ŠKOLICA AUTOMOBILSKIH DIJELOVA

BY MEPS

Kako radi motor? Iako je automobilska tehnika već odavno raskrinkana među obožavateljima "limenih ljubimaca", ona i dalje krije poneku tajnu, koliko god da smo upućeni. Osim toga, moramo misliti i na nove naraštaje. Stoga, počinjemo s osnovama

Prvih ćemo nekoliko nastavaka, s razlogom,

posvetiti motoru. On je naime, "srce" automobila,

izvor snage koja ga pokreće i koja mu daje

karakter. Prema motoru možemo saznati koliko je

neki automobil brz, koliko troši te gdje mu je

mjesto na ljestvici cijena. Nažalost, motor je i

najskuplji dio na vozilu koji možemo uništiti.

Pogon većini današnjih automobila daju motori s

unutrašnjim sagorijevanjem. Naime, energija

potrebna za pokretanje vozila kod ovih se motora

dobiva sagorijevanjem goriva (benzina, dizela,

plina itd.) i zraka u cilindrima. Zrak, potreban da

bi gorivo sagorjelo, uvodi se iz atmosfere u

cilindar usisnim kanalima, a gorivo, smješteno u

spremniku, priskrbljuje pumpa koja ga dostavlja

rasplinjaču ili sustavu za ubrizgavanje. Smjesu

goriva i zraka potom komprimira klip te se ona

pali iskrom svječice u slučaju benzinskog (Otto)

motora, dok kod motora na plinsko ulje (Diesel)

paljenje goriva omogućava visoka temperatura

sabijenog zraka. Kada je smjesa izgorjela, nastali

se plinovi odvode kroz ispušni sustav.

Govori li se o automobilima, najčešće ćemo čuti za

pojam četverotaktnog motora. Radi se, naime, o

pogonskim strojevima koji predhodno navedeno

obavljaju u četiri faze koje nazivamo taktovima.

Pojedinačno, radne faze četverotaktnog motora

nazivamo: usisnim, kompresijskim, ekspanzijskim

i ispušnim taktom.

Rekli smo da je za izgaranje potrebno pomiješati

zrak i gorivo. Uzmemo li u obzir da je za potpuno

izgaranje najpovoljniji omjer goriva i zraka stalan

(14,7 : 1 u korist zraka kod benzinskih motora),

vidimo kako je za povećanje dobivene energije (te

tako i snage motora) naprosto potrebno sagoriti

više smjese. Stoga, motori većeg obujma u

pravilu razvijaju veću snagu jer im u cilindar stane, dakako, i više smjese.

Klip (koji sabija smjesu odn. zrak) u radu se giba između dva položaja - donje i gornje mrtve točke

pri čemu prelazi put koji nazivamo hod klipa. Uzmemo li u obzir njegov promjer (klipovi su u

pravilu okruglog presjeka), moguće je obujam cilindra predočiti kao prostor koji se nalazi između ta

dva krajnja položaja klipa. Pri tome, dakako, obujam nekog motora možemo predstaviti kao

umnožak obujma jednog cilindra i broja cilindara. Omjer najvećeg obujma cilindra (kada je klip u

Četverotaktni Otto motor

1. takt: Usis (usisni ventil je otvoren, ispušni

zatvoren)

2. takt: Kompresija (oba ventila su zatvorena, klip

sabija smjesu)

3. takt: Ekspanzija (iskra svječice pali smjesu, a

plinovi se šire potiskujući klip)

4. takt: Ispuh (ispušni ventil je otvoren, usisni

zatvoren)

donjoj mrtvoj točki) i prostora u koji je smjesa sabijena dolaskom klipa u gornju mrtvu točku

nazivamo omjerom kompresije. O omjeru kompresije znatno ovisi energija koju dobivamo

izgaranjem smjese, a u pravilu njegovim povećanjem (do izvjesne granice) raste i snaga motora.

Posljedica sagorijevanja gorivne smjese je povećanje volumena plinova unutar cilindra. Ova

ekspanzija pokreće klip prema dolje, a on posredstvom klipnjače zakreće koljenasto vratilo. Ovako

se pravocrtno gibanje klipa pretvara u kružno koje se potom predaje prijenosnom sustavu te na

kraju kotačima.

Da bi motor mogao pravilno "disati", tj. usisavati smjesu u cilindar te izbacivati iz njega produkte

sagorijevanja, brinu se ventili. Postoje dvije vrste ventila: usisni i ispušni, a ritam njihovog

otvaranja i zatvaranja diktira broj okretaja motora koji se mijenja obzirom na to koliko je pritisnuta

papučica gasa. Moderni su motori radi bolje izmjene plinova opremljeni s više ventila po cilindru.

Tako dva usisna i dva ispušna ventila jednom (četverocilindričnom) 16-ventilskom motoru

omogućavaju znatno bolje "disanje", a time i ostvarivanje veće snage u usporedbi s klasičnom

(dvoventilskom) izvedbom.

Kamo ćete konji moji?!

Pošto smo u prošlom poglavlju "Školice" razriješili što se i kojim redosljedom događa unutar automobilskog motora, vrijeme je da se pozabavimo i rezultatima tih zbivanja. Stoga smo proučili nekoliko udžbenika, kako bismo vas oslobodili mučnog listanja ove "nesimpatične" literature

Da bi nekako opisali napor koji su konji

od davnina ulagali radeći ne baš

ugodne poslove, znanstvenici su

svojedobno pokušali opisati rad (što ga

je konj izvršio), vrijeme (koje je konj

proveo radeći) te međuodnose ovih

dvaju vrijednosti. I, gle čuda, rezultat

napornog razmišljanja najblistavijih

umova bila je magična vrijednost,

njezino veličanstvo: "Konjska snaga".

Prema toj priči postavljena je

definicija, koje se danas držimo, a koja

govori kako je jedna KS = 75 kg m /

s. Prebacimo li to sada u, normalnom

čovjeku, razumljiviji riječnik dobit ćemo da je prosječni konj (snažan 1 KS) u stanju predmet težak

75 kg podići za 60 m vukući ga 1 minutu (slika 1). No, u novije su se vrijeme blistavi umovi sjetili

kako bi bilo dobro pustiti konje na miru te su nam naredili da snagu naših "limenih ljubimaca"

opisujemo nekakvim Metričkim sustavom, odn. kilovatima (kW). Problem i ne bi bio tako strašan

da omjer KS i kW ne daje neke prilično nezapamtljive brojke, a koje govore kako je 1 KS = 0,735

kW odn. 1 kW = 1,35962 KS. Super, ha?

Jedna KS potrebna je da se tijelo teško 75 kg podigne za 60 m u 1 minuti

I sve ovo ne bi bilo tako teško zapamtiti da se,

opet oni isti, blistavi umovi nisu dosjetili kako

da nama (smrtnicima) još više zakompliciraju

život. Naime, sjetili su se kako rad svojih

motora s unutrašnjim sagorijevanjem nećemo

moći do kraja shvatiti ne ubacimo li još jednu

fizikalnu vrijednost - Moment sile. Od milja

znan i samo kao "moment", novi je pojam u

stvari nešto što je "jednako umnošku sile i

udaljenosti mjesta na kojem djeluje ta sila od

osi rotacije". Grozno. No o čemu se radi?

Zamislite ključ za skidanje vijaka na kotačima.

Što dulju polugu imate to će vam posao

odvijanja biti lakši jer ćete istu silu

primjenjivati na većoj udaljenosti od osi

rotacije (vijka). Ova se udaljenost zove "krak

sile", a ono što pri odvijanju primjenjujete na

nesretnom vijku zove se "moment" (jedinica:

Nm). Wow!!!

Da bismo mogli pomiješati sve do sada

izrečeno potrebno je spomenuti još jedan

detalj, a to je broj okretaja motora. Sjetite se

prvog poglavlja školice kako bismo se mogli

poslužiti primjerom 4- taktnog motora. Očito je

(iz ilustracija) da za obavljanje tih taktova

mora doći do pomicanja dijelova motora.

Pravocrtno gibanje klipa tako se pretvara u

kružno gibanje koljenastog vratila (radilice), koje se okrene 2 puta za svaka 4 takta. Dakako, što je

veći broj okretaja motora, jasno je - veća je i količina sagorenog goriva, a time je i proizvedeno

više energije. Pojednostavnjeno, više okretaja - više snage gledamo li to kroz jedan te isti period

vremena.

I konačno, sad po prvi puta dobivamo priliku da povežemo snagu i moment, što će učiniti magična

formula: KS = Nm * O / 7024, gdje je O broj okretaja motora izražen u 1/min.

Zbog čega nam je sve to uopće bitno?

Snaga motora, dakako, bitna je da bismo znali da li će neki automobil ići brzo. No, moment nam je

potrebno znati kako bismo otkrili kada će taj automobil ići brzo. Pojednostavnjeno govoreći, što je

viši maksimalni moment koji neki motor razvija (pri određenom broju okretaja) to će automobil

bolje "vući" pri nižem broju okretaja jer će ujedno njegov motor moći ostvariti veću snagu pri nižim

okretajima. Krivulja okretnog momenta i snage s obzirom na broj okretaja motora (slika 2) veoma

slikovito opisuje međuovisnost ova tri elementa.

I za kraj, malo preračunavanja za one koji listaju britansku i/ili američku literaturu:

1 KS (DIN) = 0,9862 hp (US-horsepower, prema SAE standardu)

1 Nm (DIN) = 0,7375 lb - ft (funta * stopa, SAE)

Diagram rada 4-cilindričnog otto-motora:

- najveća snaga 33 kW (45 KS) pri 5000 o/min

- najveći moment 88 Nm pri 2800 o/min

Pravilno disanje Nakon suhoparne fizike konačno započinjemo s "pravim stvarima". Zapravo je ideja ovog nastavka objasniti kako teorija izgleda unutar samog cilindra i koliko se ona razlikuje od prakse. Pogledajmo stoga što je potrebno napraviti da bismo ugurali smjesu goriva i zraka tamo gdje će ju motor najbolje "prožvakati"

Bez obzira na to kakvu ste sliku o načelima

rada motora s unutarnjim sagorijevanjem

stekli nakon prva dva (teorijska) nastavka

Školice, ubrzo ćete spoznati kako stvari u

praksi funkcioniraju malo drugačije.

Osvrnemo li se na prvi nastavak u kojemu su

ilustrirani radni taktovi jasno nam je da se

smjesa goriva i zraka u cilindre uvodi kroz

usisni ventil, a da produkti njezina

sagorijevanja izlaze kroz ispušni. Za otvaranje

ventila brinu se bregaste osovine i još poneki

metalni dio jednako neobična izgleda, no o tim

ćemo detaljima raspravljati kasnije. Teorija

kaže da se gorivna smjesa usisava u cilindar u

trenutku kada započne usisni takt, odnosno

kada se klip krene gibati od gornje mrtve točke

(GMT) prema dolje. Jednakom teorijom možemo pretpostaviti kako je za savršeno pravilan rad

motora moguće usisni ventil otvoriti trenutak nakon što je klip krenuo prema dolje kako bi stvoreni

podtlak pomogao usisavanju smjese. Jednako tako, ovaj bismo ventil mogli početi zatvarati kada je

klip prošao nekih 80% puta prema dolje jer će tada stvoreni podtlak (koji usisava smjesu) postati

gotovo neupotrebljiv. No, cijela ova teorija pada u vodu s porastom broja okretaja motora. Naime,

pri većim brzinama rada manje vremena ostaje za usisavanje smjese te bi ovakav (teorijski) motor

naglo ostao bez snage. Adekvatno teoriji o usisnom možemo popričati i o ispušnom ventilu. Njega

bi bilo idealno otvoriti kada se klip počinje gibati prema gore (od donje mrtve točke - DMT) s

početkom ispušnog takta. No, opet se javlja problem brzine jer pri većim brojevima okretaja

motora ubrzo može ponestati vremena za "tjeranje" svih ispušnih plinova van cilindra.

Tok plinova kroz glavu motora

Usisni ventili uvode smjesu goriva i zraka u cilindar, a

ispušni odvode produkte izgaranja

Odgovor koji je u praksi (donekle) riješio ove

probleme zove se "preklapanje ventila". Radi

se u stvari o tome da usisni ventil otvaramo

neposredno pred kraj ispušnog takta, dok

ispušni ventil ostaje otvoren na samom

početku usisnog takta. Time u praksi dobivamo

preklapanje, odnosno vrijeme tijekom kojega

su oba ventila otvorena. Iako ovo sada

vjerojatno djeluje nelogično (ili čak pogrešno)

štos je u tome da ispušni plinovi stvaraju

izvjestan podtlak gibajući se prema van (kroz

otvoreni isp. ventil), a taj podtlak pomaže pri

usisavanju smjese prije nego li se klip počeo

gibati s GMT prema dolje.

Uzevši sve do sada izrečeno vidimo da je

između teorije i prakse rada motora s

unutarnjim sagorijevanjem popriličan jaz, no to

još nije sve. Posve je razumljivo da cijelo

vrijeme govorimo o nekakvim "većim brzinama

rada" ili povećanju broja okretaja motora. To u

stvari znači da bi motor morao u pravilnim

vremenskim periodima imati otvorene ventile

kada se brzo vrti (tada primjenjujemo

preklapanje), ali i u sporom radu kada je rad

ventila sličniji teoriji. Dakako, u praksi nije

moguće napraviti motor koji bi idealno

upravljao ventilima u oba slučaja, odnosno

kroz cijeli raspon brojeva okretaja. Stoga, izlaz iz tegoba treba tražiti u kompromisu. Većina

praktičnih rješenja završava na tome da motori visoke najveće snage slabo rade na nižim

brojevima okretaja i obratno. U nekoj krajnosti motoru možemo staviti izrazito "sportsku" bregastu

osovinu koja će omogućiti brzo otvaranje ventila ali će takav stroj do (primjera radi) 5000 o/min

biti "mrtav" bez obzira što se iznad tih okretaja pretvara u pravu zvijer. Uz to pri nižim će brzinama

vrtnje vjerojatno toliko nemirno raditi da ga nitko ne bi poželio u svojem automobilu. Jedno od,

djelomično, spasonosnih rješenja jest primjena sustava za prilagodbu rada ventila, no o tome ćemo

detaljnije kada se "bacimo" među bregaste osovine i razvodni sustav.

Pravilno odmjereno preklapanje ventila omogućiti će

motoru podjednako dobre karakteristike pri različitim

brojevima okretaja

Kol'ko gasa tol'ko muzike Što se događa kada pritisnete papučicu akceleratora i kako motor izlazi na kraj s povećanom potrebom za zrakom i gorivom saznajemo u ovom poglavlju "školice"

Vjerojatno ste već do sada čuli za pojam

"leptira" u motoru i vjerojatno vas je isti

zbunio kao i, svojedobno, mene. No, u našem

se slučaju ne radi o nekakvom krilatom stvoru

koji je nastao od gusjenice već od prvom dijelu

motora koji reagira na promjenu položaja

papučice akceleratora (gasa). Ustvrdili smo

već, u prethodnim nastavcima, da je za rad

motoru potrebno i gorivo i zrak. Leptir je u

stvari (u pravilu) okrugla pločica koja po

promjeru ima postavljenu osovinu. Ova pločica

smještena je unutar usisne cijevi kojoj je svrha

dopremiti zrak (ili smjesu) 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

okomito u odnosu na usisnu cijev i samim time

propušta veoma malo zraka. No, pritiskanjem

papučice akceleratora zakrećemo leptir te on,

što je papučica jače pritisnuta, propušta sve više zraka. Potpuno otvoreni leptir paralelan je u

odnosu na cijev.

Usisna cijev u stvari je komad metala koji vodi zrak do cilindara (radi razumljivosti govoriti ćemo

zrak, premda se radi o smjesi ili zraku). Radi jednostavnosti izrade većina današnjih serijskih

automobila ovaj dovod zraka do cilindara (usisnih ventila) rješava tako da kroz jednu cijev dolazi

ukupna količina zraka potrebna za "napajanje" svi cilindara te se ona potom grana u onoliko cijevi

koliko ima cilindara. Takav usisni sustav nazivamo "Usisnom granom". Prednosti ovakve

konstrukcije su u tome što je dovoljno postaviti jedan leptir i to na samom početku grane (u

pravilu na mjestu gdje ulazi sam zrak, prije miješanja s gorivom). Ipak, usisne su grane nerijetko

veoma kompliciranih oblika i imaju dosta "zavoja" na putu protoku zraka. Dakako, jasno je kako ti

zavoji podosta usporavaju tok zračne mase, što u krajnjem slučaju može dovesti do pomanjkanja

raspoloživog zraka pri visokim brojevima okretaja. Rješenje za ovaj problem, koje se pretežno

primjenjuje kod motora visokih performansi, je u postavljanju više samostalnih uvodnika zraka od

kojih svaki ima svoj leptir. Iako kompliciranija i skuplja, ovakva konstrukcija pruža znatno manje

otpora struji zraka i time čini motor efikasnijim.

No, osim o zakrivljenosti, brzina protoka zraka u usisu znatno ovisi i o presjeku usisne (usisnih)

cijevi. Zamislite da pokušavate ispuhnuti zrno graška kroz neku malo veću slamku. Poslije toga

probajte isto, ali uzmite cijev promjera 10 cm. Jasno je kako brzina strujanja zraka (koji tjera zrno)

ovisi o presjeku, no kod automobilskih motora (kao i mnogo puta do sada) treba naći kompromisno

rješenje. Naime, konstrukcije današnjih usisnih sustava moraju zadovoljiti potrebu za

opskrbljivanjem motora zrakom pri svim brzinama rada pa je potpuno razumljivo da nije moguće

postići univerzalni usis za sve uvjete rada. Sve popularnije rješenje kojim proizvođači automobila

pokušavaju doskočiti ovom problemu je i usis promjenjive geometrije (poput usisa na motorima

Hyundaia XG opisanog u Premijerama) kod kojeg se, obzirom na broj okretaja motora i još neke

parametre, automatski mijenja dužina usisnih kanala.

Dunnellov prerađeni Zetec s kojega je skinuta usisna

grana efikasnije radi s pojedinačnim usisnim

"trubicama" na dvostrukim rasplinjačima

Kao posljednje treba napomenuti kako gorivo

"gleda" na naše igranje s brzinom usisa zraka.

Naime, ukoliko je struja zraka prespora može

se javiti efekt pri kojemu gorivo "pada" iz

smjese. Struja zraka tada nema dovoljnu

brzinu da bi sa sobom nosila sitne čestice

goriva te one padaju na stijenke usisnih

kanala. Ovo za posljedicu ima veliku količinu

nesagorenog goriva što, u krajnjem slučaju,

"krade" snagu motoru. Druga krajnost javlja se

pri izuzetno visokom broju okretaja motora

kada se gorivo nema vremena pomiješati sa

zrakom u smjesu prije nego li dođe do usisnog

ventila. U takvom slučaju potrebno je gorivo

"ubaciti" u struju zraka što dalje od završetka

usisa, upravo suprotno od onoga kada imamo

spori protok.

Kao što vidimo, kompromis je ponovo bio

jedna od ključnih riječi. Idealan motor, koji bi

najefikasnije radio pri svim radnim uvjetima,

dakako, ne postoji. No, današnji su sustavi

(poput usisa promjenjive geometrije) doskočili

mnogim problemima koji su opterećivali

motore u prošlosti.

Kako radi rasplinjač Stvaranje gorivne smjese koja će pri svim uvjetima rada motora biti optimalno pripravljena prilično je zamršen recept kojega već godinama tradicionalno spravlja jedan te isti poznati kuhar - rasplinjač

Iako je rasplinjač (karburator ili fergazer) česta

tema razgovora o automobilima, a njegovo se

popravljanje i podešavanje mistificira do

neslućenih razmjera, princip na kojemu ova

naprava radi nije nikakva "tajna kuhinja".

Dakako, niti njegova uloga u radu motora nije

nipošto važnija od, npr., uloge usisne grane

bez obzira na jednostavnost njezine

konstrukcije. Ako uzmemo da današnji motori

imaju oko 900 pokretnih dijelova ubrzo će nam

postati jasno kako oni mogu zajedno

funkcionirati samo ako je sve pojednostavljeno

do maksimuma. Upravo stoga, suvišnih

dijelova nema, a oni koji su ugrađeni dovoljno

su značajni da se bez njih ne može i svaki je jednako vrijedan. Ipak, "njegovo veličanstvo"

Rasplinjač katkada zna zadavati beskrajne glavobolje onime koji se s njime uhvate u koštac,

pogotovo ako je napravljen traljavo (prisjetimo se IPM-ovih rasplinjača u nekoć sveprisutnim

motorima od 1.116 kubika) ili ako je njegovo podešavanje previše zakomplicirano. No, započnimo

redom.

Zamislite si usisnu cijev koja na jednom kraju ima postavljen leptir (o leptirima je bilo riječi u

prošlom nastavku) kojim se kontrolira protok zraka. Sada u tu cijev, pod kutem od 90° ubodite

manju cijev. Ovu ćemo malu cijev potom uroniti u zdjelicu s benzinom pazeći da njegova razina

bude uvijek pri vrhu otvora cjevčice. Zrak koji prolazi kroz usisnu cijev (količina protoka regulirana

je leptirom) stvorit će podtlak u cjevčici, a to će potom povući izvjesnu količinu goriva iz nje.

Došavši u struju zraka unutar usisne cijevi gorivo će se raspršiti i pomiješati sa zrakom čime

dobivamo smjesu. Dakle, ono što nam je potrebno da bismo konstruirali teorijski rasplinjač su

usisna cijev s leptirom, cjevčica za dovod goriva i posuda u kojoj se gorivo nalazi, a koja ima

mogućnost regulacije njegove razine u cjevčici (slika 2).

Pojednostavnjeni prikaz osnovnih dijelova rasplinjača

I opet, kao uostalom u svakom poglavlju do sada, glavninu znanja možemo polučiti izučavajući

primjere iz prakse gdje nailazimo na znatnja odstupanja u odnosu na teoriju. Jasno je da bi u

teorijskom slučaju veći pritisak na papučicu akceleratora jače zakrenuo leptir, a što bi potom

ubrzalo strujanje zraka u usisnoj cijevi (dakako i povećalo broj okretaja motora) i sa sobom

povuklo veću količinu goriva. Međutim u praksi se ovdje javlja jedan mali problemčić. Naime, iz

prvog se nastavka "školice" sjećamo kako je za potpuno izgaranje benzina potrebno ostvariti omjer

težinskih udjela zraka i goriva od 14,7:1. To bismo mogli jednostavno ostvariti proračunamo li našu

cjevčicu (mlaznicu, dizu) tako da se pri svim brzinama rada motora ispušta goriva u stalnom

omjeru sa zrakom. Dakle, brža struja zraka u usisnom dijelu povući će i više benzina. Ipak,

Weber 45DCOE klasični je dvostruki rasplinjač. Atraktivne kromirane "trubice" u stvari su dodaci za

precizno tuniranje struje zraka

problem se javlja u praksi zato što je porast brzine strujanja zraka direktno vezan sa slabljenjem

njegove gustoće. Tako bi nam se lako moglo dogoditi da pri izuzetno visokim brojevima okretaja

motora previše goriva dođe u cilindre što bi na kraju moglo stvoriti toliko bogatu smjesu da se ona

ne bi niti zapalila. Tu u pomoć priskače sustav za "pretpjenjenje" goriva koji ga miješa sa zrakom

prije nego li je napustilo mlaznicu (kod rasplinjača na tlačni zrak), odnosno problem možemo

riješiti i podesivošću količine goriva koje napušta mlaznicu (rasplinjači s igličastom mlaznicom - SU,

Stromberg). Podešavanje količine goriva koje će podtlak povući u usis vrši se (kod najraširenijih

rasplinjača - na tlačni zrak) reguliranjem mlaznice koja potom isporučuje stalnu količinu goriva

obzirom na brzinu strujanja zraka. No, nije isključivo podešenost mlaznice odgovorna za rad

rasplinjača. Značajnu ulogu ovdje ima i konstrukcija difuzora. Difuzor je "strukirani" dio usisnika (u

praksi tijela rasplinjača) koji radi na principu venturijeve cijevi. Smanjenjem presjeka usisne cijevi

ubrzava se brzina protoka zraka čime se može utjecati na stvaranje podtlaka i količinu goriva

izvučenog iz mlaznice. Ipak, u praksi moramo paziti da pomjer difuzora ne bude premalen jer će on

tada ograničiti protok zraka potreban da bi motor normalno radio.

Kako bi rasplinjač mogli što bolje prilagoditi

motoru na koji ga stavljamo sada možemo uzeti u

obzir već dva (ujedno najbitnija) elementa:

veličinu mlaznice i promjer difuzora. Tako, na

primjer, Weber 40DCOE rasplinjač ima tijelo

promjera 40 mm s mogućnošću ugradnje

najvećeg difuzora od 32 mm. No, zato možemo

nabaviti model promjera 45, 48 pa i 50 mm od

kojih će posljednji (očito) pružati najveći raspon.

Ipak, pri određivanju promjera difuzora treba

uzeti u obzir i kapacitet motora, jer pretjerana

količina zraka neće učiniti stroj snažnijim.

Posljednji "trik" iz prakse dovodi nas do

višestrukih rasplinjača. Na prvoj slici vidjeli smo

45DCOE dvostruki rasplinjač. Naime, osim što je

ovako moguće izravnije "uvaliti" veću količinu

goriva u cilindre, višestruki rasplinjač krije još

jednu tajnu. Pri malom broju okretaja motora i

niskom podtlaku gorivo se katkada ne može dobro

pomiješati sa zrakom te u cilindre ulazi u tekućem

stanju. Ova pojava nije toliko nezgodna imamo li

za svaki cilindar po jedan rasplinjač (dvostruki

rasplinjač djeluje u stvari poput dva rasplinjača

priključena na dva cilindra), no kada iz jednog rasplinjača gorivo putuje usisnom granom mogu se

javiti problemi nejednolike opskrbe cilindara. Za kraj spomenimo još dva dodatna dijela

rasplinjača: sustav za prazni hod koji omogućuje izrazito bogatu smjesu pri hladnom startu

motora, te pumpu za ubrzanje koja kroz posebnu cijev uštrcava dodatnu količinu goriva kada se

naglo pritisne papučica akceleratora.

Ubrizgavanje Ono što smo naučili u prošlom nastavku sada ćemo ponoviti, ali na jednostavniji način zahvaljujući elektronici

Da elektronika katkada ipak može biti korisna

(zatući će me BUG-ovci) dokaz su sustavi za

ubrizgavanje goriva. No, da se razmijemo,

ubrizgavanje goriva (einspritz) postojalo je i

prije svekolike elektronike. Tada se to zvalo,

pogađate, "mehaničko ubrizgavanje goriva" i

učinilo je velike i skupe limuzine sedamdesetih

godina pravim inžinjerskim "draguljima".

Princip ubrizgavanja goriva pod (visokim)

pritiskom u stvari je veoma jednostavna stvar.

Usisni sustav sada se sastoji samo od leptira i

usisne cijevi i/ili usisnog razvodnika u koji je

Ovo, uvijek žedno, čudovište s četiri grla u stvari je

natjecateljski rasplinjač tvrtke Da Vinci Carburetor

namijenjen Dragsterima i Oval racerima

Jednostavna konstrukcija usisa - sustav za

ubrizgavanje

"zabodena" mlaznica za uštrcavanje goriva. Ova je mlaznica u stvari mali ventil koji propušta

gorivo pod pritiskom u struju zraka unutar usisne cijevi. Mlaznica može biti smještena na usisnoj

cijevi neposredno pred ulazom u cilindar (pred usisnim ventilom) ili ispred leptira. Za razliku od

rasplinjača koji je ispuštao gorivo kroz podesivu mlaznicu u difuzor usisne cijevi, sustav za

ubrizgavanje je daleko jednostavniji jer se smjesa goriva i zraka stvara neposredno pred usisnim

ventilom. Time se pojednostavnjuje konstrukcija usisne cijevi koja se sada mora brinuti samo o

pravilnom strujanju zraka. Mehanički sustavi za ubrizgavanje koji su se nekoć koristili imali su

razvodnik goriva koji je svaku mlaznicu opskrbljivao pravilnom količinom goriva u određenom

trenutku. Ove su mlaznice imale igličasti ventil (ventil koji se otvara i zatvara pomicanjem male

šipke - igle) koji se otvarao pod pritiskom goriva, a zatvarala ga je ugrađena opruga. No, blagodati

koje nam je donijela elektronika stvorile su einspritz kakav danas poznajemo - elektroničko

ubrizgavanje goriva. Poanta je i ovdje slična, s tom razlikom da nema razvodnika goriva, a

mlaznice su elektromagnetske što znači da njihovim otvaranjem upravlja struja. Priča izgleda

ovako: pritiskom na papučicu akceleratora pomiče se leptir u usisnoj cijevi. Senzor koji očitava

položaj leptira šalje tu informaciju središnjem računalu (ECU - Electronic Control Unit) koje, uz još

nekoliko primljenih parametara, određuje širinu (trajanje) pulsa. Ovaj puls u stvari je vrijeme kroz

koje je mlaznica otvorena i tijekom kojega se gorivo uštrcava u usisnu cijev (u praznom hodu može

trajati tek 2 milisekunde). Dakako, gorivo se do mlaznice dovodi cijevima koje kreću od pumpe.

Uobičajeni pritisak goriva što ga isporučuje pumpa vozila s elektroničkim

Konstrukcija elektromagnetske mlaznice (visina 8 cm)

ubrizgavanjem iznosi 50 psi, a s obzirom da je pritisak stalan, jasno je kako se količina uštrcanog

goriva određuje isključivo širinom pulsa. Višak goriva koji u sustavu za ubrizgavanje može nastati

pri polaganijem radu motora vraća se povratnom cijevi natrag u spremnik. Postoje dvije osnovne

izvedbe sustava ubrizgavanja vezane uz položaj mlaznice. Središnje ubrizgavanje je jednostavnija

verzija u kojoj je mlaznica postavljena ispred leptira, a iza njega se usisna cijev grana. Ovakav

sustav, unatoč svojoj jednostavnosti (i niskoj cijeni) ipak nije idealan jer se gorivo ne raspodjeljuje

ravnomjerno po cilindrima. Sustav izravnog ubrizgavanja koristi po jednu mlaznicu za svaki cilindar

i smješta ju (u pravilu) što bliže usisnom ventilu. Ovakav je sustav efikasniji te se njime postiže

pravilniji omjer goriva i zraka.

Dakako na kraju treba riješiti još neka pitanja

vezana uz usporedbu rada sustava za

ubrizgavanje i rasplinjača. Elektroničko

ubrizgavanje npr. ne mora koristiti posebni

dovod benzina za ubrzanje (to je dodatna cijev

koja se kod rasplinjača otvara pri naglom

pritisku na papučicu akceleratora) već se ovaj

problem rješava korekcijom širine pulsa.

Također, ubrizgavanje ima riješen problem

hladnog starta motora, ali za razliku "čoka"

kod rasplinjača ovdje je to riješeno posebnim

programom, pohranjenim u središnjem

računalu, čiji je rad vezan uz podatke s lambda

sonde. No, o sondi, ECU-ima i ostalim

blagodatima modernih vremena raspravit ćemo

jednom drugom prilikom.

Položaj mlaznice u usisnom sustavu

Kako zapaliti smjesu i skuhati kavu Nakon što smo u proteklim nastavcima na sve moguće načine uguravali smjesu u cilindar, vrijeme je da ju zapalimo

Ulaskom smjese zraka i goriva u cilindar, nažalost, nismo uspjeli riješiti sve

probleme vezane s usisom. Doduše, naš se rasplinjač (ili sustav ua

ubrizgavanje) pobrinuo da mješavina goriva i zraka pokuca na vrata usisnog

ventila, no iza njih dočekalo ju je još štošta.

Samo izgaranje smjese

goriva i zraka

(vjerojatno ne moramo

napominjati da je zrak

potreban kako bi gorivo

izgorilo uz prisustvo

kisika) proces je koji

možemo usporediti s

gorenjem papira.

