Dizel cetvototaktni motori SUS

Nemacki inženjer i inovator Rudolf Christian Karl Diesel (1858-1913) mnogo je doprineo razvoju motora SUS.  U njegovu cast se danas jedna grupa motora SUS naziva dizel motorima.

Rudolf Diesel  je  još kao mladic bio opcinjen u to vreme korišcenim Lenoir-ovim motorom parnim mašinama. U toku studija naucio je od svog profesora  Linde, inace tada cuvenog inovatora da toplotni motori mogu da dostignu znatno bolje karakteristike. Zato je 1890. godine predložio izvrsnu ideju ”Kako može biti poboljšan proces sagorevanja”. NJegova ideja se sastojala u tome da se u cilindar unosi cist vazduh, da se taj vazduh sabija u cilindru do pritiska oko 200 bar, kada bi se u njega ubrizgavalo teško gorivo (sirova nafta ili petroleum). Visoki stepen zagrejanosti sabijenog vazduha izazvao bi trenutno zapaljenje goriva, putem procesa samopaljenja (ne postoji potreba za svecicom za proizvodnju varnice). Medjutim, princip rada dizelovog motora  nije za to vreme bio tako prost, kako to prosto zvuci. Pretvaranje ideje u praksu stvaralo je mnogo problema, jer ni jedna mašina do tada nije koristila tako visoki pritisak i temperatru. U saradnji sa Maschinefabrik Augsburg (MAN) u Nemackoj 1893. godine bio je pokušaj da se proizvede prvi motor, ali je taj pokušaj bio bezuspešan. Utrošeno je više godina na usavršavanju, da bi 1896. godine bio proizveden motor sa stepenom iskorišcenja oko 25% (mnogo veci nego kod drugih mašina toga vremena). Medjutim, prva uspela konstrukcija motora nastala je u saradnji sa firmom Krupp iz Esena 1897. godine, kada se i smatra nastanak dizel motora. Komercijalna  proizvodnja motora išla je veoma usporeno, jer ubrizgavanje goriva pomocu sabijenog vazduha zahtevala  je komplikovane,teške i skupe dopunske uredjaje, a nastale su i teškoce oko priznavanja patenta. Svemu ovome  je još doprinosila i jako visoka cena sirove nafte i petroleuma. Zajedno sa švajcarskom kompanijom Saurer 1908. godine je proizveo i male motore primenjive za vozila. Na kraju kad je potpuno osiromašio i kad ni sam više nije verovao u uspešan razvoj svog  motora Diesel se odlucuje na odlazak u smrt. Utopio se  29.09 1913. godine  pri prelazu u Englesku. Pre odlaska u smrt porodici je ostavio 30 000 maraka, poslednji ostatak nekadašnjeg velikog bogastva. Glavni nedostatak dizel motora bilo je ubrizgavanje goriva u cilindar posredstvom sabijenog vazduha. Desetak godina posle smrti Rudolfa Diesela,  tacnije 1922. godine  Robert Bosch je odlucio da razvije novi uredjaj za ubrizgavanje goriva u dizel motor. Korišcenjem vec stecenih iskustava iz oblasti proizvodnje pumpi za podmazivanje, uz vec zavidan nivo razvoja alatnih mašina 1925. godine se definiše konacan oblik pumpe.. 1927. godine pocela je prva serijska proizvodnja pumpe, koja  je bila sposobna da izvede potpuno zahtevani zadatak, a što je dovelo do ponovnog razvoja dizel motora i njihove široke primene .

Stepen sabijanja (e=Va/Vc), kao osnovna geometrijska karakteristika motora odražava meru promene zapremine cilindra pri kretanju klipa od UMT do SMT, odnosno stepen sabijanja radnog tela. Kod dizel motora velicina stepena sabijanja  je znatno veca  nego kod oto motora, a što se objašnjava potrebom za ostvarenjem veceg pritiska sveže smeše  kod dizel motora da bi došlo do samopaljenja ubrizganog goriva (vidi sliku desno).

Radni ciklus kod dizel motora se takodje kao i kod oto motora izvodi u toku cetiri takta.

Princip rada dizel motora se prikazuje na sledecim slikama.

Za vreme takta usisavanja klip se krece od SMT Za to vreme  je posredstvom razvonog     mehanizma otvoren usisni ventil i cilindar se puni svežom smešom koju predstavlja cist vazduh.

