Motor SUS i životna sredina Текст научной статьи по специальности «Физика»

Mr Zoran Gradin,

potpukovnik dipl. inž. Tehnidci opitni ccniar KoV VJ.

Beograd

MOTOR SUSIŽIVOTNA SREDINA

UDC: 621.434:504.06

Rezime:

Ekoloiki pokreti и svetu su sve aktivniji, zbog stvame ugrolenosti Zenlje. Mnogobrojni su oblici i izvori zagađenja, a jedan od najvećih su motori sa unutraSnjim sagorevanjem, za koje se prerposlavlja da će joŠ dugo dominirati kao pogonski agregati и nnogim oblastima primene. U vezi s tim moguće je delovati и dva smera: zamenom konvencionalnih goriva altemativnim i konstrukeionim izmenama na molorima radi smanjenja emisije i polrošnje goriva. Jedna od mogućnosti konsirukcionog poboljSanja motora je i smanjenje mehaniCkih gubitaka, koji kod danaSnjih konstrukeija joi uvek imaju znatan udeo и gvbicima, pogotovo na pareijainim reiimima Treba naglasiti da kompleksni problemi smanjenja potroinje goriva i emisije izduvnih gasova motora (vozila) mogu da se reie samo spregom razvoja automobilske t naftne industrije.

Kljućne reči: motor SUS. ekologija, ahernativna goriva. trendovi и koastrukeiji motora. mehanički gubici.

IC ENGINE AND ENVIRONMENT

Summary:

Ecological trends and movements in the modern world grow stronger and more active, due to a real danger of Earth pollution. One of the main sources ofpollutbn are IC engines and their influence on environment is significant. However, conventional combustion engines still are and will be dominant powering sistems for numerous future applications. Two solutions are possible answers to this problem: first, the replacement of conventional fuels by alternative ones and second, modifications on the IC engine design in order to decrease fuel emission and consumption. One of the solutions for the improvement of IC engine design is the modification of engine parts or their design, with great influence on the decrease of mechanical losses, especially on partial rating. Therefore, it is important to say that complex problems of engine (automotive) decrease offuel consumption and exaustgas emission can be solved only by simultaneous development of oil and engine (automotive) industry.

Key words: IC engine, ecology, alternative fueb. engine design trends, mechanical losses.

Uvod

Poznato je da motor sa unutrašnjim sagorevanjem služi za transformaeiju po~ tencijalne energije goriva u mehanički rad. Nažalost, cena te transformaeije sa

ekološkog aspekta je veoma visoka, jer dolazi do izbacivanja mnogih Stetnih je-dinjenja (ugljen-monoksida, ugljovodo-nika, azotnih oksida, Cestica, ugljen-di-oksida, benzola, sumpora, poliaromat-skih ugljovodonika, itd.) u okolinu. Po-

184

VOJNOTEHNlCKJ GLASNIK 2/2002.

P. = 20(kW) ft = 3000 (min'' w. = 0.40 (J/cm*)

Gortvo 100%

MOTOR

6%:

OstaB gubid

25%

Sistem za hladenje /34%

44%

јтб0%> [25% Efektivna snaga

Г I Eksefgija I I Anergija

(zduvni gasovi

SI. I - Bilans energije {anergije i eksergije) jed-nog oto-motora pri delimičnom opterećenju

dvera vozila, softvera i metoda održava-nja u proizvodnim i inžinjerskim procesi-ma, sve u fokusu imperative očuvanja ži-votne sredine.

Fundamentalne promene zahtevaju se u hardveru pogonslch agregata, u upra-vljanju senzorima i aktuatorima, pomoć-nim uređajima, električnoj arhitekturi i snažnoj elektronici. Posebno se potencira smanjenje potroSnje goriva i emisije, uz istovremeno očuvanje korisnosti, pogod-nosti za održavanje i efektivne cene [2].

Ekološki aspekt upotrebe motora sa unutrašnjim sagorevanjem

red toga, dolazi do isparavanja i curenja pogonskih materija, pri čemu problem predstavlja i buka motora i recikling is-troSenog motora.