Zapalite li ga na jednom

kraju plamen će se

početi širiti dok cijeli

papir ne izgori. Bitno je

sada napomenuti da

smjesa u cilindru u stvari izgara, a ne

eksplodira. Ovo posljednje bilo bi kao da se

naš list papira zapalio istovremeno cijeli. No,

već je sada jasno da izgaranje smjese

zahtijeva određeno vrijeme. Odnosno, plamen

"putuje" kroz prostor za izgaranje dok se sva

smjesa ne zapali. Dakako, pri povećanom broju

okretaja klip se kraće zadržava oko GMT te se

vrijeme u kojemu smjesa mora izgoriti

drastično smanjuje. Jasno je da nema nikakve

koristi od smjese koja izgara kada je klip već

pobjegao daleko prema DMT. Jedan od

najsigurnijih načina da se ubrza izgaranje jest

sabijanje smjese. Uostalom, već smo naučili

što je to kompresijski takt. No, u svemu treba

biti umjeren pa tako i u sabijanju smjese.

Preveliki pritisak sabijanja (omjer kompresije)

može dovesti do detoniranja smjese , ovisno

dakako o njezinom sastavu, temperaturi

prostora za izgaranje ali i same svječice. Omjer

kompresije (dvije brojkice od kojih je posljednja uvijek 1, a zajedno izgledaju kao rezultat

nogometne utakmice), prisjetimo se, je omjer obujma prostora za izgaranje + obujam cilindra

(razlika između GMT i DMT) i obujma prostora za izgaranje. Dakle, ako je zapremnina prostora za

izgaranje 10, a ostatka cilindra 100 onda (s klipom u DMT) prostor u koji ulazi smjesa iznosi 110.

Podijelimo li ga s obujmom prostora za izgaranje (10) dobiti ćemo omjer kompresije 11:1 (jedan

od tipičnih omjera za Otto motore).

P.S. Ovo nije reklama...

Osnovni dijelovi svječice (otpornik prigušuje radio

frekvencijske interferencije RFI)

No, da stvari ne bi bile toliko

jednostavne, uz mehanički omjer

kompresije (opisan) javlja se i

dodatna zavrzlama. Naime, omjer

kompresije efektivno će se

povećati ubacimo li u cilindar više

smjese, što se događa kada

vozač pritisne jače papučicu

akceleratora. Sada je jasno da

konstruktori u stvari moraju

omjer kompresije proračunavati

uzimajući prvenstveno u obzir

uvjete rada motora kada se kroz

usis dovodi maksimalna količina

smjese. Upravo stoga npr. u

tehničkim podacima većine turbo-

motora možemo naći relativno

niske kompresijske omjere (u

odnosu na naš 11:1) jer se kod

njih smjesa u cilindar ubacuje

pod povećanim pritiskom te je

samim time stane više što

povećava efektivni omjer

kompresije. Dakle, sada imamo

novi problem. Jasno je kako

želimo da smjesa uvijek izgara kako smo to zamislili, odnosno u točno proračunatom vremenu u

odnosu na položaj klipa. S obzirom da veći efektivni omjer kompresije uzrokuje i brže izgaranje

smjese jedino što možemo učiniti je da pomaknemo trenutak njezina paljenja. Cilj je (teorijski)

postići da cijela smjesa bude zapaljena kada se klip nalazi u GMT. Stoga, obzirom da smjesi ipak

treba neko vrijeme da se cijela zapali, paljenje podešavamo tako da ono započne malo prije

dolaska klipa u GMT. Dakako, ovaj trenutak paljenja treba "usporiti" kada se povećava količina

smjese i kada ona izgara brže. Sami trenutak paljenja, te shodno tome i njegovo usporavanje,

prikazujemo u stupnjevima okretaja koljenastog vratila prije GMT. Za kontrolu trenutka paljenja

nekoć se u automobilima brinuo sklop utega i opruga no danas je to prepušteno ECU.

Uz efektivni omjer kompresije i brzinu rada motora u procesu izgaranja javlja se još jedan problem,

a to je kretanje smjese unutar cilindra. Zamislite si dvije šalice kave. Ulijte mlijeko u prvo i ono će

gotovo u potpunosti nestati. Drugu prethodno dobro promiješajte i dok se ona još vrti u šalici ulijte

mlijeko. Ono će se sada ravnomjerno pomiješati s kavom. Upravo to događa se i kada smjesa ulazi

u cilindar. Ovisno o položaju usisne cijevi (u odnosu na prostor za izgaranje i cilindar), obliku

prostora za izgaranja, obliku čela klipa i sl. ovisiti će strujanje smjese. Smjesa koja se brže zavrti

potpunije će i brže sagorjeti što je, uostalom, i cilj konstruktora motora. Također, na kretanje

smjese znatno će utjecati i klip koji u kompresijskom taktu juri prema GMT.

Oblik i veličina prostora za izgaranje značajni su za kvalitetno

sagorijevanje smjese

I za kraj ostavljamo "glavnog krivca" za

paljenje smjese u Otto motoru - svječicu.

Svječica je u stvari sklop dvaju vodiča koji

između sebe imaju neki razmak. Kada

struja dođe središnjom elektrodom iskra će

preskočiti između nje i vanjske elektrode

paleći smjesu. Ono što je značajno jest

položaj i karakteristike svječice. Položaj

svječice u glavi motora (prostoru za

izgaranje) značajan je zbog toga što o

njemu ovisi put kojim se plamen izgarajuće

smjese širi, a time i pravilnost izgaranja.

Pod pojmom "krakteristike svječice" obično

se misli na njezinu toplinsku vrijednost.

Naime, proces izgaranja u cilindru stvara

izvjesne količine depozita po površini

elektroda (prvestveno čađe). Ovo bi veoma

brzo moglo dovesti do prekida kontakta

među elektrodama te i do prestanka rada

motora. Stoga su svječice konstruirane tako

da se u radu dovoljno zagriju kako bi se ove

naslage spalile. Ovo "samočišćenje"

svječice veoma je značajno za pravilan rad motora te je jasno da prilikom zamjene prvenstveno

treba voditi računa o tome odgovara li toplinska vrijednost nove svječice propisanoj. Tako svjećice

namijenjene "običnim" motorima katkada nazivamo i "toplijima (jer radnu temp. postižu pri nižim

temp. unutar prostora za izgaranje), a one za "opake" makine nazivamo "hladnijima". Dakako,

prilikom zamjene svječica potrebno je voditi računa i o duljini navoja.

O položaju svječice u prostoru za izgaranje uvelike ovisi

kvaliteta sagorijevanja smjese a) dobar položaj - najkraće vrijeme izgaranja

b) loše postavljena svječica - dug put plamena i sporo izgaranje

Kako radi razvodnik paljenja Svjećica je u prošlom nastavku zapalila smjesu, klip se pokrenuo i sve je super. No, tu je struju trebalo odnekud i dopremiti...

Možda ćete se malo začuditi što vam omiljena Školica objašnjava stvari unatrag. Naime, vjerojatno bi logičnije bilo poći od akumulatora, pa preko indukcijskog svitka i razvodnika paljenja doći do svječice. No, svječicu smo u prošlom nastavku "načeli" jer je smjesu trebalo zapaliti. U nastavku prije tu smo smjesu doveli u cilindar, u onom još prije smo gorivo miješali sa zrakom u rasplinjaču itd. Dakle, danas su na redu indukcijski svitak (bobina) i razvodnik paljenja, odnosno njegovi elektronički "nasljednici".

Iza učenog naziva Indukcijskog svitka krije se u stvari neka vrsta transformatora. Poznato je da (većinom) automobilski akumulatori isporučuju istosmjernu struju napona 12V. No, to ni izdaleka nije dovoljno da bi iskra preskočila razmak između elektroda svječice. Stoga je, za početak, potrebno povisiti napon struje. Za to se brine indukcijski svitak koji izgleda kao metalna cilindrična kutija i u sebi ima dva namota žice obmotana oko metalne jezgre. Prisjetimo li se sada osnovnoškolske fizike jasno je da struja niskog napona koja dolazi na primarni namot može stvoriti magnetsko polje oko metalne jezgre. To, pak, magnetsko polje inducira visoki napon u sekundarnom namotu koji se sastoji od 15 - 30 tisuća navoja žice. Tako se početnih 12V transformira u nekoliko desetaka tisuća V potrebnih da bi svječica proradila.

E tako. Sada smo metodom ubrzanog tečaja naučili kako se dobiva potrebni napon. No, problema ima još. Jasno je da motori imaju po jednu svječicu na svaki cilindar (čast iznimkama). Stoga treba postojati nekakva naprava koja će naš visoki napon razdijeliti svim svječicama točno onda kada ga trebaju, odnosno u trenutku kada je potrebno zapaliti smjesu. Da bi to bilo moguće, koristi se razvodnik paljenja. Razvodnik je uređaj koji se sastoji od pogonskog dijela kojeg posrednim putem pokreće koljenasto vratilo, rotora s okretnom elektrodom, prekidača (platina), sustava za prilagođavanje

trenutka paljenja i kape razvodnika. Dakle, struja visokog napona iz indukcijskog svitka dolazi na središnji terminal (kontakt) razvodnika paljenja i prelazi na okretljivu elektrodu rotora. Unutar kape razvodnika, a oko središnjeg terminala, nalaze se nepomične elektrode (ima ih koliko i cilindara, odn. svječica) preko kojih prolazi struja u trenutku kada se one spoje s rotirajućom elektrodom. Grozno. To u stvari znači da rotor i njegova elektroda "šeću" u krug dotičući statične elektrode i prenoseći tako struju do svječica. Tako je riješeno da svaka svječica dobije struju visokog napona u trenutku određenom brzinom vrtnje motora (koja pak određuje brz. vrtnje rotora). Prekidač, popularno zvan i "platine" zapravo je pomični kontakt kojim se prekida veza između akumulatora i primarnog strujnog kruga u ind. svitku. Kada se ovaj krug prekine u sekundarnom se namotu

Razvodnik paljenja s

pogonskim zupčanikom

Osnovni dijelovi indukcijskog svitka

Osnovni dijelovi razvodnika paljenja

inducira struja visokog napona koja u tom trenutku prelazi na razvodnik i odatle preko okretljive elektrode na svječicu. Prekidač je tako postavljen da ga otvara osovina razvodnika koja na sebi ima onoliko brijegova koliko ima i cilindara u motoru. Dakle, svaki puta kada se brijeg okrene prema prekidaču, primarni se krug prekida i svječica dobiva svoju struju visokog napona. Posljednji, ali nikako i najmanje bitan, dio razvodnika koji ćemo obraditi je sustav za promjenu trenutka paljenja. Dva su osnovna sustava. Centrifugalni i podtlačni. Njihova je ulaga pomaknuti trenutak paljenja unaprijed kada se poveća brzina vrtnje motora. Dakako, cilj je da se smjesi da dovoljno vremena za potpuno izgaranje i pri visokim brzinama rada.

No, opet moramo riječ dvije posvetiti elektronici. Naime, ona je prvi puta u ova područja zakoračila kada smo u našim automobilima dobili čuvene sustave nazivane "elektroničko paljenje". To je, u stvari, bila elektronička zamjena za kontakt (platine) koji se relativno brzo trošio, trebalo ga je podešavati itd. No, većina vlasnika današnjih modernih automobila neće, kada zavire pod poklopac motora, naići na ništa što bi bilo nalik ovdje opisanom razvodniku paljenja. Radi se o tome da moderni motori zahvaljujući prvenstveno elektroničkim sustavima imaju znatno jednostavnije riješeno paljenje. Najuobičajeniji trenutno je tzv. DIS (Direct Ignition System) sustav kod kojeg se koristi nekoliko manjih indukcijskih svitaka (najčešće po jedan za dvije svječice), čime se izbjegava potreba za mehaničkim razvodnikom paljenja. Ovdje elektronika tek određuje koji će se svitak "napojiti" strujom niskog napona, a ostalo se događa "samo od sebe".

Vjerojatno najnapredniji sustav direktnog paljenja koji se danas koristi u velikoserijskim automobilima je CDI (Capacitor Discharge Ignition) tvrtke Saab. Ovdje se koristi po jedan mali svitak s kondenzatorom montiran direktno na svječicu. Uloga kondenzatora je da na kratko vrijeme pohrani malu količinu električnog naboja prije nego li ga se isporuči primarnom navoju. Ovdje se povišenje napona ostvaruje u dva koraka: prvi diže napon akumulatora s 12 na oko 400V dok se pred isporuku svječici taj napon povisuje na 40.000 V. Ovakav se sustav odlikuje pouzdanim radom i velikom trajnošću.

I na kraju malo objašnjenje. Slika elektroničkih modula za paljenje nema iz jednostavnog razloga što se u stvari radi o crnim bezličnim kutijama. Uostalom, tako je i s gotovo svom kontrolnom i upravljačkom elektronikom automobila.

Olovne ploče u kiselom umaku U našem proučavanju struje i njezine uloge u radu motora, ovog ćemo se puta posvetiti izvoru toliko neophodnog napona - akumulatoru

Da ne bismo zvučali kao izvjesni djedica koji sva svoja izlaganja započinje dvosatnim povijesnim uvodom, naši su nastavnici skratili (nezaobilaznu) povijest akumulatora na minimum. Pa, poslušajte. Akumulator (kakav danas poznajemo) izum je Francuza Gastona Plantea nastao još 1859. godine. No, iako su do tada već postojale različite izvedbe izvora struje, Plante se sjetio uroniti olovne elektrode u elektrolit (razrijeđenu kiselinu) stvorivši tako "kiseli akumulator" koji se mogao puniti. Tako je još sredinom prošlog stoljeća nastala baterija kakvu, iako podosta modificiranu, koristimo i u današnjim automobilima.

U želji da naprave nekakvu definiciju ovog izvora struje, naši su nastavnici napisali i slijedeće:

Prekidač: veliki kut otvaranja i mali

razmak kontakata - pravilno podešene platine

Akumulator je uređaj koji služi za prozvodnju električne energije neposrednim pretvaranjem kemijske energije u električnu a fizikalno se temelji na principu rada galvanskog članka (baterije) koji se u najjednostavnijem obliku sastoji od 2 elektrode i elektrolita (elektrolit je otopina, odnosno vodič). Akumulator spada u sekundarne galvanske članke, tj. one u kojima su promjene reverzibilne, što znači da se postupcima punjenja akumulator vraća u početno stanje i tako ponovno čini sposobnim za davanje struje. Elektrode u akumulatoru su spužvasta olovna ploča (elementarno olovo sive boje, negativna elektroda) i rešetka s olovnim dioksidom (tamno smeđa pozitivna elektroda), dok je elektrolit razrijeđena sumporna kis (33% kiseline i 67% destilirane vode). Na temelju razlike potencijala između te dvije elektrode dolazi do toka struje

među njima. Osnovni element akumulatora je članak (tzv. "čelija") (dvije elektrode u elektrolitu međusobno odvojene pregradom) čiji je nazivni napon 2V i kojih ima više, a međusobno su spojeni serijski. Tako su napravljeni akumulatori koji sa 6 članaka daju napon od 12V, no danas se koriste i oni od 6, pa i 24V. Kada se na akumulator priključi potrošač (elektrouređaji u automobilu) elektrode od olovnog dioksida se nabijaju pozitivno, a one od elementarnog olova negativno. Električna struja tada počinje teči s negativnih ploča, preko strujnog kruga kroz potrošače, na pozitivne ploče i natrag u kiselinu. Kemijskom reakcijom se na površinu obiju elektroda izlučuje olovni sulfat, pri čemu se sumporna kiselina veže s pločama, a elektrolit se pretvara u vodu. Kada se aktivna tvar obiju elektroda u potpunosti pretvori u olovni sulfat akumulator je prazan, tj. više ne može davati struju. Prilikom punjenja akumulatora električnom strujom događa se upravo obrnuta reakcija pri kojoj se olovni sulfat razgrađuje na elementarno olovo i olovni dioksid, a oslobađa se i sumporna kiselina. No, ovaj proces nije vječan. S vremenom se na površinama elektroda u člancima počinje hvatati kora olovnog sulfata te akumulator postepeno postaje neupotrebljiv, odnosno, nije ga više moguće napuniti.

Osnovni dijelovi olovnog akumulatora

Kupujete li akumulator prvo što će vas pitati je koliki kapacitet želite. Dakle, osim napona na koji (naravno) treba paziti (iako je danas 12V uvriježeno, pa se to niti ne spominje), značajan je i

Shematski prikaz jediničnog elementa (članka) akumulatora.

Nazivni napon ~ 2V

kapacitet. Radi se u stvari o tome koliko struje može pohraniti neki akumulator, odnosno koliko dugo možemo određenu jakost struje "izvlačiti" iz njega. Vjerojatno ste, ne jednom, čuli za Ampersate, ili ste na nekom akumulatoru vidjeli oznaku Ah iza koje je stajala neka brojka. Upravo to je oznaka kapaciteta, a 50 Ah u stvari znači kako (teorijski) taj akumulator može davati struju jakosti 1A (Amper) tijekom 50 sati. No, iako u teoriji akumulator od 50 Ah možemo prazniti dva dana i dvije noći dok njegov napon ne padne ispod minimalnog (potrebnog za rad elektrouređaja u automobilu), njegov stvarni kapacitet znatno ovisi o temperaturi. Tako se pri -20°C kapacitet uobičajenog automobilskog akumulatora može smanjiti i do 50%. Uzmemo li pri tome u obzir da elektropokretač motora upravo pri niskim temperaturama troši znatno više struje postaje jasno kako je tijekom zime akumulator u većoj opasnosti od pražnjenja, te da hladan motor treba paliti pokrećući ga u kratkim (po nekoliko sekundi) periodima rada elektropokretača.

Upravljanje ventilima Eto nas na temi za sladokusce. Koliko je svaki Autoljubac u životu čuo priča o bregastoj, ne može se niti zamisliti. Ovu smo opširnu temu stoga podijelili na dva nastavka, a danas započinjemo s osnovama

Dakle, ventili koji su odgovorni za pravilno "disanje" motora imaju jednu veliku manu - ne znaju sami po sebi kada motor namjerava udahnuti, a kada izdahnuti. Upravo stoga, netko je nekada davno izmislio magičnu bregastu osovinu. Iako bi možda bilo fer da prvo pojasnimo što je to u stvari ventil, krećemo od pretpostavke da njegov oblik poznaju svi u našem "razredu" pa ćemo ga opisati u jednom od kasnijih, manje napornih nastavaka. Dakle, bacimo se u "ralje" bregastih osovina.

Kako ventili motora, zbog svoje konstrukcije (odn. oblika) zahtijevaju pravocrtno gibanje da bi otvarali i zatvarali tok plinova, potrebno je nešto što će ih pokretati gore-dolje. No, većinu pokretnih dijelova nekog motora sačinjavaju razne osovine, čija je karakteristika da se rotiraju, te je potrebno na neki način spojiti ta dva načina gibanja. Upravo tu u "igru" uskače bregasta osovina čiji je osnovni posao da kružno gibanje pretvara u pravocrtno (fizičari i strojari, molim nemojte se sada hvatati za svaku riječ...). Princip kojim se to postiže ujedno je i osnovni princip rada bregaste osovine, a postiže se gibanjem ekscentra (sl. 1). Uf, o čemu on to priča...? Samo "tijelo" bregaste u stvari je dugačka metalna osovina koja se rotira pokretana snagom motora. Međutim, na nekoliko se mjesta oko te osovine nalaze

nepomični (u odnosu na osovinu) ekscentri, odnosno bregovi. Rotiranje osovine uzrokuje, dakako, i rotiranje tih bregova koji zbog svog ekscentričnog položaja u odnosu na osovinu izazivaju pravocrtno gibanje tijela na koje su naslonjeni. Tako rotacijom bregaste osovine uspijevamo proizvesti pravocrtno gibanje ventila, neophodno za njihov rad. Druga bitna pojedinost bregaste osovine u stvari je oblik samih ekscentara (bregova) i u tome se zapravo krije tajna rada ovog dijela motora. Kao što smo već nekoliko puta do sada (tijekom proteklih školskih satova) naglasili, za uspješan je rad motora jedna od najznačajnijih stvari pravilno određivanje trenutka. Prije je bilo riječi o preklapanju ventila, potom o pravilnom određivanju trenutka paljenja smjese, a sada ćemo naglasiti kako je jedan od značajnijih trenutaka i pravilan rad ventila. Kada to kažemo, mislimo prvenstveno na brzinu kojom se oni otvaraju. Iz samog je oblika ekscentra vidljivo da njegov presjek ima glavnu ulogu u načelu rada bregaste osovine, odnosno da će o njemu ovisiti brzina otvaranja ventila. Osovine s oštrim bregovima, jasno je, brže će otvoriti ventil.

sl. 2a - Lončasti podizač ventila kod motora s

bregastom osovinom u glavi

sl. 2b - Upravljanje radom ventila s bregastom osovinom u bloku motora

No, bregovi osovine nikada nisu u izravnom kontaktu s ventilima. Između njih se nalaze tzv. podizači. Oni zapravo služe kako bi ventil pravilnije pratio gibanje brijega, odnosno kako bi se ono pravilno prenosilo na šipku podizača, ovisno o konstrukciji razvoda. Uzmimo za početak primjer (jednostavnijeg) razvoda s bregastom osovinom u glavi motora (sl. 2a). Okretanje bregova osovine ovdje se prenosi na "lončasti podizač" po kojemu brijeg u svojem gibanju klizi. Lončasti podizač pak, prenosi to gibanje na stablo ventila i otvara ga savladavajući silu njegove opruge. Dakako,

sl. 1 - Načelo rada bregaste osovine: kružno se gibanje

pretvara u pravocrtno

nije potrebno posebno napominjati kako je ovdje oblik bregova osovine primaran parametar govorimo li o brzini rada ventila.

No, posao bregaste osovine niti izdaleka nije završen kada se ventil otvori. Dakako, potrebno ga je i zatvoriti, a za to se brine opruga koja preko podizača pritišće stablo ventila na brijeg osovine. Ovdje je značajno uzeti u obzir da taj povratak ne smije biti prebrz i da mora biti u potpunosti kontroliran želimo li izbjeći da ventil pri zatvaranju udari u svoj dosjed, nakon čega bi se počeo odbijati itd. Druga (zastarjela) izvedba razvoda ona je s bregastom osovinom smještenom "sa strane", odnosno u bloku motora (sl. 2b). Ovakva se verzija koristila u nekadašnjim motorima, sve do masovnijeg uvođenja u proizvodnju viševentilskih motora (3, 4 ili čak 5 ventila po cilindru). Princip rada i ovdje je isti, s tom razlikom što bregasta osovina sada pokreće podizač, ali on zatim podiže "šipku podizača". Pravocrtno gibanje šipke potom se prenosi na tzv. "klackalicu" koja na kraju pokreće ventil.

U prvom bismo nastavku školice, čekajte još nije zvonilo!!!, trebali spomenuti još i sustave

pokretanja bregastih osovina. Dakle, najzastupljeniji je sustav pokretan zupčastim remenom,

potom slijedi onaj s lancem, a poznajemo i razvode sa zupčanicima. No, o ovome detaljnije na

slijedećem satu Školice.

Varijacije na temu Drugi nastavak priče o bregastoj, upoznat će nas s izvedbama s više bregastih osovina u glavi motora, pogonom te izmjenjivačem faze

Govoreći o načinu na koji bregasta osovina pokreće ventil u proteklom smo se nastavku dotakli teme smještaja bregaste osovine. Rekli smo kako je tradicionalna konstrukcija motora imala bregastu osovinu smještenu u bloku motora. Ona je putem podizača i njegove šipke djelovala na "klackalicu" koja je potom pritiskala (otvarala) ventil. No, veliki mehanički gubici ovakvog prijenosa, kao i potreba za viševentilskom tehnologijom polako su izbacili motore s bregastom osovinom u bloku. Danas, gotovo svi pogonski strojevi u automobilima imaju bregastu (bregaste) osovinu smještenu u glavi motora.

Smještaj bregaste osovine u glavi (sl. 1), osim pojednostavljenja konstrukcije, omogućio je i da se na jednostavan način kontrolira upravljanje u viševentilskim motorima. Naime, s napredovanjem tehnologije materijala i ulaskom u upotrebu izdržljivijih legura, postepeno je počela rasti specifična snaga motora (npr. broj KS po 1 l obujma). U tom "nabrijavanju" veliku ulogu odigrala je i ideja o postavljanju viševentilske tehnologije. Iako nije revolucionarno nova, ovakva je konstrukcija tek u posljednje vrijeme stvorila pravu poplavu malih jurilica, poput Swifta GTI i sličnih mu zvijerki. Dakako, ideja je jednostavna i temelji se na činjenici da je kroz dva ventila moguće ugurati više smjese goriva i zraka nego li kroz jedan, koji u praksi nikada ne može biti velik kao ta dva zajedno. No, vratimo se na temu, bregasta je osovina sada počela igrati vodeću ulogu u napretku automobilskih motora. Uobičajena konstrukcija kakvu danas susrećemo u iole sposobnijim pogonskim strojevima klasična je shema 4-cilindraša sa 16 ventila i dvije bregaste osovine u glavi. Popularni natpisi sa stražnjeg dijela spomenutih jurilica (Twin cam i sl.), odnosno natpisi s poklopca bregaste osovine motora (DOHC...) govore upravo to: "Viševentilska tehnologija krije se u mojem malom motoru pa me stoga nemoj potezati za nos!" U velikoj većini motora konstrukcija s dvije bregaste osovine pokretat će ventile putem lončastih podizača (vidi prošli nastavak) koji su opremljeni hidrauličkim sustavom za automatsko podešavanje. Jednostavno - praktično - zgodno - skupo.

Svaka bregasta osovina svoj život započinje savršeno

okrugla, prije nego li se oblikuju bregovi

sl. 1 - Dvije bregaste osovine u glavi i

četiri ventila po cilindru klasika su današnjih motora malog obujma

Kada spomenemo riječ "razvod", a govori se o automobilskim motorima, ne mislimo na to da su se mama i tata posvađali, već mislimo na razvodni mehanizam bregastih osovina (slična se terminologija, doduše, koristi i za razvod paljenja). Riječ je, u osnovi, o načinu na koji se pokreće bregasta (bregaste) osovina. Dva su osnovna principa: pogon zupčastim remenom (sl. 2) i pogon lancem. Radi se, u stvari, o tome da je bregaste osovine potrebno zavrtiti kako bi profunkcionirale. Pogon se stoga dovodi s koljenastog vratila (radilice) na kojem se nalazi remenica ili zupčanik. Od tamo, potom, remen ili lanac kreće prema glavi motora gdje zahvaća remenice ili zupčanike koji su pričvršćeni na jednom kraju bregaste osovine. I remen i lanac imaju svoje zatezače kako bi u svakom trenutku rada bili propisno napeti. Popuštanje napetosti remena ili lanca može, u krajnjem slučaju, dovesti do preskakanja preko zubaca remenice (supčanika) na glavi motora, a time i do poremećaja u usklađenosti otvaranja ventila. Rezultat je, dakako, katastrofalan jer pri tome klipovi svojim čelom nalijeći na predugo otvorene ventile i sl. Kod većine normalnih DOHC motora ovakav kvar mjeri se u tisućama DEM, stoga

remen (lanac) mora redovito doktoru na pregled!

Za kraj, riječ-dvije o tzv. "izmjenjivačima faze". Kao što smo već u nekoliko nastavaka spominjali, uvjeti rada motora znatno se mijenjaju s promjenom brzine rada. Pri većim brzinama mnoge je radnje potrebno ubrzati, pa se tako trenutak paljenja pomiče na ranije, a koristimo i preklapanje ventila. No, već je davno otkriveno da bi se korekcijama u upravljanju ventilima moglo iz motora izvući još malo više snage. Uzmjenjivači (varijatori) faze u stvari su sustavi koji omogućavaju zakretanje bregaste osovine u odnosu na pogonsku remenicu (zupčanik) čime se omogućava pomicanje perioda u kojemu su ventili otvoreni ili zatvoreni. Izmjenjivači faze (sl. 3) rade na nekoliko principa, s obzirom na sustav koji zakreće bregaste osovine. Najčešće su to mehanički i hidraulički (elektronikom kontrolirani) sustavi.

sl. 2 - Razvodni remen pokretan je remenicom na radilici, a u ovom slučaju okreće jednu bregastu u

glavi motora

sl. 3 - Porscheov izmjenjivač faze djeluje

mijenjajući položaj natezača pogonskog lanca

Početak priče Hvala Bogu, ovaj je nastavak doista jednostavan. Malo odmora za vas, ali i naše predavače na dvanaestom satu školice

Možda je priča o klipovima, klipnim prstenima i cilindrima trebala doći na samom početku školice, no, naši nastavnici su rekli da mora ovako. Pa dobro.

Cilindar je, vjerojatno, osnova svega. On određuje jediničnu zapremninu motora (ukupna zapremnina = jedinična x broj cilindara), ali i buku koju ćete proizvesti škripajući gumama na semaforu. U pravilu, oni koji pod poklopcem motora imaju više cilindara glasnije škripe... No, šalu na stranu. Cilindar je, kao što mu i samo ime govori, dio motora okruglog presjeka (odsječak cijevi) koji je definiran prvenstveno promjerom, ali i dužinom. Ona dužina koja nas kod cilindra u

sl. 1 - Položaj, provrt i hod klipa

stvari zanima je razmak između GMT (gornje mrtve točke - najvišeg položaja čela klipa) i DMT (donje...) ili, kako se ta dužina još naziva Hod klipa. Čitate li tehničke podatke nekog automobila često ćete naići na podatak "provrt x hod". Recimo da piše 75 x 79 mm to znači da je unutrašnji promjer cilindra 75, a hod klipa 79 mm. Tako možemo izračunati jedinični obujam nekog motora (=obujam jednog cilindra). Iz toga bi proizašlo da naš motor provrta i hoda 75 x 79 mm ima jedinični obujam od 0,349 litara. Ako je to, npr., 4 - cilindraš, jedinični obujam množimo s 4 i dobivamo obujam motora (1,396 l = 1396 cm3). Malo matematike, (rječima: promjer na kvadrat puta Pi puta dužina) neće nikoga ubiti... Dakako, postoje motori i s više, ali i manje cilindara. Najčešći rasporedi cilindara u motoru su sljedeći: redni motori imaju cilindre u nizu (najčešće kod motora malog obujma), V motori u obliku slova "v" čime se štedi na ukupnoj dužini motora, a boxer motori imaju cilindre postavljene jedan nasuprot drugog (veoma ravnomjeran raspored sila i niska silueta motora). Za kraj treba spomenuti i izvedbe cilindara. Klasično rješenje svakako su cilindri s "košuljicom". Takvi imaju unutar promjera još jednu "cijev" od drugog materijala otpornog na trošenje. Motori napravljeni od kvalitetnih slitina nemaju košuljice te klip direktno "dere" po stijenkama cilindra koje su ujedno i dio

bloka motora. Posebno rješenje su tzv. "plivajuće košuljice" česte kod motora visokih performansi. Takav motor (rješenje često u malim japanskim "zujalicama" niskog obujma) ima košuljice koje nisu usađene u cilindrični dio bloka, već stoje (gotovo) samostalno kako bi se olakšao pristup do njih vodi za hlađenje motora.

Klip je "ono" što u cilindru trči gore-dolje. Radi se u stvari o metalnom dijelu koji ima otprilike oblik čaše okrugla presjeka okrenute naopako. Njihov je zadatak da na sebe (na čelo klipa) preuzmu potisak sile koja se u cilindru stvara izgaranjem smjese goriva i zraka. Klipovi su klipnjačama spojeni na koljenasto vratilo gdje se njihovo pravocrtno gibanje prevodi u kružno (o klipnjačama i koljenastim vratilima, "radilicama", bit će više riječi u slijedećem nastavku Školice). No, kako bi se omogućilo gibanje klipa, njegov je promjer nešto manji od unutrašnjeg promjera cilindra (odn. košuljice cilindra). Da bi se ipak omogućilo brtvljenje, tj. da prilikom izgaranja plinovi ne bi prolazili pokraj klipa u donji dio motora, klipovi su opremljeni s nekoliko prstenova. U najvećem broju slučajeva radi se o tri prstena od kojih su dva kompresijska, a jedan uljni. Kompresijski prstenovi zaduženi su za brtvljenje između klipa i stijenke cilindra, dok uljni prsten "briše" višak ulja sa stijenke i odvodi ga u donji dio motora. Ovi prstenovi (nazivaju se i "karike") glavni su razlog zbog čega stari i istrošeni motori dime. Vjerojatno ste već više puta čuli kako netko kaže da je taj i taj motor nekog automobila istrošen jer mu iz ispuha izlazi plavičasti dim. Radi se upravo o istrošenim klipnim prstenovima koji (prvenstveno uljni) propuštaju male količine ulja u prostor za izgaranje. Dakako, takva je pojava štetna, smanjuje snagu motora, a dugim zanemarivanjem može se dovesti i do potpunog uništenja klipnih prstenova, oštećenja košuljice cilindra i sl.

