1.Uvod

Motori SUS predstavljaju motore koji pored gorija troše i znatne količine vazduha.Motor iz vazduha uzima meophodni kisik, a sagorijevanjem smjese izbacije se kroz izduvni ( ispušni ) sistem.Iz ti tih razloga usisno-izduvni sistem je neophodan na motorniom vozilima, jer bez ovih sistema životz bi na Zemlji bio nemoguć iz razloga prevelikog zagađenja koje nastaje sagorijevanjem smjese goriva i vazduha.Kroz usisni uređaj se usisava vazduh kod dizel-motora, a vazduh do karburatora i smjesa od karburatora do cilindra, kod OTO-motora.Izduvni uređaj motora se sastoji od tzv. ''izduvne grane'', odnosno razgranate izduvne cijevi i izduvnog lonca.Osnovna uloga izduvnog sistema je prigušivanje zvuka, koji postoje, uz zagađenje okoline produktima sagorijevanja, osnovni problem savremenog saobraćaja i života uopšte.Kroz temu maturskog rada je detaljno razrađen usisni i izduvni sistem, sa skupom i vrstama svih dijelova, motora SUS.

1

2.1.Usisni uređaj

Usisni uređaj je bitan element u motornom sistemu jer od njega počinje cio proces prerade radne smijese.Usisni uređaj se sastoji od prečistača vazduha i usisne cijevi koja se na motoru grana na onoliko usisnioh cijevi koliko motor ima cilindara. Zbog malog podpritiska pri usisavanju, a u težnji da se usisa što veća količina vazduha i ostavi veći stepen punjenja cilindra, usisne cijevi moraju imati dovoljno veliki promijer. Time se smanjuje otpor pri usisavanju. Veći stepen punjenja se postiže uduvavanjem umjesto usisavanja, tzv. ''prehranjivanjem'', što se kotisti kod dvotaktnih motora i nekih četverotaktnih dizel-motora.Pošto se ''prehranjivanje'' postiže duvaljkama, a posebno dobro turbo-kompresorima.Pošto je za OtO motore pritisak zraka u cilindru već pomiješan sa gorivom, duvaljke nisu ni potrebne, a na slici 2.1. je prikazan način usisavanja zraka i smjese kod osnovnog karburatora.

Slika:2.1.Shematski prikaz osnovnog karburatora

Da bi kvaliteta smijese bila što bogatija, tim i put smjese kroz usisnu granu treba da bude što kraći.Takođe bitnu ulogu na usisnom sistemu imaju i prečistači vazduha a i sama brzina i kvaliteta miješanja smjese u difuzoru karburatora.

2

2.2. Prečistači vazduha

Pljosnati suhi filter (Slika:2.2.) je na novijim automobilima izveden kao pozitivno konstrukcisko riješenje. Kućište filtera zauzima malo prostora, filteri su manjih dimenzija pa se u tome ogleda ta pozitivnost. Njihovo je održavanje svedeno na minimum, kada se sa njima pređe dovoljan broj kilometara on se mijenja ijako se nije nikako čistijo kako je postavljen u kućiste. Njihove su cijene jako mizerne pa se današnja tehnologija svodi na ovakve filtere. Na ovom principu se proizvode i prečistači zraka za klima-uređaje na automobilima, gdje je kućište prečistača smješteno u kabini vozila. Pa je ovim rješenjem dobiveno i na prostoru i na ekonomičnosti, a održavanje je svedeno na ninimum ili skoro na ne održavanje.

Slika:2.2. Pljosnati prečistač vazduha.

Okrugli-suhi prečistači zraka sastoje se od papirnog uloška. Ima dobar stepen filtriranja uz jednostavnu konstrukcisku izvedbu i lahko održavanje.Nečistoće se prilikom prolaza kroz uložak lijepe za vlakna i prave veći otpor zračnom strujanje.Dijelovi kućišta (Slika: 2.3.) su: 1.navrtka, 2.poklopac prečistača, 3. prečistač, 4. djelovi oduška, 5. kućište, 6. vakum uređaj (za ulaz toplog zraka), 7.ulazna cijev za zrak, 8. zaptivka,11.kućište prečistača. Ovo kućište je našlo primjenu kod prostih karburatora jed je smješteno izravno na ulazni difuzor i svojom konstrukcijom predstavlja adekvatno konstrukcijsko riješenje.