Medutim, ono Sto takode trajno op-terećuje životnu sredinu jeste otpadna energija koja se stvara pri transformaciji hemijske energije goriva u mehanički rad. Naime, poznato je da se energija sastoji od anergije (dela koji se teoretski ne može transformisati u mehaničkj rad) i eksergije (dela koji se teoretski možc transformisati u mehanički rad). Pri toj transformaciji celokupna anergija se predaje okolini. Problem je јоб vise izražen ako se uzme u obzir da se ni celokupna eksergija ne tran-sformiše u mehanički rad, već samo jedan njen deo (slika t) [1].

Novc tehnologije našle su se do sa-da pred najvećim izazovom - da razviju relativno jeftine alternative, koje će biti prihvatljive za kupce i ići u susret nave-denom cilju. Pri tome se nepotencijalne oblasti tehnoloSkog razvoja uopšte ne is-tražuju, a zahteva se Sire razmatranje har-

Poslednjih godina sve se vi§e ispi-tuje uticaj izduvnih gasova na ljude i oko-linu, о čemu se vodi računa i pri razvoju motora.

Ranije je povećanje snage i momenta motora bio osnovni cilj, a danas se, prc svega, razmatra potrošnja goriva i izduvna emisija.

Prvi propisi iz oblasti emisije pojavili su se u Sjedinjenim Američkim Državama sredinom šezdesetih godina, dok se u državama Evropske zajednice pojavljuju sedamdesetih godina. Treba istaći da savrcmcni oto i dizel motori samo u tragovima emituju komponente koje su dominirale pre 25 do 30 godina.

PotroSnja primame energije konti-nuirano se povećava u drumskom saobra-ćaju. Mada je u poslednjih 10 godina specifična potroSnja goriva smanjena kod novokonstruisanih vozila, zbog porasta snage motora nije došlo do srazmemog smanjenja potrošnje goriva u saobraćaju.

Putevima zemalja Evropske zajednice kreće se oko 100 miliona vozila, od

VOJNOTEHNIČKJ GLASN1K 2ЛЛ02.

185

čega već 10 000 vozila na elcktrični po-gon sa nikl-kadmijumovim baterijama kao izvorom energije. Međutim, već po-stoji predlog da se od 2003. godine za-brani upotreba kadmijuma, olova, žive i heksavalentnog hroma u automobilskoj industriji [3].

U 1991. godini ugovorena proizvod-nja pomoćnih dizel-generatorskih stanica brodskog tipa u svetu, čija snaga prelazi 1000 kW, iznosila je 4441 368 kW. Mo-tori SUS se proizvode u Sirokom dijapa-zonu snaga: od najmanjeg, firme Enyu sa oznakom 25 HTV, koji ima d — 17,55 mm, s- 16 тш, i snagu 0,44 kW (za le-teće modele u sportskom modelarstvu), do najmoćnijih dizel motora koji se pri-menjuju kao glavni brodski motori i u stacionamim kopnenim elektrostanica-ma, kao Sto je, na primer, motor firme Mitsubishi Heavy Industries Ltd sa oznakom UEC 85 LS 11 (proizveden 1987) sa d = 850 mm, s — 3150 mm i snage 46 340 kW [4].

Posle tzv. konvcncionalnih kompo-nenata, koje su kontrolisane u početku, sve više se obraća pažnja i na sastojke u izduvnim gasovima koji nisu bili obu-hvaćeni zakonskim normama, Sto se, pre svega, odnosi na ugljen-dioksid. Naime, ispuštanje ugljen-dioksida, a s tim u vezi i Štednja goriva, sve više sc ističu kao javni interes. Osnov toga je efekat stakle-ne bašte, koji, verovatno, prouzrokuje Sest gasova, mcdu kojima sa 50% uče-stvuje ugljen-dioksid, sa svojim daleko-scžnim posledicama. Ovaj efekat dovodi do porasta prosećne temperature na Ze-mlji (od 1930. godine prosečna temperature je porasla za viSe od 2°C, pri Сети je polovina zagrevanja izazvana и po-

slednjih 20 godina), Sto je dovelo do odvajanja ledenih bregova и području Antarktika. U periodu od 1998. godine do danas leta su najtoplija, a predvida sc da bi и narednom veku prosečna temperature mogla da poraste za 1° do 3,5°C, Sto bi moglo dovesti do topljenja celo-kupnog leda na Antarktiku. PoSto on sa-drži 70% slatke vode na Zemlji, to bi moglo da dovcde do porasta nivoa more za 36 do 90 m. GodiSnja globalna prirod-na i antropogena emisija CO, prikazana je na slici 2 |3J.