Na svu sreću, današnji moderni motori malo pate od ovakvih mehaničkih boljki. Danas krepava elektronika...

Iz ravnog u okruglo Jedva smo nagovorili nastavnike da održe ovaj, trinaesti, nastavak "Školice". Oni su, naime, jako praznovjerni i preplašili su se da nitko neće doći na sat. No, ipak, uspjeli smo ih nagovoriti da ne stupe u jednodnevni štrajk upozorenja i ne dijele neopravdane sate u imeniku. Uostalom, smak svijeta prošao je bez većih tegoba, sada je sve OK.

Koljenasto vratilo, ili "radilica", jedan je od najznačajnijih dijelova motora i brine se za prijenos snage s klipova na mjenjač, te dalje, kotače. Radilica je izrađena od jednog dijela i obično je

sl. 2 - Osnovni dijelovi klipa

sl. 3 - Presjek klipnih prstenova

(gornja dva su kompresijski, donji je uljni)

lijevana ili kovana, te naknadno podvrgnuta strojnoj obradi kako bi se napravili "čepovi" za ležajeve, provrti za podmazivanje te prednji i stražnji nastavak. Energija koja se razvija izgaranjem smjese goriva i zraka potiskuje, kao što znamo iz prošlih nastavaka "Školice", klip prema dolje. Na njega je, pak, osovinom (klipnim svornjakom) pričvršćena klipnjača koja predstavlja vezu između klipa i koljenastog vratila. Donji dio klipnjače (vidi sliku iz 12. nastavka), sastoji se iz dva dijela koji čine okrugli otvor unutar kojega se nalazi ležaj. Ovaj, donji dio, klipnjače pričvršuje se za koljeno radilice na kojem se nalazi "čep" s provrtom za podmazivanje. Tako se ostvaruje gibljiva veza između klipnjače i koljenastog vratila, neophodna da bi se pravocrtno gibanje klipa (posredstvom klipnjače) prevelo u kružno gibanje koljenastog vratila. Na strani suprotnoj od ležajeva klipnjače ("čepova" koljenastog vratila) nalaze se protuutezi koji osiguravaju ravnomjeran rad motora. Drugim riječima, ovi utezi "peglaju" vibracije do kojih dolazi prilikom djelovanja sila koje potiskuju klip. Dakako, veoma je značajno i pravilno podmazivanje ležajeva na čepovima koljenastog vratila jer sila koja potiskuje klip prema dolje može iznositi i do 18.000 N.

Na krajevima koljenastog vratila nalaze se nastavci za pričvršćivanje prigušnika vibracija, remenica, zamašnjaka... S prednje strane (motora) nalazi se završetak koljenastog vratila na kojem je pričvršćen prigušnik vibracija. Radi se o ulošku s metalnim i gumenim dijelovima namijenjenom umirivanju torzijskih vibracija (koje pomiču koljenasto vratilo naprijed-natrag). Njegova je uloga prvenstveno ta da dovoljno "umiri" koljenasto vratilo kako ne bi puklo uslijed preopterećenja. Također, na istom se (prednjem) završetku radilice nalaze i nastavci za spajanje remenica koje pokreću pumpu za vodu, alternator, bregaste osovine i sl. Noviji motori, prvenstveno oni s elektroničkim beskontaktnim paljenjem, na prednjem dijelu koljenastog vratila imaju montiran i disk za mjerenje brzine vrtnje. Takav je disk izveden ili u obliku zupčanika ili po obodu ima rupice (udubljenja). Optički senzor koji se nalazi neposredno uz ovaj disk šalje informacije središnjem upravljačkom računalu motora o brzini pomicanja zubaca ili rupica. Taj se podatak potom preračunava u broj okretaja motora (broj okretaja koljenastog vratila) koji je jedan od najznačajnijih parametara potrebnih za rad managementa (upravljačkog sustava). Pomoću ovog podatka motor "zna" u kojem trenutku treba dati iskru svječici, kontrolira se ubrizgavanje goriva u motor itd...

Na drugoj strani koljenastog vratila nalazi se nastavak na koji je pričvršćen zamašnjak. Zamašnjak je, u stvari, okrugli metalni disk koji svojom inercijom tijekom vrtnje pokreće koljenasto vratilo preko tzv. "mrtvih točaka klipova" i praznih neradnih taktova održavajući tako stalnu brzinu vrtnje. Zamašnjak je karakterističan prema tome što na svom obodu ima raspoređene zupce. Isti naliježu na zupčanik elektropokretača (anlasera) koji se pokreće prilikom startanja motora.

Posebnih "varijacija na temu" u priči o koljenastom vrartilu gotovo da i nema. Razlike su tek u broju ležajeva kojima je radilica pričvršćena za blok motora, te u materijalu od kojeg je izrađena i veličini protuutega. Jasno je, da se u motorima visokih karakteristika (sportski i/ili natjecateljski automobili) pokušava što više smanjiti težina pokretnih dijelova kako bi se olakšao rad i povećao najviši broj okretaja. Takvi su motori obično opremljeni koljenastim vratilima s malim i laganim protuutezima te znatno olakšanim zamašnjakom. Dakako, pri niskim brojevima okretaja ovako će se prerađeni motor prilično tresti što se u komercijalnim vozilima izbjegava na opisani način (dodatnom težinom koja "pegla" vibracije). Još jedna varijanta današnje teme je koljenasto vratilo "V" motora. Ovakvi pogonski strojevi imaju po dvije klipnjače (suprotnih klipova) spojene na jedan, prošireni, čep koljena. Katkada se čepovi "V" motora izrađuju i kao dvostruki s malim (ekscentar) razmakom radi postizanja boljeg raspoređivanja sila.

Hrpa metala

Kao i svako živo biće i naš motor ima trbuh. Samo što se kod njega to zove "blok". U njemu se kriju razni dijelovi i rupe, a od kuda mu ime, nikada nismo ustanovili...

Eh da. Kao prvo, moramo vam objasniti zašto Školica kasni. Naime, jučer je direktor škole zatekao svoje nastavnike kako spavaju u zbornici. Doista! Kada ih je probudio, objasnio im da će dobiti smanjenu plaću za srpanj i razgovor sa stegovnom komisijom, oni su se lijeno ustali i počeli spremati za novi sat. Eto, no školica je ipak tu, a slijedećeg tjedna opet sve po starom. Dakle, srijeda. Obećavamo.

Blok je, u stvari, osnovni dio motora. Možda ne svojom konstrukcijskom kompleksnošću, no tu je titulu zaslužio obzirom da su na njega pričvršćeni praktički svi ostali dijelovi motora. Blokovi su, najčešće, izrađeni od lijevanog željeza (sivi lijev) ili željeza miješanog s drugim metalima, poput nikla i kroma. Dakako, sve više motora u modernim automobilima ima blokove izrađene od aluminijskih legura čija je osnovna prednost u relativno maloj težini. Uz to, aluminij lakše provodi toplinu te se takvi motori mogu i bolje hladiti. Sam naziv "blok" vjerojatno i potječe od toga što je ovaj dio motora u osnovi hrpetina metala u kojoj se nalaze razni otvori i provrti. Tako su u bloku motora smješteni provrti cilindara ali i razni provrti s kojekakvim navojima namijenjenim pričvršćivanju drugih dijelova motora. Također, u bloku se nalaze i otvori (tzv. "džepovi") namijenjeni strujanju vode za hlađenje (kod motora koji imaju vodeno hlađenje, dakako). Blok motora, od kojeg god da je materijala, izrađuje se lijevanjem u višedjelnom kalupu u kojem su unutrašnji dijelovi motora (npr. džepovi za rashladnu tekućinu) oblikovani od pijeska. Nakon lijevanja, ovaj se pijesak istresa ostavljajući za sobom slobodne otvore unutar bloka. Slijedeća faza u izradi je čišćenje, nakon čega na red dolazi bušenje svih potrebnih otvora (rupa za vijke i protok ulja za podmazivanje), strojna obrada cilindara i površina na koje drugi dijelovi moraju precizno nalijegati.

Na obrađeni blok motora pričvršćuju se slijedeći (osnovni) dijelovi: koljenasto vratilo (koje je pričvršćeno s donje strane bloka), klipovi s prstenovima i klipnjačama koje se pak, spajaju na koljenasto vratilo, glava motora (u kojoj su oblikovani prostori za izgaranje) te pumpa za ulje s koritom motora. Dakako, blok motora služi i kao "držač" za razne druge dijelove. Na njemu su pričvršćeni i alternator (generator struje), elektropokretač motora, pumpa za rashladnu tekućinu itd. Također, iz bloka motora izlaze i nosači kojima se motor pričvršćuje za karoseriju automobila. Novi motori nakon sklapanja, u tvornici, dobivaju ulje i marš na posao! No ipak, to je obično tek kratki probni rad nakon kojeg slijedi ugradnja u automobil itd. Zadnji dio priče, dakako, je onaj kada prolazite ispred izloga nekog salona i gledate čeznutljivo u auto, gleda on vas, kao da je oduvijek tu. Ipak, taj je auto prošao

dosta toga, prije, što ćemo sve naučiti pažljivo prateći Školicu.

sl. 1 - Tko pod haubom svog auta nađe ovakav blok

(W12) dobiva odmah besplatnu kavu od cijele redakcije!

sl. 2 - Kako skratiti motor - košuljice cilindara slijepljene su jedna na drugu čime se štedi na

prostoru

sl. 3 - Razni blokovi, razni motori: od linijskog 6 cilindraša, preko V6 motora do 4

cilindričnog boksera

Kako je već bilo spomenuto, najzanimljivija varijacija na temu bloka motora svakako je upotreba aluminijskih legura. No, osim spomenutih prednosti manje težine i boljeg odvođenja topline (u usporedbi s blokovima od sivog lijeva) aluminijski blokovi imaju i jednu popriličnu manu - malu tvrdoću. Kao što se sjećate (to se odnosi samo na one koji su pazili na satu), u priči o cilindru i klipu spominjali smo i nekakve košuljice cilindara. Radi se u stvari o tome da klip sa svojim prstenovima "struže" po unutrašnjoj strani cilindra koja stoga mora biti otporna na trošenje. U motorima čiji je blok izrađen od alu-legura konstrukcija bez košuljice ne bi bila upotrebljiva jer bi se relativno mekani blok prebrzo potrošio. Stoga se u takvim motorima gotovo u pravilu nalaze košuljice, bilo "suhe" ili "mokre" (vidi 12. sat predavanja). Ipak, i tu ima iznimaka, a rješenje dolazi u vidu magičnog materijala - silikona. Silikonske su čestice, naime, veoma tvrde te ih neki proizvođači ubacuju u leguru od koje se izrađuje blok. Nakon lijevanja, cilindri takvog bloka podvrgavaju se jetkanju (nagrizanju kiselinom) koje praktički skida izuzetno mali sloj aluminija s unutrašnjosti cilindara ostavljajući tako tvrda silikonska zrnca izloženima. Klip tada može kliziti preko tih zrnaca uz minimalan otpor i trošenje.

Tko nema u glavi... Naš je motor veoma čudan. Ima trbuh na kojeg je nalijepljena glava. O glavi motora i prostoru za izgaranje priča današnji nastavak

Dakle, da nije sve u glavi dokaz je i motor s unutarnjim sagorijevanjem. Najbolji dokaz tome jest taj da se "mozak" nalazi negdje drugdje. No, o čipovima pomoću kojih naš motor misli, u jednom od slijedećih nastavaka. Danas će biti riječi o glavi motora i nekakvim, čudnim, udubljenjima u njoj, koja nazivamo prostorima za izgaranje.

Kako glava motora izgleda, vidljivo je sa slika. Uočit ćete veoma brzo da je njezina sličnost s blokom motora poprilična. Glava je, doduše, manja (blok je uostalom trbuh motora, kako smo već zaključili), no ponovo se radi o nekakvoj hrpi lijevanog metala. Da nas sada za riječ ne bi uhvatili sitničavci strojarske struke reći ćemo kako se: glave i blokovi motora "u pravilu" izrađuju lijevanjem, no kao i svugdje i tu ima iznimaka. No, dobro. Sad kada smo ustanovili kako se izrađuje glava motora (postupak je, dakle, identičan onome koji smo opisali u prošlom nastavku govoreći o procesu izrade bloka) napomenut ćemo tek jedno. To je da se lagane legure, poput aluminijskih, češće primjenjuju pri izradi glave motora, nego li pri izradi bloka. U modernim automobilima gotovo da i nema više pogonskog stroja čija glava nije izrađena od aluminijskog lijeva (ili lijeva Al legure), dok su blokovi od sivog lijeva (lijevano željezo) još dosta česti. Razlog tome je višestruk i odnosi se prvenstveno na činjenicu da Al legure mogu lakše podnijeti opterećenja kojima je izložena glava motora te da se glava izuzetno jako zagrijava (jer su u njoj smješteni prostori za izgaranje smjese) te ju je potrebno dosta hladiti (aluminij provodi i odvodi toplinu znatno bolje od željeza). Kao još jedan razlog, još uvijek, velike rasprostranjenosti blokova od SL-a navest ćemo i primjer iz prošlog nastavka: Al je premekan da bi po njemu bez velikog trošenja mogli kliziti klipovi itd...

Jasno je, također iz prošlog nastavka, da različiti motori

imaju različite oblike. Linijski (redni) motori imat će tako

jednu glavu, "V" motori često dvije, a bokseri u pravilu

dvije (vidi sliku 3 iz 14. nastavka: "Hrpa metala"). No,

ono što nas najviše zanima je čemu glava služi.

Prvenstveno, tu su komore za izgaranje u kojima iskra

svječice izaziva izgaranje smjese. Prostora za izgaranje

ima u svakojakim oblicima (sl. 2), no "školski primjer"

svakako je prostor u obliku polukugle. U njemu su 2 (ili

više) ventila pravilno razmještena u krug, dok se u

sredini nalazi svječica. Takav oblik je zahvalan jer iskra

najefikasnije pali cijelu smjesu te je osigurano (gotovo)

potpuno izgaranje. Drugi ilustrirani prostor za izgaranje

je onaj oblika kade. Takva se konstrukcija odlikuje kratkim putem iskre i velikom otpornošću

prema detonativnom izgaranju, no problem se javlja kada u njega poželimo smjestiti više ventila.

Treći oblik sa slike 2 prikazuje prostor za izgaranje koji je uvučen u čelo klipa. Ovakav oblik

(poznat i kao Heronova glava) omogućava postizanje veoma visokog stupnja kompresije i često se

koristi kod motora kojima je provrt cilindra veći od hoda klipa. Tipičan je prema tome što je kod

njega glava motora gotovo potpuno ravna, bez udubljenja. Posljednji oblik prostora za izgaranje je

klinastog oblika. Ovdje su prednosti slične kao i kod drugog oblika (kade), no ponovo se javlja

problem sa smještajem većeg broja ventila, dok čelo klipa gotovo uvijek mora biti duboko urezano

kako bi se napravilo mjesta za ventile (dok su otvoreni). Jasno je da niti jedan od ovih oblika

prostora za izgaranje nije idealan. Stvar izbora, kao i toliko puta do sada, pitanje je konkretnog

motora koji se projektira (ili prerađuje) te njegovih očekivanih karakteristika.

sl. 1 - Četverocilindrični bokser motor iz Alfe 33 u stvari je "Dvoglavo čudovište"

Govoreći o glavi motora moramo se

osvrnuti i na njezin gornji dio. Već pri

letimičnom pogledu (dakako, kada je

skinut "poklopac ventila") možemo

procjeniti radi li se o OHV (Overhead-

valve) ili o OHC (Overhead-camshaft)

glavi motora. Prva na sebi ima tek

ventile s oprugama i klackalicama koje

pomiču šipke pokretane bregastom

osovinom smještenom u bloku motora

(tko nema u glavi, ima u bloku...) (vidi

nastavak "Bregasta osovina I", sl. 2b), dok je druga, upravo ona famozna priča s bregastom

osovinom (osovinama) u glavi motora (sl. 2a). Uz OHV oznaku srećemo tako i, jednako famoznu,

DOHC oznaku koja ne znači ništa drugo do "Glava motora s dvije bregaste osovine" (Double

OverHead Camshaft). Spomenuti poklopac ventila nije ništa drugo do komad lima koji je dobro

zabrtvljen s gornje strane glave motora i koji služi da sačuva ulje u kojemu se sustav za pokretanje

ventila "kupa" dok motor radi. Na tom je poklopcu obično smješten i čep za ulijevanje ulja u motor.

Završetak priče je jedna kratka napomena, a zove se brtvilo glave

motora. Radi se u stvari o brtvi koja se postavlja između glave i

bloka i koja "dihta" taj spoj, sprečavajući moguće curenje plinova

ekspandirane smjese, ulja ili tekućine za hlađenje.

Mozak

sl. 2 - Najčešći oblici prostora za izgaranje

sl. 3 - Da konačno jednom

riješimo dilemu: Što je što!!! (izvučen tankom linijom je

poklopac ventila)

Došao je trenutak za sve ljubitelje elektronike. Na današnjem ljetnom satu upoznat ćemo se s prvim dijelom priče o računalu koje kontrolira rad motora

Iako bi neki od kolega iz matične novine ovaj tekst sigurno mogli bolje napisati, naši su se nastavnici potrudili sastaviti jednostavan i svakome razumljiv prikaz rada automobilske elektronike. Svjesni smo isto tako da spram prirode možda i nije fer automobilski kompjuter (Elektronički upravljački modul) nazivati mozgom, no on je nešto čiji bi se rad, među svim komponentama od kojih je motor sastavljen, najbolje mogao opisati kao "razmišljanje". Elektronički upravljački modul (ECU - Electronic Control Unit; ECM - Electronic Control Module) u stvari je bezlična metalna kutija s čije se vanjske strane nalazi niz nekakvih električnih konektora i nastavci za montiranje kutije u automobil, dok joj je "iznutrica" ispunjena kojekakvim čipovima, tiskanim pločicama i drugim elektroničkim divotama. Unutrašnjost ECU-a u stvari izgleda poput malog računala, što on zapravo i jest. Ipak, radi se o poprilično primitivnim uređajima čija je "pamet" još kilometrima daleko od, npr., pameti stroja na kojem trenutno čitate Školicu.

sl. 1 - Položaj senzora za očitavanje broja o/min na motoru i njegov prikaz

(detalj)

Osnova rada ECU-a temelji se na obrađivanju ulaznih parametara s određenih dijelova motora, te odašiljanju podataka nekim drugim komponentama istog. Najveći dio posla što ga ECU obavlja jest kontrola trenutka paljenja i količine goriva koje se isporučuje motoru. Do podataka potrebnih za "razmišljanje" naš Elektronički kontrolni modul (ECU) dolazi uz pomoć niza senzora. Prisjetimo li se nastavka školice u kojem je bilo opisano koljenasto vratilo (radilica) sjećamo se da je na jednom njegovom kraju bio pričvršćen nekakav kotač koji podsjeća na zupčanik. O čemu se radi? Optički, ili magnetski, senzor postavljen uz taj kotač šalje ECU-u signal svaki puta kad ispred njegovog "nosa" projuri oznaka pričvršćena na kotaču (sl.1). Ona je najčešće izvedena u vidu utora, rupice ili zupca na njegovom obodu. Kako se radilica okreće, ta oznaka prolazi ispred senzora koji trenutno o tome obavještava ECU. U ECU-u se potom mjeri vrijeme koje je proteklo između dva prolaza oznake i na taj se način izračunava brzina okretanja radilice (br. okretaja motora u min.). Brzina rada motora je, kao što smo već svojedobno naučili, osnovni parametar za proračunavanje trenutka paljenja. Ovako obrađen podatak, ECU šalje sustavu za paljenje koji potom točno zna kada treba dati struju svječici. U teoriji, naš bi kotač na radilici mogao imati tek jedan zubac, dok se u praksi pokazalo dovoljnim postavljanje tek 2 takve oznake. Ipak, to vrijedi samo kod motora koji se vrte velikom brzinom i gdje su promjene broja o/min relativno male (motor Kavasaki 16V od 908 ccm služi se upravo s 2 očitavanja po jednom okretu radilice, no on se vrti oko 11000 o/min).

Problem se, kod automobilskih motora, javlja prvenstveno pri pokretanju. Kada okrenete ključ u kontakt-bravi motor se zavrti s nekih 250 o/min, no taj broj skače na 800 ili više u trenutku paljenja prvog cilindra. Stoga je u praksi potrebno postaviti daleko više oznaka na taj kotač koji

onda doista nalikuje nekakvom zupčaniku. Tako, npr., Opelovi motori iz serije ECOTEC koriste 58 zubaca, dok se na Ford Mondeu nalazi 36. U ova dva slučaja rezultat je taj da ECU dobiva update brzine okretanja motora 58 odnosno 36 puta za jedan okret (360°) koljenastog vratila, što je sasvim dovoljno. Ovdje treba još napomenuti kako ćete, gledajući ove zupčanike, primijetiti da neki zupci nedostaju (kod Opela 2, Forda 1). To je postavljeno kao referentna točka kako bi ECU "znao" točno u kojem se položaju u nekom trenutku nalazi radilica. Drugi značajni ulazni parametar Elektroničkog kontrolnog modula je položaj leptira na usisnom sustavu. kako je položaj leptira direktno vezan uz to koliko je pritisnuta papučica akceleratora, o njemu ovisi koliko će ECU goriva "odobriti" motoru. I tu je, na leptiru, smješten jedan senzor koji svoje podatke šalje u ECU odakle oni, obrađeni, idu k sustavu za ubrizgavanje. Ovaj, pak, prema dobivenim parametrima određuje koliko će trajati "puls" ubrizgavanja, tj. koliko će vremena mlaznice biti otvorene (podsjetite se priče o ubrizgavanju goriva). Treći ulazni parametar ilustriran na shemi (sl.2) je podatak koji dolazi s lambda sonde. O ovom će senzoru (lambda je senzor koji mjeri postotak kisika u ispušnim plinovima) biti više riječi u jednom od budućih nastavaka Školice u kojem ćemo opisivati ispušni sustav. No, recimo tek da je i taj podatak od presudne važnosti za točan proračun koji se radi u ECU-u, s ciljem održavanja pravilnog rada motora.

Iz do sada izrečenog, vidljivo je kako se struktura elektroničkog upravljanja motorom (Motor management) sastoji iz tri osnovne grupacije prikazane na sl.2. To su: senzori ulaznih parametara (plavo), sam Elektronički kontrolni modul (ECU) te sustavi koji upravljaju motorom, a koji informacije potrebne za pravilan rad dobivaju od ECU-a (zeleno). Dakako, tu je i napajanje svih komponenti električnom energijom. Zavirimo li malo u unutrašnjost ECU-a vidjeti ćemo tri osnovna dijela. To su CPU, ROM i RAM. Vjerujemo da nikome nije posebno potrebno objašnjavati što ove, u svijetu računala uvriježene, skraćenice znače, no... CPU (Central Processing Unit) je glavni procesor koji preračunava dobivene ulazne parametre pomoću programa koji se nalazi u njemu. ROM (Read Only

Memory) je memorija sastavljena od jednog ili više čipova u kojoj se nalaze podaci prema kojima CPU usklađuje proračun podataka. Drugim riječima, ROM je poput neke vrste knjige u kojoj će liječnik naći opis bolesti tipične za neke simptome (ulazni parametri), a u njoj će naći i preporučeni lijek za istu. Značajno je da CPU ne može mijenjati parametre zapisane u ROM memoriji. Stoga neki ECU-i imaju ugrađen izmjenjivi čip nazvan PROM (Programmable Read Only Memory) u kojem također nije moguće mijenjati podatke, ali ga se može zamijeniti čipom s pohranjenim drugačijim podacima. Tako možemo utjecati na "dijagnozu" koju donosi CPU, a time i na rad motora. Treća izvedba ove memorije zove se EEPROM (Electrically Erasable PROM) i predstavlja memorijski čip koji možemo priključiti na računalo te tako mijenjati unesene parametre. RAM (Random Access Memory) je memorijski čip koji je aktivan samo dok je motor uključen. Drugim riječima, njegovi se podaci počinju upisivati paljenjem motora, a brišu se gašenjem. RAM čipovi služe kako bi CPU u njih mogao upisati podatke dobivene od senzora s ulaza, trenutne kalkulacije i slične informacije koje se stalno mijenjaju. CPU u radu stalno pristupa RAM memoriji, briše stare i unosi nove podatke.

Posljednji memorijski čip koji treba opisati je KAM (Keep Alive Memory) i jedna je vrsta RAM-a. U ovaj čip CPU također može unositi podatke, brisati ih i zamjenjivati novima, a poseban je prema tome što "pamti" upisano dok god je priključen na izvor napona. KAM memorije služe prvenstveno za pohranu "kodova poteškoća u radu motora" (trouble codes), a to su informacije koje je (u servisu) moguće očitati pomoći kontrolnog računala i tako doznati kakav su problem u radu motora zabilježili senzori. Dakako, KAM memorija se briše isključivanjem napona, tj. odspajanjem akumulatora.

sl. 2 - Shematski prikaz elektroničkih uređaja motora

sl. 3 - Bez straha, ovo nije stonoga

već jedan najobičniji CPU

Učitana pamet Sve opisano u prošlom nastavku govorilo je kako elektronika motora donosi zaključke. No, ona je prvo trebala nešto i naučiti. O tome govorimo ovaj puta

Ovaj vas puta nećemo previše gnjaviti. Zapravo, današnji je nastavak Školice skraćen, a u klupi ćete sjediti znatno manje. Razlog je tome taj što nam je ostalo za objasniti tek nekoliko detalja vezanih uz automobilsku elektroniku. Prvi dio današnjeg nastavnog sata objašnjava kako ECU "uči". Dakako, jasno je da se nitko sam po sebi nije rodio pametan, pa tako niti naše upravljačko računalo. Sva pamet kojom Elektronički kontrolni modul donosi brze zaključke vezane uz trenutak paljenja i potrebnu količinu goriva nalazi se u programu koji je unesen u njegovoj memoriji. U stvari, kada pred utrku Formule 1 vidite zakrabuljene mehaničare kako mahnito priključuju svoja prijenosna računala u nekakve konektore na bolidu, bit će vam jasno da provjeravaju ili dorađuju parametre potrebne za ispravan rad elektroničkih sustava. Bolidi Formule 1 su, na njihovu sreću, u stvari "instant" vozila kod kojih je na brzinu moguće promijeniti sve, pa tako i software koji upravlja radom motora, te ga prilagoditi karakteristikama određene staze i sl.

Sadržaj ROM memorije jedna je od najznačajnijih "knjiga" potrebnih za rad motora. Podaci upisani u ovaj čip nazivaju se "Mapom" i sadržavaju tablice pomoću kojih CPU, uz unos ulaznih parametara, proračunava kakvi su izlazni parametri potrebni. Jedna takva Mapa prikazana je i na sl.1. Okomito na mapi poredani su podaci o položaju leptira (opterećenje), dok se vodoravno nalaze kolone podijeljene obzirom na

brzinu rada motora (broj o/min). Kao u nekakvoj tablici množenja, CPU u ovoj mapi pronalazi mjesto na kojem se križaju vrijednosti ulaznih parametara položaja leptira i broja okretaja motora te očitava unaprijed unesenu vrijednost koja je ujedno i šifra za određivanje izlaznih parametara. Tako, npr., jedan ulazni parametar može prikazati položaj leptira kodiran kao "4" (recimo oko "pola gasa"), a drugi brzinu motora kodiranu kao "6" (recimo 3000 o/min). Na križanju tih dviju kolona nalazi se šifra "96" koja za CPU znači točno određenu količinu goriva koje je potrebno ubrizgati i/ili točan trenutak paljenja.

sl. 1 - Mapa prema kojoj ECU donosi 'pametne zaključke' izgleda poput

tablice množenja

Završetak priče o Elektroničkom kontrolnom modulu tiče se "tuniranja", odn. prerađivanja parametara potrebnih za rad motora. Treba uzeti u obzir da serijski ECU-i koje nalazimo u svakodnevnim automobilima nikako nisu reprogramabilni. Točnije, iako je iz njihove KAM memorije moguće očitati što "muči" motor, ne može se utjecati (softverski) na njegov rad i eventualno mu povećati snagu i sl. Razlog tome je jednostavan i objašnjiv je time što proizvođači automobila žele zadržati sve za sebe, odnosno natjerati vlasnike da odlaze isključivo ovlaštenim servisima koji jedini imaju računala i software kojim se može očitavati KAM. Dakako, nova su vremena donijela mnoštvo elektronike u automobile, pa jednostavno brušenje glave, poliranje usisnih kanala i sl. više nisu jedini i pravi putevi ka uspjehu, želimo li povećati snagu motora. Ono što danas prvo treba "napasti" jest upravo ECU. U tu svrhu raznorazni prerađivači automobila (tuneri) nude kojekakva rješenja. Najčešće se tu radi o nadomjesnom CPU za koji, ovi isti, garantiraju kako će značajno osnažiti motor. Ipak, ako i uspijete išćupati stari CPU iz ECU-a te ubaciti novi, rezultat će obično biti polovičan. Problem je u tome što se zamjenom CPU-a najčešće dobiva elektronika koja radi s istim ROM parametrima (mapama), ali naprosto na svim šiframa dodaje malo više goriva. No ipak, to nije pravi put. Najbolje (i najskuplje) rješenje u stvari je zamjena cijelog ECU-a ili barem CPU-a i ROM čipova ili reprogramiranje ovih posljednjih (EEPROM) odn. njihova zamjena (PROM). Tako je moguće u automobil "uvaliti" novi CPU ali i novu mapu parametara prema kojoj on radi.

sl. 2 - Uobičajen smještaj upravljačkog računala u

automobilu - kutija je sakrivena ispod obloge pokraj suvozačevih vratiju

Navodnjavanje Odlična tema za ljetne vrućine zapravo je naš nastavak kretanja prema "periferiji" jer se, već od pretprošlog sata, polako udaljavamo od samog motora proučavajući dodatne sustave

Jasno je, vjerojatno, svima da je radi održavanja pravilnog rada bilo koji stroj potrebno dovesti (i održavati na njoj) na radnu temperaturu. Uostalom, i mi sami funkcioniramo najbolje na nekih 36,6°C radne temperature za održavanje koje se brine naš organizam. Jednako tako, i motor automobila zahtjeva nekakve, približno, idealne uvjete kako bi mogao dobro raditi. Uzmemo li u obzir da se u unutrašnjosti cilindra prilikom izgaranja smjese goriva i zraka razvijaju temperature od oko 2200°C jasno je da bi se bez nekog sustava hlađenja motor ubrzo počeo raspadati, a njegovi dijelovi deformirati i/ili čak topiti. Kako se same stijenke cilindara ne smiju zagrijavati na više od 260°, kada nastupa raspadanje ulja i drastično pada njegova sposobnost podmazivanja, stvorenu je toplinu potrebno nekako odvesti. Za to se odvođenje topline (hlađenje) u većini današnjih automobilskih motora brine rashladna tekućina. U prosjeku, ovom se metodom odvodi oko 1/3 ukupne količine topline proizvedene u komori za izgaranje. No, osim hlađenja, rashladni sustav motora ima još dvije uloge. Prva prema značaju svakako je ona u kojoj ovaj sustav brine za održavanje ispravne radne temperature motora, dok je drugi zadatak omogućavanje grijanja putničke kabine.

