Usisini sistem

usisni sistem

O leptirima ili ulasku vazduha , na različite načine

Što se događa kada pritisnete papučicu gasa i kako motor izlazi na kraj sa povećanom potrebom za svežim vazduhom. Biće tu reči o nekakvim leptirima, granama i sličnim prirodnim lepotama.

Verojatno ste već do sada čuli za pojam “leptira” u motoru i verojatno vas je isti zbunio. No, u našem se slučaju ne radi o kakvom krilatom stvoru koji je nastao od gusenice, već o delu motora koji prvi reaguje na promenu položaja papučice akceleratora (gasa).

Leptir usisa

Leptir usisa automobilskog motora (Alpina BMW)

Leptir koji nikada nije poleteo 

Leptir je (pojednostavljeno) okrugla pločica koja kroz promer ima postavljenu osovinu. Ova pločica smeštena je unutar usisne cevi kojoj je svrha dopremiti vazduh  (ili smesu) 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 vertikalno u odnosu na usisnu cev i samim time propušta malo (teorijski ne propušta ništa) vazduha. No, pritiskanjem papučice akceleratora zakrećemo leptir i on, što je papučica jače pritisnuta, propušta sve više vazduha. Potpuno otvoreni leptir paralelan je u odnosu na cev usisa.

Smeštaj leptira zavisi, prvenstveno, o načinu snabdevanja motora gorivom. Kako ćemo naučiti u kasnijim poglavljima, taj način možemo podeliti u tri grupe: snabdevanje motora gorivom putem karburatora, putem indirektnog ubrizgavanje i putem direktnog ubrizgavanje goriva. Da kako i u ovoj priči postoji “mali milion” podvarijanti, zavisno od vrste  karburatora ili sistema za ubrizgavanje, no zadržimo se na osnovama.

kućište leptira

Položaj kučišta leptira (srebrno) – na početku usisne grane (sivo) (Skunk Racing)

Kod motora opremljenog karburatorom, leptir je integrisan u konstrukciju samog karburatora i nalazi se na putu protoka smeše, dakle, nakon tačke ulaska goriva u struju vazduha. Kod motora opremljenog ubrizgavanjem (indirektnim i direktnim), leptir se nalazi na putu protoka vazduha, dakle pre brizgaljke za gorivo.

Kod dizel motora gorivo se dostavlja isključivo putem brizgaljki. Bilo da se radi o sistemu klasičnog (sada već i “staromodnog”) dizel motora sa pretkomorom ili onog sa direktnim ubrizgavanjem goriva u cilindar, naš će se leptir uvek naći na putu protoka vazduha, pre tačke ubrizgavanja goriva.

I, ne zaboravimo, pre cele ove “priče” sastavljene od usisa, leptira, karburatora ili brizgaljki, smešten je filter (pročistač) vazduha. Mišljenja smo da njegovu svrhu ne treba posebno pojašnjavati…

Usisna grana

Usisna grana u poređenju sa pojedinačnim usisom

Grana koja nikada nije bila na stablu

Usisna cev je komad metala (plastike ili nečeg sličnog) koji vodi vazduh ili smešu goriva i vazduha do cilindara. Zbog jednostavnosti izrade, u tradicionalnoj konstrukciji velikoserijskih automobila ovaj se dovod zraka ili smeše do cilindara (usisnih ventila) rešava tako da kroz jednu cev dolazi ukupna količina vazduha potrebna za “napajanje” svih cilindara te se ona potom grana u onoliko cevi koliko ima cilindara. Takav usisni sistem nazivamo usisnom granom.

Usisna grana

Usisna grana (levo) u poređenju sa pojedinačnim usisnim ‘trubicama’ koje se nastavljaju na zasebne leptire (Skunk Racing, Kinsler)

Prednosti ovakve konstrukcije su u tome što je dovoljno postaviti jedan leptir i to na samom početku usisne grane (u pravilu na mestu gde ulazi sam vazduh, pre mešanja sa gorivom). Ipak, usisne su grane neretko veoma komplikovanih oblika i imaju dosta zakrivljenja na putu protoku vazduha. Dakako, jasno je kako ti “zavoji” podosta usporavaju kretanje vazdušne mase, što u krajnjem slučaju može dovesti do manjkanja raspoloživog vazduha pri visokim obrtajima motora.

