StoryEditor
Auto moto140 GODINA

Usprkos godinama, benzinski motor je zadržao isti princip rada

Piše Robert Radica
7. kolovoza 2020. - 06:13
Fiat iz 1903. godine s motorom snage 16, odnosno 20 KSZdravko Juričko

Vjerojatno je mnogima poznata činjenica da je prvi benzinski motor konstruiran prije 140 godina, a, što je najinteresantnije, i dandanas dijeli radni princip s modernim agregatima. Ideja oko koje se sve vrti je da se u cilindre ubrizgava mješavina benzina i zraka, koja se zatim pali uz pomoć svjećice. Činjenica je da se neke stvari nisu promijenile, ali se na planu smanjene potrošnje i emisije ispušnih plinova mnogo toga učinilo u posljednjih stotinjak godina.

Prvi benzinski agregati su koristili karburatore, a ovo rješenje još uvijek nije otišla u povijest, jer ga još uvijek pronalazimo kod mnogih oldtimera. Naravno, karburatori nisu bili najefikasniji način za miješanje zraka i benzina, tako da su inženjeri konstantno radili na unaprjeđenju motora s unutrašnjim izgaranjem, kako bi iz manje količine goriva izvukli više snage. Naglasak u ovoj priči je na četvorotaktnim benzinskim motorima koji nisu koristili mješavinu ulja i benzina da bi se osiguralo podmazivanje cilindara, tako da nisu proizvodili omraženi plavi dim. Recimo da je to prvi korak u evoluciji benzinskih motora.

Sljedeći veliki pomak napravljen je s MFI (Mechanical Fuel Injection) sustavom. On je razvijen tijekom Drugog svjetskog rata za potrebe lovačkih aviona, ali je poslije našao primjenu i u serijskim automobilima. Iako je prvotno bio rezerviran za skupe, luksuzne automobile, postao je dostupan i za prosječne kupce. Za razliku od karburatora, MFI pouzdano osigurava preciznu količinu goriva i zraka za svaki ciklus paljenja. Ovi sustavi su usavršeni tijekom godina, tako da su u vrijeme osamdesetih bili dominantni u automobilskoj industriji. Nažalost, kao i karburatori, i MFI je imao svoje nedostatke, tako da je s vremena na vrijeme zahtijevao podešavanja, ali je bio bolji u odnosu na vremešnu tehnologiju.

Ventil sustava recirkulacije ispušnih plinova je jedan od prvih sustava koji je služio za njihovo reduciranje u benzinskim motorima, istovremeno podižući efikasnost na višu razinu. Ova metoda uključuje ubrizgavanje ispušnih plinova natrag u komoru za izgaranje, da bi se smanjila temperatura. Upotrebom EGR ventila, motori brže dostižu radnu temperaturu, a nema „štucanja“ karakterističnog za motore s karburatorom. S druge strane, reducirana temperatura u komorama za izgaranje prevenira pretpaljenje i detoniranje, a samim time motor radi uglađenije.

Ipak, prvi EGR sustavi su bili neusavršeni i utjecali su negativno na rad motora. Na kraju, proizvođači su uveli kontrolni sustav za EGR, za efikasniji rad agregata neposredno nakon starta i prilikom rada u „leru“, kao i bolje performanse pri visokim opterećenjima, tako što bi se sustav jednostavno deaktivirao. Većina suvremenih automobila posjeduje EGR sustav, dok neki motori funkcioniraju i bez njega uz neka druga rješenja.

Jedan od najvažnijih napredaka u evoluciji benzinskih motora bila je implementacija elektroničkih sustava paljenja. Oni koriste različite, jednostavne senzore, koji zamjenjuju vakuumsko funkcioniranje i mehanizme centrifugalnog pretpaljenja u tradicionalnim razvodnicima paljenja, osiguravajući iskru koja pali mješavinu zraka i goriva u precizno određenom momentu.

Ovi sustavi su inicijalno implementirani u karburatorske motore, s ciljem da im poboljšaju efikasnost, da bi u međuvremenu postali standardni u benzinskim motorima. Međutim, podešavanje karburatora uz uspostavljanje vremena paljenja u razvodnicima paljenja bilo je noćna mora bez adekvatnog alata i iskustva. Nedostatak jednog ili drugog spomenutog elementa dovodio je do goleme količine protraćenoga goriva tijekom godina eksploatacije.

Ideja o motoru koji koristi siromašnu smjesu bila je način da se napravi otklon od stehiometrijskog odnosa zraka i goriva, koji se smatrao optimalnim za Otto motore. Ova solucija naziva se „siromašna smjesa“, a uključuje korištenje drugačijeg odnosa goriva i zraka, nekoliko puta višeg u odnosu na stehiometrijski, koji iznosi 14,64:1.

Ovo rješenje postalo je prevladavajuće krajem sedamdesetih godina. Ideja je bila da se kroz korištenje siromašne smjese reduciraju gubici koji se stvaraju prilikom pritiskanja papučice gasa, kao i da se poboljša ekonomičnost. Ipak, ovo nije postalo opće rašireno u automobilskoj industriji jer je zahtijevalo složene katalizatore, koji nisu bili kompatibilni s tada aktualnim trostupanjskim jedinicama. Iz tog razloga, ovaj koncept se od devedesetih godina ne koristi kao jedini tog tipa u automobilskoj industriji.