Osnovnih dijelova rashladnog sustava kod motora s vodenim hlađenjem (uobičajeni izraz za motore hlađene rashladnom tekućinom) su: vodeni džepovi u bloku i glavi motora, pumpa za vodu (rashladnu tekućinu), termostat, hladnjak i ventilator. Pa, počnimo redom. Tzv. "vodeni" džepovi u stvari su šupljine u lijevu bloka motora (podsjetite se priče o tome kako se izrađuje blok) u obliku nekakvih džepova, a namijenjene su strujanju rashladne tekućine kako bi ona mogla oplakivati i samim time hladiti vanjske stijenke cilindara. Iste takve džepove za hlađenje nalazimo i u glavi motora (u oba su to slučaja otvori okruglih ali i nepravilnih presjeka koje vidimo na gornjem dijelu bloka i donjem glave), a ovima je svrha odvođenje topline s vanjskih stijenki komora za izgaranje. Prisjetimo li se priče o cilindru, poznat nam je i pojam tzv. "mokre košuljice" cilindra. U tom slučaju, u bloku rashladna tekućina ne struji kroz džepove, već njih predstavlja prostor između unutrašnjih stijenki bloka i vanjskih stijenki ovakve košuljice cilindra. Drugi dio "priče" čini pumpa za vodu (sl. 1). Kod većine tekućinom hlađenih motora radi se o centrifugalnoj pumpi koja

koristi impeler (dio s mnogo lopatica za pokretanje struje tekućine). Pumpe za vodu obično su pokretane klinastim remenom koji dolazi s remenice smještene na izlaznom dijelu koljenastog vratila, no neke pokreće i sustav zupčanika. U najjačem tempu rada pumpa za vodu može potjerati i do 28.500 l vode tijekom jednog sata kada je termostat otvoren. U svojem okretanju, lopatice impelera "vuku" tekućinu s dna hladnjaka te ju tjeraju kroz motor (džepove) i natrag u gornji dio hladnjaka. Osovina pumpe za vodu postavljena je u zabrtvljene ležajeve i ne treba ju dodatno podmazivati.

sl. 1 - Pumpa za rashladnu tekućinu

Pri većim brzinama kretanja vozila, struja zraka koji kroz masku (ili uvodnike) dolazi do hladnjaka i prolazi kroz njegovu rešetkastu konstrukciju, dovoljna je za hlađenje rashladne tekućine. No, kada automobil stoji ili se kreće iznimno sporo, potrebno je pojačati struju zraka kroz hladnjak. Upravo stoga, uz hladnjake motora s vodenim hlađenjem viđamo ventilator (e). Ventilatori automobilskih motora razlikuju se prema načinu na koji su pokretani, pa poznajemo ventilatore pokretane remenicom odnosno elektromotorom. Ove prve, pokreće remenica pumpe za vodu s obzirom da su na nju (nepomično) pričvršćeni. Koliko brzo se okreće radilica, toliko će se brzo okretati pumpa za vodu, a jednako tako i ventilator. Ovakvi su ventilatori češći kod većih motora koji su, obično, postavljeni uzdužno u automobilima sa stražnjim pogonom. Jedna od izvedbi mehanički pokretanog ventilatora je i ventilator koji ima ugrađeno termostatsko kvačilo koje reagira na toplinu zraka što struji kroz hladnjak. Tako se, isključivanjem, smanjuje opterećenje motora i buka koju proizvode lopatice ventilatora, dok se ventilator pokreće prema potrebi. Međutim, u većini današnjih automobila, a pogotovo onih s poprečno postavljenim motorom i prednjim pogonom, nalazimo ventilator pokretan elektromotorom. Prednost takvog ventilatora je u tome što njegov rad oduzima manje snage motora, a moguće ga je i preciznije uključivati (pri 93°C). Značajno upozorenje vezano uz ventilatore automobilskih hladnjaka je to da se ni u kojem slučaju ne smiju dodirivati lopatice ventilatora dok motor radi. Temperatura motora se, naime, najbrže podiže kada nema strujanja zraka kroz hladnjak (stajanje na mjestu), te iznenadno paljenje ventilatora može imati veoma teške posljedice po znatiželjne prstiće! Ovo upozorenje pogotovo treba ozbiljno shvatiti kod motora opremljenih klima uređajem. Naime, njegov kondenzator zahtjeva gotovo stalnu isporuku jake struje zraka te je kod ovakvih automobila ventilator gotovo uvijek u pokretu (ili barem dok radi klima-uređaj).

Brrr, hladno! Sada kad znamo sve o pumpi i ventilatoru možemo se baciti na nastavak teme u kojoj pingvini uživaju - priče o hlađenju. Bacamo se u ralje termostata, ekspanzijske posude i samog hladnjaka

Uz dijelove rashladnog sustava koji su nam preostali, dodajemo i ponešto o antifrizu te motorima hlađenim zrakom, tek toliko za sladokusce (naime, jedan od najpoznatijih ovakvih motora je onaj iz starih modela VW Bube odnosno Porschea 911).

sl. 2 - Kada serijsko hlađenje nije dovoljno - dodatni ventilatori tvrtke Pacet za pojačano strujanje zraka

sl. 3 - Kada motor radi čuvajte prstiće !

sl. 1 - Termostat u zatvorenom (lijevo) i otvorenom položaju

Termostat je u stvari kontrolni ventil upravljan temperaturom rashladne tekućine. Njegov posao je pomoći motoru da se brže zagrije što se postiže preusmjeravanjem toka rashladne tekućine. U stvari, već je jasno kako rashladna tekućina u normalnom radu (zagrijanog) motora struji kroz džepove bloka i glave, pa u hladnjak te opet natrag, potpomognuta pumpom. Kada je motor hladan, termostat stoji zatvoren kako bi rashladna tekućina (tjerana pumpom) strujala samo kroz blok i glavu. Kada se tekućina dovoljno zagrije, termostat se otvara i "voda" tada počinje kružiti cijelim sustavom, dakle počinje se hladiti u hladnjaku. Najčešći termostati kakve danas susrećemo (sl. 1) su tzv. "voštani termostati". Takav termostat ima u sebi malu komoru s voskom zatvorenim u rastezljivoj membrani. Kada se temperatura rashladne tekućine podigne dovoljno da se njezino strujanje može preusmjeriti kroz cijeli sustav za hlađenje (dakle i kroz hladnjak), vosak u termostatu počinje se zagrijavati i rastezati (povećava mu se volumen). Povećanjem volumena voska u termostatu, pomiče se i rastezljiva membrana koja "gura" polugu za otvaranje termostata. Kada kažemo da je termostat otvoren, u stvari mislimo na zagrijani termostat koji je počeo propuštati struju rashladne tekućine kroz hladnjak. Upotrebom termostata postiže se brže zagrijavanje motora čime se štedi gorivo i smanjuje emisija nesagorenih ugljikovodika te ugljičnog monoksida. Tako motor brže dostiže radnu temperaturu (temp. tekućine pri termostatu obično se kreće oko 80-85°C) za koju je, uostalom, i predviđen te na kojoj je trošenje pokretnih dijelova najmanje, a podmazivanje najbolje.

Ekspanzijska posuda rashladnog sustava (sl. 2) obično je ona velika prozirna plastična kutija u koju se (u većini) motora nadolijeva rashladna tekućina (voda i/ili antifriz). Na ovoj posudi postoje i nekakve oznake "MIN" i "MAX" između kojih bi trebala stajati razina tekućine kada je motor hladan. Ovako, uostalom, uvijek znamo ima li u motoru dovoljno antifriza. Poznato nam je da se tekućine prilikom zagrijavanja rastežu, tj. da im se povećava volumen kao i vosku u našem termostatu, što se odnosi i na antifriz. Kako je za pravilno i kvalitetno hlađenje motora značajno da je kompletan rashladni sustav (hladnjak, dovodne i odvodne cijevi, džepovi u bloku i glavi) potpuno ispunjen tekućinom, vidimo da se pri zagrijavanju može pojaviti problem njezinog viška. Tada u "igru" dolazi ekspanzijska posuda u koju se prelijeva višak tekućine za hlađenje kako bi se za nju napravilo dovoljno "mjesta" u rashladnom

sustavu. Kada je motor ugašen i kada se voda u njemu ohladi, stvara se podtlak u rashladnom sustavu koji "posrče" rashladnu tekućinu natrag iz ekspanzijske posude. Uz ulogu preuzimanja viška rastegnute rashladne tekućine, ekspanzijska posuda pomaže i u eliminiranju mjehurića zraka koji se sakupljaju u sustavu čime se povećava njegova napunjenost tekućinom, a time i efikasnost hlađenja. Rashladne sustave s ekspanzijskom posudom nazivamo "zatvorenim sustavima".

sl. 2 - Ekspanzijska posuda

Konačno, "srce". Možda malo nepravedno, no za kraj smo ostavili najznačajniji dio rashladnog sustava automobilskog motora s "vodenim hlađenjem" - hladnjak. Hladnjak (sl. 3) ili izmjenjivač topline u stvari je isto što i vaš sobni radijator. Uloga mu je odvođenje topline s rashladne tekućine, a što se postiže uz pomoć struje zraka. Hladnjak se sastoji od četiri osnovna dijela, a to su: ulazni i izlazni spremnik, cijevi za prolaz rashladne tekućine te lamele. Ulazni spremnik je komora na vrhu hladnjaka u koju dolazi zagrijana rashladna tekućina iz motora. Iz njega, ona struji kroz cijevi koje su okružene lamelama. Lamele su tanke metalne trakice koje su pričvršćene za cijevi kojima struji zagrijana tekućina, a njima se povećava površina koju ona zagrijava. Upravo tako, povećava se i površina preko koje struji zrak pokretan ventilatorom ili naprosto kretanjem vozila. Ovo strujanje zraka odvodi toplinu s lamela, a posredno i s cijevi te tako hladi antifriz (hladnjaci motora s ugrađenim klima-uređajima obično imaju gustoću od 14 lamela na 5 cm). Na dnu hladnjaka nalazi se izlazni spremnik u kojem se skuplja rashlađena tekućina od kuda ona, pokretana pumpom, ide natrag u džepove bloka i glave. Cijevi s lamelama hladnjaka obično se zajednički nazivaju jezgrom hladnjaka koja je na većini današnjih automobila uglavnom izrađena od aluminija. Ulazni i izlazni spremnici današnjih hladnjaka izrađeni su od plastike, no koriste se i metalni, a valja napomenuti kako su svi ti dijelovi (cijeli hladnjak) nekoć bili izrađivani od bakra. Ovisno o položaju ulaznog i izlaznog spremnika razlikujemo hladnjake vertikalnog i horizontalnog toka rashladne tekućine. Kod vertikalnog hladnjaka ulazni je spremnik smješten na vrhu, a izlazni na dnu, dok su kod horizontalnog raspoređeni lijevo i desno. Većina modernih hladnjaka upravo je ove posljednje, horizontalne, konstrukcije koja smanjuje ukupnu visinu i omogućava postavljanje hladnjaka pod položenije poklopce motora.

Riječ dvije o antifrizu. Rashladna tekućina motora u stvari je antifriz ili njegova mješavina s vodom. Radi se o jednoj vrsti alkohola čija je odlika da, u smjesi rashlade tekućine, znatno snižava temperaturu ledišta. No, ova tekućina služi i kao zaštita od korozije te kamenca pa ju je preporučljivo držati u rashladnom sustavu cijele godine.

Kraj priče u kojoj su pingvini vjerojatno najviše uživali (hlađenje je njihova omiljena tema), tiče se motora sa zračnim hlađenjem (presjek na sl. 4). Često viđani na motociklima, ovakvi su motori prepoznatljivi po rebrima koja okružuju cilindar. Rashladna rebra ovdje djeluju na istom principu kao i lamele hladnjaka s time što su znatno veća i u većini motora izlivena u komadu s blokom. Kod ovih rebara primjećujemo različitu duljinu te oblik koji se sužava prema vrhu. Prvo ima razlog u tome što je za hlađenje toplinski više opterećenih dijelova motora potrebno staviti i dulja rebra. Što se tiče zašiljenosti, "igra" je u tome da toplina ima tendenciju širenja s većeg na manji presjek te su rebra motora sa zračnim hlađenjem tanja na najudaljenijoj točki. Zračno hlađenje automobilskih motora u pravilu je potpomognuto ventilatorom koji stalno radi kako bi se omogućilo provođenje dovoljne struje zraka.

Puhalice

sl. 3 - Osnovni dijelovi hladnjaka motora

sl. 4 - Presjek motora sa

zračnim hlađenjem - vidljiva su rebra različitih

dužina

Koliko god mi filozofirali o nekakvim viševentilskim motorima, dorađenoj elektronici i tko zna čemu, ozbiljna igra sa snagom započinje tek s primjenom puhalice

Iako vjerujemo kako su se gotovo svi autoljupci barem jednom negdje sreli s temom turbopunjača, moramo misliti i na one koji to nisu. Uostalom, ovo je ipak škola za početnike. No i vama koji mislite da su puhalice mačji kašalj, savjetujemo jedno solidno ponavljanje gradiva. Stoga, sjednite u klupe!

Većina današnjih motora koji pokreću automobile koristi tzv. "atmosferski usis". Vjerojatno ste, ne jednom, čuli za nekakve atmosferske motore, barem u pričama o Formuli 1. No, dakle. Poznato nam je iz prijašnjih nastavaka da je zrak iz atmosfere potrebno nekako ugurati u cilindar. Silu koja se za to brine nazivamo Atmosferski tlak i radi se o uobičajenom pritisku zraka koji nas okružuje na površini mora (atmosferski tlak iznosi 14,7 psi = 101,3 kPa = 1 bar). Klip u svojem gibanju od gornje mrtve točke stvara u cilindru podtlak, obično nazvan i (djelomični) vakum. Taj podtlak dovodi do razlike između atmosferskog pritiska i onog u usisnom sustavu motora (koji je pri usisnom taktu manji od atmosferskog). Upravo zbog toga, naša sila - Atmosferski tlak, tjera zrak u usisni sustav i, ovisno o otvorenosti leptira, u sam cilindar. No, poznato nam je i da je za izgaranje neke količine goriva u cilindru potrebna i određena količina zraka. Logično je da, želimo li iz motora izvući veću snagu, moramo u njemu sagorjeti i više goriva. No, za taj je proces potrebno i više zraka, a atmosferski ga tlak ne može ubaciti u usis više nego li to određuje spomenuta razlika pritisaka. Tu u pomoć uskaču uređaji za prednabijanje zraka koje dodajemo atmosferskim motorima kako bi im povećali snagu, zadržavajući pri tome isti radni obujam.

Sve uređaje za prednabijanje zraka zajedničkim imenom nazivamo "kompresori", a razlikujemo turbokompresore (pokretane strujom ispušnih plinova) te mehaničke kompresore (pokretane remenom ili lancem s koljenastog vratila). U prvom nastavku priče o prednabijanju reći ćemo riječ-dvije o turbokompresorima (turbopunjačima). Princip rada ove vrste kompresora vidljiv je na slici 1. Turbokompresori se sastoje od dva osnovna dijela, a to su: turbina kompresora te pogonska turbina. Kompresorska turbina u stvari je kotač na kojem se nalaze lopatice. Rotacija tih lopatica pokreće zrak koji je pod atmosferskim tlakom ušao u kompresor iz dovoda (cijevi koja vodi od filtera zraka ili sl.) te ga pod povećanim tlakom tjera dalje prema motoru, odnosno, cilindrima. Na drugom kraju osovine na kojoj se nalazi kompresorska turbina smještena je pogonska turbina. I ova turbina ima kotač s lopaticama a pokreće ju struja ispušnih plinova

koja dolazi iz cilindara (ispušne grane motora). Ispušni plinovi tako prolaze preko lopatica pogonske turbine što izaziva njihovu rotaciju, nakon čega napuštaju turbokompresor putujući dalje, u ispušni sustav. Kako su pogonska i kompresorska turbina spojene jednom osovinom, struja ispušnih plinova posredno pokreće i kompresorsku turbinu. Jasno je iz samog načela rada turbokompreora da kao rezultat na njegovom izlazu dobivamo struju zraka pod pritiskom većim od atmosferskog. Tako je u cilindre moguće ubaciti više zraka, a samim time i više goriva koje će u potpunosti sagorjeti. Rezultat svega je značajno povećanje snage motora.

sl. 1 - Shematski prikaz turbopunjača

Jasno je da se s povećanjem pritiska na papučicu akceleratora (dodavanjem gasa) povećava i brzina rada motora, a samim time i brzina strujanja ispušnih plinova. Rezultat toga je i povećanje brzine okretanja turbina u turbokompresoru (brzine dostižu i do 120.000 o/min). Ipak, kao i toliko puta do sada, moramo zadovoljiti neke kompromise. Turbokompresor je proračunan da daje neke određene vrijednosti pritiska (prednabijanja) na izlazu iz turbine pri određenim brzinama rada motora. No, jasno je da njegova uloga mora pokrivati što veći raspon brojeva o/min. Problem se javlja kada motor natjeramo u područja visokih okretaja. Turbokompresor, koji je proračunan da daje potreban pritisak i pri nižim brojevima o/min, pri izrazito visokim brzinama može početi isporučivati previsoki pritisak prednabijanja. Kako bi se spriječile moguće štete koje bi ovako visok pritisak uzrokovao, uz turbokompresore se ugrađuju i "wastegate" (dump-valve) sigurnosni ventili (zlatni dio na vrhu turbokompreora - početna slika). Uloga ovih ventila je da oslobode dio pritiska s izlaznog dijela turbokompresora (puštajući ga u atmosferu) i tako smanje tlak u usisnom sustavu. Wastegate ventili obično su pokretani pneumatskim putem pomoću membrane (dijafragme) koja se nalazi pod pritiskom proizvedenim u turbini. Kada ovaj pritisak dostigne najveću proračunanu vrijednost, membrana ovog ventila pomiče polugu koja pak otvara tzv. "bypass" prolaz. Bypass je u stvari cijev kroz koju suvišni pritisak napušta usisni sustav motora. Valja napomenuti kako su wastegate ventili u nekim automobilima pokretani i elektromagnetski, uz kontrolu središnjeg računala.

Na slici 3 prikazan je turbokompresor promjenjive geometrije. Naime, osim prevelikog pritiska, u prednabijanju se javlja i problem poznat kao "kašnjenje" (turbo-lag). Svi koji su vozili automobile s turbokompresorima stalne geometrije poznaju efekt koji se javlja pri naglom dodavanju gasa u nižim brojevima okretaja. Kako je cijeli kompresor proračunan za neke srednje vrijednosti pritiska ispušnih plinova, jasno je da pri niskim brojevima o/min tlak u ispuhu nije dovoljan da zavrti lopatice pogonske turbine na brzinu potrebnu za ostvarivanje potrebnog pritiska prednabijanja. U "običnim" se turbo-automobilima tako može osjetiti nagli udar (naglo ubrzanje) koji dolazi kada se tlak u ispuhu dovoljno poveća. Kako bi se izbjegli ovakvi nedostaci i postigao efikasan rad turbopunjača pri nižim brojevima okretaja motora, izmišljene su pogonske turbine s krilcima promjenjive geometrije. Ovakva (dodatna) krilca, upravljana središnjim računalom, usmjeravaju struju ispušnih plinova na lopatice pogonske turbine kako bi se najbolje iskoristio raspoloživi pritisak struje ispuha te poboljšalo prednabijanje i pri nižim brojevima okretaja. Drugi način rješavanja ovog problema je u postavljanju dvaju turbopunjača (bi-turbo) manjih dimenzija čije su mase pokretnih dijelova manje te postižu potrebnu brzinu vrtnje i uz relativno sporu struju ispušnih plinova.

sl. 2 - Kučišta pogonske i kompresorske turbine

sl. 3 - Turbokompresor promjenjive geometrije

Ostatak priče U prvom dijelu priče o puhalicama razmotrili smo rad turbinom pokretanih punjača. Danas govorimo o još dvije varijante punjenja motora pod povišenim pritiskom, njihovom miješanju s turbokompresorima te mističnom intercooleru

Govoreći o turbokompresorima naši su nastavnici tijekom proteklog sata spomenuli nešto u stilu: "Sve uređaje za prednabijanje zraka zajedničkim imenom nazivamo "kompresori", a razlikujemo turbokompresore (pokretane strujom ispušnih plinova) te mehaničke kompresore (pokretane remenom ili lancem s koljenastog vratila)". E, pa upravo u skladu s time, današnji nastavni sat objašnjava što su i kako rade tzv. mehanički kompresori (punjači) sabijenog zraka.

U raširenoj upotrebi danas susrećemo dvije vrste mehaničkih kompresora, a to su Roots-ov punjač i Spiralni ili "G" punjač. Osnovna prednost mehaničkih punjača pred onima pokretanim strujom ispušnih plinova upravo se nalazi u načelu njihova pokretanja. Kako se radi o direktnom pogonu, vezanom uz koljenasto vratilo, mehanički punjači ne pate od (u prethodnom nastavku spominjanog) kašnjenja. Drugim riječima, pri dodavanju gasa, motor se počinje brže okretati (time i radilica) što istovremeno povećava brzinu okretanja pogona koji pokreće mehanički punjač. Osnovna je prednost ovakvog sustava, dakle, u tome što motori opremljeni mehaničkim punjačima brže prihvaćaju promjenu položaja papučice akceleratora, a sam punjač efikasno radi već pri nižim brojevima o/min. Ipak, mehanički punjači imaju i svojih mana. Vjerojatno najnezgodnija, očituje se u velikoj buci koju ovakvi punjači proizvode, a motori opremljeni njima poznati su i po izraženijoj "žeđi" za gorivom. Kao i uvijek, i u slučaju izbora vrste punjača sabijenog zraka odluka je stvar kompromisa, a pravo će rješenje ovisiti o potrebama određenog pogonskog stroja.

sl. 4 - Položaj turbopunjača na motoru (Cosworth Turbo)

sl. 1 - Shematski prikaz rada Rootsovog punjača s (ravnim)

trokrakim rotorima

Rootsov punjač (čije shematsko načelo rada vidimo na sl. 1) uobičajeniji je od ova dva tipa mehaničkih punjača. Osnovu njegove konstrukcije čine dva rotora koji se okreću unutar kučišta. Ovi rotori imaju obično dva do tri kraka (neki ih nazivaju i "resicama") ravnog ili spiralnog (sl. 2) oblika. Rotori su međusobno povezani zupčanicima (po jedan na osovini svakog rotora) koji su, pak, pokretani remenom ili lancem s radilice. Pogon Rootsovog punjača tako je izveden da se rotori okreću dva do tri puta brže od brzine motora (broj okretaja koljenastog vratila) pa ovakav kompresor u stvari djeluje kao pumpa koja naprosto ubrzava strujanje zraka prema usisnom dijelu motora iznad brzine koju bi se postiglo samim podtlakom što ga stvara klip tijekom usisnog takta. Prema načelu rada, Rootsov se punjač naziva i "Zračnom pumpom pozitivne istisnine" jer je obujam zraka koji se istisne u usis motora jednak pri svakom okretaju rotora, bez obzira na brzinu rada motora.

Druga vrsta mehaničkog punjača je spiralni kompresor ili "G" punjač (sl. 3), kakav često susrećemo kod VW-ovih motora s prednabijanjem. Ovaj punjač, koji je ime "G" dobio zbog oblika spirala, također spada u skupinu zračnih pumpi pozitivne istisnine. Osnovu "G" punjača čini spiralni escentar koji unutrašnjost njegova kučišta dijeli na vanjsku i unutarnju komoru. Moramo priznati da je, bez niza shematskih prikaza (za koji ipak nemamo dovoljno prostora), veoma teško objasniti rad spiralnog punjača, no pokušat ćemo cijelu priču oslikati riječima. Značajka rada spiralnog ekscentra kod "G" punjača je u tome da on ne rotira unutar kučišta već se giba ekscentrično (uh, ovo se fakat zakompliciralo...) u spiralnom kučištu. Između mjesta gdje ekscentar dodiruje kučište i mjesta gdje je on od kučišta odmaknut,

stvara se prostor u koji ulazi zrak. Gibanjem ekscentra mijenja se položaj točke dodira i mjesta odmaka od kučišta čime se ostvaruje kretanje i komprimiranje zraka unutar samog punjača. Tako "G" kompresor na svom izlaznom otvoru (obično oko sredine kučišta) stvara pritisak zraka viši od onog na ulaznom. Dvije osovine zadužene su za pokretanje ekscentra spiralnog punjača. Pogonska osovina drži ekscentar i omogućava njegovo gibanje, dok ekscentrična osovina kompenzira rad pogonske kako se ekscentar ne bi počeo rotirati. Ove su dvije osovine međusobno povezane malim nazubljenim remenom čiji je "posao" da ih prilikom okretanja zadrži u određenom međusobnom odnosu, tj. "u fazi".

sl. 2 - Rootsov punjač jaguarovog 6-cilindraša sa

spiralnim rotorima (krakovi rotora su malo uvijeni)

sl. 3 - Konstrukcija i pogon spiralnog punjača

(koncern VAG)

Mali dodatak na kraju priče o trima punjačima odnosi se na sliku 4. Već je na prvi pogled jasno zbog čega su neki konstruktori posezali za ovakvom, hibridnom, konstrukcijom s dva punjača različitih načela rada. U prvom smo nastavku priče o prednabijanju rekli kako se problem turbo-kašnjenja katkada rješava postavljanjem dvaju, manjih, kompresora (bi-turbo). No, moguće ga je riješiti i tako da se na motor postavi mehanički kompresor, koji reagira na dodavanje gasa trenutno (i time "pokriva" područje niskih o/min), kombiniran s turbokompresorom koji većinu svog posla odrađuje pri višim brzinama rada motora (zgodno, zar ne?).

Došli smo do posljednjeg odlomka teme o prednabijanju. Naime, poznato nam je iz svakodnevnog života da se plinovi prilikom širenja (povećavanja obujma) hlade. Kada pritisnete ventil na dezodoransu (pardon, deodorantu) oslobađa se stlačeni sadržaj bočice čime mu se naglo povećava obujam. Dakako, osjetit ćete kako vas taj mlaz hladi. Upravo obrnuto, događa se kada plinovima naglo smanjujemo obujam, tj. kada ih komprimiramo. Primjera radi, sjetite se pumpe za bicikl. Nakon dosta rada, njezino se kučište znatno ugrije, upravo stoga što smo u njemu sabijali zrak. Jednako tako se i zrak sabijen u turbopunjaču ili mehaničkom kompresoru znatno zagrijava. No, zagrijavanjem mu se povećava obujam i pada gustoća. Rjeđi zrak, dakako, sadrži manje kisika potrebnog za izgaranje goriva. Također, pregrijani bi zrak u cilindru, prilikom

kompresijskog takta, mogao izazvati i detonativno izgaranje (samozapaljenje smjese). Jasno je da zrak, komprimiran u nekom punjaču, treba stoga ohladiti. Za hlađenje sabijenog zraka koriste se hladnjaci (intercooleri) čija je konstrukcija u osnovi jednaka onoj hladnjaka za rashladnu tekućinu. S jedne strane ulazi zagrijani komprimirani zrak, a s druge izlazi ohlađen nakon izmjene topline s okolinom. Intercooleri, ipak, nisu potrebni na svim motorima s prednabijanjem, već ih se ugrađuje pretežno u snnažnije automobile kod kojih se koriste viši pritisci prednabijanja.

sl. 4 - Najbolje iz oba svijeta - Motor Lancie Delte S4 (rally, Grupa B) bio je opremljen turbopunjačem (1) i Rootsovim

kompresorom (2)

sl. 5 - Intercooleri ili, književnije,

"hladnjaci sabijenog zraka"

sl. 6 - Strujanje zraka sabijenog u

punjaču (crne strelice) i hladnog zraka iz okoline kod motora s intercoolerom

Kanalizacija motora Kako se automobilski motor rješava svojeg "otpada", uz pohvalnu brigu o zaštiti okoliša, saznajemo na današnjem satu gdje opisujemo cijelu hrpu vrućih metalnih cijevi, te nekakva slova grčkog alfabeta

Poput svih živih bića, naš motor muči muku s neprobavljenim sastojcima svoje hrane. Do sada smo već naučili kako na njegova usta dolaze gorivo i zrak, te kako se sve to u njegovom želucu probavlja uz dramatično izgaranje pri visokim temperaturama. No, motor nije savršen. Dio prožvakanog ipak ostaje neprobavljen, što se na kraju prehrambenog procesa mora nekako izbaciti. Razlika motora s unutarnjim sagorijevanjem i živog bića ovdje je tek u tome što on nusprodukte svoje prehrane izbacuje stalno (užas!).

Osnovni dijelovi ispušnog sustava prikazani su na sl. 1. Nakon izgaranja, vrući plinovi kroz otvoreni ispušni ventil odlaze u ispušnu granu, prolaze pokraj lamba-sonde (čemu ta grčka slova?), ulaze u katalizator te nakon njega prolaze kroz jedan ili više prigušivača. Na poslijetku, sve što je ostalo odlazi u atmosferu pa mi to onda lijepo udišemo, i

tako to...

Ispušna grana, ili ispušni kolektor, svojim je izgledom slična usisnoj grani. No, ovdje se radi o cijevima koje se nastavljaju na ispušne otvore cilindara. Ispušna grana u "običnih" je automobila najčešće izrađena od metala lijevanog u kalupu, no ima ih i koje su izrađene od međusobno zavarenih valjanih cijevi (poput grane motora visokih performansi prikazane na sl. 2). O grani ne treba mnogo pričati, osim što ćemo spomenuti da ju (dok motor radi) ne treba pipati jer su, kao što znamo, ispušni plinovi koji kroz nju prolaze izuzetno visoke temperature. No, ono što je tehnički ipak značajnije, je konstrukcija ispušne grane, od kojih na slici 3 vidimo četiri najuobičajenije. Lijevo je prikazan ispušni kolektor jeftinog četverocilindraša, obično napravljen od lijevanog metala. Ispušni se plinovi ovdje dovode iz sva 4 cilindra cijevima koje se spajaju na jednom mjestu odakle sve ide prema katalizatoru i prigušnim loncima. No, druga slika prikazuje već malo "pametniji" kolektor. Kod njega su ispušne cijevi spajane postepeno čime se smanjuju unutarnji otpori ispušnog sustava (protutlak) uz što se ubrzava njihovo strujanje. Slijedeća je još jedna verzija iste priče, dok ona desno prikazuje ispušni kolektor motora kakvi se ugrađuju na sportske automobile (pa i Formulu 1 i sl.). Ovdje je osnovni cilj konstrukcije (sve su cijevi približno jednake duljine) da se minimalno smanji protutlak kako bi ispušni plinovi strujali što brže olakšavajući tako "posao" motoru koji svoj radni vijek provodi na relativno visokim brojevima o/min (jedna takva grana je i ona sa slike 2).

sl. 1 - Osnovni dijelovi ispušnog sustava automobila

sl. 2 - Ispušni kolektor 4-cilindričnog motora

sl. 3 - Različite izvedbe ispušnih grana - najkompliciranije je najbolje (i najskuplje)

U posljednjih godina, gotovo neizostavni, dio svih modernih motora je i tzv. Lambda sonda. Ova neobična naprava grčkog imena u stvari je senzor koji očitava količinu kisika u ispuhu. Kako smo već prije naučili, za potpuno izgaranje benzina potrebno je ostvariti omjer količine goriva i zraka od 14,7 : 1 (u korist zraka, dakako).

Lambda, koja je postavljena na mjestu gdje se sve cijevi ispušnog kolektora spajaju u jednu, mjeri količinu kisika u ispušnim plinovima i "uspoređuje" ju s količinom njegovog postotka u atmosferi. Sama sonda, veličine prosječne svječice, je električni uređaj koji na promjenu količine O2 (plinovi ulaze kroz otvore na vrhu) u ispuhu reagira promjenom napona na svom električnom priključku (raspon je obično između 0,15 i 1,30 V). Kada je omjer goriva i zraka ubačenih u cilindar približan stehiometrijskom idealu (14,7:1) lambda daje napon od cca. 0,45 V

(450 mV). Kada sadržaj kisika padne ispod te vrijednosti, napon na izlaznom konektoru lambde se povećava što upućuje na bogatu mješavinu. Dakako, kod siromašne mješavine je obrnuto. Ovaj naponski signal iz lambda sonde putuje do središnjeg računala koje pomoću njega prilagođava količinu goriva što se ubrizgava u cilindre (položaj lambda sonde u ispušnom sustavu i njezina konstrukcija prikazani su na sl. 5).