Emisija C02 na prostoru SR Jugosla-vijc je и 1989. godini :znosila 47,1 • 106 t, a и 1992. godini 41,2-106 t.

U Nemačkoj je, na primer, predvi-deno smanjenje C02 za 25% и periodu 1990-2005. godine [5J, Sto potpomaže i Udruženje automobilske industrije, koje teži da podrži nemačku državnu regulative и njihovom nastojanju da smanje emi-siju C02. Radi ograr.ičenja C02 и Nc-mačkoj je razmatran propis о ograničenju potroSnje goriva na 5 1/100 km и 2005. godini. U svakom slučaju, ncophodno je preduzeti mere kako bi se smanjilo emi-tovanje gasova koji prouzrokuju efekat „staklene ba5te“, pre svega ugljen-dioksida. Ipak, do smanjenja potroSnje goriva trebalo bi doći тегата tehničkog una-predenja vozila [3].

Emisija C02 bila je razlog za rezma-tranje upotrebe altemativnih goriva, na osnovu čega se donosi i ocena о njihovom kvalitetu. Emisija C02 sa raznim gorivima prikazana je na slici 3 [6J.

Medutim, za budućnost altemativnih goriva presudni su proizvodni troško-vi i gustina energije [6]. Na osnovu pret-hodnih i mnogih drngih karakteristika sa-

186

VOWOTEHNlCKJ GI.ASNiK 2^002.

Prirodna emisija Antropogena emisija

770x10’t 26x1091

SI. 2 - Globalna godiinja emisija C0}

Benzin

Dizel

Naftni tečni gas Prirodni gas Metanol (gas) Metanol (ugalj)

<Q

<0

’Й

О

u.

Etanol J Repičin metil-estar <5 Vodonik (gasoviti) Vodontk (tečni) Električna energija

о

I 1~ihi I mi liini

23,5 кд/ЮОкиП

30 Kofi «Man 67,5 k^/IOOkm 24,6 k^lOOkml

>■ —-—•----- \ ■ ■ I ■ I--------1- ■ I

о го 40 eo eo 100 120

□ Emisija CO, u toku proizvodnje goriva (%) Э Emisija СО, и toku vožnje

5"/. 3 - Emisija CO. sa raznim gonvima

činjena je prognoza upotrebc altemativ-nih goriva (slika 4) [6].

Mada su danaSnjim zakonskim pro-pisima regulisane dozvoljene količine štetnih materija u izduvnoj emisiji, ostaju nereSeni joS mnogi problemi. Tako, na primer, prirodni gas stvara malu količinu ugljovodonika. Poznato je da emitovani ugljovodonici fotohemijskim reakcijama

(pod dejstvom Sunčevih zraka) od kiseo-nika stvaraju ozon. Problem je 5to se taj proces odvija u donjem delu troposfere, a pospeSuju ga i azotni oksidi. Proces se možc usporiti samo snanjenjem količine ugljovodonika i azotnih oksida u izduvnoj emisiji. Osim ova dva uticaja gasova koji učestvuju u emisiji, potrebno je po-smatrati i sadržaj kancerogenih kompo-

VOJNOTEHNlCKl GLASN1K 11002.

187

100

я

'n

о

>

я

с

к_

о

о

Е

я

N

Я

>

•с

о

О

80-

60-

40-

20-

Klasična goriva. Elektropogon

Metanot Etanol

Tečni naftni gas Zemni gas

1990

1994

1998

2002 2006 Godine

Sl. 4 - Prognoza upotrebe altemativmh goriva

2010

nenti, količinu čestica koje ulaze u pluća, stepen iskorišćenja energije, kao i sklo-nost ka stvaranju kiselina. Da bi sve to funkcionisalo, neophodna je i analiza ga-sova u toku rada motora (OBD) [7].

