TIT - FIZIKA

 TIT & FIZIKA - AVTOMOBILIZEM 

MOTOR

Kaj je motor?

je stroj ki pretvarja ENERGIJO (gorivo) v DELO (moč, navor).

Kakšne vrste motorja poznamo?

V učbeniku na strani 47 lahko vidimo osem vrst motorjev, ki se, danes uporabljajo v vsak dajem življenju. Mi se bomo osredotočili na:

- Štiritaktni motor: bencinski in dizelski (osebni avtomobili, tovornjaki, delovni stroji)

- dvotaktni motor: (kolo z motorjem, električna kosa itd). 

- elektromotorji: (osebni avtomobili, kolo z motorjem, električna kosa...)

Štiritaktni motor

Na telefon si naloži aplikacijo štiritaktnega motorja (https://play.google.com/store/apps/details?id=com.rendernet.ottoengine) in si ga poglej kako deluje. 

DELOVANJE ŠTIRITAKTNEGA MOTORJA:

Deli motorja (zanimivost):

Kaj so štiri takti:

1) Sesanje: Bat se pomakne navzdol in posesa gorivo v cilinder

2) Stiskanje: bat se pomakne navzgor, ter stisne gorivo, svečka se prižge

3) Zgorevanje: ko svečka prižge gorivo pride do eksplozije, katera potisne bat navzdol. Bat se drži gredi, katera preko menjalnika prenese rotacijo na kolesa.

4) Izpuh: gorivo, ki je zgorelo gre ven iz motorja v izpušni sistem, katerega naloga je, da "zaduši" zvok in ujame "strupene delce". Bolje kot to naredi, tišji, "zeleni" vendar počasnejši bo avtomobil. Če na avtomobil damo športni izpušni sistem, bodo plini hitreje odstranjeni iz motorja, kar omogoča motorju večji izkoristek in s tem večjo moč. To je razlog zakaj so športni in dirkalni avtomobili tudi glasnejši. Večji kot je motor večje je izgorevanje:

Športni izpušni sistem na motorju (6,5 l, v12).

Razlika med dizelskim motorjem in bencinskim motorjem:

DIZELSKI MOTOR

Dizelski motor je kot "delovni konj" in je primeren za: traktor, razni stroji za gradnjo cest, tovorna vozila, dostavna vozila in avtomobili, ki dnevno naredijo večjo število kilometrov. Spodaj sem opisal njegove pozitivne in negativne lastnosti:

Dizelski motor +

- večji izkoristek goriva (do 30%)

- dizel je "masten" in deluje kot mazilo za motor, s čemer se podaljša življenjska doba motorja

- manjši CO2 izpust

- večji navor

- navor je v nižjih obratih (slabo za športno vožnjo ali dirkalne avtomobile)

Dizelski motor -

- dražje vzdrževanje

- večji NO2 izpust (zato ga hočejo ukinit)

- glasnejši

- motor mora "delat" (občasna vožnja in vožnja na krajše razdalje (mestna vožnja), je zelo slaba za motor, saj gorivo ne izgoreva dovolj dobro in se znotraj motorja nabirajo saje. Zamašijo se tudi šobe).

- mali obrati (motor je prav tako občutljiv na visoke obrate - športna vožnja)

- motor je težek (dizel se v motorju prižge brez svečke. Da lahko to motor doseže mora bat gorivo "bolj" stisnit. Bolj kot je gorivo stisnjeno bolj se segreje in s tem vname - zagori. Ker so pritiski veliko večji, kot v bencinskem motorju, kjer gorivo prižge svečka, mora biti motor bolj robustno narejen - iz litega železa -zato je tudi veliko težji. Bencinski motorji so narejeni iz aluminija).

- za dobro delovanje mora imeti motor večjo prostornino, zato ga lahko imajo večinoma večji stroji in večji avtomobili

Kljub veliko pozitivnih lastnosti dizelskega motorja, gre sedaj trend nazaj na bencinske motorje in hibride. V nekaterih državah (Nemčija...) so dizelski motorji v večjih mestih prepovedani, saj so izpušni plini zelo strupeni. Dizelski motorji so bili predvsem popularni v Evropi. Japonske znamke so večinoma dizelske motorje kupovale do evropskih znamk in jih nameščale v svoje avtomobile za naš trg. Japonci niso nikoli razvili dobrih dizelskih motorjev, raje so se osredotočili na bencinske in jih izboljševali. Dizelski motorji se prav tako niso nikoli prejeli v Severni Ameriki. Večinoma zato, ker je dizel dražji kot bencin. 