Zanimljivo je napomenuti kako je lambda sondu moguće koristiti i za podešavanje starijih motora (bez katalizatora i sličnih "divota") što, katkada, rade natjecatelji s ograničenim budžetima. Za tu se svrhu na ispušnoj grani (gdje se sve cijevi spajaju u jednu) probuši rupa u koju se zavije Lambda. Običnim se voltmetrom potom mjeri napon na priključku lambde te je tako moguće podesiti idealnu mješavinu, bilo na rasplinjaču ili sustavu s ubrizgavanjem.

Noćna mora svih "trkača" na modernim automobilima svakako je katalitički konvertor (presjek - sl. 6) ili, popularnije, katalizator. Ovo je, u stvari, metalna kutija u kojoj se nalazi saćasti keramički monolit, najčešće, presvučen platinom. Uloga katalizatora, koji se koristi kod motora pokretanih bezolovnim benzinom, je u smanjivanju emisije štetnih plinova. Današnji, tzv. trostazni, katalizatori djeluju na ispušne plinove tako da izazivaju oksidaciju ugljičnog

monoksida (CO) i ugljikovodika (HC) te redukciju dušičnih oksida (NOx). No, da bi se ovi procesi mogli odvijati na šupljikavoj površini unutrašnjosti katalizatora, potrebno ga je dovesti na radnu temperaturu (300 - 800 °C). Najveći problem ovdje se javlja kod pokretanja hladnog motora kada ispušni plinovi prolaze kroz nezagrijani katalizator. U svrhu što bržeg dovođenja katalitičkog konvertora na radnu temperaturu, u ispušnim se sustavima današnjih motora pribjegava različitim

sl. 4 - Lambda sonda

sl. 5 - Konstrukcija i smještaj O2 senzora

sl. 6 - Presjek keramičkog katalizatora

s električnim grijačima

rješenjima. Najčešće se primjenjuje sustav naknadnog upuhivanja svježeg zraka u ispuh (ispred katalizatora) čime se, dodavanjem kisika, povisuje temperatura ispušnih plinova. Druga verzija zagrijavanja je ona s električnim grijačima unutrašnjosti katalizatora (male okrugle točkice na saćama monolita - sl. 6). Noćna mora, spomenuta na početku ovog odlomka, u stvari proizlazi iz činjenice da unutrašnja struktura katalizatora stvara veliki otpor strujanju ispušnih plinova čime se smanjuje snaga motora (kod nekih, navodno, i do 20%!), pa su katalizatori danas (kako na benzinskim tako i diesel motorima) još uvijek stvar velikih polemika i proučavanja (postavlja se pitanje svrhe redukcije štetnih plinova ovakvim "blokiranjem" ako, potom, za postizanje iste snage kao i bez katalizatora, treba staviti snažniji motor koji sagorjeva više goriva).

Na kraju ispuha dolazi, vjerojatno i najpoznatiji

dio, ispušni lonac. Pravilnije rečeno

"prigušivač", ovaj je dio ispušnog sustava, opet,

nekakva metalna kutija kojom se pokušava

postići smanjenje buke. Naime, plinovi koji

nastaju izgaranjem smjese goriva i zraka

veoma se brzo šire izlazeći iz cilindara pod

visokim pritiskom (i nadzvučnom brzinom).

Uslijed toga, u ispušnom sustavu ovi plinovi

uzrokuju veoma snažne titraje (frekvencije od

nekoliko tisuća u minuti) koji bi, bez

adekvatnog prigušenja, stvarali ogromnu buku

(vjerojatno ste, berem jednom, čuli motor

nekog natjecateljskog automobila koji nije imao

ispušni "lonac"). Kako bi se umirilo ove titraje,

na kraju (poslije katalizatora) ispušnog sustava

postavljaju se prigušivači. Najjeftinija, i

najčešća, konstrukcija prigušnog lonca vidljiva

je na vrhu slike 7. Ovdje se radi o tzv.

refleksijskom prigušivaču koji znatno usporava

strujanje plinova, no time i stvara relativno veliki protutlak u ispušnom sustavu, smanjujući tako

upotrebljivu snagu motora. Najbolje rješenje, glede protutlaka, je apsorpcijski prigušivač (na dnu

slike 7). Kod njega plinovi prolaze perforiranom cijevi omotanom apsorpcijskim (prigušnim)

materijalom. No, kod ovakvih se prigušivača brzina strujanja plinova ne smanjuje znatno što za

posljedicu ima i znatno veću buku motora (uz to, tek će dobro proračunate dimenzije ispuha dati

doista veću snagu, kakav god prigušivač mi stavili). Kao i uvijek, proizvođači automobila nude

kompromisno rješenje. To je apsorpcijsko - refleksijski prigušivač (sredina slike 7) koji se prema

stvorenom protutlaku i buci na izlazu nalazi, dakako, negdje oko "pola puta" između prethodna dva

rješenja.

Ipak, treba naglasiti kako je dozvoljena količina buke regulirana i zakonskim propisima. Stoga ćete

sa šminkerskim ispušnim loncem, poput "Peco big-bore" (sl. 8) teško izazvati vesele osmjehe

policije u pristojnim zemljama Zapada...

sl. 7 - Najčešće konstrukcije ispušnog lonca (strelice

pokazuju smjer strujanja plinova)

sl. 8 - Velika cijev - mnogo buke, ali ne i

uvijek više snage (dinamika fluida je komplicirana stvar...)

Dobra kapljica! Bez straha, u današnjoj priči neće biti mnogo kemije. Objasnit ćemo kako se benzin proizvodi, od čega se sastoji te koje su mu karakteristike značajne za pravilan rad motora

Iako bismo priču mogli započeti od "stoljeća sedmog", ljudi su za

naftu znali daleko prije nego li je ismišljen motor pokretan njezinim

derivatima, povijest benzina ostavljamo nekim drugim nastavnicima.

Benzin je jedan od brojnih derivata sirove nafte koji se proizvodi u

rafinerijama destilacijom unutar frakcijskog tornja. Sirovu se naftu u

rafineriji zagrijava na temperaturu vrelišta njezinih sastavnih

dijelova te se njihove pare odvode u frakcijski toranj. Tamo se iste

hlade i kondenziraju na različitim visinama. Iz ovog tornja potom

izlaze razni derivati koje se razvrstava, dodatno pročišćava te se

nekima od njih dodaju aditivi radi postizanja određenih

komercijalnih karakteristika. Ovakvim se postupkom frakcijske

destilacije iz 100 litara sirove nafte dobije oko 44 l benzina te brojni

drugi derivati. Benzin, kakav koristimo za pokretanje današnjih

automobila, u stvari je ugljikovodik (HC) koji se sastoji uglavnom od

vodika (H) i ugljika (C) uz dodatak nekih aditiva. U slučaju idealnog

izgaranja u motoru, sav bi benzin trebao sagorjeti ostavljajući tek

vodu (H2O) i ugljični dioksid (CO2) kao nusprodukte izgaranja. Pa ipak, u praksi nije tako, te dio

benzinskih para (HC) ostaje nesagoren napuštajući ispušni sustav vozila zajedno s dušičnim

oksidima (NOx) i ugljičnim monoksidom (CO) koji se stvaraju u procesu iszagranja. Jednadžba na

slici 1 prikazuje što se događa tijekom procesa izgaranja u cilindru benzinskog motora.

sl. 1 - Proces sagorjevanja benzina

Izgaranje započinje gorenjem ugljikovodičnog goriva u prisutnosti dušika (N) i kisika (O2) iz zraka. Primjećujemo da se HC nalazi s obje strane jednadžbe što pokazuje kako dio goriva ostaje nesagoren napuštajući cilindar motora u obliku benzinskih para. Uz HC, ispušni plin sadržava i CO, CO2, NOx i H2O (vodenu paru). Ugljični monoksid jedan je od produkata nepotpunog sagorijevanja i nastaje kada se jedan atom ugljika spoji s jednim atomom kisika (umjesto s 2 atoma kisika). Nedostatak kisika u ovom slučaju sprečava stvaranje ugljičnog dioksida. CO je veoma otrovan plin koji može izazvati smrt kod ljudi koji, npr., provedu tek tri minute u zatvorenoj garaži uz upaljeni motor automobila.

Uz zagađenje izazvano ispušnim

plinovima vozila pokretanih

motorima s unutarnjim

sagorjevanjem veoma često

spominjan pojam je i smog.

Naime, jedan od izvora smoga

je reakcija do koje dolazi

između ugljikovodika (HC) i

dušičnih oksida (NOx) u

prisutnosti sunčeve svjetlosti.

Stoga je i sprečavanje stvaranja

dušičnih oksida u motoru jedan

od načina borbe protiv smoga.

Dušični se oksidi stvaraju pri

visokim temperaturama

izgaranja. Kada temperatura

dosegne više od 1371°C (izgarajući plinovi unutar motora dostižu temperaturu i do 2482°C) dio

dušika i dio kisika iz zraka se spaja stvarajući NOx.

Isparivost benzina jedna je od njegovih najznačajnijih karakteristika. Najznačajnijih, jer se benzin

koji više isparava bolje može pomiješati sa zrakom. Također, lakše je pokrenuti hladni motor s

sl. 2 - INA rafinerija Sisak

benzinom koji više isparava. Benzin koji slabo isparava može ući u cilindre u obliku kapljica koje,

potom, dolaze na stijenke cilindara i s njih ispiru ulje. Takako, takav slučaj povećava trošenje

košuljica, samih klipova te klipnih prstenova. Ipak, isparivost goriva treba biti prilagođena uvjetima

u kojima se ono koristi. Benzin prevelike isparivosti može parama "začepiti" dovodne cijevi i tako

zaustaviti rad motora.

Oktanska vrijednost benzina najčešće je spominjana karakteristika ovog goriva. U stvari, radi se tek o otpornosti spram detonativnog izgaranja. Detonativno izgaranje nastaje kada se dijelovi smjese zapale sami od sebe (nastaju dva plamena: onaj koji se širi od svječice i onaj od samopaljenja) te kada se sudare dva čela plamena. Taj sudar frontalnih dijelova dvaju plamena unutar cilindra čujemo kao nekakvo "kuckanje" iz motora. U praksi, radi se o poznatom slučaju kada na uzbrdici dajete previše gasa u previsokom stupnju prijenosa. Motor počinje kuckati što, u stvari, predstavlja nepravilno (detonativno) izgaranje. Mnogi pri ovakvoj pojavi, pogrešno, kažu kako se to "čuju ventili". Treba napomenuti da detonativno izgaranje može znatno oštetiti motor. Mogućnost pojave detonativnog sagorjevanja veća je kod motora s visokim stupnjem kompresije. Stoga se i prodaju goriva različitih oktanskih vrijednosti prilagođena upotrebi na različitim motorima. Priča je, zapravo, veoma jednostavna i govori da veći oktanski broj garantira i veću otpornost spram detonativnog sagorjevanja. Drugim riječima, Fićeka nećete zeznuti stavite li u njega 98 oktanski benzin, ali Porscheu se nikako ne bi svidjeo 95-oktanac. Oktanska vrijednost benzina određuje se posebnim jednocilindričnim ispitnim motorom kojem je, tijekom rada, moguće mijenjati omjer kompresije. Takav se motor pušta u pogon s gorivom kojem mjerimo oktansku vrijednost nakon čega ga se pušta u pogon s mješavinom dvaju ugljikovodika od kojih je jedan izooktan (veoma otporan spram detoniranja), a drugi n-heptan koji rado detonira. Benzin označujemo oktanskom vrijednošću od (npr.) 90 kada u motoru za ispitivanje pokaže jednaku otpornost spram detoniranja kao i pokusno gorivo s 90% izooktana i 10% n-heptana. Dobro poznati način rješavanja problema otpornosti goriva spram detonativnom sagorjevanju je dodavanje olovnog tetraetila benzinu čime se omogućava korištenje istog goriva u motorima višeg stupnja kompresije (uz ovaj dodatak povećava se oktanski broj). Ipak, kao što znamo, olovo baš i nije neki posebno zdrav metal (uf!) pa se, u svijetu, već od sredine 70-ih godina počinju u javnu upotrebu uvoditi bezolovni benzini. Uz to, ulijete li olovni benzin u automobil opremljen katalizatorom, za vrlo ćete ga kratko vrijeme uništiti stvarajući na površinama platinskog saća naslage koje onemogućavaju normalne procese eliminiranja HC.

Skliski dio priče

sl. 3 - Bilo jednom u Americi...

Kako ćemo motoru najbolje olakšati da se ne muči u radu znaju sve domaćice. Načelo podmazivanja strojeva jednako je onome kojim postižemo da se jaje ne zapeče u tavi

Ulja koja se koriste u motorima s unutarnjim

sagorijevanjem tradicionalno su dobivana

destilacijom sirove nafte (mineralna ulja). No,

danas su ih, gotovo u potpunosti, zamijenila

sintetička ulja koja su dobivena, najčešće, od

ugljičnih spojeva i alkohola. Sintetička ulja

otpornija su na visoke temperature te ih je

moguće dulje koristiti, bez potrebe za čestim

mijenjanjem.

Pravu ulogu motornih ulja možemo u

potpunosti sagledati tek kada cijelu priču

bacimo pod mikroskop. naime, koliko god nam

neki pokretni dijelovi motora izgledali glatko ispolirani, pod velikim povećanjima primjećujemo da

njihove površine ipak imaju dosta neravnina. Kada bismo takav dio pustili da se giba unutar, ili

oko, nekog drugog jednako "savršeno" ispoliranog dijela motora, cijela bi naprava ubrzo prestala

raditi. Sitne, prostim okom nevidljive, neravnine na površinama pokretnih dijelova prilikom rada

motora zapravo nalijeću na iste takve neravnine dijelova u kojima se ovi gibaju. Pojednostavnjeno,

možemo si predočiti bregastu osovinu koja je opremljena s po nekoliko ispoliranih površina

(prisjetite se sata na kojem smo učili o bregastoj i objašnjavali njezin izgled) koje ju pozicioniraju

unutar ležaja. Prilikom njezina okretanja (jedan okret za svako otvaranje/zatvaranje ventila) dolazi

do trenja uzrokovanog upravo "sudaranjem" mikroskopskih neravnina na površini bregaste osovine

i mjesta na kojem je ona uležajena. To trenje za posljedicu ima povećavanje temperature obaju

dijelova, a zagrijani i (samim time) omekšani dijelovi skloni su oštećenjima. Klasična posljedica

nedostataka u podmazivanju, ili potpunog kolapsa sustava za podmazivanje, u automobilskom

motoru je prestanak rada.

Vjerojatno ste, ne jednom, čuli kako je nekome motor "zaribao". Radi se upravo o tome da je,

uslijed lošeg ili nikakvog podmazivanja, došlo do povećanog trenja među pokretnim dijelovima

motora. Ti su se dijelovi potom pretjerano zagrijali, deformirali i cijela se stvar zaglavila. Kako

bismo sve to spriječili, pokretne dijelove motora opskrbljujemo uljima koja znatno smanjuju

moguća trenja. Princip na kojemu u stvari "radi" motorno ulje je jednostavan. Molekule ulja

"zavlače" se između mikroskopskih neravnina na pokretnim dijelovima motora te im omogućavaju

da jedni preko drugih lakše klize. Dakako, ovdje trebamo staviti i jednu napomenu. Naime, niti

jedno podmazivanje nije idealno te se zbog toga, ali i drugih parametara koji se javljaju u vidu

raznih opterećenja među dijelovima u pokretu, elementi automobilskog motora ipak troše. S

vremenom dolazi do istrošenja ležajeva i raznih drugih površina po kojima klize, ili se oko (unutar)

njih okreću dijelovi motora. Naravno, takvo je trošenje neuporedivo manje od onoga koje bi se

pojavilo kada ne bismo koristili podmazivanje.

Trebamo napomenuti i, potpuno tehničku (jel' tako dragi strojari?), činjenicu da se dva pokretna

dijela koja su u međusobnom kontaktu uvijek izrađuju s nekom međusobnom tolerancijom. To

znači da između neke osovine i nekakvog prstena oko nje, koji ju pridržava na pravom mjestu i

služi kao ležaj, uvijek postoji izvjesna tolerancija, odnosno razmak. Taj razmak je tu, dakako, da bi

se dijelovi mogli uopće okretati jedni unutar drugih, no u našem slučaju uloga razmaka je i ta da se

napravi mjesta u koje ulje za podmazivanje može ući.

Nekoliko je osnovnih uloga što ih ulje u motoru mora ispunjavati:

1. Ulje podmazuje pokretne dijelove kako bi se smanjilo njihovo trošenje. Razmaci između

pokretnih dijelova ispunjeni su uljem, pa se ti dijelovi u stvari gibaju na tankim slojevima ulja čime

se ostvaruje smanjenje trenja i unutarnjih gubitaka snage u motoru.

2. Ulje u svojem kretanju kroz motor sakuplja toplinu. Na donjem dijelu uobičajenih automobilskih

motora uvijek se nalazi korito (karter) u kojem je smješteno ulje. Tijekom rada motora pumpa

kanalima tjera ulje prema svim pokretnim dijelovima koje je potrebno podmazati te se ono tamo

zagrijava, preuzimajući na sebe dio topline. Prilikom povratka u korito ulja se hladi predajući

toplinu i samom koritu koje ju "iznosi" u okolinu preko svojih stijenki. Ovdje treba naglasiti kako su

motori visokih karakteristika katkada opremljeni i hladnjacima za ulje (konstrukcije slične

hladnjacima rashladne tekućine) čime se postiže bolje hlađenje ulja, a tako i dijelova motora koji

su u međusobnom kontaktu.

3. Ulje popunjava razmake između ležajeva i pokretnih dijelova. Pri naglim promjenama u dinamici

rada motora, zbog razmaka potrebnog da bi se dijelovi mogli pokretati, javljaju se velika

opterećenja. Sloj ulja koji se nalazi između ležajeva i pokretnih dijelova u ovome slučaju služi za

ublažavanje tih opterećenja čime se također smanjuje njihovo trošenje.

4. Ulje pomaže međusobnom brtvljenju pokretnih dijelova motora. Uz ulogu podmazivanja među

klipnim prstenovima i unutarnjim stijenkama cilindara, ulje doprinosi i njihovom međusobnom

brtvljenju čime se dodatno sprečava mogućnost prolaska plinova (pogotovo u ekspanzijskom taktu)

između klipa i stijenke cilindra.

5. Ulje čisti motor. Prolaskom kroz ležajeve motorno ulje za sobom odnosi i sitnu nečistoću, pa čak

i male otkrhnute dijelove motora. Strujanjem ulja kroz motor sve se odvodi u korito na čijem dnu

ostaju krupnije čestice, dok se one sitnije zadržavaju u filteru za ulje.

U nastavku navodimo i osnovna svojstva ulja potrebna za pravilno podmazivanje motora:

1. Ispravna viskoznost. Viskoznost je otpornost ulja prema tečenju. U stvari, radi se o tome da ulja

manje viskoznosti lakše teku kroz za to predviđene dijelove motora, dok ona veće viskoznosti teku

teže. U praksi možemo pojednostavniti priču i reći da se radi o osobini koja se manifestira slično

gustoći tekućine. Ulje preniske viskoznosti neće se dovoljno dugo zadržavati na površinama

dijelova koje je potrebno podmazivati. S druge pak strane, ulje previsoke viskoznosti pri

pokretanju hladnog motora ne može na vrijeme doći do svih mjesta koja treba podmazivati.

Korištenje ulja ispravne viskoznosti (kakvu propisuje proizvođač motora) je, kao što vidimo,

najznačajniji čimbenik ispravnog podmazivanja. Dakako, gustoća ulja se mijenja s promjenom

njegove temperature te ovakva ulja nazivamo uljima jedinstvene viskoznosti.

2. Indeks viskoznosti. Ovo je mjera

koja nam govori koliko se mijenja

gustoća ulja (jedinstvene

viskoznosti) s promjenom njegove

temperature. Naime, mogući

problem se javlja kod ulja koja bi u

radu hladnog motora mogla biti

pregusta, a previše rijetka kada se

motor zagrije. Stoga se uljima, uz

razne druge aditive, dodaju i

sredstva za unapređivanje indeksa

viskoznosti kako bi njihova gustoća

ostala približno jednaka u velikom

rasponu temperatura.

3. Stupnjevi (brojevi) viskoznosti.

Kod ulja jedinstvene viskoznosti

postoji više stupnjeva. Tako, npr.,

imamo "zimska" ulja (W=winter)

oznaka SAE 0W, SAE 5W, SAE 10W

itd. (SAE = Society of Automotive

Engineers - prema kojem je

razvijen sustav gradacije motornih

ulja). Za druga korištenja ulja, osim tzv. zimskih, možemo naići na oznake SAE 20, SAE 30, Sae 40

itd. Dakako, napominjemo kako se ovdje i dalje radi o uljima jedinstvene viskoznosti. Što je viši

broj u ovoj oznaci, ulje je gušće.

4. Ulja višestruke viskoznosti. Kod većine motora današnjih osobnih automobila naći ćemo uputu

Podjela ulja prema viskoznosti: A - ulja jedinstvene viskoznosti,

B - ulja višestruke viskoznosti, C - ulja koja lako teku

za korištenje ulja višestrukog stupnja viskoznosti. Radi se, u stvari, o uljima kojima su dodana

sredstva za unapređivanje stupnja viskoznosti kako bi se ostvarile približno jednake karakteristike

pri većem rasponu temperatura. Tako ulje višestruke viskoznosti gradacije SAE 5W-30 ima

viskoznost ulja SAE 5W kada je hladno, odnosno viskoznost ulja gradacije SAE 30 kada je vruće.

Za kraj ćemo napomenuti još nekoliko svojstava kojima se odlikuju današnja ulja namijenjena automobilskim motorima. Poboljšanja karakteristika ulja, kao što smo već vidjeli, ostvaruju se dodavanjem raznih aditiva. Tako se u današnjim uljima mogu naći dodaci koji sprečavaju koroziju dijelova motora koji su u dodiru s uljem, ali i dodaci za čišćenje koji poput kakvog sapuna skidaju sagorjele naslage s unutarnjih površina motora i odnose ih u korito. Upravo zbog takvih ostataka sagorjevanja stara motorna ulja bivaju tamnija ili katkada i potpuno crna (ipak, nemojte mijenjati ulje toliko rijetko...).

Kvačilo

No, dobro. Završili smo s motorom i prelazimo na druge dijelove automobila. Sada bi vas, doduše, trebali poslati na ispit iz prethodnog poglavlja, no naši su nastavnici plemeniti...

U posljednje smo vrijeme dobili više pisama u kojima nas pitate, ili nam predlažete, kada ćemo u Školici početi pisati o nekim drugim dijelovima automobila (osim motora). Treba naglasiti da je naš nastavni program takav da svako područje obrađujemo detaljno i, katkada, malo sporo. No, motor se sastoji od mnogo vitalnih dijelova i priključenih agregata, te smo na njega s pravom potrošili čak 22 školska sata. Sada je, početkom nove školske godine, došlo vrijeme za neka druga područja. Prelazak na novi dio nastave "ublažili" smo s dva, neutralna, teksta iz kojih smo naučili ponešto o tekućinama bez kojih - ni makac. Stoga, zasučite rukave. Poglavlje o prijenosu snage motora započinjemo danas, pričom o kvačilu.

sl. 1 - Sastavni dijelovi kvačila s tanjurastom oprugom

Kvačilo (ili kuplung) je dio koji služi da bi se, prema potrebi, mogao prekinuti prijenos snage između motora i mjenjača. Da malo pojasnimo, reći ćemo kako prijenos snage u automobilu započinje na izlaznom dijelu koljenastog vratila i nastavlja se na kvačilo odakle odlazi prema mjenjaču. Iz mjenjača, snaga se prenosi do diferencijala te, na kraju, putem (polu)osovina do kotača. Uz ovo, jedna mala digresija. Kao i uvijek, da bi štovani kolege strojari mogli u miru spavati, napominjemo kako ćemo radi lakšeg razumijevanja teme govoriti o "prijenosu snage motora", premda bi, možda, ispravnije bilo reći "prijenos momenta motora". Najznačajniji dio kvačila, koji vidite lijevo na našoj glavnoj slici, je tzv. lamela, ili stručnije, tanjur spojke. Radi se u stvari o metalnom kolutu na koji su s obje strane zalijepljene (ili zakovane) obloge. Ove obloge, rade na istom principu kao i obloge kočnica, tj. kada su pritisnute o zamašnjak osiguravaju trenje potrebno da bi se snaga prenosila bez gubitaka. No, cijela priča zapravo počinje od zamašnjaka. Zamašnjak, koji je pričvršćen na izlaznom dijelu koljenastog vratila, ima na sebi površinu predviđenu za nalijeganje lamele kvačila. S druge strane lamele kvačila nalazi se potisna ploča. Pritiskom na papučicu kvačila u stvari se pomiče potisna ploča (posredstvom potisnog ležaja). Ona, tada, pritisne lamelu kvačila o zamašnjak (vidi sl. 2) te se cijeli taj sustav počinje okretati. Iz slika je vidljivo i to da kolut od kojega se sastoji lamela kvačila ima u sredini nekakav nazubljeni otvor. U tom je otvoru pričvršćena osovina kvačila koja, kada je lamela pritisnuta o zamašnjak i kada se okreće, prenosi snagu s koljenastog vratila prema mjenjaču. Na kolutu lamele kvačila nalaze se i opruge čija je uloga u ublažavanju trzaja koji bi se mogao prenijeti na mjenjač kada "otpustimo kuplung" (kada se lamela zavrti zajedno sa zamašnjakom).

sl. 2 - Načelo rada kvačila s tanjurastom (lijevi par) i spiralnim oprugama. Položaj a) - kvačilo

prenosi snagu, položaj b) - kvačilo je razdvojeno

Je, da ne bi sve bilo tako jednostavno, naše kvačilo ima još nekoliko bitnih dijelova. Jedan od bitnijih je i potisna ploča. Radi se opet o nekakvom metalnom tanjuru (ili prstenu, što ovisi o vašem filozofskom pristupu problemu...) s namjenom da lamelu kvačila pritisne o zamašnjak. Potisna ploča je tako napravljena da se može slobodno okretati. To je potrebno zato što potisna ploča, kada je papučica kvačila otpuštena, u stvari čvrsto naliježe na lamelu kvačila koju, s druge strane, okreće zamašnjak. Da bi se mogao ostvarivati potreban pritisak potisne ploče na lamelu kvačila (dovoljan da prijenos snage s radilice prema mjenjaču "poteče" bez proklizavanja), s njene se stražnje strane nalaze opruge. Ove opruge pritišću potisnu ploču prema lameli kvačila, a samu lamelu prema zamašnjaku. To je "normalni" položaj kvačila i u njemu je omogućen prijenos snage. Kada pritisnemo papučicu kvačila, mi u stvari, posredstvom niza poluga, djelujemo na sabijanju ovih opruga čime se lamela kvačila odvaja od zamašnjaka. Tako se, pritiskom na papučicu, prekida prijenos snage kroz kvačilo. Opruge koje pritišču potisnu ploču mogu biti spiralne ili tanjurastog oblika (uobičajenije). Sastavni dijelovi kvačila s tanjurastom oprugom prikazani su na našoj slici 1. Poklopac spojke nepomično je pričvršćen na zamašnjak i okreće se zajedno s njime. Na njega se, s unutarnje strane, oslanjaju opruge koje pritišću potisnu ploču. Potisni ležaj posljednji je od vitalnih dijelova spojke, a preko njega se prenosi sila s polužja koje vodi od papučice kvačila. Unutar potisnog ležaja prolazi osovina kvačila, prema mjenjaču.

Svatko tko je vozio automobil s automatskim mjenjačem zna da u njemu nije trebao pritiskati papučicu kvačila. Da bi takva vožnja, s automatskim mijenjanjem stupnjeva prijenosa, bila moguća, automobili s automatskim mjenjačima opremljeni su hidrauličkim kvačilom. Osnovni dijelovi hidrauličkog kvačila su dva rotora, od kojih rotor pumpe pokreće motor, a rotor turbine nalazi se sa strane mjenjača (sl. 3). Ova dva rotora okreću se neovisno jedan o drugome unutar kučišta napunjenog uljem. Uz to, rotori su odvojeni malim međuprostorom tako da nigdje nisu u kontaktu. Kada motor zavrti rotor pumpe, centrifugalna sila pokreće ulje prema lopaticama rotora turbine. Dodavanjem gasa ubrzava se okretanje rotora pumpe čime se povećavaju inercijske sile ulja koje kruži unutar zatvorenog kučišta. Kada ove sile svladaju otpor rotora turbine, on se počinje okretati, prenoseći tako snagu motora prema mjenjaču. Iz ovog je opisa vidljivo da prijenos snage unutar hidrauličke spojke ovisi o brzini rada motora. Stoga su hidrauličke spojke automobila opremljenih automatskim mjenjačima proračunate tako da pri najnižim brojevima okretaja (prazni hod) među rotorima djeluju iznimno male sile. Rezultat je mirovanje rotora turbine, a time i mjenjača te samog automobila. U praksi se ovi sustavi izvode s malo povećanim djelovanjem sila na rotor turbine, pa nerjetko vidimo da vozači automobila s automatskim mjenjačem stalno drže nogu na kočnici - automatici već bez dodavanja gasa lagano kreću naprijed. Na slici 4 prikazane su tri faze rada hidrauličkog kvačila: a) u praznom hodu inercijske su sile premale da bi zavrtile rotor turbine b) pri srednjem broju o/min motora kvačilo kao da "proklizava" - rotor pumpe se još uvijek okreće znatno brže od rotora turbine c) pri visokim se brojevima okretaja motora javljaju velike sile unutar kučišta kvačila. Inercija ulja tada je dovoljno visoka da pokrene rotor turbine istom brzinom kao i rotor pumpe

sl. 3 - Hidrauličko kvačilo

I na poslijetku, čemu sve to? Uloga kvačila je

u prekidanju prijenosa snage s motora na

mjenjač. Dakako, ovaj je prekid neophodan

kako bi se omogućilo mijenjanje brzina, bez

da pri tome "sameljemo" unutrašnjost

mjenjača.

P.S. Kad nakon ovog nastavnog sata krenete

doma i sjednete u auto, ne zaboravite stisnuti

kuplung...

Mjenjač Ivice, reci nam čemu služi kvačilo? Pa, hm, da vozaču ne bi bilo dosadno. Mislim, da služi kako bi on imao što pritiskati tijekom vožnje. Sjedni Ivice, pišem ti jedinicu i nauči do slijedećeg tjedna!

Ovaj podnaslov ne znači da samo oni koji se zovu

Ivica ne znaju ništa o kvačilu. Znači tek, da neki

nisu ponovili gradivo. Pa, recite sada, kako ćemo

na slijedeći sat, ako neki ne znaju niti što smo

pričali na proteklom? No, u redu. recimo da svi

znate o čemu se radilo.

Kao što smo već u proteklom nastavku Školice

rekli, sustav prijenosa snage automobilskog

motora započinje kvačilom koje je pričvršćeno na

izlaznom dijelu koljenastog vratila. Poslije kvačila,

na red dolazi mjenjač ("getriba" za ljubitelje

lokalnog dijalekta). Zapravo, kvačilo upravo i služi

tome da bismo mogli upotrebljavati mjenjač.