Uspesi koji su poslednjih godina po-stignuti u smanjenju potrošnje goriva i poboljšanju stepena korisnosti automobi-la veoma su značajni. Medutim, neop-hodni su i novi koraci u sprečavanju du-goročnog ugrožavanja života usled pro-rnene naše okoline [8].

Globalne mere za smanjenje

potrošnje goriva u motorima SUS

Mada sc danas za motore SUS troši više energije nego što je do sada ukupno potrošeno, upotrebom novih tehnoloških reSenja postiže se sve veći stepen iskori-šćenja energije. Goriva naftnog porekla poseduju najveći stepen korisnosti u po-kretanju vozila, u poređenju sa drugim

izvorima energije. Bez obzira na predvi-đanja mnogih prednosti novih tehnologi-ja, postoji još značajan prostor za smanjenje potrošnje goriva u motorima SUS. Na slikama 5 i 6 prikazan je spektar raz-ličitih tehnologija, uzimajući u obzir i potrošnju altemativnih goriva [2].

U daljoj budućnosti hibridna vozila i gorive ćelije nude suštinsko smanjenje potrošnje goriva i smanjenje emisije. Vozila na električni pogon imaće određeno vreme teškoća u odnosu na altemativna goriva, pre svega zbog njihove cene i ograničenog radijusa kretanja [2].

Kada su u pitanju oto-motori, najve-će smanjenje štetne emisije može da se ostvari povcćanom primenom katalizato-ra, od čijeg rada zavisi i kvalitet smeše, tako da smanjenje potrošnje može da se postigne zahvaljujući samo sekundamim merama, kao što je smanjenje trenja. Za snagu motora koja se troši na trenje veoma su važne mase, pa su za brzo rešenje

188

VOJNOTF.HNIĆKJ CLASNIK V20G2.

100

1“

So"

S.O

60

60

If A

ft3

« i

I • Konst U ermtiji

Q • Smenjenje potroinje gorwa g %

SI. 5 - Trend razvoja novih izvora snage и bhskoj budućnosli (LEV - vozilo sa niskom emisijom, ULE V - vozilo sa ultraniskom emisijom, KPG - komprimovani prirodni gas, SULEV- vozilo sa superuifrantskom emisijom, EZEV-vozilo sa emisijom ekvivalentnoj

nultoj emisiji)

Si. 6 - Neizbeina ekoloika vozila

ovog problema na raspolaganju sredstva poput proračunskog postupka za smanje-nje masa, što opet može da utiče na si-gumost, a time i na otkaze konstmkcije, tako da ovakav prilaz ima ograničenja. Takođe, optimizacijom pomoćnih ureda-ja i opreme motora može da se postigne napredak u smanjenju potrošnje goriva.

Za vreme vožnje u uslovima grad-skog saobraćaja, motor funkcioniše na

praznom hodu oko trećine vremena. Zbog toga potrošnja motora na praznom hodu ima značajan uticaj na potrošnju u gradskoj vožnji. PotroSnja goriva na praznom hodu menja se skoro lineamo sa promenom broja obrtaja na praznom hodu.

Smanjenje potroJnje goriva na praznom hodu postiže se, naročito kod ma-lih motora, smanjenjem inercionih masa i

VOJNOTEHNlCKJ GLASNIK 2/2002

189

visokim nazivnim brojem obrtaja, Sto su visoki zahtevi prema sistemu za ubrizga-vanjc goriva. To se postiže novim sistemi-ша za ubrizgavanje sa brzom rcakcijom, pri čemu se postiže minimalan stabilan broj obrtaja koji je blizak teoretskom.

Nažalost, u opštem slučaju, motor ne može na praznom hodu da postiže ovako nizak broj obrtaja, jer pomoćni agregati, kao Sto su generator i pogon klima-uredaja, zahtevaju više brojeva obrtaja.