BENCINSKI MOTOR

Bencinski motor je kot "dirkalni konj" in je primeren za: športne avtomobile ali avtomobile za mestno vožnjo. Ker dizelski motor ni primeren za manjše avtomobile in mestno vožnjo (strupeni plini - NO2 in hitra okvara motorja), imajo zato mestni - mali avtomobili bencinske motorje. Vseeno pa bencinski motorji niso najbolj primerni za mestno vožnjo. Tukaj so najboljši električni ali hibridni avtomobili.

Spodaj sem opisal pozitivne in negativne lastnosti bencinskega motorja:

Bencinski motor+

- lažji

- doseže večje obrate (dobro za športno vožnjo, zato so vsi dirkalniki narejeni iz bencinskih motorjev)

- tih

- lepši zvok

- večja moč na težo motorja

Bencinski motor-

- večji co2 izpust

- večja poraba

KOT ZANIMIVOST:

Izjema je nov Mazdin SKYACTIV-X motor, ki je bencin, vendar deluje kakor dizelski motor. Dizelsko gorivo je bolj stabilno in bolj "kontrolirano gori". Ko bat potisne dizelsko gorivo v strop cilindra, se segreje in vname. Vsakič ko je bat odzgoraj se vname in cikel se nadaljuje. Ker bencin ni tak predvidljiv in se lahko vname kadarkoli (ko bat še potuje navzgor), pride do nenačrtovane eksplozije, bat potisne v narobno smet in motor je uničen. Zato je tlak - pritisk v bencinskem motorju veliko nižji, da ne pride do samo vžiga. Vžig pa povzroči svečka, ko je bat na vrhu cilindra. Pri novem SKYACTIV -X motorju, pa jim je uspelo narediti bencinski motor, ki deluje, kakor dizelski motor - torej brez svečke (čeprav jo ima), z visokim tlakom, kar povzroči manjšo porabo goriva. Motor je ekstremno "zakompliciran", saj mora sproti računat kje je bat in kdaj "ne" pride ali pride do napačnega vžiga. Tukaj se svečka prižge le občasno, da ima motor nadzor nad izgorevanjem. Pogovarjamo se v milisekundah ali celo v mikrosekundah. Če avtomobil vozimo "normalno" pri 2000 RPM (torej gred na katerem je pritrjen bat, naredi 2000 obratov v eni minuti), kar pomeni da se gred zavrti v eni sekundi več kot trideset krat. 

Hibridni motor

Vedno bolj so tudi popularni elektro-bencinski hibridni motorji (za mestne avtomobile) in dizel-elektro hibridni motorji (za avtomobile, ki prevozijo dnevno daljše razdalje). Tak avtomobil ima dva motorja (električnega in na notranje izgorevanje - štiri taktnega). Koliko dela opravi kateri motor in na katera kolesa ter kakšen način pa je čisto odvisno od proizvajalca. 

ELEKTRIČNI MOTOR

Električni motor je "kralj" vseh motorjev. Ima največji izkoristek energije. Z drugo besedo, pretvori največ energije v delo.

Izkoristek elektro motorja: 75%

Izkoristek dizelskega motorja: 30-40%

Izkoristek bencinskega motorja: 20-35%

Pojavi se pa velik problem pri pridobivanju in shranjevanju električne energije. Električna energija se lahko shranjuje le v baterijah. Polnjenje je zelo dolgotrajno, sama baterija pa je zelo težka ter se relativno hitro izprazni. Najhitrejši avtomobil na svetu je tako električen VW I.D.R, vendar ne bi zdržal niti ene dirke, saj bi se baterija po par krogih že izpraznila.

Kako lahko motorju na notranje izgorevanje povečamo izkoristek in moč:

Če imamo nagledan avtomobil s štirimi cilindri in bi radi imeli hitrejši avtomobil problem enostavno rešimo tako, da kupimo avtomobil z več cilindri - torej šest, osem itd. Vsaj včasih je bilo tako. Več kot je cilindrov, večja je prostornina motorja (prostor v cilindru) več bo imel moči, s tem pa večjo težo in večjo porabo. Za podjetje je "najlažje", da poveča moč avtomobilu tako, da noter vstavi večji motor. Vendar je cilj inženirstva, da motorju le poveča izkoristek in ne prostornino.

Motor za normalno delovanje potrebuje mešanico zraka in goriva. Kako je to izvedeno, pa vpliva na izkoristek motorja. 