Rešenje za ovaj problem, kakvo se češće primenjuje kod motora visokih performansi, jest u postavljanju više samostalnih uvodnika vazduha od kojih svaki ima svoj leptir. Iako komplikovanija i skuplja, ovakva konstrukcija pruža znatno manje otpora struji vazduha i time čini motor efikasnijim.

No, osim o zakrivljenosti, brzina protoka vazduha u usisu znatno zavisi i o preseku usisne (usisnih) cevi. Zamislite da pokušavate izduvati zrno graška kroz neku malo veću slamku. Posle toga probajte isto, ali uzmite cev promera 10 cm. Jasno je kako brzina strujanja vazduha (koji tera zrno) zavisi o preseku, no kod automobilskih motora (kao i mnogo puta do sada) potrebno je naći kompromisno rešenje.

Usis promjenjive geometrije

Usis promjenjive geometrije (Toyota Motor Co.)

Naime, konstrukcije današnjih usisnih sistema moraju zadovoljiti potrebu za snabdevanjem motora vazduhom pri svim brzinama rada pa je potpuno razumljivo da nije moguće postići usis koji je idealan pri svim uslovima rada.

Sve popularnije rešenje kojim proizvođači automobila pokušavaju doskočiti ovom problemu je usis promenljive geometrije kod kojeg se, sa obzirom na broj obrtaja motora i još neke parametre, automatski menja dužina usisnih kanala. Ova se promena odvija se pod nadzorom računara, a najčešće tehničko rešenje ono je sa kompleksnom konstrukcijom usisnih cevi (plastični sistem levo, na našoj slici) kod koje se u stvari ne menja dužina usisa u fizičkom smislu, već se pojedini usisni kanali otvaraju ili zatvaraju kako bi se promenila dužina puta kojim vazduh mora proći kroz usis.

Benzinski V8 motor

Benzinski V8 motor S65 s osam pojedinačnih usisnih leptira (na slici zatvoreni) (BMW AG)

Praksa je, kao i uvek, nešto drugo…

Kao poslednje, trebamo napomenuti kako gorivo “gleda” na naše igranje sa brzinom usisa vazduha. Naime, ukoliko je struja vazduha prespora može se javiti efekt pri kojem u gorivo “pada” iz smeše. Struja vazduha tada nema dovoljnu brzinu da bi sa sobom nosila sitne čestice goriva te one padaju na zidove usisnih kanala. Ovo za posledicu ima veliku količinu nesagorelog goriva što, u krajnjem slučaju, smanjuje snagu motora.

Druga krajnost javlja se pri izuzetno visokom broju obrtaja motora kada se gorivo nema vremena pomešati sa vazduhom u smešu pre nego li dođe do usisnog ventila. U takvom slučaju potrebno je gorivo ubaciti u struju vazduha što dalje od završetka usisa, upravo suprotno od onoga kada imamo sporiji protok.

A, da bi sve zajedno postalo još komplikovanije, u priču možemo ubaciti i temu temperature vazduha u sistemu usisa. Naime, znamo da je hladniji vazduh gušći što znači da u manjem obimu sadrži više kiseonika neophodnog za sagorevanje smeše. Stoga se početak usisnog sistema (otvor cevi koja dovodi vazduh do filtera) smešta što je moguće bliže prednjem delu vozila, tj. “maski”. Upravo zbog razlike u gustini vazduha, na starijim je motorima bila primetna razlika u radi, zavisno od temperature vazduha u okolini. Za hladnije dane motori su nekako bolje radili. No, zbog dužeg vremena potrebnog za dostizanje optimalne radne temperature, potrošnja nit uz vazduh bogatiji kiseonikom (po jedinici obima) nije bila niža, štoviše.