Sljedeći značajan napredak u reduciranju emisije ispušnih plinova kod benzinskih motora (kasnije i dizela) bilo je uvođenje elektroničkog sustava ubrizgavanja goriva. Ovo rješenje je bilo preciznije u odnosu na mehanički pandan, koji mu je prethodio. Kontrola količine goriva koja se šalje u cilindre postala je mnogo bolja. Prvotne primjene su bile u vidu sustava ubrizgavanja u jednoj točki, ali je EFI tehnologija brzo evoluirala u „multipoint“ i „multiport“ solucije. Potonja se još uvijek, doduše rijetko, koristi, a zamijenjena je sustavom direktnog ubrizgavanja goriva iz jednostavnog razloga što on pruža bolju efikasnost. Za razliku od mehaničkih sustava ubrizgavanja, EFI sustavi koriste veći broj senzora, a i precizniji su.

Da bi funkcionirali, moraju imati povezanu kompjutorsku jedinicu, koja funkcionira u sinergiji s elektroničkim sustavom paljenja. Zajedničkim snagama, ovi sustavi za motor osiguravaju stehiometrijsku smjesu goriva i zraka pri bilo kojoj brzini i vremenu rada. Novi motori sa sustavima ubrizgavanja goriva su zatim zahtijevali tzv. Lambda senzore. Riječ je o senzorima kisika, koji su pozicionirani u okviru ispušnog sustava i služe za procjenu efikasnosti ciklusa izgaranja i rada uređaja koji služe za reduciranje zagađenja, kao što su katalizatori.

Moderna vozila imaju dva ili više senzora kisika, a postavljeni su unutar toka ispušnih plinova (obično prije ili posle katalizatora). Vrijeme paljenja i ubrizgavanja se u ovom slučaju konstantno podešavaju u odnosu na parametre koje postavlja proizvođač, da bi se osiguralo da je motor u potpunosti u skladu s ekološkom regulativom. Povrh toga, sve se postiže zahvaljujući Lambda senzorima uz EFI sustav. Katalizator je uređaju koji funkcionira sa sustavom elektroničkog ubrizgavanja goriva, da bi osigurao nižu emisiju ispušnih plinova motora.

Radi na taj način što stvara oksidacijsku reakciju unutar kućišta uz pomoć rijetkih metala koje sadrži. Ovi sustavi su funkcionirali zajedno više od dva desetljeća, prevenirajući da automobili prekomjerno ne zagađuje okoliš. Međutim, bilo kakva pogreška u nekom od sustava za posljedicu će imati da i onaj drugi neće funkcionirati ako ne dođe do pravovremenog popravka, tako da ako vidite „Check Engine“ ikonicu na instrument tabli – pravac servis.

Iako nisu tako nov pronalazak kako se možda misli, motori koji koriste sustav direktnog ubrizgavanja goriva u usponu su posljednjih godina. Za razliku od „multipoint“ i „multiport“ sustava, oni benzin isporučuju pod višim pritiskom i to direktno u komoru za izgaranje. Klasični sustavi ubrizgavanja koristili su niži pritisak, sličan onom pod kojim napumpamo gume.

Benzinski motori s direktnim ubrizgavanjem goriva inspiraciju su naravno pronašli u dizelskim jedinicama, u koje su proizvođači automobila, posebno u Europi, investirali golem novac, smatrajući ih dobrim rješenjem za reduciranje emisije ugljikovog dioksida. Zahvaljujući genijalnom inženjeringu, brizgaljke o kojima je riječ sposobne su ubrizgavati manju količinu benzina u cilindar, a to mogu činiti u formi posebnog obrasca, radi optimalnog paljenja.

Otto ciklus nije jedini

Otto ciklus izgaranja goriva nije jedini koji se koristi u automobilskoj industriji. Još 1882. godine, James Atkinson razvio je ciklus koji je po njemu i dobio ime. Nije ostvario popularnost njemačkog pandana iz jednostavnog razloga što je pružao manju gustoću snage u odnosu na Otto ciklus. Međutim, moderni hibridi okrenuli su se Atkinsonovu ciklusu zbog bolje opće efikasnosti.

Neki motori razvijeni su da kompenziraju reduciranu gustoću snage Atkinsonova ciklusa uz pomoć mehaničkog kompresora, a oni se nazivaju motori u Millerovu ciklusu. Za razliku od Otto motora, druga dva nisu tako široko rasprostranjena. Neke kompanije razvile su motore koji funkcioniraju u Atkinsonovu ciklusu pri manjim opterećenjima, da bi se prebacile na Otto kada je potrebna veća isporuka snage. Mazda je to uradila s 2,0-litrenim Skyactiv-G jedinicama.

Želite li dopuniti temu ili prijaviti pogrešku u tekstu?

Izdvojeno

18. rujan 2020 15:04