Slika: 2.3. Dijelovi kućišta suhog prečistača vazduha

3

U ovom prečistaču struja zraka se dovodi u brzo kružno kretanje (ciklon). Ciklonskim kretanjem zraka čestice se dovode u posudu za taloženje prašine. Dijelovi prečistača (Slika: 2.4..) su 1.ulazna cijev, 2.centrifugalni poklopac, 3.posuda sa uljem, 4.grubi prečistač, 5.usisna cijev,6.kućište, 7. dojnji dio kućišta, 8. prostor ciklonske filtracije, 9.donji otvor,10.prolaz za prečišćen zrak.Ovakva konstrukciska rješenja na kućištima prečistača su izvedena na taj način što će se zrak prvo filtrirati na ulaznom grubom prečistaču, zatim zrak prolazi niz ulaznu cijev te se tamo skreće u posudu sa uljem pa se i tu prečisti začišćen zrak, a zatim zrak prolazi u donje kućište te se tamo još prečisti taloženjem čestica i potpuno čist zrak ulazi u cilindar motora. Uložak je stalno nakvašen uljem iz uljnog rezervoara. Nedostatak je samo što ovi prečistači mogu da rade u vertikalnom položaju ili u blagom nagibu. Struja zraka se uvodi tako da nailazi na površinu uljnog kupatila. Krupne čestice se zadržavaju u ulošku filtera.dobra strana ovog filtera je da on sam sebe čisti. Zrak izdvaja iz kupatila kapljice ulja i kvasi uložak, a odvajanjem sa metalnih vlakana i padanjem u rezervoar kapljice nose sa sobom i nataložene nečistoće. Slika: 2.4Centrifugalni prečistač

Vijek trajanja ovih filtera mnogo je duži u odnosu na sve druge prečistače vazduha. Ulje se ne smije sipati preko dozvoljene mijere u prečistaču.nego suhi prečistača. Ulje u rezervoaru se mijenja kada dobije tamnu boju u kada postane gušće.

Slika:2.5.. Nivo ulja kod kombinovanih prečistača zraka. Na slici 2.5 su prikazani dijelovi i nivo ulja kod donjeg kućišta kombinovanog prečistača zraka. Djelovi su: 1.ulje, 2. posuda sa uljem,3. suhi prečistač, 4.prostor kroz koji struji zrak i 5.mjerač nivoa ulja.

4

12

3

5

2.3.Usisna grana i leptir gasa

Vjerojatno ste već do sada čuli za pojam "leptira" u usisnopm sistemu (kolektoru). Leptir je u stvari (u pravilu) okrugla pločica koja po promjeru ima postavljenu osovinu. Ova pločica smještena je unutar usisne cijevi kojoj je svrha dopremiti zrak (ili smjesu) do cilindara, odnosno do usisnih ventila. Pritiskom na gas naš se "leptirić" zakreće oko svoje osovine. U stvari bez tog pritiska on je postavljen približno okomito u odnosu na usisnu cijev i samim time propušta veoma malo zraka. No, pritiskanjem papučice akceleratora zakrećemo leptir te on, što je papučica jače pritisnuta, propušta sve više zraka. Potpuno otvoreni leptir paralelan je u odnosu na cijev.

Usisna cijev u stvari je komad metala koji vodi zrak do cilindara (radi razumljivosti govoriti ćemo zrak, premda se radi o smjesi ili zraku). Radi jednostavnosti izrade većina današnjih serijskih automobila ovaj dovod zraka do cilindara (usisnih ventila) rješava tako da kroz jednu cijev dolazi ukupna količina zraka potrebna za "napajanje" svi cilindara te se ona potom grana u onoliko cijevi koliko ima cilindara.

Takav usisni sustav nazivamo "Usisnom granom". Prednosti ovakve konstrukcije su u tome što je dovoljno postaviti jedan leptir i to na samom početku grane (u pravilu na mjestu gdje ulazi sam zrak, prije miješanja s gorivom). Ipak, usisne su grane nerijetko veoma kompliciranih oblika i imaju dosta "zavoja" na putu protoku zraka. Dakako, jasno je kako ti zavoji podosta usporavaju tok zračne mase, što u krajnjem slučaju može dovesti do pomanjkanja raspoloživog zraka pri visokim brojevima okretaja. Rješenje za ovaj problem, koje se pretežno primjenjuje kod motora visokih performansi, je u postavljanju više samostalnih uvodnika zraka od kojih svaki ima svoj leptir. Iako kompliciranija i skuplja, ovakva konstrukcija pruža znatno manje otpora struji zraka i time čini motor efikasnijim.