Pojednostavnjeno govoreći, da bi se promijenio

stupanj prijenosa (brzina) potrebno je, na kratko vrijeme, prekinuti prijenos snage s motora na

mjenjač. Upravo tu, u "igru" ulazi kvačilo koje omogućava taj prekid. No, koja je zapravo uloga

mjenjača?

sl. 4 - Tri faze rada hidrauličkog kvačila

Mala opaska. Slike i tekst koji ih prati, dosta su pojednostavnjeni. Jasno je, samo po sebi, da ćemo danas teško susresti automobil s ručnim mjenjačem koji ima tek četiri stupnja prijenosa. No, kako svi ručni mjenjači rade prema jednakom načelu, odabrali smo opciju jednostavnijeg primjera. Kada bismo pogon, iz motora, "tjerali" izravno na kotače, naš bi se teorijski automobil ponašao poput jednostavnog autića s elektromotorom. Koliko gasa - tolika brzina. Ipak, u praksi je potrebno naći neke kompromise (zar opet?). Uzmemo li u obzir činjenicu da se motor automobila okreće brzinom proporcionalnom pritisku na papučicu akceleratora (gasa), mogli bismo brzinu kretanja prilagođavati isključivo pritiskom noge. Ipak, ta je teorija izvediva isključivo u idealnim uvjetima. Kada bi takav automobil došao na uzbrdicu, naglo bi se povećalo opterećenje na

njegov pogonski sustav i motor bi s vremenom (stalno gubeći broj okretaja) prestao raditi. Upravo stoga, u automobilski sustav prijenosa snage ugrađuju se mjenjači. Uzmimo sada, ilustracije radi, svima znatno bliži primjer - bicikl. Kada se vozite po ravnoj cesti, mjenjač vam se nalazi u, recimo, 5. stupnju prijenosa. No, iznenada se ispred vas stvorila uzbrdica. Jasno je, prebacujete u "nižu" brzinu (stupanj prijenosa koji označujemo manjim brojem). Primjer bicikla je veoma koristan, jer se kod njega prijenosni odnosi izvode u njihovom najjednostavnijem (gotovo teorijskom) obliku. Tako kod jednostavnijeg bicikla, na osovini pedala imamo jedan zupčanik određenog promjera i (što je u stvari relevantno) određenog broja zubaca. Kada je mjenjač "ubačen" u brzinu kojom se s ovog zupčanika prijenos snage vodi na zupčanik jednakih dimenzija (jednakog broja zubaca) govorimo o tzv. "direktnom prijenosu". Dakle, koliko puta okrenemo pedale, toliko će se puta okrenuti i kotač jer je zupčanik na osovini pedala vezan lancem sa onim zupčanikom na osovini kotača koji ima jednak broj zubaca. Ipak, dolaskom uzbrdice ubrzo će vam ponestati snage. Rješenje koje se jedino postavlja jest prebacivanje mjenjača u "niži" stupanj prijenosa. To znači da ćete sada prijenos prebaciti na zupčanik (na kotaču) koji ima veći broj zubaca od zupčanika na osovini pedala. Efekt ovakvog prebacivanja je taj da (ukoliko sada zupčanik na osovini kotača ima npr. 2 puta više zubaca od onog na osovini pedala) pedale okrećete jednakom brzinom kao i prije, no kotač se okreće upola sporije. Ipak, sada je efektivna snaga koju prenosite s pedala na kotač dva puta veća što vam omogućava vožnju uzbrdicom.

Kod našeg automobila, kao što vidimo iz primjera bicikla, možemo stoga podešavati snagu koju prenosimo na pogonske kotače promjenom stupnja prijenosa. Dakako, obrnuti slučaj također vrijedi. Drugim riječima, šaljemo li pogon s motora na zupčanik mjenjača koji je većeg broja zubaca od zupčanika na kotaču, smanjit ćemo snagu pogona, no i povećati brzinu okretanja kotača. U praksi, prijenosni odnosi mjenjača u automobilima završavaju na nekih (npr.) 0,82 : 1. To znači da neki automobil, čiji prijenosni odnos u najvišem (recimo petom) stupnju prijenosa iznosi 0,82 naprema 1, za svakih 0,82 okretaja koljenastog vratila napravi 1 okretaj osovine koja izlazi iz mjenjača. Kada bi to bio bicikl, (dakle bez diferencijala - vidi slijedeći nastavak), kotač bi se okretao brže od pedala. U praksi to znači veliku brzinu vožnje, no malu snagu za svladavanje uzbrdice. Dakako, u nižim prijenosnim odnosima ovi se omjeri znatno mijenjaju, pa tako u 1. brzini možemo imati odnos od 3,42 : 1. To znači da će se radilica okrenuti 3,42 puta dok se osovina koja izlazi iz mjenjača okrene

sl. 1 - Ručni mjenjač s četiri stupnja prijenosa

sl. 2 - a) direktan prijenos, b) uzbrdica

tek 1 put. S ovakvim bi prijenosnim odnosom na biciklu ostvarili 3,42 puta sporije okretanje kotača od pedala, ali i 3,42 puta veću snagu (moment, preciznije) koju prenosimo na cestu. Poanta cijele priče je ta da motoru smanjimo opterećenje koje u određenim situacijama mora podnositi, te da u obrnutom slučaju povećamo brzinu kretanja vozila.

sl. 3 - Stupnjevi prijenosa mjenjača s 4 brzine: 1) prazni hod, 2) 1. brzina, 3) 2. brzina, 4) 3. brzina,

5) 4. brzina, 6) hod unazad (rikverc)

Mjenjač, ili mjenjačka kutija, je u stvari hrpetina zupčanika koje pomoću nekakvih poluga

dovodimo u željene međusobne odnose. Tako prebacivanjem ručice mjenjača (govorimo o ručnom,

ili manualnom, mjenjaču kod kojeg se stupnjevi mijenjaju rukom, a ne automatski) poluge (vilice

za pomicanje zupčanika u mjenjaču) mijenjaju međusobne položaje zučanika čime se ostvaruju i

promjene u prijenosnim odnosima.

1) Prazni hod: Zupčanici izlazne osovine (I) koja vodi od kvačila odn. koljenastog vratila čvrsto su

vezani za osovinu i okreću se s njom. No, zupčanici pogonske osovine (P) koja vodi do diferencijala

odn. kotača slobodno se okreću na svojoj osovini i ne prihvaćaju pogon od zupčanika izlazne

osovine

2) 1. brzina: Najveći zupčanik pogonske osovine poluge čvrsto spajaju s najmanjim zupčanikom

izlazne osovine (najveći prijenosni odnos, npr. 3,42 : 1 što znači da zupčanik na osovini koja vodi k

diferencijalu ima 3,42 puta više zubaca od zupčanika izlazne osovine s kojim je u vezi). Ostvaruje

se najveći prijenos snage k pogonskim kotačima, ali i najmanja brzina njihovog okretanja

3) 2. brzina: Sada se zupčanik 1. stupnja prijenosa opet slobodno okreće na pogonskoj osovini.

Čvrsto spojen s njom u ovom je slučaju zupčanik za 2. brzinu kojeg su poluge (vilice) za pomicanje

zupčanika dovele u vezu s odgovarajućim zupčanikom na izlaznoj osovini. Ostvaren je (npr.)

prijenosni odnos od 1,84 : 1 u korist zupčanika na pogonskoj osovini (pogonska osovina se okreće

1,84 puta sporije od izlazne)

4) 3. brzina: Slično kao i u prošlom primjeru, sada su zupčanici pogonske osovine (1. i 2. brzina)

"izbačeni iz igre", a posao obavlja zupčanik 3. stupnja prijenosa. Ostvaruje se odnos od npr. 1,29 :

1 što znači da se pogonska osovina sada okreće 1,29 puta sporije od izlazne

5) 4. brzina: Pojednostavnjenim primjerom prikazujemo završni stupanj prijenosa. Svi su zupčanici

pogonske osovine isključeni, te se pogon s izlazne osovine nastavlja u jednakom omjeru na

pogonsku osovinu. Drugim riječima, omjer prijenosa je 1 : 1, tj. za svaki će se okretaj koljenastog

vratila osovina koja vodi k diferencijalu okrenuti 1 puta.

6) hod unazad: Poluge za pomicanje zupčanika sada su uključile jedan zupčanik između zupčanika

izlazne i pogonske osovine. Jasno je da se sada zupčanik pogonske osovine okreće u suprotnom

smjeru (prijenosni odnos je npr. 3,42 : 1)

O bože, ako je sada nekome sve ovo jasno, neka se trenutno javi. Odmah će dobiti peticu!

Jel' tako Ivice?

Automatski mjenjač Ono što je nekoć bila tek privilegija bogatih, danas nalazimo i u automobilima najnižih klasa - automatski mjenjač

Jučer smo okupili nastavnike da pogledaju što li su sve "nadrobili" tijekom proteklog sata Školice. Zaključivši da je priča o mjenjaču doista komplicirana i, vjerojatno, nekima donekle nerazumljiva, odlučili smo malo smanjiti tempo. Za danas... Stoga, umjesto slobodnog sata koji vam ne možemo dati, evo jedne kratke priče posvećene onima koji često stoje usred gradske gužve. Danas pričamo o automatskom mjenjaču - jednoj od blagodati moderne tehnike.

sl. 1 - Djelomični presjek i najznačajniji dijelovi automatskog mjenjača

Neke se stvari, katkada, počnu razvijati iz krivog smjera. Kada je krenula masovnija upotreba automatskog mjenjača, moglo ga se dobiti tek u luksuznim automobilima. To je, u stvari paradoks. Naime, automatski je mjenjač najkorisniji upravo u gradskoj gužvi kada za prijeđenih 50-ak metara treba stati i krenuti desetak puta. U gradskoj gužvi, pak, najčešće srećemo male automobile. Svi oni koji svakodnevno "uživaju" u vožnji središtem nekog od većih gradova, dobro će znati o čemu govorimo. Žuljevi na desnoj ruci i dosada neprekidnog "šaltanja" u devedesetima su postali i naša svakodnevnica.

sl. 4 - Polužje koje vodi od ručice k mjenjačkoj kutiji

sl. 2 - Tri međusobna položaja zupčanika u planetariju: sheme a) i b) predstavljaju 2 stupnja

prijenosa naprijed, dok je planetarij na shemi c) u položaju za hod unatrag

Načelo rada automatskog mjenjača je, u stvari, jednostavno izuzmemo li iz cijele priče činjenicu da se unutar njega kreće cijela hrpetina svakojakih dijelova. Sve zanimljivo vezano uz automatski mjenjač odvija se unutar tzv. planetarija. Planetarij je u stvari sklop zupčanika (vidi sl. 1) koji su međusobno povezani. Središnji zupčanik okružen je s nekoliko manjih, a oko ovih kruži plašt čija unutarnja strana također tvori jedan zupčanik. Blokiranjem pojedinih zupčanika unutar planetarija mijenjaju se i njihovi međusobni odnosi. Kako su zupčanici od kojih se sastoji planetarij različitih veličina (i brojeva zubaca), ovim se kombinacijama (sl. 2) dobivaju i različite brzine okretanja pogonske osovine. Različite brzine okretanja pogonske osovine, znamo, u stvari predstavljaju i različite stupnjeve prijenosa.

Osnovni "dodaci" koji pomažu u radu automatskog mjenjača su pojasne kočnice i lamelna kvačila (sve pokretano hidraulički) te hidrauličko kvačilo opisano u pretposljednjem nastavku Školice. Lamelna kvačila, koja se poput pojasnih kočnica nalaze unutar automatskog mjenjača, imaju ulogu uključivanja odnosno prekidanja prijenosa snage između motora i pojedinih dijelova mjenjača s planetarijima. Zaustavljanje pojedinih dijelova planetarija unutar automatskog mjenjača moguće je izvesti pojasnim kočnicama. Ove kočnice nisu ništa drugo do prstenovi koji su na jednom mjesu presječeni. Takav je prsten postavljen oko dijela koji treba zaustaviti, a njegovim se stiskanjem (koje omogućava presjek) zapravo obuhvaća i stišće dio koji treba zaustaviti. Djelovanjem ovakvih pojasnih kočnica moguće je zaustaviti vrtnju pojedinih dijelova planetarija te tako i mijenjati stupnjeve prijenosa.

sl. 3 - Automatski mjenjač tvrtke ZF. Vidljivo je hidrauličko kvačilo

(lijevo)

Vožnja automobila opremljenog automatskim mjenjačem znatno je jednostavnija od vožnje s manualnim mjenjačem. Automobili s automatikom imaju tek dvije papučice - akceleratora i kočnice, čime je izbačena potreba za radom s kvačilom. Vozač mora ubaciti ručicu mjenjača u željeni položaj (P = parkiranje, R = hod unatrag, N = prazni hod, D = vožnja, S,L ito što i npr. 1, 2 = ograničavanje prijenosnog odnosa) te dodati gas i to je sve. Centrifugalni regulator koji se nalazi unutar automatskog mjenjača određuje koji će sklopovi zupčanika biti uključeni kako bi se odredio pravi stupanj prijenosa. Načelno gledajući, povećanjem broja okretaja motora doći će i do promjene stupnja prijenosa (prema višem stupnju) pri predhodno određenom broju

o/min. Ipak, to je tako samo u teoriji jer su današnji automatski mjenjači opremljeni brojnim senzorima opterećenja te trenutak promjene stupnja prijenosa prilagođavaju načinu vožnje i uvjetima kretanja vozila. Za kraj ćemo tek objasniti spomenuto ograničavanje prijenosnog odnosa. Kako automatski mjenjač, načelno, mijenja stupnjeve prijenosa ovisno o brzini rada motora, moguće ga je ograničiti da radi tek u npr. 1 ili 2 stupnju. To znači da ćete svom automatiku "narediti" da ne smije prebacivati više od 2. brzine, za slučaj kada je vozilo pod velikim opterećenjem (vožnja velikom uzbrdicom i sl.).

sl. 4 - Automatski mjenjač s kontrolnim sklopom

(desno od mjenjača)

Diferencijal

Završavajući priču o prijenosu snage došli smo i do diferencijala. No iako i ovdje ima nekakvih

zupčanika, ne bojte se. Nije komplicirano...

U danima kada je jedina alternativa jahanju, ili pješačenju, bila kočija nitko nije niti pomišljao na probleme koje će donijeti vozila sa samostalnim pogonom. Kočija se kotrljala na četiri kotača od kojih se svaki vrtio u svom ležaju. No, uvođenjem u "igru" motora s unutarnjim sagorijevanjem stvari su se znatno izmijenile. Problem koji se tada pojavio zove se jednostavno "vožnja kroz zavoje", a koju nikako nisu mogla savladati prva motorna vozila s parom pogonskih kotača. Raspodjela snage između istih vršila se jednostavnim prijenosom. Nekakva je osovina vodila od motora, a njezin ze moment na sredini puta između pogonskih kotača dijelio na dva jednaka dijela. Drugim riječima, oba su se kotača okretala zajedno, kao kod igračke

gdje su spojeni na zajedničku osovinu. Ipak, prilikom vožnje kroz zavoje (slika 1) javlja se problem prijeđenog puta. Na gornjem dijelu slike kotači voze ravno i prelaze jednaki put. No, prilikom vožnje kroz zavoje kotač koji se nalazi s unutarnje strane zavoja (donja slika) prelazi manji put pri čemu se javlja i razlika u brzini okretanja između njega i kotača s vanjske strane zavoja. Vozila sa čvrsto povezanim kotačima u ovakvim su se slučajevima propinjala i, nerijetko, prevrtala jer su kotači međusobno pokušavali ubrzati odnosno usporiti jedan drugoga. Rješenje ovog problema

pronađeno je u magičnom sklopu zupčanika nazvanom - diferencijal.

Diferencijal Osnovni sastavni dijelovi diferencijala prikazani su na slici 2 (izgled diferencijala vozila sa stražnjim pogonom). Stožasti zupčanik pogonske osovine (crveno) okreće veliki tanjurasti zupčanik (plavo) koji se zbog većeg broja zubaca okreće sporije od njega (prijenosni odnos diferencijala). Na velikom su zupčaniku pričvršćena dva do četiri manja koji služe za izjednačavanje brzine vrtnje (žuto), a sami pokreću zupčanik pogonske osovine kotača (poluosovine) - zeleno. Značajno je sada napomenuti nekoliko stvari. Iz razlike veličina zupčanika pogonske osovine i velikog tanjurastog zupčanika vidimo još jednu ulogu diferencijala, a ta je da dodatno smanjuje brzinu vrtnje pogonskih osovina. Također, kako je "izlaz" snage iz diferencijala podijeljen na dvije osovine (ne više na jednu koja čvrsto spaja oba kotača) ovakve osovine nazivamo "poluosovinama".

Načelo rada Kako u stvari radi diferencijal, prikazano na slici 3, prilično je jednostavno i temelji se na potrebi da moment pogonske osovine (koja dolazi iz mjenjača - crveno na sl. 2) bude raspodijeljen između oba pogonska kotača tako da se oni mogu okretati različitim brzinama. Detaljno, priča izgleda ovako (slika 3): lijevo i desno na slikama nalaze se poluosovine sa pripadajućim zupčanicima (stošci na primjeru).

sl. 1 - Unutarnji kotač (donja slika)

prelazi manji put od vanjskoga i time se sporije okreće

1) - kada se oba kotača okreću jednakom brzinom (vožnja ravno) zupčanici za izjednačavanje ne okreću se u svojim ležištima već kruže zajedno sa zupčanicima poluosovina. 2) - u drugom slučaju imamo primjer kada je lijeva poluosovina usporena (lijevi je kotač na unutarnjoj strani zavoja). U ovom se slučaju zupčanici za izjednačavanje počinju okretati u svojim ležištima i time kotrljati preko zupčanika poluosovine koja je usporena (zaustavljena). 3) - kompletan sklop diferencijala (obratite pozornost na smjer okretanja zupčanika u sva tri primjera). Pogonski zupčanik okreće veliki tanjurasti zupčanik koji je čvrsto vezan sa ležištima zupčanika za izjednačavanje. Odavde, priča ponovno kreće iz početka.

Diferencijal s blokadom - LSD Kao i uvijek, teorija i praksa podosta se razlikuju. Kada biste automobilu s običnim diferencijalom podigli u zrak jedan pogonski kotač, upalili motor i ubacili mjenjač u brzinu, isti bi se počeo okretati dok bi drugi ostao mrtav hladan, prikovan uz zemlju. Ovo je moguće upravo stoga što diferencijal dozvoljava različite brzine okretanja pogonskih kotača. No, u praksi takav rad prijenosa snage može biti i problematičan. Pri bržoj vožnji kroz zavoje nerijetko se događa da se, zbog naginjanja karoserije, kotač s unutarnje strane zavoja odigne od zemlje. U tom će se slučaju ovaj kotač nastaviti vrtiti u prazno, no diferencijal će i "prekinuti" okretanje kotača s vanjske strane. U krajnjim situacijama, ovakav gubitak pogona može rezultirati tek jednim - zanošenjem i vožnjom po travi (ako, hvala bogu, kraj ceste nije provalija). Da bi se ovakve pojave koliko-toliko ograničile, na automobile boljih karakteristika ugrađuje se diferencijal s blokadom, popularno zvan i LSD (od eng. - Limited Slip Differential). Sastavni dijelovi diferencijala s blokadom prikazani su na slici 4.

LSD je, u osnovi, jednake konstrukcije kao i običan diferencijal s iznimkom jednog para "kvačila" (kliznih stožaca) - (1). Kod vožnje ravno, proračunato trenje stožaca omogućava da LSD radi poput običnog diferencijala. Također, ništa se ne mijenja niti prilikom sporije vožnje kroz zavoje. No, povećanjem momenta koji dolazi s pogonske osovine, a time i brzine okretanja tanjurastog zupčanika (7)

u diferencijalu centrifugalni sustav pomaže oprugama (3) da čvršće pritisnu stošce koji tako blokiraju zupčanike poluosovina (4).

sl. 2 - Osnovni sastavni dijelovi diferencijala

sl. 3 - Shematski prikaz rada

diferencijala: 1) vožnja ravno, 2) kroz zavoj, 3) kompletan diferencijal

Tako se ponovno povezuje okretanje zupčanika za izjednačavanje (6) s okretanjem poluosovina (2 i 5) čime se smanjuje gubitak pogona na kotačima. Dakako, pretjeramo li s blokiranjem rada diferencijala, vratili bi se na početak priče i slučaj s proklizavanjem i prevrtanjem. Stoga je sustav blokiranja mehaničkih LSD diferencijala proračunat i prilagođen automobilu (u opisima diferencijala s blokadom često susrećemo i vrijednosti izražene u postocima koje nam govore koliko će rad diferencijala biti blokiran pri krajnjim uvjetima vožnje).

Za kraj napominjemo i kako smo, radi jednostavnosti, na ovom satu Školice opisali tek mehanički diferencijal s blokadom. Moderni su automobili nerijetko opremljeni i elektronički kontroliranim LSD-om koji nema stalan postotak blokade već promjenjivi, a koji hidraulički sustavi upravljani elektronikom prilagođavaju prema potrebi (uvjetima vožnje).

Guma i naplatak

sl. 4 - Konstrukcija diferencijala s blokadom

sl. 5 - Dijelovi LSD-a: iznutra nazubljene okrugle pločice u stvari su "kvačila" koja proizvode trenje blokirajući rad diferencijala. Različitom debljinom

pločica moguće je odrediti postotak blokade

Ako je motor srce automobila, kotač je svakako njegova duša ili, hm, tako nekako... Kako god bilo, moderni kotrljajući svijet svoju slobodu može zahvaliti tek jednom izumu - kotaču

Kao prvo, da se razumijemo nešto. Svima vam je, nadamo se,

poznato kako automobil stoji na nečemu okruglom. To okruglo

se, pak, sastoji od metalnog i gumenog. Metalno nazivamo

naplatkom (felgom), a gumeno, zamislite, gumom. Pod pojmom

kotača podrazumijevamo naplatak s gumom i/ili zračnicom

unutar nje.

Bilo jednom...

Povijest kotača kao sredstva pokretanja mogla bi nas odvesti

daleko u prošlost ljudskog roda. No, povijest kotača u

današnjem smislu stara je tek nekih stotinu i pedesetak godina.

Za izumitelja napuhane gume danas smatraju škotskog

inženjera Roberta W. Thomsona koji je svoju ideju prvi puta

uobličio 1845. godine. No, nije se dugo održala. Već 1870. pojavljuju se prvi kotači s navlakom od

čvrste gume koji su omogućili nešto udobniju i sigurniju vožnju. Ipak, gumeni je sloj bio neotporan

na trošenje te je 1888. Škot John Boyd Dunlop (veterinar, huh!) izvadio iz naftalina staru

Thomsonovu ideju. Dunlopova guma, napravljena za bicikl njegova sina, sastojala se od gumene

cijevi ispunjene zrakom. Početkom ovog stoljeća prvi se puta u upotrebi javlja dvodjelna guma,

konstrukcija koja se u osnovi zadržala i do današnjih dana. Ideja je bila jednostavna - unutrašnju

gumu (zračnicu) trebalo je zaštititi čvršćim gumenim slojem kako bi mogla izdržati veće težine

tadašnjih vozila. Krajnji stadij evolucije klasične automobilske gume nastaje 1948. godine kada je

upotrijebljena prva guma bez zračnice (tubeless, "šlauhlos"). Ovakva guma izgleda poput vanjske

gume, no opremljena je posebno čvrstim unutarnjim rubom koji ju brtvi uz naplatak. Dakako,

gume bez zračnice dobile su i posebno oblikovane, jednodjelne i nepropusne naplatke.

sl. 1 - Sastavni dijelovi radijalne gume bez zračnice

Guma

Vjerojatno ste, ne jednom, čuli za pojmove "dijagonalna" i "radijalna" guma. Ovdje se radi o

različitim konstrukcijama unutrašnjosti gume. Unutrašnji dijelovi gume (obojeni dijelovi sa slike 1)

napravljeni su od slojeva tkanine izrađene od tankih čeličnih niti. Kod dijagonalnih guma svi su ovi

slojevi poredani koso (dijagonalno) jedan obzirom na drugi (kao dva plava sloja na slici) odakle i

naziv ovoj konstrukciji guma. No, danas se gotovo u pravilu susrećemo s radijalnim gumama. I one

imaju slojeve koso postavljenih niti u čeličnoj tkanini, no glavna su im odlika čvršće niti postavljene

poprečno na gumu (zeleno). Ove niti položene su radijalno (naziv) te daju znatno bolja dinamička

svojstva od niti u dijagonalnim gumama. Današnje su radijalne gume stoga otpornije na savijanje

bočnih stranica te time i na deformacije tijekom vožnje. Također, ovakva guma pruža i veću

udobnost te sigurnost vožnje s obzirom da se i pri visokim brzinama pravilnije deformira. Radijalna

je konstrukcija danas uobičajena za automobilske gume.

U donjem rubu sloja radijalnih niti (zeleno) vidljiva je i okrugla čelična (obično višedjelna) žica.

Upravo je povećanjem čvrstoće ove žice omogućeno da se s "običnih" guma prijeđe na one bez

zračnice. Dio gume koji se nalazi oko ove žice naziva se "noga" gume, a zadužen je za brtvljenje s

naplatkom.

Od vanjskih dijelova gume svakako je najznačajnija gazna površina. Gazna površina je sloj gume

na kojem se nalaze "šare" odnosno profil. Radi se, u stvari, o kanalima kojima je ispresjecana

gazna površina gume, a koji služe za odvođenje vode. Jasno je da bi gazna površina bez ovih šara

(glatka guma) imala veću površinu prijanjanja na cestu, a samim time bi i bolje držala automobil u

zavojima. Ipak, glatke bi gume (slick gume, kod natjecateljskih automobila) nalijetanjem na sloj

vode veoma brzo "zaplivale" (aquaplaning) te bi vozilo izgubilo kontakt s cestom. Posljedicu ovoga,

vjerojatno, nikome ne treba posebno opisivati.

Oznake guma

Jedna od najvećih noćnih mora svih autoljubaca početnika uvijek su bile oznake na gumama. Radi

se, u stvari, o oznakama dimenzija, najveće dozvoljene brzine, konstrukcije, ali i oznakama za

identifikaciju proizvođača. Ono što nas najviše zanima svakako su oznake koje nam govore o

dimenzijama guma i najvećoj dozvoljenoj brzini vožnje koju one omogućavaju.

Oznake dimenzija govore nam koliko je guma široka te kolika je visina njezinog poprečnog presjeka. Također, oznake dimenzija govore nam i o promjeru gume koji je ujedno i jednak promjeru naplatka. Na slici 2 vidljiva je oznaka 195/70 HR 14. Brojka 195 podatak je koji nam govori o širini gume i u pravilu je izražen u milimetrima. Broj 70 označava visinu poprečnog presjeka.To znači da je razmak od mjesta gdje guma prijanja na naplatak (noga) i vrha gazne površine (vidi sliku 3) jednak 70% širine gume. Visina poprečnog presjeka uvijek je izražena u odnosu na širinu gume. Vezano uz to, dolazi nam i pojam niskoprofilne gume. Ovakvim se

gumama smatraju one čija visina poprečnog presjeka iznosi 80 ili manje postotaka najveće širine.

Slijedeća je na redu oznaka "H". Ona nam govori o brzinskom

razredu u koji spada naša guma, odnosno pokazuje koliko se

najbrže možemo s njome voziti.

Oznake najveće dozvoljene brzine

Q ... 160 km/h

S ... 180 km/h

T ... 190 km/h

H ... 210 km/h

V ... 240 km/h

W ... 270 km/h

Oznaka "R" opisuje nam konstrukciju gume. Jasno je, iz

prethodnog poglavlja, kako se radi o radijalnoj gumi. Posljednja brojka pokazatelj je promjera

gume i izražava se u colima (1 col = 25,4 mm). Ova dimenzija gume služi nam kako bi mogli

odabrati odgovarajući naplatak, s obzirom da će njegova dimenzija također biti prikazana u colima.

Promjer gume, izražen u colima, je promjer unutrašnjeg ruba gume, odnosno promjer kruga koji

zatvara noga gume (rub koji naliježe na naplatak).

Naplatak

Do sada ste već, vjerojatno, shvatili što je to naplatak. Za one tvrdoglave, ponovit ćemo kako se

radi o metalnom dijelu na koji je navučena guma i koji je pričvršćen na automobil (točnije, na

glavčinu kotača). Iz prakse vjerojatno većina vas znade i kako postoje dvije najčešće izvedbe

sl. 2 - Oznaka dimenzije, razreda brzine i konstrukcije

gume

sl. 3 - Visina poprečnog presjeka

gume

naplataka - čelični i aluminijski. Pod pojmom čeličnih naplataka podrazumijevamo one koji se

dobivaju uz prosječne automobile ili u nižim paketima opreme. Ovdje se radi o čeličnom disku koji

je oblikovan u preši (u pravilu jedan se čelični naplatak sastoji od najčešće dva zavarena dijela)

oko kojeg je postavljen nekakav obruč. Obruč omogućava da se na njega montira guma i u tu je

svrhu oblikovan. Čelični naplaci obično na sebi imaju i nekakve otvore. Radi se o rupama kroz koje

struji zrak radi lakšeg hlađenja kočnica, no naplatak je zahvaljujući tim rupama i lakši.

Lijevani naplaci (najčešće nazvani i

aluminijskim naplacima) izrađeni su

lijevanjem metala u kalupe i s

iznimkom naplataka za natjecateljske i

skuplje sportske automobile, izrađeni

su u jednom komadu. Termin

"aluminijski" ovdje stavljamo pod

navodnike jer nisu svi lijevani naplaci

nužno izrađeni od aluminija. Katkada

su to tek legure aluminija, katkada

magnezij itd. Prednosti aluminijskih

naplataka, uz bolji vizualni dojam, pred

čeličnima prvenstveno se očituju u

manjoj težini. Ovo je pogotovo

značajno s obzirom da postavljanje

guma većih širina iziskuje i postavljanje

širih naplataka koji su, adekvatno, teži.

Za kraj opisujemo oznake naplataka. U

našim ste tehničkim podacima nerijetko

naišli na nekakve "dimenzije

naplataka". Nešto poput oznake 5 J x 13 govori nam, u stvari, kako se radi o naplatku širine od 5

cola čiji su rubovi određenog oblika (J - najčešći oblik). Oznaka "x" govori nam kako se radi o

jednodjelnom naplatku dok brojka na kraju označava njegov promjer u colima - veličina jednaka

promjeru gume.

U slijedećem ćemo vas nastavku Školice naučiti kako odabrati odgovarajuće široke gume za

automobil, te koliki je za njih pravilan pritisak. Također, naučit ćemo kako se iz osnovnih tehničkih

podataka nekog automobila može izračunati njegova najveća brzina u određenom stupnju

prijenosa, s obzirom na veličinu montiranih guma.

Šminka i(li) potreba

sl. 4 - Lijevani naplatak i njegovi dijelovi: a) obruč, b) krak, c)

središnji dio s otvorima za vijke

Sve što trebate znati prije nego li se zaletite po nove "šlape" za svog miljenika pročitajte na ovom mjestu. Danas vas vodimo do čari širokih guma

Kao što smo obećali, na ovom vas satu učimo o tome

kako izabrati pravu veličinu širih guma za čeličnog

ljubimca, kako pronaći odgovarajuće naplatke, te još

neke sitne proračune. Ovi se proračuni odnose na

otkrivanje najveće brzine automobila, a na izvjestan su

način i rekapitulacija gradiva s proteklih sati Školice.

Da se odmah razumijemo. Široke vas gume neće, same

po sebi, učiniti bržima. No, da auto s njima izgleda

bolje stara je činjenica i amen. Stoga, umjesto da vas

uvjeravamo kako sa "šlapetinama" povećavate

opasnost od aquaplaninga, kako vam auto troši više i

koješta drugo, objasnit ćemo puteve do idealnog izbora

širih guma, dakako prema pitanju dimenzija, a ne

modela. Jest da bismo sada mogli filizofirati i o tome koje su gume bolje, no tu ćemo temu ostaviti

nekom drugome.

Ispravna dimenzija

Kao što već znademo s prošlog sata, gume su označene

nekakvim dimenzijama. Podsjetimo se: 165 / 70 - 13

znači da je naša guma široka 165 mm, da joj visina

poprečnog presjeka iznosi 70% širine, te da ima unutarnji

promjer od 13 cola (13 x 25,4 mm). Važno je sada

napomenuti slijedeće: Želimo li staviti gume drugačijih

dimenzija, obavezno moramo imati na umu da njihov

opseg treba biti (približno) jednak opsegu guma što ih je

proizvođač isporučio s automobilom. Drugim riječima, od

nekoliko opcija koje razmatramo odabrat ćemo onu koja

nam daje opseg najsličniji originalnom.