NajviSc iztraživača uključeno je u istraživanje poboljSanja stepena korisno-sti motora putem poboljšanja radnog ci-klusa, gde se nude razna rešenja. Jcdno vreme propagirana je upotreba visokih stepena kompresije kod oto-motora, Sto je zahtevalo goriva sa visokim oktanskim brojem. Zatim je predlagana veća upotreba dizei motora u putničkim automobili-ma, sa različitim formama direktnog ubri-zgavanja. IzuČavani su ,,egzotični“ prila-zi radnom ciklusu motora, kao Sto je stir-lingov, radi poboljšavanja stepena kori-snosti, pre svega u automobilskim moto-rima. Za primenu na kamionima izvesno vreme su nudeni takozvani adijabatski motori kao pravo rešenje. Njima je pred-skazivana velika budućnost zbog veće tolerancije u odnosu na kvalitet goriva, smanjenja izduvne emisije, kao i smanje-nja potrošnje goriva od čak 17%. Medu-tim, posle prvog zanosa, pojavili su se ra-dovi kao Sto je [1], koji su opovrgli ova-kva predvidanja.

Dakle, radi smanjenja potrošnje goriva kod oto-motora predvidaju se slede-će interveneije [9]:

- optimizaeija motor-mcnadžmenta;

- smanjenje snage potrošača;

- smanjenje snage koja se gubi zbog trenja;

- primena start-stop automatike;

- smanjenje broja obrtaja praznog hoda;

- povećanje stepena kompresije;

- primena promenljivog stepena kompresije;

- smanjenje toplotnih gubitaka;

- formiranje homogene siromašne smeše;

- direktno ubrizgavanje;

- primena varijabilnog sistema raz-voda;

- primena natpunjenja;

- isključivanje pojedinih cilindara;

- optimizaeija menadžmenta vozila.

Savremeni dizei motori sa direktnim

ubrizgavanjem nastoje se poboljšati tako da postanu slični dizei motorima sa indi-rektnim ubrizgavanjem. Medutim, pri tome se prilično komplikuje konstrukeija (kasno prethodno ubr.zgavanje, visok pri-tisak ubrizgavanja, brizgaljka sa više mla-znica malih prečnika, recirkulacija izduv-nih gasova - EGR, itd.). Rehabilitacija novih dizei motora sa indirektnim ubrizgavanjem nije moguča u daljem razvoju. Mogućnosti unapređenja nalaze sc jedino u savremenim znanjima о termokinetici i u obezbedenju ranijih hemijskih reakeija.

Budući dizei motori će povećati ili prevazići пеке paranetre oto-motora, a zahtevi će obuhvatiti i nizak sadržaj C02, HC, NOx, CO i PM (približno 50% od vrednosti EURO III), kao i teških metala u cmisiji.

Povećanje maksimalne temperature ciklusa, pri konstantnim pmix, T0 i p„ po-boljSava dinamičke parametre, ali pogor-Sava parametre ekonomičnosti. Maksi-

190

VOJNOTEHNICKI GI.ASNIK 2^002.

malne temperature odredcne su sadržajem NO,, odnosno intenzitetom njcgovog for-miranja. Kontrolni parametri mogu da bu-du EGR i kasnije prethodno ubrizgavanje.

Parametri ekonomičnosti se pobolj-šavaju sa smanjenjem opterećenja pri kvalitativnoj regulaciji snage, na parcijal-nom opterećenju motora i pri konstant-n'm p^, L, i T0.

Motori SUS јоб uvek pripadaju gru-pi prosperitetnih. Njihov kapacitet, pou-zdanost i ekonomičnost do sada nisu ugroženi drugim altemativnim izvorima, često čak ni u pogledu odnosa prema ži-votnoj sredini. Dizel i oto-motori imali su najznačajniji naprcdak u poslednjih 25 godina, bez obzira na njihovo postojanje viSe od 100 godina. Napredak se ogleda u smanjenju potrošnje goriva i emisije (gasoviti i Čvrsti zagadivači, buka, vibra-cije), kao i u poboljSanju ostalih glavnih parametara (snaga, trajnost, pouzdanost, tehnologičnost konstrukcije. itd.).

U tabeli su prikazane tendencije u razvoju motora i saglasno njima novi zahtevi prema kvalitetu ulja [10].

Motori SUS imaju mogućnosti da-Ijeg razvoja koje se nalaze u njihovom termodinamičkom i tehničkom potencija-lu (TDI i GDI tipovi motora, primena mikroelektronike za: optimizaciju radnog ciklusa, kontrolu promenljive geometrije turbine, pogona vcntila, formiranje sme-Se i katalitičkih uredaja, za pritisak nat-punjenja, u meduhladenju i sistemu hla-denja i u ostalim sistemima).