No, osim o zakrivljenosti, brzina protoka zraka u usisu znatno ovisi i o presjeku usisne (usisnih) cijevi. Zamislite da pokušavate ispuhnuti zrno graška kroz neku malo veću slamku. Poslije toga probajte isto, ali uzmite cijev promjera 10 cm. Jasno je kako brzina strujanja zraka (koji tjera zrno) ovisi o presjeku, no kod automobilskih motora (kao i mnogo puta do sada) treba naći kompromisno rješenje. Naime, konstrukcije današnjih usisnih sustava moraju zadovoljiti potrebu za opskrbljivanjem motora zrakom pri svim brzinama rada pa je potpuno razumljivo da nije moguće postići univerzalni usis za sve uvjete rada. Sve popularnije rješenje kojim proizvođači automobila pokušavaju doskočiti ovom problemu je i usis promjenjive geometrije (poput usisa na motorima Hyundaia XG opisanog u Premijerama) kod kojeg se, obzirom na broj okretaja motora i još neke parametre, automatski mijenja dužina usisnih kanala.

Kao posljednje treba napomenuti kako gorivo "gleda" na naše igranje s brzinom usisa zraka. Naime, ukoliko je struja zraka prespora može se javiti efekt pri kojemu gorivo "pada" iz smjese. Struja zraka tada nema dovoljnu brzinu da bi sa sobom nosila sitne čestice goriva te one padaju na stijenke usisnih kanala.

5

3.1. Izduvni sistem

Osnovni dijelovi ispušnog sustava prikazani su na sl. 3.1. Nakon izgaranja, vrući plinovi kroz otvoreni ispušni ventil odlaze u ispušnu granu, prolaze pokraj lamba-sonde ulaze u katalizator te nakon njega prolaze kroz jedan ili više prigušivača. Na poslijetku, sve što je ostalo odlazi u atmosferu pa mi to onda lijepo udišemo, i tako to...

Ispušna grana, ili ispušni kolektor, svojim je izgledom slična usisnoj grani. No, ovdje se radi o cijevima koje se nastavljaju na ispušne otvore cilindara. Ispušna grana u "običnih" je automobila najčešće izrađena od metala lijevanog u kalupu, no ima ih i koje su izrađene od međusobno zavarenih valjanih cijevi (poput grane motora visokih performansi prikazane na sl.3.2). O grani ne treba mnogo pričati, osim što ćemo spomenuti da ju (dok motor radi) ne treba pipati jer su, kao što znamo, ispušni plinovi koji kroz nju prolaze izuzetno visoke temperature. No, ono što je tehnički ipak značajnije, je konstrukcija ispušne grane, od kojih na slici 3.3 vidimo četiri najuobičajenije. Prikazan ispušni kolektor jeftinog četverocilindraša, obično napravljen od lijevanog metala. Ispušni se plinovi ovdje dovode iz sva 4 cilindra cijevima koje se spajaju na jednom mjestu odakle sve ide prema katalizatoru i prigušnim loncima. No, druga slika prikazuje već malo "pametniji" kolektor. Kod njega su ispušne cijevi spajane postepeno čime se smanjuju unutarnji otpori ispušnog sustava (protutlak) uz što se ubrzava njihovo strujanje. Slijedeća je još jedna verzija iste priče, dok ona desno prikazuje ispušni kolektor motora kakvi se ugrađuju na sportske automobile. Ovdje je osnovni cilj konstrukcije (sve su cijevi približno jednake duljine) da se minimalno smanji protutlak kako bi ispušni plinovi strujali što brže olakšavajući tako "posao" motoru koji svoj radni vijek provodi na relativno visokim brojevima o/min U posljednjih godina, gotovo neizostavni, dio svih modernih motora je i tzv. Lambda sonda. Ova neobična naprava grčkog imena u stvari je senzor koji očitava količinu kisika u ispuhu. Kako smo već prije naučili, za potpuno izgaranje benzina potrebno je ostvariti omjer količine goriva i zraka od 14,7 : 1 (u korist zraka).

6

Slika:3.1. Osnovni dijelovi izduvnog sustava automobila

Slika:3.2. Izduvnii kolektor 4-cilindričnog motora

Lambda, koja je postavljena na mjestu gdje se sve cijevi ispušnog kolektora spajaju u jednu, mjeri količinu kisika u ispušnim plinovima i "uspoređuje" ju s količinom njegovog postotka u atmosferi. Sama sonda, veličine prosječne svječice, je električni uređaj koji na promjenu količine O2 (plinovi ulaze kroz otvore na vrhu) u ispuhu reagira promjenom napona na svom električnom priključku (raspon je obično između 0,15 i 1,30 V).