Traženje "jačih" guma započet ćemo odabirom njihove

širine. Dakako, ovdje je teško naći pravu mjeru. Kako

smo već zaključili, "šire je ljepše", no ni u čemu ne treba

pretjerivati. Stavite li pretjerano široke gume, moglo bi

vam se dogoditi da one počnu zapinjati po unutarnjim dijelovima blatobrana, bilo kad automobil

"sjedne" na nekoj izbočini ili kad smotate upravljač. Za "obranu" od odabira prevelike širine jedini

realni lijek je da se raspitate kolika je najveća širina što ju proizvođač nudi uz neku od izvedbi

vašeg automobila. Druga dimenzija koju možemo odabrati prema volji je osnovni (unutarnji)

promjer. Jasno je da niže gume (one s nižim postotkom poprečnog presjeka) također izgledaju

ljepše. No, gumi treba ostaviti i malo mogućnosti da se savija. Značajan element udobnosti, ali i

ležanja automobila, pruža svojstvo guma da se "gnječe" pod opterećenjem. Stavimo li na

automobil gume preniskog presjeka, smanjit ćemo prostor ugibanja gume, automobil će postati

tvrđi i neudobniji, a mogli bi nastradati i dijelovi karoserije koji će ovako trpjeti znatno jače udarce

(nema dovoljno debele gume da ih amortizira). Dakle, recimo da su originalne gume dimenzija 165

/ 70 - 13 i da ih želimo zamijeniti gumama širine 185 mm te promjera 14 cola (veći promjer -

manja visina presjeka). Znamo, jedino na što dalje treba paziti jest opseg gume. Radi se o tome da

brzina okretanja kotača mora biti usklađena s brojem okretaja motora onako kako je to proizvođač

automobila predvidio. Stoga, veći ili manji opseg gume od originalnog može, osim pogrešnog

prikaza brzine na brzinomjeru, imati i druge neželjene posljedice. Kako je opseg neke kružnice

jednak 2 x r x P, a P je konstanta (3,141593), možemo reći da se opseg odnosi spram promjera (2

x r) proporcionalno, te ćemo stoga cijeli proračun svesti na usporedbu promjera gume.

Promjer gume jednak je zbroju unutarnjeg promjera i dvije visine poprečnog presjeka, a možemo

ga izračunati prema formuli:

sl. 1 - Neke od dimenzija: 1) visina

poprečnog presjeka, 2) unutarnji promjer (promjer naplatka), 3) vanjski promjer

gume

gdje je D traženi promjer, col unutarnji promjer

izražen u colima (ne zaboravite ga prije uvrštavanja

preračunati u milimetre - col x 25,4), š širina gume

u mm, a v visina poprečnog presjeka izražena u %.

Ovako dobiveni promjer koristimo kao referencu u

odabiru odgovarajuće visine poprečnog presjeka za

novu gumu. Rekli smo, da želimo montirati gume

širine 185 mm i promjera 14 cola. Stoga, ostaje

nam da izračunamo potrebnu visinu poprečnog

presjeka.

To ćemo napraviti pomoću formule:

gdje je v tražena visina poprečnog presjeka izražena u %,

D promjer originalne gume, col željeni unutarnji promjer

nove gume izražen u colima, a š željena širina nove gume.

Kao što vidite, sve se vrti oko jedne te iste formule.

Jednako tako, novu gumu možemo tražiti samo prema

kriteriju širine pri čemu je jasno kako ona mora imati

manju visinu poprečnog presjeka za isti unutarnji promjer.

Primjer: Želimo umjesto originalnih guma dimenzije 165 /

70 - 13 staviti gume širine 205 mm. Jasno je da će nova guma, zbog veće širine, imati i veću visinu

presjeka zadržimo li isti postotak. Stoga, ako želimo ostati na dimenziji od 13 cola, trebamo

izračunati novu visinu poprečnog presjeka uz pomoć 2. formule. Vidjet ćemo da se dobiveni

postotak smanjio, iako se apsolutna visina presjeka gume nije mijenjala (dobivamo poprečni

presjek od 55%).

NAPOMENA: Kod izračunavanja nove (potrebne) visine poprečnog presjeka rezultati vam neće

uvijek biti zaokruženi na broj djeljiv s 5 (45, 50, 55, 60, 65...). Stoga je dobiveni rezultat potrebno

zaokružiti na najbližu postojeću dimenziju (za 205 mm širine i 13 cola dobili smo rezultat 56,34 što

zaokružujemo kao 55.

Dakle, nova će guma imati

dimenzije 205 / 55 - 13).

O naplatku

Čuli ste, vjerojatno, priče

o tome kako nije dobro

kupovati naplatke koji

"nisu originalni". He,

pogledate li malo cijene

naplataka koje za svoje

modele nude proizvođači

automobila, bit će vam

ubrzo jasno od kuda

potječu ovakve teorije.

Uostalom, danas postoji

cijelo more proizvođača

naplataka čija je ponuda

barem jednako kvalitetna,

ako ne i bolja, od one što ju u svojim proizvodnim programima imaju proizvođači automobila.

No, kupujete li nove (vjerojatno lijevane) naplatke obratite pažnju na dva detalja. Prvi je razmak

otvora za vijke. Koliko god to smiješno zvučalo, nije se jednom dogodilo da je netko u dućanu

kupio alu-felge od kakve "lijeve" firme i došavši doma shvatio da razmak vijaka uopće ne odgovara

onome na njegovom automobilu. Ipak, ovakav slučaj nećete doživjeti kod poznatijih proizvođača

naplataka. Druga "caka" malo je kompliciranija i ponajčešće odgovorna za uništavanje ovjesa

novim, širim gumama i naplacima. Radi se o tome da sredina naplatka i dio gdje otvori za vijke

naliježu na glavčinu kotača moraju biti propisno udaljeni. Kako kod novog, tako i kod starog

čeličnog naplatka koji ste dobili uz automobil (slika 4). Pogriješite li u ovoj udaljenosti, možete

znatno izmijeniti geometriju ovjesa te time i narušiti vozna svojstva automobila. Ipak, pripazite li

na ovo, šire gume same po sebi neće značiti da je auto nastradao, kako to mnogi "znalci" katkada

govore.

sl. 2 - 1. formula

sl. 3 - 2. formula

sl. 4 - Netko voli aluminijske, a netko magnezijske naplatke. Koliko para...

Uz ovo, napomenimo kako danas većina poznatih proizvođača

naplataka navodi uz svaki svoj proizvod kojem je automobilu (i kojem

godištu istoga) namijenjen. Stoga, ako zaboravite ravnalo na putu u

dućan, nema straha. Samo pripazite na deklaraciju i to je sve.

Najveća brzina

Za kraj, obećana priča o izračunavanju najveće brzine vozila. No, prije

svega, jedna mala napomena. Ovo se odnosi na automobil kojem

znademo prijenosne odnose pojedinih stupanja prijenosa, prijenosni

odnos diferencijala i dimenzije guma na pogonskim kotačima.

Vjerojatno ste zapamtili, tko nije neka ponovi smjesta (!), iz nastavaka

o prijenosu snage kako u mjenjaču automobilskog motora postoje

prijenosni odnosi. Da vas sada ne zamaramo ponovno zbog čega su oni

tamo, navodimo tek da se radi o smanjivanju brojeva okretaja motora.

Ipak, dok prijenosni odnos u 1. stupnju može biti 3,07 : 1 (3,07

okretaja motora za 1 okret pogonskog vratila koje izlazi iz mjenjača), u

završnim stupnjevima situacija može biti obrnuta. Tako u 5. stupnju

Honda NSX ima odnos 0,77 : 1 (pogonsko se vratilo okreće brže od

motora). Iz priče o prijenosu snage smo također naučili i kako kod

automobila postoji još jedan prijenosni odnos. radi se o prijenosnom

odnosu u diferencijalu (obično se naziva i "završni" stupanj) koji

dodatno smanjuje broj okretaja pogonskih vratila (osovina). Tako naša

NSX-ica ima završni stupanja 4,06 : 1 (za svaka 4,06 okreta osovine

koja iz mjenjača vodi k diferencijalu, kotači će se okrenuti jedamput).

Kuda nas to sve vodi? Pa, sada je već pomalo jasno da možemo izračunati put koji vozilo prelazi

znademo li veličinu pogonskih kotača. NSX leži na gumama 205 / 50 - 15 čiji opseg iznosi (2 x r x

P) 1841 mm (1,841 m). To nam govori da za svaki puni okret poluosovine naša NSX-ica prijeđe

1,841 m puta. I sada, konačno možemo izračunati brzinu u nekom stupnju prijenosa, dakako

znademo li prijenosni odnos tog stupnja, završni stupanj, dimenziju pogonskih kotača te broj

okretaja pri kojem želimo izračunati brzinu.

Formula koja nam za ovo treba glasi:

Ovdje je v dobivena brzina kretanja u km/h, o je broj o/min

motora za koji želimo izračunati brzinu, k je opseg

pogonskog kotača u mm, g je prijenosni odnos mjenjača u

odabranom stupnju prijenosa i d je završni prijenosni odnos

(diferencijal). Dakle, dobivamo npr. da naša Honda NSX pri

1000 o/min u 5. stupnju prijenosa (prijenosni odnos 0,77 :

1), sa završnim prijenosom od 4,06 te gumama na

pogonskim kotačima opsega 1841 mm razvija brzinu od

35,33 km/h. Cool, ne?

Škriiip, škriiip...

sl. 5 - a) razmak otvora za

vijke, b) značajna je udaljenost sredine naplatka od dijela kojim naliježe na

glavčinu

sl. 6 - 3. formula

Snažan motor bez snažnih kočnica isto je što i Doberman bez lanca. Na slijedećim satovima Školice objasnit ćemo vam kako zaustaviti automobil

Dakako, automobil je (da se nadovežemo na

rečeno u podnaslovu) najjednostavnije

zaustaviti tako da ga zabijete u zid. No, onda

biste nakon svakog zaustavljanja morali

kupovati novi auto, što je poprilično

nepraktično... Priču o kočenju započinjemo

kratkim opisom dvaju najčešćih vrsta kočnica.

Kratki nam opis govori kako se u današnje

automobile u pravilu ugrađuju dvije vrste

kočnica: disk i bubanj kočnice. Bubanj kočnice

su "stari štos" jednostavnije konstrukcije i daju

slabiju silu kočenja od disk kočnica. Stoga se danas, u jače automobile, ugrađuju disk kočnice na

svim kotačima. O smještaju kočnica ne treba mnogo govoriti. Iako je, u prošlosti, bilo nekih

varijacija na temu, one su u pravilu montirane uz glavčinu kotača. To znači da kad stavimo kotač,

kočnica ostaje unutar naplatka. U ovim ćemo nastavcima vidjeti i da veći kotači imaju veće

naplatke, a da u njih stanu i veće kočnice itd. No, škriputavu ćemo priču započinjemo opisom

kočničkih cilindara. Moramo, naime, napomenuti kako se sila kočenja u automobilu prenosi

hidrauličkim putem. Dakle, kada pritisnete papučicu kočnice, pomakne se nekakav klip u tzv.

glavnom kočničkom cilindru. On, pak, pokrene tekućinu cijevima od kojih po jedna vodi do svake

kočnice. Stoga ćemo, za početak, opisati rad kočničkih cilindara.

Hidraulika

Hidraulika je divna stvar. Sjećamo se,

vjerojatno, iz osnovne škole da tekućine

spadaju u medije koji se ne daju tlačiti.

Upravo stoga, na našem je kočničkom

sustavu moguće povećavati silu kočenja

koja kreće od papučice kočnice i

završava u kočničkom cilindru (ovdje se

ne radi o povećanju sile

servouređajem). Na slici 1 shematski je

prikazano kako radi povećanje sile

papučice. Uzmimo, npr., da pritisak na papučicu kočnice iznosi 3 kg/cm2, a pritisak u glavnom

kočničkom cilindru (a) 10 kg/cm2 (zbog djelovanja zakona poluge). Zbog veće površine klipova

povećat će se i sila u kočničkim cilindrima u kojima se sada razvija 12 kg/cm2 (klip b - 1,2 puta

veće površine od a), odnosno 25 kg/cm2 (klip c - 2,5 puta veće površine od a). Ipak, smanjuje se

prijeđeni put klipa. Tako će klip c (ako je 2,5 puta veće površine od klipa u gl. koč. cilindru koji

proizvodi pritisak) proizvesti 2,5 puta veći pritisak, ali će njegov pomak biti 2,5 puta manji od

pomaka klipa a.

Sve jasno?!

sl. 1 - Hidrauličko povećanje sile pritiska

Načelo rada kočničkog cilindra

Kao što smo već rekli, potrebna nam je nekakva naprava

koja će pritisak papučice kočnice pretvoriti u hidraulički

pritisak. U tu svrhu služi glavni kočnički cilindar. S naše

glavne slike vidite kako izgleda njegova, prilično

jednostavna, konstrukcija (veći cilindar, lijevo na slici).

Poluga na "ulazu" cilindra pokretana je papučicom

kočnice i nastavlja se na klip. Klip je, pak, naslonjen na

povratnu oprugu koja ga vraća u prvobitni položaj kada

nestane sile pritiska na papučicu i to je sve. Dva otvora

na vrhu cilindra služe za izjednačavanje količine kočničke

tekućine, a na desnom se dijelu u cilindru nalazi tzv.

"podni ventil" koji osigurava da u sustavu uvijek bude

mali predtlak.

a) Prilikom kočenja, pritisak na papučicu kočnice stvara

pritisak u glavnom kočničkom cilindru tako da klip cilindra

potisne kočničku tekućinu. Tekućina, potom, pritišće i

otvara podni ventil koji ju propušta dalje u sustav cijevi

te prema kočničkim cilindrima kotača (radnim kočničkim

cilindrima). Pritisak tekućine tada dolazi u radni cilindar

čijim se pomicanjem aktivira rad kočnica.

b) Popuštanjem pritiska na papučicu kočnice, tekućina se

počinje vraćati u glavni kočnički cilindar čiji je podni ventil

otvoren pod njenim visokim pritiskom. Kada pritisak

padne, povratna opruga glavnog cilindra zatvara podni

ventil ostavljajući mali predtlak u cijelom sustavu. Povrat

tekućine uzrokovan vraćanjem klipa u glavnom

kočničkom cilindru (pod utjecajem opruge i pritiska)

povlači natrag i klipove radnih cilindara te nestaje pritiska

na kočnicama.

c) U mirujućem položaju sustava klip glavnog cilindra se dovoljno vratio da bi otvor za

izjednačavanje ponovno postao otvoren. U cijelom je sustavu zadržan tek mali pritisak kontroliran

podnim ventilom.

Tekućina za kočenje

Za kraj, riječ dvije o kočničkoj tekućini. Radi se, zapravo, o

posebnoj tekućini nešto veće gustoće (poznajemo i termin "ulje

za kočnice") koja prenosi pritisak kroz kočnički sustav. Značajno

je da tekućina za kočenje ne smije nagrizati metalne i gumene

dijelove (brtve cilindara i klipova su od gume) te mora biti

orporna na promjene temperature. Naime, s obzirom da sve

automobilske kočnice rade na načelu trenja, na njihovim se

površinama razvija izuzetno visoka temperatura. Ona, pak,

zagrijava klipove radnih cilindara, a preko klipova i samu tekućinu

za kočenje. Stoga je otpornost na zagrijavanje veoma značajna

kako bi se izbjegle eventualne promjene u radu kočničkog

sustava.

Na slijedećem satu započinjemo konkretniju priču o samim kočnicama - upoznat ćemo bubanj kočnice. Stoga, pripremite bilježnice, našiljite olovke i pronađite svježu gumicu!

sl. 2 - Kočnički cilindar: a) pod pritiskom

papučice, b) otpuštanje papučice, c) papučica miruje

Bubanj kočnice Od čega se sastoje, kako rade i koliko su efikasne bubanj kočnice poslušajte na našem novom satu Školice

Hvala bogu, tema bubanj kočnica prilično je

jednostavna te vas ovoga puta nećemo predugo

zadržavati u klupama. No, prije nego li opišemo

konstrukciju i rad istih, naglasit ćemo kako su upravo

bubanj kočnice "tradicionalni" način zaustavljanja,

kojemu je u 115-godišnjoj povijesti automobila pripala

većina vremena. Disk kočnice, koje opisujemo na

slijedećem satu Školice, noviji su izum. Ah, da.

Skraćivanju ovog sata još je jedan uzrok - naši su

nastavnici, gotovo svi, bolesni i imaju temperaturu što

je u posljednje vrijeme normalna pojava među

Zagrepčanima. Stoga, imajte milosti i ne pričajte pod

satom...

Kočenje kao takvo...

Što bi vam prvo palo na pamet kada biste željeli zaustaviti neko vozilo? Pa, stojite li na npr.

romobilu, vjerojatno biste spustili nogu na pod. Između tenisice i asfalta tada bi nastalo trenje itd.,

itd. Upravo na tom, načelu trenja, funkcioniraju kočnice današnjih automobila. Štos je, u stvari,

veoma jednostavan. Potrebno je proizvesti izvjesno trenje između pokretnih i nepokretnih dijelova

kako bi se ovi prvi (pokretni) zaustavili. Kod automobila, dakako, osnovnim "krivcem" za kretanje

smatramo kotač koji se kotrlja po cesti. Brzina vozila proporcionalna je brzini okretanja kotača pa

tako njegovim usporavanjem možemo usporiti i cijelo vozilo. Bubanj kočnice, čija je konstrukcija

doista veoma jednostavna, djeluju upravo na tom načelu - načelu trenja između kotača i

nepokretnih dijelova automobila.

sl. 1 - Sastavni dijelovi bubanj kočnice

Bubanj kočnica

No dobro. Ne radi se, doslovno, o trenju između samog kotača. Glavni dio bubanj kočnice, odakle

joj dolazi i ime, jest okrugla "zdjela" od lijevanog željeza (sivog lijeva) zvana bubanj (vidi sl.1).

Bubanj je pričvršćen na glavčini kotača tako da se s njime zajedno okreće. Nadalje, bubanj se

kočnica sastoji i od nosača (svijetli dio, desno na sl.1) na kojem su pričvršćeni kočnički cilindri (ili

tek jedan cilindar) te kočničke obloge. Nosač je, zajedno s kočničkim cilindrom (cilindrima) i

oblogama pričvršćen nepomično na nosačima kotača. Na nosaču bubanj kočnice pričvršćena je još i

cijev za dovod kočničke tekućine te ventil za odzračivanje kroz koji ispuštamo zrak iz cijelog

sustava.

Na slici 2 vidimo kako to sve funkcionira. Vanjski prsten predstavlja bubanj naše kočnice (tanke strelice simboliziraju njegovo okretanje). Kočničke su obloge (na svojim metalnim nosačima - čeljustima) spojene na jednom kraju (gornji primjer), dok se na njihovom drugom kraju nalazi kočnički cilindar dvostrane konstrukcije. Kada vozač pritisne papučicu kočnice, tlak kočničke tekućine aktivira cilindar u bubanj kočnici i on raširi čeljusti s oblogama prema unutrašnjoj površini bubnja (crvene strelice prikazuju rad cilindra). Pritiskanjem obloga uz unutrašnjost bubnja javlja se trenje među njima, a kako smo već napomenuli, kotač se okreće zajedno s bubnjem. Stoga, ovo trenje usporava okretanje kotača, a time i zaustavlja automobil. Drugi par slika (ispod) pokazuje nam također rad bubanj kočnice, no takve koja je opremljena s dva kočnička cilindra. U ovom slučaju se koristi kočnički cilindar jednostrane konstrukcije. Svaki od cilindara u takvoj bubanj kočnici tjera čeljust s oblogom na svoju stranu (crvena strelica). Kod ovakve konstrukcije s dva, jednostrana, kočnička cilindra postiže se pravilnije nalijeganje kočničke obloge na unutrašnjost bubnja čime se iskorištava veća površina. Takve su bubanj kočnice stoga i efikasnije, no imaju nešto kompliciraniju konstrukciju. Za kraj ovog dijela opisa spominjemo i povratne opruge (vidi slike) koje služe da bi se kočničke čeljusti s oblogama natrag stisnule nakon što popusti pritisak na papučicu kočnice, odnosno, pritisak kočničke tekućine u cilindru.

Govoreći o bubanj kočnicama moramo naglasiti nekoliko stvari. Kao prvo, njihova zatvorena konstrukcija (sve se odvija unutar bubnja) slabo se provjetrava. Stoga su bubanj kočnice sklone pregrijavanju čime opada snaga kočenja. Upravo stoga, bubanj kočnice proizvođači automobila danas isključivo ugrađuju na stražnjim kotačima slabijih automobila, gdje je njihova manja efikasnost (u usporedbi s disk kočnicama) ipak dovoljna za kočenje vozila. Također, konstrukcija bubanj kočnice dosta je jednostavnija od konstrukcije disk kočnice te proizvođači na neki način i smanjuju cijenu vozila postavljajući relativno jeftine bubanj kočnice na stražnje kotače. Ipak, na bubanj kočnice moguće je postaviti senzore ABS uređaja protiv blokiranja čime se povećava njihova efikasnost. Uostalom, posebni hidraulički sustavi (uređaj za ograničavanje sile kočenja) već se odavno ugrađuje u automobile s ciljem da se smanji sila kočenja na stražnjim kotačima (obično s bubanj kočnicama), a time i njihovo blokiranje. Cijela ova završnica priče spomenuta je zbog jednostavnog fizikalnog problemčića. Naime, prilikom kočenja se težina automobila (zbog naginjanja karoserije) prebacuje naprijed. Stoga prednje kočnice, nerijetko, moraju podnijeti i do 75% ukupne sile kočenja nekog vozila. Upravo zato, moramo uređajima za ograničavanje sile kočenja i/ili ABS sustavom pripaziti da naglo rasterećeni stražnji kotači ne bi počeli

blokirati. No, ovo s prebacivanjem težine je značajno iz zbog toga što nam objašnjava zbog čega je moguće, relativno slabe, bubanj kočnice staviti na stražnje kotače.

Disk kočnice

sl. 2 - Kako koči bubanj kočnica

sl. 3 - Presjek bubanj

kočnice

Da je kočenje automobila doista uznapredovalo kada su izmišljene disk kočnice probat ćemo vam objasniti u ovom nastavku. Diskovi su danas, uostalom, najznačajniji dio aktivne automobilske sigurnosti

Disk kočnice, dakako, rade na jednakom načelu kao i bubanj kočnice - načelu trenja. No, ovdje je osnovna razlika u tome što se trenje koje je potrebno za usporavanje okretanja kotača ne ostvaruje pritiskanjem kočnikih obloga o unutarnju površinu bubanja, već kočničke obloge (pločice) između sebe stišću metalni disk. Uostalom, sada smo vam upravo otkrili i od kuda disk kočnice "vuku" svoje ime.

sl. 1 - Sastavni dijelovi disk kočnice

Konstrukcija disk kočnice

Osnovu disk kočnice sačinajva (zamislite!) metalni disk. Radi se obično o disku koji je napravljen

od lijevanog željeza ili čelika, a pričvršćen je za glavčinu kotača tako da se okreće zajedno s njime.

Nepokretno pričvršćena uz nosače kotača nalaze se kliješta (čeljust) disk kočnice. Ova kliješta

služe kao nosač kočničkih obloga (koje kod disk kočnica nazivamo i disk pločicama ili,

jednostavnije, pločicama) koje među sobom "hvataju" disk. Kako su i disk kočnice pokretane

hidraulički, opet u "igru" ulaze nekakvi kočnički klipovi, smješteni unutar kliješta. Kliješta disk

kočnice u stvari su neka vrsta "sedla" (ponekad ih tako i nazivaju) u kojem su također smješteni i

hidraulikom pokretani klipovi. Ovi klipovi, pak, pritišću kočničke pločice koje među sobom stišću

disk. Tako (posredno) dolazi do trenja između pokretnih i nepokretnih dijelova te se automobil

zaustavlja.

Osnovna prednost disk kočnica pred bubanj kočnicama jest u tome što se diskovi slobodno okreću

(kliješta ih obuhvaćaju tek u jednom malom dijelu) te se tako i bolje hlade.Time je povećana

efikasnost kočenja, a posredno i sigurnost automobila.

sl. 2 - Kako radi disk kočnica: a) papučica kočnice miruje, b) kočenje

Kako to radi?

Pogled od naprijed na slici 2 prikazuje nam osnovne dijelove disk kočnice. Vidljiv je metalni disk

(sivo) koji je na jednom dijelu obuhvaćen kliještima (bijelo). Na ovoj slici vidimo također i kočničke

pločice (smeđe) koje su oslonjene na klipove koje, pak, pokreće kočnička tekućina (crveno). Kada

vozač pritisne papučicu kočnice, poveća se pritisak kočničke tekućine i pomaknu se klipovi. Poznato

nam je, iz predhodnih nastavaka, da se zbog povećanja površine između klipa glavnog kočničkog

cilindra i klipa koji pokreće pločicu disk kočnice povećava i sila pritiska. Tako je moguće da disk

pločice velikom snagom pritisnu disk te uspore odn. zaustave kotač.

Varijacije na istu temu

Sada kad smo objasnili konstrukciju te

načelo rada disk kočnice, red bi bio da

spomenemo i neke druge verzije iste

priče. Kao prvo, spomenut ćemo disk

kočnicu čija kliješta imaju više klipova.

Na našim primjerima (slika 1 i 2)

prikazane su disk kočnice s dva

hidraulički pokretana klipa od kojih

svaki pritišće po jednu kočničku pločicu

(disk kočnice, gotovo uvijek, imaju

dvije pločice - svaku s jedne strane

diska). Sada trebamo naglasiti kako

neki, jeftiniji, modeli automobila koriste

i kliješta sa samo jednim klipom. Takva

su kliješta pomična. Kod njih se

pritiskanjem pločice dovodi do

pomicanja cijelih kliješta u jednu stranu što, na kraju, dovodi i do kočenja drugom pločicom, bez

obzira što klip pritišće tek jednu.

No, vjerojatno mnogo zanimljivija konstrukcija jest ona s višeklipnim kliještima. Na slici 3

prikazana je tako disk kočnica sa četveroklipnim kliještima. Ovakva konstrukcija omogućava

postavljanje većih kočničkih pločica (samim time i postizanje veće površine trenja te jaču silu

kočenja) jer je veliku pločicu moguće ravnomjerno opteretiti većim brojem manjih klipova (koriste

se i šesteroklipna kliješta na automobilima visokih performanski itd...).

sl. 3 - Četveroklipna disk kočnica

Vjerojatno nikome nije nepoznat pojam samoventilirajuće disk kočnice. Naime, s povećanjem snaga motora koji se ugrađuju u današnje automobile, porasle su i brzine, a time i potreba za snažnim kočnicama. Kako je glavni neprijatelj automobilskih kočnica oduvijek bilo pregrijavanje, konstruktori su ubrzo shvatili da će hladnija kočnica moći podnijeti više. Upravo zato izmišljena je i tzv. samoventilirajuća disk kočnica. Ovdje metalni disk nije izveden od jednog lijevanog dijela , već je obično nešto širi i po svom obodu ima otvore za hlađenje. Kod samoventilirajućih je kočnica tako poboljšano hlađenje diskova, a time se i povećava njihova izdržljivost, odnosno trenutak kada nastupa "fading" - slabljenje sile kočenja uslijed pregrijavanja. Ipak, potrebna je jedna mala napomena: smaoventilirajuće (S/V) kočnice obično imaju nešto veću ukupnu masu (naprosto u njima ima više metala) od običnih te stoga trebaju malo više vremena da dosegnu radnu temperaturu. To je pogotovo značajno nakon što ujutro krećete s hladnim automobilom. Stoga, napomena glasi: prilikom prvih nekoliko kočenja hladnim kočnicama ostavite dosta mjesta do vozila ispred! No, osim samoventilirajućih susrećemo i poprečno bušene diskove (vidi disk na slici 5). Poprečni otvori na ovakvim diskovima služe prvenstveno odvođenju plinova koji se stvaraju zagrijavanjem kočničkih pločica, uz što dodatno poboljšavaju hlađenje i čišćenje samog diska.

Iako mogućih "varijacija na temu" kod disk kočnica vjerojatno ima bezbroj, spomenut ćemo tek još jednu, u posljednje vrijeme veoma aktualnu. Naime, često se susrećemo s pitanjem materijala od kojeg je izrađen kočnički disk . Čuli smo tako i da se diskovi natjecateljskih automobila (npr. F1) izrađuju od ugljičnih vlakana (karbona) te da su veoma otporni na zagrijavanje. To je sve točno, no takvi diskovi imaju i znatno višu radnu temperaturu od metalnih te nisu pogodni za primjenu na običnim automobilima. Upravo stoga, dvije su europske tvrtke (Mercedes-Benz i Porsche) nedavno razvile diskove od keramike ojačane ugljičnim vlaknima. Ovakvi bi diskovi trebali dati veću silu kočenja od konvencionalnih na temelju povećane izdržljivosti spram pregrijavanja (izdržavaju 1400-1600 °C što je čak dvostruko od toplinskih opterećenja metalnih diskova).

Mercedes je svoj novi "Ceramic brake disc" namijenio modelu SLR, dok Porsche svoj PCCB (Porsche Ceramic Composite Brake) još uvijek ispituje.

Servouređaj

sl. 4 - Samoventilirajuća

disk kočnica

sl. 5 - Keramički disk ojačan ugljičnim vlaknima

(Porsche AG)

Ako ste se ikada pitali kako je jednom nogom moguće zaustaviti tonu ili dvije jureće limene nemani, proučite današnji servo-nastavak Školice

Možda neki od vas smatraju da o servouređaju kočnica niti ne bi trebalo govoriti jer je on danas sasvim uobičajena stvar. No, naši su nastavnici veoma temeljiti. Uostalom, izdržat ćete još jedan sat u školskim klupama s obzirom da je ovo ionako posljednji nastavak priče o kočenju. Servouređaj je, ipak, jedan od izuma koji su znatno podigli razinu aktivne automobilske sigurnosti.

Kočnički

sustav

Dijelovi kočničkog sustava koji nas danas zanimaju prvi

su dio "procesa" kočenja. Već smo u prvom nastavku

priče o kočenju objasnili fizikalna načela povećanja

snage pritiska u hidrauličkom sustavu povećanjem

površine klipova. Stoga bi, naši se nastavnici nadaju (!),

ovaj dio priče o kočničkom sustavu trebao biti više ili

manje potpuno razumljiv. Razlika od prije rečenog tek je

u tome što sada u taj sustav "ubacujemo" još jedan dio -

servouređaj ili, preciznije, servoojačivač kočničkog

sustava. Kao što je vidljivo sa slike 1, cijela priča o

kočenju započinje pritiskom na papučicu kočnice. Ona,

potom, stvara pritisak u glavnom kočničkom cilindru

odakle se on prenosi do servouređaja. Iz servouređaja

kočnička tekućina, sada pod još većim pritiskom,

nastavlja svoj put prema kočnicama, odnosno cilindrima

i/ili klipovima na svakoj od njih. Posuda za izjednačavanje u stvari je glavni spremnik tekućine, no

o njoj malo opširnije pred kraj ovog sata. Sada ćemo

objasniti kako servouređaj radi.

Rad podtlačnog servoojačivača

Sa slike 2 vidljivi su osnovni dijelovi (klipnog)

podtlačnog servouređaja kakav se u pravilu koristi za

povećavanje sile kočenja na današnjim

automobilima. U stanju mirovanja kočnica, dakle

kada vozač ne vrši pritisak na papučicu kočnice,

opruga drži na mjestu podtlačni klip (desno od

opruge) s čije je obje strane jednaki pritisak,

odnosno dovedeni podtlak. Istovremeno je ventil za

podešavanje zraka (zračni ventil) zatvoren.

Hidraulički klip kojeg polugom pokreće podtlačni klip

stoji u krajnjem (desnom) položaju, a membrana

komore na čijem je vrhu zračni ventil nije pod

opterećenjem.

sl. 1 - Kočnički sustav: 1) papučica, 2) glavni koč. cilindar, 3) servouređaj, 4)

posuda za izjednačavanje, 5) cijevi

sl. 2 - Kočnica miruje - 1) zračni ventil

(zatvoren), 2) priključak podtlačnog voda

Kada započinje kočenje, tekućina dolazi iz glavnog kočničkog cilindra u otvor servouređaja (2). Pritisak tekućine za kočenje sada je pomaknuo zračni ventil, posredovanjem malog klipa, te zrak ulazi u servouređaj kroz zračni ventil. Kako je (atmosferski) pritisak zraka iz okoline viši od dotadašnjeg pritiska u servouređaju (podtlaka) počinje se pomicati podtlačni klip (kratke crvene strelice pokazuju pomak podtlačnog klipa protiv sile povratne opruge) koji putem poluge djeluje na hidraulički klip. Ovaj, pak, potiskuje kočničku tekućinu (sada višim pritiskom) u sustav cijevi koje vode prema svakoj od kočnica. Tako se ostvaruje povećanje pritiska u kočničkom sustavu zahvaljujući razlici atmosferskog pritiska i dovedenog podtlaka.