Vcć je počela serijska proizvodnja automobila za četiri osobe, sa srednjom potrošnjom goriva na nivou 3 1/100 km, sa potpunom primenom standarda EURO III i EURO IV u regulaciji emisije.

Tendencije и razvoju moicra»novi zahtevi prema kvalitetu ulja

Tendencije u raz- Zahtevi prema kva-

voju motora litetu ulja

Spccifična snaga ft Oksidaciona sta-bilnost ft

Broj obrtaja motora ft Tcrmifka stabil-rost ft

Uvodenje turbopu-nienia ft Uparljivost u

ViSevermkJa moton ft SintctiCka baza ft

Hidrautični oodizaft ft DisperTivnost ft

Promcnljiva бета razvoda ft Smicajna stabil-rost ft

Protok vazduha oko motora ft Tendencija penu-Sania It

Zapremina ulja u koritu U Sulfatni pepeo

PotroSnja ulja It Sadrtaj fosfora

Interval zamenc ulia * Protivhabajuće csobine ft

Trajanje kataliza- ft

tora

Povedanje ekono-mićnosti ft

Pozicija prvog klipnoe prstena *

Klip iz dva dclaza dizel motore ft

Sumoor u eorivu $

iRcrirkula-

cija izd. casova ft

Smanje-nje emisije Optimiz. ugla pre-dubri-zgav. ft

Visoko-prit. ubri-zeavanie ft ! i

Motori SUS imaju takav termodina-mički potencijal koji im garantuje uspe-бап razvoj i u XXI veku [11].

Uloga mehaničkih gubitaka motora SUS u smanjenju potrošnje goriva

Kljudne tačke u razvoju motora SUS su: povećanje snage, smanjenje potrošnje

VOJNOTHHNlCKJ OLASK1K 2/2002.

191

goriva i smanjenje Stetne emisije. U tom kontekstu, stepen korisnosti motora ima odlučujuću ulogu, a osim indikatorskog stepena korisnosti (rjJ, koji zavisi od pro-cesa sagorevanja, sve ved značaj ima i mehanički stepen korisnosti (rjm).

Tendencija smanjenja potroSnje goriva kod motora za vozila neposredno je povezana sa zakonskom regulativom po pitanju emisije izduvnih gasova. Smanjenje mehaničkih gubitaka, u duhu ove ten-dencije, nema praktično nikakav negati-van uticaj na emisiju, Sto je veoma po-voljno [12].

Mehanički stepen korisnosti (rjm) postaje interesantan, posebno zbog pora-sta intenziteta gradskog saobraćaja. Po navodima iz literature ovaj stepen korisnosti kod klipnih motora iznosi 70 do 90%, što znači da mehanički gubici izno-se 10 do 30%, Sto se u odredenoj meri manifestuje na povećanje potrošnje goriva. Redak je slučaj da se postiže nazivna vrednost mehaničkog stepena korisnosti, jer ona može da se realizuje samo u usko ograničenom području rada motora. Na slid 7 prikazano je radno polje jednog oto-motora sa linijama konstantnog me-haničkog stepena korisnosti [13]. Naroči-to je nepovoljan rad motora pri manjim snagama i nižim brojevima obrtaja. U praksi se pokazalo da se kod vozila sred-nje klase 60% goriva troši u uslovima parcijalne snage, sa srednjim efektivnim pritiskom р<г0>2 MPa. Mehanički stepen korisnosti motora u tim uslovima iznosi 50%, i manje. Ova činjenica uvažava se i kod dizel motora, i to od automobilskih do brodskih varijanti, jer ovi motori već dostižu najveći stepen korisnosti od svih toplotnih maSina (1987. godine firma Mitsubishi Heavy Industries Ltd je kon-

n (min '|

SI. 7 - Radno polje jednog oto-motora (Vk *» 1,3 l) sa linijama konstantnog mehaničkog stepena korisnosti

a (mi )

SI. 8 - Radno polje jednog dizel motora (Vk - 1,5 I) sa linijama konstantnog mehaničkog stepena korisnosti

struisala brodski motor UEC 85 LS 11, sa specifičnom potrošnjom goriva od 156 g/kWh.). Na slici 8 prikazano je radno polje jednog brzohodnog automobilskog dizel motora, koje je slično kao kod oto--motora (14).