Kada je omjer goriva i zraka ubačenih u cilindar približan stehiometrijskom idealu (14,7:1) lambda daje napon od cca. 0,45 V (450 mV). Kada sadržaj kisika padne ispod te vrijednosti, napon na izlaznom konektoru lambde se povećava što upućuje na bogatu mješavinu. Dakako,

kod siromašne mješavine je obrnuto. Ovaj naponski signal iz lambda sonde putuje do središnjeg računala koje pomoću njega prilagođava količinu goriva što se ubrizgava u cilindre (položaj lambda sonde u ispušnom sustavu i njezina konstrukcija prikazani su na sl. 3.5).

Zanimljivo je napomenuti kako je lambda sondu moguće koristiti i za podešavanje starijih motora (bez katalizatora i sličnih "divota") što, katkada, rade

natjecatelji s ograničenim budžetima. Za tu se svrhu na ispušnoj grani (gdje se sve cijevi spajaju u jednu) probuši rupa u koju se zavije Lambda. Običnim se voltmetrom potom mjeri napon na priključku lambde te je tako moguće podesiti idealnu mješavinu, bilo na rasplinjaču ili sustavu s ubrizgavanjem.

Na modernim automobilima svakako je katalitički konvertor (presjek - sl. 3.6) ili, popularnije, katalizator. Ovo je, u stvari, metalna kutija u kojoj se nalazi saćasti keramički monolit, najčešće, presvučen platinom. Uloga katalizatora, koji se koristi kod motora pokretanih bezolovnim benzinom, je u smanjivanju emisije štetnih plinova.

7

Slika:3.3. Različite izvedbe ispušnih grana – najkompliciranije je najbolje (i najskuplje)

Slika:3.4. Lambda sonda

Slika:3.5. - Konstrukcija i smještaj O2 senzora

Današnji, tzv. trostazni, katalizatori djeluju na ispušne plinove tako da izazivaju oksidaciju ugljičnog monoksida (CO) i ugljikovodika (HC) te redukciju dušičnih oksida (NOx). No, da bi se ovi procesi mogli odvijati na šupljikavoj površini unutrašnjosti katalizatora, potrebno ga je dovesti na radnu temperaturu (300 - 800 °C). Najveći problem ovdje se javlja kod pokretanja hladnog motora kada ispušni plinovi prolaze kroz nezagrijani katalizator. U svrhu što bržeg dovođenja katalitičkog konvertora na radnu temperaturu, u ispušnim se sustavima današnjih motora pribjegava različitim rješenjima. Najčešće se primjenjuje sustav naknadnog upuhivanja svježeg zraka u ispuh (ispred katalizatora) čime se, dodavanjem kisika, povisuje temperatura ispušnih plinova. Druga verzija zagrijavanja je ona s električnim grijačima unutrašnjosti katalizatora (male okrugle točkice na saćama monolita - sl. 3.6). Noćna mora, spomenuta na početku ovog odlomka, u stvari proizlazi iz činjenice da unutrašnja struktura katalizatora stvara veliki otpor strujanju ispušnih plinova čime se smanjuje snaga motora (kod nekih, navodno, i do 20%!), pa su katalizatori danas (kako na benzinskim tako i diesel motorima) još uvijek stvar velikih polemika i proučavanja (postavlja se pitanje svrhe redukcije štetnih plinova ovakvim "blokiranjem" ako, potom, za postizanje iste snage kao i bez katalizatora, treba staviti snažniji motor koji sagorjeva više goriva).

Na kraju ispuha dolazi, vjerojatno i najpoznatiji dio, ispušni lonac. Pravilnije rečeno "prigušivač", ovaj je dio ispušnog sustava, opet, nekakva metalna kutija kojom se pokušava postići smanjenje buke. Naime, plinovi koji nastaju izgaranjem smjese goriva i zraka veoma se brzo šire izlazeći iz cilindara pod visokim pritiskom (i nadzvučnom brzinom). Uslijed toga, u ispušnom sustavu ovi plinovi uzrokuju veoma snažne titraje (frekvencije od nekoliko tisuća u minuti) koji bi, bez adekvatnog prigušenja, stvarali ogromnu buku (vjerojatno ste, berem jednom, čuli motor nekog natjecateljskog automobila koji nije imao ispušni "lonac"). Kako bi se umirilo ove titraje, na kraju (poslije katalizatora) ispušnog sustava postavljaju se prigušivači. Najjeftinija, i najčešća, konstrukcija prigušnog lonca vidljiva je na vrhu slike 3.7. Ovdje se radi o tzv. refleksijskom prigušivaču koji znatno usporava strujanje plinova, no time i stvara relativno veliki protutlak u ispušnom sustavu, smanjujući tako upotrebljivu snagu motora. 8