1) Turbina povzroči, da v cilinder pride več zraka (ga noter potisne in stisne). Turbino poganjajo izpušni plini (zavrtijo vetrnico). Druga vetrnica (je ločena od prve), ki jo poganja prva pa potisne zrak v cilinder. Več zraka kot pride v cilinder, bolj lahko gorivo zagori in s tem povezano nastane tudi večja eksplozija in večja moč motorja. Ker mora plin najprej zavrtet vetrnico preden nov pride v cilinder, običajno nastane "turbo luknja" - motor je skoraj neodziven preden se turbina začne vrtet.Nekatere znamke imajo problem rešen tako, da vstavijo v motor dve turbini (eno manjšo in eno veliko). Manjša prej reagira in ko se začne vrteti še velika, se ta luknja "pokrije". (Do 30% boljša efektivnost motorja)

2) Direktni vbrizg: nova tehnologija direktnega vbrizga v cilinder omogoča bolj precizno polnjenje cilindra z gorivom. Gorivo prav tako bolj "razprši" pod močnim tlakom, tako da se gorivo lažje vname, (10-15% boljša efektivnost motorja). 

3) število ventilov na glavi cilindra vpliva na izkoristek motorja. Zrak pride v cilinder skozi ventile. Več kot je ventilov, več zraka pride noter ("bolj gori") in izpušni plini lažje gredo ven iz cilindra, posledično se tudi cilinder hitreje ohladi. 

Nekatere znamke, kot so Honda (V-tec) in BMW (VANOS) imajo prav tako variabilni pomik ventilov odvisno od tega koliko zraka motor potrebuje v posameznih obratih (večji kot so obrati, bolj se mora ventil odpreti). Odpiranje in zapiranje ventilov tako ni odvisno samo od gredi, na katero so pritrjeni ventili in jih premika, ampak te tehnologije. 

4) Preciznost sestava motorja in materiali. Zelo zanimiva je primerjava dirkalnika F1 in malega mestnega avtomobila, ki ga vozijo "naše mame". Oba imata prostornino 1,6 l  (to je volumen cilindrov). Razlika je v tem, da F1 motor doseže 800 km (konjskih moči), mestni avtomobil pa 80 km. Od kod taka razlika (10x). Delno je v zgoraj naštetih stvareh, obliki motorja ter sami preciznosti izdelave. Tolerance so tako male, da so tlak in same sile v motorju toliko večje. (Z vso močjo probaj pihnit skozi slamico en majhen listek papirja. Ta bo odletel le kaki pol metra pred tabo. Sedaj pa vzemi malo večji košček papirja, ga zmoči in ga zmečkaj v kuglico. Le to na tesno porini v slamico. Pihni z isto močjo in boš videl koliko dlje leti, saj so bile tolerance veliko manjše. Na podoben način doseže F1 dirkalnik takšen velik izkoristek). 

Nekateri dirkalnik in BMW M4 GTS pa uporabljajo še tehnologijo vbrizga vode: Water injection System. Na video je lepo vidno kako deluje turbina, ventili, svečka in kako se poleg zraka zraven meša še vodna para.

Izkoristek (moč, navor, poraba)? (uporabno)

Ko kupujemo avtomobil (podal bom svoj primer) si vedno najprej pogledamo specifikacije. Ker sem bil lastnik že kar nekaj avtomobilov, sem si tokrat zaželel nekaj malo bolj športnega. Torej, pogoj je bil cca. 300 konjev. Pri tej moči se avtomobili začnejo obnašat bolj športno.

Tukaj bom dal primerjavo, zakaj sem se odločil za BMW 328i F30. Pogledal sem najprej uradne specifikacije:

Moč: P=180 Kw (240ps) / izmerjena 275ps

Moč v odvisnosti od teže: P=160ps/t  / izmerjena 185ps/t

Navor: M= 350 Nm / izmerjena 370 Nm

Teža: m= 1505 kg

Koeficient zračnega upora: k=0,29

Pogon: zadaj

Motor: spredaj

Menjalnik: avtomatic (f1 ročice)

Prostornina: V=2l

Število valjev: n=4

Število vrtljajev: do 7000

Čas pospeševanja (0-100): t=5,9s

Poraba: 8,5l/100km

Dodatek: dvojna turbina

FORD MUSTANG ECOBUST

Moč: P=227 Kw (310ps) / izmerjena 290 ps

Moč v odvisnosti od teže: P=160ps/t  / izmerjena 185ps/t

134 ps/l!!!!!

Navor: M= 407 Nm / izmerjena 390 Nm

Teža: m= 1600 kg

Koeficient zračnega upora: k=??

Pogon: zadaj

Motor: spredaj

Menjalnik: avtomatik

Prostornina: V=2,3l

Število valjev: n=4

Število vrtljajev: do 6000

Čas pospeševanja (0-100): t=5,8s

Poraba: 11l/100km

Dodatek: turbina

Kadar kopujemo avtomobil moramo vede