Smanjenjem trenja postiže se ušteda u gorivu, jer se povećava mehanički stepen korisnosti. U literaturi [13] prikazana je moguća uSteda u potroSnji goriva smanjenjem trenja. U najpovoljnijoj tački radnog polja postiže se smanjenje trenja

192

VOJNOTEHNIĆKI CLASNiK 2ПШ.

о зо

Smanjenje meh. gubitaka и oto motorima [%]

0 10 20

Smanjenje meh. gubitaka и dizel motorima [%]

St. 9 - EJekat smanjenja mehantćkih gubitaka и motoru na potroinju goriva motora za putnička vozila

od 10%, a time i smanjenje potrošnje goriva za ukupno 2%. Pri rjm - 0,5 (što od-govara gradskoj vožnji), trenje se sma-njuje od 10% a time i ušteda u gorivu od 10%. To pokazuje značaj mehaničkog ste-pena korisnosti, naročito pri radu motora u uslovima gradskog saobradaja, sa pretc-žnim učeSćem parcijalnog opterećenja.

Ako je težište u poboljšanju meha-ničkog stcpena korisnosti, to se postiže analizom gubitaka u motoru. Iz raspodele gubitaka može da se utvrdi koji kon-strukcioni sklopovi imaju najveći uticaj na mehaničke gubitke (detaljnija analiza je data u [15]).

Pod uslovom da trenje u klipno-ci-lindarskom sklopu učcstvuje u ukupnim mchaničkim gubicima motora sa 40%, smanjenjem ovih gubitaka u ovom sklopu za 25% može se smanjiti potrošnja goriva pri 7}m — 0,5 za oko 9%, a pri rjm - 0,75 još око 3%. Medutim, i na radnoj tački sa

velikim brojem obrtaja i/ili velikim opte-rećenjem, može da se postigne smanjenje trenja, naročito konstruktivnim merama na klipu i klipnim prstenovima [16].

Najveći uticaj mehaničkih gubitaka na potrošnju goriva izražen je pri deli-mičnom opterećenju automobila. Veliči-na uštede ilustrovana je i proračunima koje su sproveli Ojler, Zbrozek i Blum-berg, a prikazana je na slici 9 [17].

Iz ovih radova ir.ože da se uoči da smanjenje mehaničkih gubitaka u oto-mo-torima za 10% donosi uštcdu u potroSnji goriva za oko 5%, dok kod dizel motora donosi uštedu od oko 7%.

Da je smanjenje mehaničkih gubitaka za 10% relativno teško postići poka-zano je u literatim [17]. Navodi se da ra-sipanje mehaničkih gubitaka kod nekih tipova oto-motora iznosi oko 10%. Kada se uporeduju mehanički gubici u funkciji broja obrtaja dva nominalno identična dizel motora zapremine 1,6 1, vidi se da razlika iznosi oko 10%. To znači da ako mogu da se proizvedu svi motori tako da njihovi mehanički gubici budu u granica-ma rasipanja najboljih motora, već na taj način može da se ostvari 5% smanjenja potrošnje goriva, bez ikakvih promena u konstrukciji motora.

Kamionski motori 70% od potroSe-nog goriva sagore na režimu punog opte-rećenja, tako da bi se moglo zaključiti da su mehanički gubici relativno nevažni za ove motore. Medutim, nije baS tako. Po-redenje gubitaka u motoru Gardner 6LX sa motorima sličnog prećnika cilindra i hoda klipa pokazuje roogućnost postoja-nja vclike razlike izrr.edu karakteristika gubitaka kamionskih motora (slika 10), što ima znatne posledice na efektivne po-kazatelje motora [ 17].

VOJNOTEHNlCKI GLASN1K 2/2002.