Slika:3.6. Presjek keramičkog katalizatora s električnim

grijačima

Slika:3.7. Najčešće konstrukcije ispušnog lonca (strelice pokazuju smjer strujanja

plinova)

Najbolje rješenje, glede protutlaka, je apsorpcijski prigušivač (na dnu slike 3.7). Kod njega plinovi prolaze perforiranom cijevi omotanom apsorpcijskim (prigušnim) materijalom. No, kod ovakvih se prigušivača brzina strujanja plinova ne smanjuje znatno što za posljedicu ima i znatno veću buku motora (uz to, tek će dobro proračunate dimenzije ispuha dati doista veću snagu, kakav god prigušivač mi stavili). Kao i uvijek, proizvođači automobila nude kompromisno rješenje.

To je apsorpcijsko - refleksijski prigušivač (sredina slike 3.7) koji se prema stvorenom protutlaku i buci na izlazu nalazi, dakako, negdje oko "pola puta" između prethodna dva rješenja.

9

Slika:3.8. Fluidna zadnja cijev

4.1. Savremena konstrukcija usisno-izduvnog sistema

Pored opisanog usisno-izduvnog sistema, postoji još i sistem, koji je našao primjenu kod dizelskih motora novije generacije, tzv.turbo-dizel-interkuler. Razlika je u osnovnom ''interkuleru'', tj. u hladnjaku vazduha koji je postavljen na prednjem dijelu vozila i namijenjen je da dovoljno ohladi sabijeni vazduh.Pošto su se ranije pojavile turbine za pred-sabijanje zraka, koje su doprinijele većoj i bržoj mogućnosti punjenja motornog cilindra, tako se vremenom razotkrilo da je sabijeni vazduh postigao nešto veću temperaturu nego što je poželjno za pravilnu radnu smijesu, ovom se sistemu još pridodao i hladnjak zraka (interkuler).Na slici 4.1. je prikazan osnovni usisno-izduvni sistem kod turbo-dizel-interkuler motora.

Slika:4.1.Usisno-izduvni uređaj sa hladnjakom sabijenog vazduha

Princip rada je potpuno isti kao i kod osnovnog sistema sa turbo punjačem, koji je opisan u sistemu prehranjivanja motora.Kod ovog sistema temperatura sabijenog zraka je znatno manja, a izduvni gasovi imaju nešto veću temperaturu i mnogo brže odvođenje iz cilindra motora.Ovaj usisno-izduvni uređaj je u današnjoj proizvodnji dizelskih motora zauzeo prvo mijesto, po svojim karakteristikama i kvalitetama koje pridodaje snazi i samom pripomaganju dovođenja i odvođenja radne smijese.Motorna vozila koja imaju ovakav uređaj, na usisno-izduvnom sistemu, nose oznaku TDI- što je u stvari turbo-diesel-intercooler.

10

5.Zaključak

Zaključno sa završetkom maturskog rada, prema razradi teme ''usisno-izduvni uređaj motora'', vidljivo je koliko ovaj uređaj ima funkcija ma motoru pa čak i vozilu, te da je nezamislivo konstruisati motor koji nema ovog uređaja, što svjedoči o važnosti i velikoj potrebi za ovim sistemom. Od usisnog sistema zavisi mnogo faktora pravilnog i zadovoljavajućeg rada motora, a od izduvnog, brzina izmjene i pražnjenja cilindra te samo prigušivanje zvuka i očuvanje okoline.Uzmemo li u obzir današnji kriterij o ekonomičnosti motora, bilo dizel ili oto, dovoljna je činjenica da je za sve to zaslužen upravo izduvni uređaj, a stim i potražnja za što boljom izvedbom ovog uređaja.Proces koji se obavlja u usisnom uređaju je od bitne važnosti za sam rad motora, pa stim i konstrukcisko nadmetanje u proizvodnji što kvalitetnijih i ekonomičnijih uređaja za usisavanje.Prema opisanoj ulozi ovih uređaja, jasno je da cio proces rada motora započinje sa usisnim a završava sa izduvnim uređajem.

11

Sadržaj:

1.Uvod..................................................................................................................1

2.1.Usisni uređaj....................................................................................................2

2.2.Prečistači vazduha............................................................................................3

2.3.Usisna grana i leptir gasa..................................................................................5

3.1.Izduvni sistem.................................................................................................6

4.1.Savremena konstrukcija usisno-izduvnog sistema..............................................10

5.Zaključak..........................................................................................................11