U taktu sabijanja razvodni mehanizam drži zatvorena oba ventila (usisni, izduvni), klip se krece od UMT prema SMT. Vazduh (sveža smeša) se sabija, usled cega  mu raste pritisak i temperatura.

Dolaskom klipa u SMT (u taktu sabijena) posredstvom pumpe visokog pritiska u sabijeni i vreo vazduh se ubrizgava odredjena doza težeg tecnog goriva. Usled visokog stepena zagrejanosti sabijenog vazduha dolazi do samopaljenja ubrizganog goriva i nastanka aktivnog procesa sagorevanja. Nastali produkti sagorevanja deluju na klip i pomeraju ga prema UMT, stvarajuci koristan rad. Ovo je znaci (kao i kod oto motora) radni takt.

Dolaskom klipa u UMT radno telo je odalo najveci deo energije pa se posredstvom razvodnog mehanizma otvara izduvni ventil i radno telo se odvodi u atmosferu. Kretanjem klipa prema SMT vrši se popotpunije istiskivanje radnog  tela. Dolaskom klipa u SMT završava se radni ciklus cetvorotaktnog dizel motor.

Rad motora se nastavlja istovetnim sledecim ciklusom.

Na osnovu prikazane analize rada cetvorotaknih oto i dizel motora može se uociti šta je to što ih razlikuje i kako te razlike uticu  na njihove karakteristike:

1. Kod oto motora  formiranje smeše goriva i vazduha izvodi se van cilindra (spoljno obrazovanje smeše), što dozvoljava da se formiranje te smeše izvede uz dobro mešanje i homogenizaciju (kaže se da oto motori rade sa homogenom smešom). Homogena smeša omogucuje brzo sagorevanje.

Kod dizel motora formiranje smeše goriva i vazduha vrši se u unutrašnjosti samog cilindra (unutrašnje obrazovanje smeše). Oko kapljica ubrizganog goriva u sabijenom vazduhu formira se smeša razlicitog sastava. U centru kapljice nalazi se cisto gorivo, dok se na periferiji kapljice formira upaljiva smeša, koja pocinje da sagoreva. Formiranje smeše se izvodi znaci tokom procesa sagorevanja. Same kapljice su neravnomerno rasporedjene po prostoru za sagorevanje. Neravnomeran sastav smeše oko kapljica i neravnomerna raspodela kapljica u prostoru za sagorevanje ukazuju da rad dizel motora se izvodi sa heterogenom (nehomogenom) smešom),

2. Upaljenje formirane smeše kod oto motora  se izvodi posredstvom varnice (spoljašnje energije). Homogena smeša ne sme da se  nadje u uslovima samopaljenja, kako ne bi došlo do njene eksplozije, odnosno detonantnog sagorevanja. Brzina sagorevanja se reguliše brzinom prostiranja fronta plamena kroz prostor za sagorevanje. Upaljenje formirane smeše kod dizel motora vrši se na racun sopstvene energije sabijenog vazduha (zagrejan iznad temperature samopaljenja), a brzina procesa sagorevanja zavisi od brzine obrazovanja smeše nakon ubrizgavanja goriva u cilindar. Ovo omogucava da se postiže kontrolisano sagorevanje, sa malim porastom pritiska,

3. S bzirom na nacin sagorevanja oto motori rade sa manjim viškom vazduha od dizel motora, pa zbog toga mogu da razviju  vecu snagu iz jedinice zapremine u odnosu na dizel motore,

4. Oto motori rade sa manjim pritiscima radnog tela u cilindru, pa su zbog toga dimenzije i masa elemenata  oto motora  manje od dimenzija i mase elemenata dizel motora.  Iz istih razloga oto motori su pogodniji za dobro prihvatanje promenjivih režima rada,

5. Najveci nedostatak oto motora u odnosu na dizel motore  je nešto lošija ekonomicnost, a što je pristeklo zbog manjeg stepena sabijanja, koji se ogranicava opasnošcu od detonantnog procesa sagorevanja,

6. Kao posledica navedenih osobenosti oto i dizel motora, oto motori se koriste tamo gde se traže lake konstrukcije i dovoljna snaga (putnicki automobili, motocikli, mopedi, laki brodski motori, manji agregati, manji avionski motori itd.), dok se dizel motor obavezno koristi za težu mehanizaciju (teretne automobile, autobuse, srednje i vece brodske motore, gradjevinsku i poljoprivrednu mehanizciju, industrijsku i agregatnu primenu i sl.).