193

Broj obrtaja motors (min ’)

SI. 10 - Gubici и motoru Gardner 6LX i tipični gubici za 10 l kamionski motor

U ovom slučaju motor Gardner je imao niži stepen kompresije, niži speci-fični pritisak klipnih prstenova i manje gubitke na ležajevima i pomoćnim uređa-jima u poredenju sa njegovim konkuren-tima. To je rezultiralo 50% manjim me-haničkim gubicima, odnosno 10% ma-njom potrošnjom goriva pri punom opte-rećenju. PoboljSanjem konstrukcije auto-mobilskih motors mogu da se smanje mehanički gubici i realno smanji potro-šnja goriva. Međutim, ne treba očekivati smanjenje potroSnje goriva kao što se to može ostvariti optimizacijom sagoreva-nja [17].

Zaključak

Pri projektovanju i razvoju motora neophodno je uvažavati zakone prirode.

Motori za novi vek treba da predsta-» vljaju rezultat svih dostignuća nauke i

tehnologijc, pri čemu je težište na: per-formansama, ekonomičnosti, ekologiji u užem i Šircm smislu, reciklingu, sirovina-ma i novim materijalima, obnovljivim iz-vorima energije.

Kompleksni problem! smanjenja potroSnje goriva i emisije izduvnih gasova motora mogu da se reše samo spregom razvoja automobilske i naftne industrije l Ю].

Ltterotura

111 Gnukn. D.; Kuper, P. F.: ErergiebUanzen modernen Otto-motoren Autoroobil Industrie 4.07/1989., $t. 391-597.

(2) Botti, J.. Miller, C.'. Removing the automobile from the environmental equation. Engne Technology international, 1999.. st 14-16.

(3] VW - Forsehung fir die Zukunft Kraftsofleinspanmg dunk Fuhrzeugtecknik

(4) Ведерников, Д. H.; Шлях job. В. А.: Решение Шриболо-funeomx проблем деиЮТслей *н)И2рне?о сгорания : со-ере.иенмая ОракОика и&оОоеиШелей и йерейексаиеы (по материалам зарубежной СеыаШи}. Трение и износ, том 15 N* I, яалвар - февраль, 1994., st 138-147.

(5] Speckens, F. W , Hermscn, F. G.; Buck, J.: Konsmik/ive Wege j«« reihungsarmen 'fentihrieh, MTZ 03/1998., si 170 181

[6| Gruden. D : Goriva i ekologja vozila, Monogmfija: Istrab-vanja u obbsti motors SUS, MF Kngujcvac. 2000.

|7| Đoch. C: Wirkungsorienticrte Bewertung von Automob»-labgasen. MTZ 11/1998., st. 716-721.

[8| Esch, T.; Verhrauchsemspenmg dunk hedar/sgereekten Antriehder Nebcttoggregau. MTZ 7-8/1994., st. 416-431.

[9] Kollmann, K.; Niefcr. H.; Pinten, D.: Wohinfihrt die Wei• lerentwicklung der Ottomotoren. MTZ 10/1998., st 630-642.

[10] PeSiĆ. R i dtMgi: Trendovt и rasvoju savremenik motora t pogonthk matenjola :o \*alo. Stručno savetovanje GALAX *98. Kopaontk 1998., Zbomik ra<k>va, st. 127-137.

|ll| Urban, J.; Rusnak. R.: The Thermodynamic Potential of the Internal Combustion Engines Before XXI Century, 1998.

112) Samerski, L: Low - friction piston. Kart Schmidt (publi-kaeija).

[13] Thiele, E.: Ermitlungder Reibwigsverluste in Verbrenm-gsmotoren, MTZ 06/1982.. st 253-258.

[14] Thiele, E.: Meckonische beibungsverbtste in Hubkolben-triebwerken, Institut fur Kolbenmaschinen, UniveniUt Hannover, 1985.

[15] Građin, B. 7~'. Analizo mc\anićkih gubitaka disci motora sa direhmm uhrizgavanjem, magistareki rad, MF Beograd, 2000.

[16] italsband. M.: Messung and Oplimierung der Reibun-gsverfuste der Kolbengntppe - Teil I, MTZ 11/1994., st 664-671.

117) Monaghan, M. L.: Engine Friction - о Change In Emphasis. The Institution of Mechanical Engineering, BP Tribology Lecture. 1987., p. 14.

194

VOJNOTEHNIČKIGLASN1K 2/2002.