Zabave radi, recimo kako na površini mora (nulta visina), pri temperaturi od 20 °C, vazduh ima gustinu  od 1,2041 kg/m3 (udeo kiseonika u vazduhu iznosi 20,95%). U obzir treba uzeti i kako se gustina vazduha, pored uticaja temperature, menja i zavisno o nadmorske visini. Tako bi bez prednabijanja (turbopunjača) tj. uvođenja vazduha u usis pod pritiskom većim od atmosferskog, vozačima rallyja Dakar prelazak 4750 m visokog prevoja Paso de San Francisco bio poprilično otežan.

Kao što vidimo, kompromis je ponovo bila jedna od ključnih reči. Idealan motor, koji bi najefikasnije radio pri svim radnim uslovima, dakako, ne postoji. No, današnji su sistemi (poput usisa promenljive geometrije) doskočili mnogim problemima koji su opterećivali motore iz prošlosti.

ETC leptir Bosch DV-E

ETC leptir Bosch DV-E (Robert Bosch GmbH)

Izdvojeno – Drive by Wire

Leptir kojim se kontroliše protok vazduha u sistemu usisa automobilskog motora kod klasičnih je konstrukcija pokretan čeličnim užetom (sajlom). To uže, u stvari, predstavlja mehaničku vezu između papučice akceleratora (gasa) i samog leptira. Bilo da je veza izvedena direktno ili putem nekog prenosnog sistema, u ovakvom načinu kontrolisanja usisa koristi se povratna opruga koja leptir vraća u zatvoreni položaj (nema protoka vazduha) kada se papučica akceleratora otpusti. Takav, klasični sistem “pati” od više nedostataka mehaničke prirode. Najčešći problemi koji se mogu pojaviti su zapinjanje čeličnog užeta uzrokovano nečistoćama, istezanje do kojeg dolazi sa vremenom, pucanje kao posledica istrošenosti i sl.

papučica akceleratora s programabilnim

Drive-by-Wire papučica akceleratora s programabilnim senzorom položaja (Lokar Performance Products)

Kako bi se izbjegli svi navedeni potencijalni problemi, danas su automobili većinom opremljeni tzv. “elektronskim  gasom”. Reč je o sistemu kod kojeg nema direktne mehaničke veze između papučice akceleratora i usisa, tj. leptira. Kod ovakvog sistema (eng. ETC – Electronic throttle control) papučica je opremljena senzorom položaja, a leptir aktuatorom (električnim motorom) koji ga, zavisno o signalu primljenom iz elektro nadzorne jedinice motora, otvara, odnosno zatvara.

ETC i elektronska (električna) veza između papučice akceleratora i sistema za ubrizgavanje goriva zajedno čine sklop popularno zvan Drive-by-Wire kod kojeg je mehanička veza između papučice gasa i kontrole rada motora zamenjena elektronskom.

ETC sistemi su (teoriski) pouzdaniji i preciznije reaguju na promene pritiska na papučicu akceleratora. U pravilu su opremljeni i senzorom položaja leptira (najčešće magnetni senzor). Sistem elektronskog gasa zaštićeni su od potencijalnih kvarova koji bi npr. mogli uzrokovati stalno otvoreni leptir, bez obzira na vozačev uticaj, tj. vožnju “punim gasom” bez da je vozač uopšte pritisnuo papučicu.

Zaštita se sastoji u vidu Safe-moda koji se pokreće ako dođe do prekida protoka informacija na relaciji papučica akceleratora –  nadzorni računar – leptir ili ako se u tim informacijama pojavi greška koja uzrokuje problem u komunikaciji između navedenih sistema. Tzv. Safe-mod u pravilu se svodi na to da računar zadrži leptir otvoren tek toliko da motor nije u načinu rada predviđenom za prazni hod te da se pri tome možete dovesti do odredišta, dakako, minimalnom brzinom.

Na ovom videu sa prikazom hyundaijevog  benzinskog motora oznake NU vidljiv je način rada usisa promenjive geometrije:

autor: AUTONET.HR


Be the first to comment on "Usisini sistem"

Leave a comment

Your email address will not be published.


*