Prilikom kočenja punom snagom još više tekućine dolazi iz glavnog kočničkog cilindra u servouređaj. To uzrokuje potpuno otvaranje zračnog ventila (obratite pažnju na položaj membrane ispod njega) te još više zraka ulazi u komoru podtlačnog klipa. Time se, dakako, maksimalno povećava razlika pritisaka što pomiče podtlačni klip u krajnji (lijevi) položaj pritišćući do kraja njegovu povratnu oprugu. Hidraulički je klip (2) također u krajnjem položaju te se kočničkom sustavu isporučuje najveći mogući pritisak kočničke tekućine.

Jednostavno, zar ne? No, dobro. Ostali smo dužni

objasniti od kuda uopće taj podtlak. Komora

servouređaja na čijem se vrhu nalazi zračni ventil te

u kojoj je i spomenuta membrana, priključena je na

usisni razvodnik motora (prisjetite se kako to radi) ili

na posebnu podtlačnu (vakumsku) pumpu. Opisanu vrstu servoojačivača za kočnički uređaj

nazivamo "podtlačnim klipnim servoojačivačem", a poznajemo i "podtlačni membranski

servoojačivač". Razlika je tek u tome što ovaj posljednji umjesto podtlačnog klipa ima postavljenu

elastičnu membranu preko koje se potom prenosi pritisak zraka na polugu i, dalje, na hidraulički

klip. Kako to sve izgleda u praksi, najjednostavnije ćete vidjeti zavirite li pod prednju "haubu"

nekog automobila. Metalna "posuda" okruglog presjeka koja stoji okomito u blizini pregradnog lima

upravo je naš servouređaj.

Posuda za izjednačavanje

Od četvrtog (i posljednjeg) nastavaka naše priče o

kočenju oprostit ćemo se kratkim opisom posude

za izjednačavanje. Naime, vjerojatno ste se do

sada susreli s pojmom dvostrukog (dvokružnog)

kočničkog sustava. Radi se o tome da konstruktori

automobila pod svaku cijenu (hvala im) pokušavaju

izbjeći potpuni prestanak rada kočničkog sustava u

slučaju kvara na nekoj od instalacija. U tu su svrhu

izmišljeni dvostruki kočnički sustavi koji se, da ne

kompliciramo previše, sastoje od dva kompleta

instalacija kako bi jedan od njih preuzeo ulogu u

slučaju da drugi otkaže. Na našoj slici 5 vidimo

posudu za izjednačavanje (to je ona poluprozirna

mala posudica u kojoj kontrolirate razinu tekućine

za kočenje) dvostrukog kočničkog sustava. S

brojevima 1) i 2) označena su dva, odvojena,

kočnička sustava (kruga) koji svaki za sebe mogu

zaustaviti automobil (ipak, u praksi nisu oba

sl. 3 - Slabo kočenje - 1) zračni ventil je

otvoren, 2) ulaz kočničke tekućine, 3) pritisak pomiče podtlačni klip

sl. 4 - Jako kočenje - 1) zračni ventil je potpuno

ovtoren (ulazi više zraka), 2) i 3) hidraulički i podtlačni klip su u krajnjem položaju

sl. 5 - Posuda za izjednačavanje dvokružnog

kočničkog sustava

sustava spojena na sve kotače, već se preklapaju dijagonalno ili sl.). Brojkom 3) označen je klip

potisnika koji djeluje na dvostruki sustav prenoseći mu pritisak kočenja. On djeluje na oba kruga s

time da krug 1) dovodi pod pritisak posredovanjem međuklipa 4). Cilj ovog uređaja je da u

svakome trenutku omogući ostvarivanje pritiska u oba kruga tako da u slučaju pucanja instalacija

na jednom od njih drugi i dalje omogućava kočenje. Posuda za izjednačavanje 5) u cijeloj ovoj priči

ima ulogu održavanja dovoljne razine kočničke tekućine tijekom rada klipa, a odvojena je u dva

dijela od kojih svaki opskrbljuje jedan krug sustava.

Osnove ovjesa

Jupiii, danas započinjemo priču o ovjesu. Objasnit ćemo sve one čudne pojmove poput "poprečnog ramena", "McPhersonove opružne noge", "stabilizatora" i sl...

Ovjes će, nakon priče o motoru, svakako biti

najopširnije poglavlje Školice. Pred nama je da

vas naučimo ponešto o geometriji, oprugama,

udobnosti, ulozi hidrauličkog ulja u svemu tome

i koješta drugo. No, započinjući priču o ovjesu

(današnji školski sat bit će tek lagani uvod u

cijelu problematiku) moramo prvo razjasniti

čemu on uopće služi. Problem cijele priče o

ovjesu leži u tome što niti jedan njegov dio ne

može djelovati samostalno, ne utječući na neki drugi. Upravo zbog te, interaktivne, naravi

djelovanja komponenti ovjesa katkad ćemo opisati nešto što ćete u potpunosti shvatiti tek kada

pročitate neki od slijedećih nastavaka. No, tu pomoći nema.

Čemu uopće ovjes?

Za početak, željeli bismo da jedno bude jasno: Kada bi ceste bile apsolutno ravne ovjes ne bi bio

potreban. To je točno, no nemojmo se previše zamarati teorijom. Potpuno ravne ceste nigdje na

svijetu ne postoje, pa mi u svoje automobile "guramo" kojekakve stvarčice kako bi se sa što manje

muka vozili preko neravnina, rupa, kroz zavoje i sl. Neke od tih stvarčica, a možda i najznačajnije,

svakako su opruge i amortizeri. Stoga ćemo na ovom, uvodnom, satu reći ponešto o njihovoj ulozi.

Uloga opruga i amortizera u ovjesu automobila je slijedeća: Opruge drže karoseriju na predviđenoj udaljenosti od podloge Amortizeri ublažavaju okomito gibanje (poskakivanje) karoserije Na slikama 1-3 vidimo različite reakcije karoserije automobila u vožnji, a s obzirom na (teorijsku) konstrukciju ovjesa koja u prvom slučaju nema opruge ni amortizere, u drugom nema amortizere, ali ima opruge, dok u trećem ima i opruge i

amortizere. Kod automobila koji ne bi imao opruga niti amortizera (1) svi bi se udarci s neravnina na podlozi (cesti) prenosili izravno na karoseriju, a tako i putnike. Kada bi automobil imao samo opruge (2) ove bi vibracije bile donekle ublažene, no karoserija bi se neprestano ljuljala nakon prelaska preko neravnine.

Postavimo li na automobil iz drugog primjera još i amortizere postići ćemo da kotači prate neravnine (opruge ih stalno vraćaju u kontakt s podlogom i izravnavaju položaj karoserije), no vibracije su prigušene zahvaljujući amortizerima. Kao što vidimo sa slike 3, krivulja po kojoj se kreće karoserije blaža je od one koju prate kotači. Krivulja koja se nalazi u visini vozačeve glave gotovo je potpuno ravna. U prostoru za putnike tako dobivamo minimalne vibracije, jer su

ih većinu apsorbirale komponente ovjesa.

sl. 1 - Bez ovjesa - udarac svake neravnine prenosi se na

karoseriju i putnike

sl. 2 - Samo opruge - udarci su ublaženi, no karoserija se

neprekidno ljulja

Priča nas, potom, vodi i do bočnog naginjanja karoserije. Dakako, svi znamo da se automobili naginju u zavojima. I tu "u igru" uskače ovjes koji mora kontrolirati automobil da se ne bi previše naginjao. Ipak, kao i toliko puta do sada, karakteristike ovjesa stvar su kompromisa. Načelno možemo uzeti u obzir da tvrđi ovjes daje više stabilnosti, pogotovo prilikom vožnje kroz zavoje te doprinosi manjem naginjanju karoserije. To je točno, no, mekši ovjes omogućava

udobniju vožnju. Isto tako, tvrdi ovjes prenosi više vibracija na karoseriju što dodatno opterećuje njezine dijelove, dok jaki udarci mogu destabilizirati automobil i izbaciti ga sa željene putanje. Kao što vidimo, rješenje je opet negdje na pola puta.

O čemu ćemo sve pričati

Pa, od slijedećeg ćemo se nastavka Školice zadubiti u

detalje od kojih se sastoji ovjes automobila. Priču ćemo

započeti opisom (teleskopskih) amortizera jer su oni

ugrađeni u gotovo svim automobilima. Potom će biti

riječi o vrstama opruga koje se danas koriste, a onda i

o različitim izvedbama ovjesa. Govorit ćemo o njegovoj

geometriji što obuhvaća oblik i položaj nosača kotača

(ramena) te njihovu spregu s amortizerima, oprugama

i ostalim dijelovima ovjesa. Dakako, nećemo propustiti

niti posebne izvedbe ovjesa, kao što su

hidropneumatski ovjes, ovjesi povezani po jednoj strani

vozila, pa i mistični aktivni ovjes.

U dijelu priče koji govori o konfiguraciji ovjesa bit će

riječi o pojmovima kao što su multilink, polukruta

osovina, Panhardova poluga ili De Dionova osovina.

Međusobno djelovanje određenih komponenti ovjesa čini ovu cijelu priču dodatno zanimljivom jer je, pažljivo proučavajući njihov utjecaj na ponašanje automobila, moguće precizno otkriti npr. što bi na nekom konkretnom vozilu trebalo preurediti kako bi mu poboljšali karakteristike. Ono što je, možda i najveća, mudrost cijele "znanosti" o ovjesu saznajemo kada smo u prilici sagledati cijelu priču - shvatit ćemo da dobro podešen ili prerađen ovjes može učiniti automobil znatno bržim, bez da smo mu uopće povećali snagu motora. Uz to, naučit ćemo prepoznavati neka svojstva ovjesa tijekom vožnje, što će nam omogućiti da bolje razumijemo ponašanje vlastitog automobila kako bi preciznije odredili gdje se nalaze granice njegovih mogućnosti te tako, vožnju učinili sigurnijom i kvalitetnijom.

Amortizeri

sl. 3 - Dobar ovjes - neravnine na podlozi prate kotači,

prostor za putnike ostaje miran

sl. 4 - Benzov auto iz 1886. ima amortizere i

spiralne opruge...

sl. 5 - ... jednako kao i današnji BMW Coupé.

Ideja je ostala ista, realizacija je zakomplicirana

Kako smo prošli puta i obećali, danas priču o ovjesu nastavljamo opisom amortizera. Slušajte pažljivo!

Unatoč mnogobrojnim dijelovima koji se u njih ugrađuju, amortizeri su u stvari veoma jednostavne naprave. Jednostavno je, barem, načelo na kojemu oni rade. No, za početak da razjasnimo jednu sitnicu: amortizeri o kojima ćemo danas pričati upravo su oni "teleskopski amortizeri" koje nalazite u tehničkim podacima vozila što ih opisujemo. Također, katkada se koristi i termin "hidraulički amortizeri". Oba spomenuta naziva opisuju, barem dio, načela rada današnjih amortizera. Oni su teleskopski, jer se mijenja razmak njihovih krajnjih točaka (produžavaju se i skraćuju) tako da jedan dio amortizera ulazi u drugi. No, ujedno su i hidraulički, jer se u njima nalazi hidrauličko ulje čije strujanje daje amortizeru potrebna svojstva.

Kako radi i čemu sve to?

Uloga amortizera u ovjesu automobila jest prigušivanje

vibracija. Sjetite li se proteklog nastavka Školice, bit

će vam poznato da se (teorijski) automobil bez

amortizera stalno ljuljao. U tom je primjeru karoserija

bila postavljena isključivo na oprugama te su ju i

najmanje neravnine na cesti snažno i stalno pomicale,

gotovo potpuno nekontrolirano. Da bi se u ovakvo

ponašanje karoserije "uvelo malo reda", postavljaju se

(teleskopski) amortizeri. Njihova uloga je u tome da

prigušuju titraje ovjesa do kojih dolazi prilikom vožnje

preko neravnina. Ipak, poznati kompromis opet se

javlja. Naime, kako ćemo vidjeti iz opisa rada

amortizera, ovo se prigušivanje titraja karoserije

temelji na namjernom usporavanju kretanja ovjesa.

To, pak, za posljedicu ima prenošenje udaraca s

podloge (ceste) na karoseriju. Što jače (tvrđe)

amortizere postavimo na neki automobil, karoserija će

se brže umirivati nakon što ju zaljulja neravnina na

cesti. No, s druge će pak strane tvrđi amortizeri jače

prenositi udarce na karoseriju što vožnju može učiniti i

neudobnijom od one pri kojoj se automobil stalno

ljulja.

Načelo rada teleskopskih amortizera temelji se na

strujanju hidrauličkog ulja kroz ventil proračunatih

dimenzija. Na slici 1 vidljivi su presjek i shema

teleskopskog amortizera. Priča je jednostavna. Iz

shematske slike je vidljivo da hidrauličko ulje (crveno)

prilikom gibanja jedne strane amortizera prema drugoj

(stiskanja amortizera) počinje teći kroz mali ventil na

klipu za brtvljenje. Upravo o propusnosti ovog ventila

ovisi i brzina kojom će se amortizer moći stisnuti.

Drugi ventil, prikazan na shemi, također služi propuštanju ulja, no ovaj puta prilikom rastezanja

amortizera. S obzirom na ovakvu "podjelu uloga" oba su ova ventila jednosmjerna, tj. propuštaju

ulje samo prilikom stiskanja ili rastezanja amortizera.

Ipak, ostali smo vam dužni objasniti zbog čega uopće dolazi do stiskanja i rastezanja amortizera.

Naime, završeci našeg hidrauličkog amortizera (okrugli dijelovi s provrtom, gore i dolje) pričvršćeni

su svaki na svojem mjestu - jedan na karoseriji, a drugi na nosačima ili glavčini kotača. Iako će

vam položaj amortizera postati jasniji u kasnijim nastavcima, napominjemo ga ovdje da biste

shvatili od kuda se javlja to stezanje i rastezanje.

sl. 1 - Presjek i načelo rada teleskopskog

hidrauličkog amortizera

Podvarijante i ostalo

Kao i svugdje, i u priči o amortizerima imamo nekih

varijacija na temu. Među najznačajnije svakako spadaju

razlika između jednocjevnih (jednostrukih) i dvocjevnih

(dvostrukih) amortizera te plinski amortizeri. Na slici 2

vidite prvu navedenu varijaciju, odnosno, teleskopski

amortizer s dvostrukom cijevi (lijevo) te teleskopski

amortizer s jednostrukom cijevi (desno). Iako je načelo

rada u oba slučaja jednako, dakle hidrauličko ulje struji

kroz ventile, razlike su u unutrašnjoj konstrukciji ovih

amortizera. Dvocjevni (dvostruki) amortizer prikazan

lijevo na slici 2 koristi vanjsku cijev (smještenu oko cijevi

s uljem i klipom za brtvljenje) kao spremnik za suvišno

ulje. Naime, kada se amortizer stišće, odnosno kada kotač

naleti na povišenje te se približi karoseriji, kod dvocjevnih

se amortizera ulje potiskuje (uz pomoć klipa) iz

unutrašnje u vanjsku cijev (tanki plavi sloj u stvari

predstavlja istisnuto ulje koje se sada nalazi u prostoru

između vanjske i unutrašnje cijevi). Tzv. "podni ventil"

koji se nalazi na ulazu u vanjsku cijev zadužen je kod

dvocjevnog amortizera za kontrolu brzine protoka ulja, tj.

"tvrdoće amortizera". Jednocjevni je amortizer sličniji našem primjeru sa sheme na slici 1. Kod

njega se koristi tek jedna cijev, a ulje cirkulira kroz ventil smješten na samom klipu te stalno ostaje

u jednoj te istoj cijevi. Sada je potrebno naglasiti da su kod svih izvedbi amortizera ventili u pravilu

jednosmjerni. Drugim riječima, jedan ventil kontrolira strujanje ulja prilikom stiskanja, a drugi

prilikom rastezanja amortizera. Kod većine automobila ova dva ventila nisu jednako podešena (na

istu propusnost), što je i logično uzmemo li u obzir da su sile koje kotač tjeraju prema gore

prilikom naleta na neko povišenje daleko veće od onih koje potom rastežu amortizer, tek pod

težinom samog kotača.

No, da bi stvari bile još kompliciranije proizvođači komponenti ovjesa izmislili su amortizere čija se "tvrdoća" može regulirati. Radi se, pojadnostavnjeno govoreći, o kotačiću na vrhu amortizera (vidi sliku 3) čijim se zakretanjem podešava rad ventila za propuštanje hidrauličkog ulja unutar amortizera. Većinom, amortizeri imaju tek jednostruko ili "jednosmjerno" podešavanje. To znači da ih je moguće podešavati tek u jednom smjeru gibanja, utječući na tek jedan jednosmjerni ventil. Kod takvih se amortizera u pravilu radi u ventilu koji kontrolira povrat kotača, tj. rastezanje amortizera. Ipak, maštoviti su konstruktori u međuvremenu osmislili i amortizere s potpunim podešavanjem kod kojih je moguće mijenjati svojstva u oba smjera, tj. za oba ventila. Dakako, onima "najrazmaženijim" prodaju se takvi amortizeri s regulacijom pomoću prekidača na ploči s

instrumentima. Sada, uostalom, i znate kako radi ovjes (obične, ne hidropneumatske konstrukcije) na automobilima kojima se može podešavati tvrdoća (obično su to položaji "Comfort" i "Sport").

sl. 2 - Dvostruki (lijevo) i jednostruki

amortizer

sl. 3 - Amortizer s

podešavanjem tvrdoće

Plin

Eh da. Vjerujemo da malo tko od vas nije čuo za

pojam tzv. "plinskih amortizera". No, iako jezično

gledajući ovaj izraz baš i ne odgovara, s obzirom na

konstrukciju takvih amortizera, u njima doista ima

plina. O čemu se zapravo radi. Hidrauličko ulje koje

se nalazi unutar teleskopskog amortizera sklono je

zagrijavanju izazvanom stalnim strujanjem kroz

ventile na brtvilnom klipu. Takvo se zagrijano ulje,

dakako, s vremenom počinje rastezati, tj. počinje

mu se povećavati obujam. Povećanjem obujma ulja

unutar amortizera povećava se i pritisak itd., itd...

Da bi se nekako kompenzirala ta razlika obujma do

koje dolazi unutar amortizera kada je on

hladan/topao, izmišljeni su plinski amortizeri. Kod

njih je, unutar cijevi, ubačen plin pod određenim

pritiskom kojeg od ulja dijeli posebna brtva za

razdvajanje. Kod ovakvih se amortizera povećanje

obujma ulja kompenzira stiskanjem prostora u

kojem se nalazi plin. Obratno, kada se amortizer

ohladi i kada se ulje stisne (kada mu se smanji

obujam) plin koji je pod pritiskom počinje se širiti

nadoknađujući tako prostor nastao hlađenjem

hidrauličkog ulja. Plinsko punjenje ove vrste

omogućava amortizerima bolje podnošenje visokih opterećenja (i temperatura) te se takvi

amortizeri u pravilu ugrađuju na sportske i natjecateljske automobile.

Najavljujući opsežnu temu ovjesa u prvom smo nastavku ove priče rekli kako su mnoge teme koje ćemo ovdje spominjati međusobno povezane na takav način da jedne bez drugih ne mogu biti u potpunosti razumljive. Isto ovo vrijedi i za priču o amortizerima. Na slici 4 prikazana su tri plinska amortizera s podezivom visinom

platforme - nosača opruge. Ipak, ulogu i svrhu podešavanja ovog nosača moći ćemo vam objasniti tek kada u slijedećem nastavku "progovorimo" o oprugama. No, upravo zbog takve "interaktivne" prirode teme ovjesa niti današnju priču nećemo moći u potpunosti dovršiti. Ono što nam ostaje za objasniti jest sam smisao podešavanja amortizera, odnosno njihove, eventualne, zamjene. Naime, iz opisa rada hidrauličkog amortizera jasno je da on pruža otpor sabijanju, ali s vremenom i biva potpuno stisnut. Imamo li tako amortizer s npr. ventilom od 50 kg ništa se s njime neće dogoditi dok ne ga ne opteretimo s 51 kg. Tada će se amortizer polako početi stiskati dok ne dođe do kraja. Teorijski bi se vozilo opremljeno isključivo amortizerima (bez opruga koje nose težinu karoserije) u zavoju počelo postepeno naginjati (brzina naginjanja ovisila bi o propusnosti ventila u amortizerima), sve dok amortizeri i karoserija ne bi "legli" na svoje graničnike.

Sada nam postaje jasno čemu služe amortizeri - usporavanju gibanja ovjesa, odnosno djelomičnoj neutralizaciji njegovog titranja. Ipak, bez opruga koje stvari vraćaju na svoje mjesto, ništa ne bi bilo moguće. No, to je već tema slijedećeg sata Školice.

sl. 4 - Plinski amortizeri s podesivom platformom

Opruge

Na današnjem satu Školice objašnjavamo čemu služe opruge, stabilizatori te što su to torzijske osovine

Uloga opruga nije nikakva posebna mudrost. Kao što znamo s prošlog sata, amortizeri su tu da bismo njima kontrolirali brzinu gibanja ovjesa. No, kada amortizer opteretimo nekom stalnom silom, većom od "snage" njegova ventila, on se počinje stiskati. Nastavi li tako, karoserija će se ubrzo naći na podu. Upravo stoga, na automobile se postavljaju opruge čija je osnovna namjena nošenje težine ogibljenih masa. Eh, sad. Što su to ogibljene mase? Radi se o tome da karoserija automobila zajedno s putnicima, motorom, mjenjačem i sl. u stvari leži na kotačima na taj način da su između njih postavljeni amortizeri i opruge. Tako kotač s kočnicom, njegovim nosačima (ramenima) i ostalim pripadajućim dijelovima nazivamo neogibljenom masom jer on (teorijski) prati u potpunosti podlogu. Ogibljene mase, s druge strane, su one do kojih ti titraji (opet teorijski) ne bi trebali doći, tj. karoserija sa svim "dodacima".

Vrste opruga

Tradicionalna opruga sa

nekadašnjih automobila

svakako je ona lisnata (sl.

1). Ona se sastoji od

nekoliko čeličnih "pera" ili

"listova" stisnutih zajedno.

Okruglim se završecima

lisnata opruga pričvršćuje

na karoseriju automobila, dok je na njenom središnjem dijelu postavljen kotač. Ovakav položaj

lisnate opruge imaju automobili koji ih koriste dvije, postavljene uzdužno. Kod jeftinijih se

automobila katkada koristi i jedna lisnata opruga postavljena tako da svojim krajevima biva

pričvršćenom za kotače, a sredinom za karoseriju. Lisnate se opruge ugrađuju na stražnjim

kotačima, no danas ih sve više zamjenjuju spiralne opruge koje su manjih dimenzija te imaju bolja

mehanička svojstva.

U modernim se automobilima gotovo u pravilu koriste spiralne opruge (sl. 2). Osim već navedenih svojstava koja ih odlikuju, značajno je napomenuti da se spiralne opruge postavlja drugačije nego lisnate. Spiralne opruge (vidi sl. 3) obično su postavljene oko amortizera (u ovom je to slučaju McPhersonova shema prednjeg ovjesa, ili ih se postavlja odvojeno od amortizera (najčešće na stražnjem ovjesu). Dakako, uzmite u obzir da je lijevo na slici 3 prikazan prednji, a desno stražnji ovjes. No, spiralne opruge (koje su najčešće postavljene na "pojedinačnom ovjesu na sva 4 kotača" - znači da svaki kotač u načelu ima svoj amortizer i oprugu) ne koristimo tek da bi na njima stajala karoserije automobila sa svim njezinim "dodacima". Upravo zahvaljujući tvrdoći opruga moguće je dovesti automobil u ispravan težinski raspored. Naime, tvrdoća spiralnih opruga izražava se u kilogramima i centimtrima. Tako znademo kako će se, npr., opruga od 250 kg stisnuti za 1 cm sa za svakih 250 kg pritiska. Poznavajući ove vrijednosti moguće je nadalje odrediti težinski raspored nekog automobila. Znamo, naime, da su idealni težinski rasporedi oni od 50% težine na prednjoj i 50% na stražnjoj osovini. Tako kod automobila koji imaju više težine naprijed (tipičan mali auto s naprijed postavljenim motorom i prednjim pogonom) možemo postaviti tvrđe opruge otraga. Prilikom vožnje, sile će se sada više prenositi na stražnji dio automobila jer će ih tvrđe opruge (koje se ne stišću toliko) u većem postotku prenositi kotačima.

sl. 1 - Lisnata opruga

sl. 2 - Četiri spiralne opruge

Ostalo

Na ovom su nam satu ostala još dva

pojma: "stabilizator" i "torzijska osovina".

Stabilizator (sl. 4) je u stvari metalna

šipka određenog promjera i mehaničkih

svojstava koja je postavljena poprečno

između dva kotača. Njezina uloga je samo

u tome da kontrolira naginjanje karoserije

u zavojima. Naime, kao što smo vidjeli iz

opisa opruga, njihov je "posao" u osnovi

nošenje karoserije. Stoga se na

automobile postavljaju i stabilizatori (na

bolje automobile naprijed i otraga, obično

tek naprijed) kojima se kontrolira

naginjanje karoserije, a time i

opterećivanje ovjesa tj. samih guma kako

bi one zadržale dovoljno moći prijanjanja za podlogu (asfalt).

Stabilizator je, zapravo, jedna vrsta torzijske osovine. To znači da je njegov kraći kraj (vidi sl. 4)

pričvršćen za kotač, a dulji za osovinu. Prilikom gibanja ovjesa dulji se dio ove šipke u stvari "frče"

te time preuzima sile na sebe. Prema istom načelu djeluju i torzijske osovine. U osnovi (opet tek

teorija) su torzijske osovine one koje ne koriste opruge već nešto poput stabilizatora što preuzima

njihovu ulogu. Dakako, i na torzijskim su osovinama postavljeni amortizeri.

Varijacije na temu

sl. 3 - Prednji (lijevo) i stražnji pojedinačni ovjes

sl. 4 - Stabilizator prednje (veći) i stražnje osovine

Osim klasične sheme opruga-amortizer neki su, lukavci, u svoje automobile postavili razne hidrauličke, aktivne i poluaktivne ovjese

Zanimljivo je kako neke ideje nađu malo praktične primjene, pa ipak postanu poznate širom svijeta. Jedna od njih svakako je i, možemo ga tako slobodno nazvati, "legendarni" hidropneumatski ovjes koji je usavršila i prva na svojim automobilima masovnije počela koristiti tvrtka Citroën. Osim poslovične udobnosti po kojoj su francuski automobili već odavno poznati (da, da, to je odlika Citroëna, a ne Renaulta, Peugeota, Matre ili Simce), hidropneumatski je ovjes otvorio i mnoga vrata tehničkog napretka. Ipak, kao i toliko puta do sada, i na ovom smo primjeru (tijekom desetljeća) vidjeli kako industrija zbog nekih svojih, unaprijed zacrtanih, ciljeva prečesto nema razumijevanja za pojedina veoma napredna rješenja.

Hidropneumatski ovjes

Eh, dragi moji "Žaboljupci", došao je vaš trenutak. Naime, da malo

ovo pojasnimo, hidroaktivni se ovjes najviše proslavio upravo na

citroënovom modelu DS, poznatom i kao "Žaba". Na slici 1 je

prikazan jedan hidropneumatski opružni element ovjesa. Pod ovim

se kompliciranim terminom zapravo nalazi naziv sklopa koji kod

automobila s hidropneumatskim ovjesom zamjenjuje oprugu (bilo

spiralnu, lisnatu itd.) i amortizer. No, prije nego li započnemo s

opisom rada ovog sustava, vrijeme je da pobrojimo sastavne

dijelove hidropneumatskog opružnog elementa:

A - kugla

B - plin

C - membrana

D - ulje

E - prigušivač

F - priključak

G - klip

H - šipka

Ideja cijelog hidropneumatskog sustava jest u tome da se tlakom

plina nadomjesti djelovanje opruge koja nosi karoseriju. Uz to, ovaj

sustav i izjednačava položaj karoserije. Plin koji se nalazi unutar

zatvorene metalne kugle vrši pritisak na gumenu membranu, a

posredno i na hidrauličko ulje. Ono, pak, kroz prigušivač

(namijenjen da kontrolira protok ulja - nešto poput ventila

ugrađenih u hidrauličkim amortizerima) pritišće na klip, pa na šipku

te konačno i na dijelove ovjesa koji nose kotač. Tako se (vidi sliku 2)

pritiskom plina u kugli održava željena visina karoserije od tla, tj.,

pritisak plina (obično dušik - N) "nosi"

karoseriju poput opruga.

Sustav regulacije visine karoserije kod hidropneumatskog je ovjesa izveden na slijedeći način. Ukoliko se vozilo optereti, dolazi do spuštanja karoserije pri čemu se, automatski, otvara ventil kroz koji pritječe ulje pod tlakom u hidraulički cilindar (pritječe kroz priključak "F", slika 1). Odnosi pritiska ulja i podešenosti ventila koji pod opterećenjem karoserije propušta ulje upravo su takvi da se ona, nakon puštanja ulja u hidraulički cilindar, podigne za onoliko za koliko se bila spustila. Prilikom rasterećenja vozila događa se upravo obratno. Dakle, sada se ulje vraća iz cilindra natrag u sustav te pada pritisak na šipku hidropneumatskog opružnog elementa. Tako se i spušta sama karoserija. Dakako, u osnovi se sve ovo odvija automatski posredstvom mehaničkih sustava koji reagiraju na opterećenje

sl. 1 - Hidropneumatski

element

sl. 2 - Hidropneumatski ovjes

(Citroën DS). Dakako, u posljednje vrijeme dosta je prašine podigla citroënova Xantia Activa koja koristi sustav u osnovi identičan ovome, no ipak donekle poptomognut automatikom. Automobili opremljeni hidropneumatskim ovjesom nerijetko imaju i ručicu, smještenu u kabini, pomoću koje vozač sam može odrediti visinu vozila te ga tako prilagoditi određenim uvjetima vožnje (pomicanjem ručice dovodi se, ili odvodi, ulje u ili iz cilindra - ovo je ulje pod pritiskom koji proizvodi posebna pumpa koju pokreće motor).

Dakako da uvijek ima nekih "varijacija na temu" neke teme, pa čak i neke varijacije. Jedini proizvođač koji se danas, uz Citroën, ozbiljnije bavi hidrauličkim ovjesima svakako je Mercedes-Benz. Tako se na njihove modele nove S klase, te na kupe CL ugrađuje tzv. ABC (Automatic Body Control) sustav hidrauličkog ovjesa koji bismo slobodno mogli nazvati "poluaktivnim ovjesom" (slika 3). Radi se o posebno izvedenoj opružnoj nozi koja ima oprugu i, umjesto klasičnog hidrauličkog amortizera, hidraulički cilindar na svome vrhu. Taj je cilindar, nadalje, posebnim cijevima spojen s pumpom koja mu daje potreban pritisak ulja. U slučaju ABC sustava, opruga je i dalje tu kao klasično rješenje koje nosi težinu karoserije. No, obični je amortizer zamijenjen "aktivnim" koji se prema potrebi puni ili prazni. Cijelo je ovo "čudo" spojeno na računalo koje iz podataka što ih dobiva posredstvom niza senzora određuje položaj karoserije i vrši korektivne radnje - kakve, pretpostavljamo da već znate. Počne li se karoserija naginjati na, recimo, lijevu stranu kontrolni će sklop i pumpa ABC sustava dodati ulja hidrauličkim cilindrima na toj strani vozila nastojeći tako sve izravnati. Dakako, sve se ovo odvija u djelićima sekunde, a kako kažu autori prvih testova novog CL-a, ABC doista dobro obavlja svoju posao.

Aktivni ovjes

Konačno je došlo vrijeme da,

jednom za uvijek, skinemo veo

s mističnog pojma "aktivnog

ovjesa". Cijela priča započela

je tijekom prve polovine

osamdesetih godina na stazama Formule 1.

Tadašnji su bolidi, opremljeni sustavima za

ostvarivanje "ground effecta" (stvaranje

podtlaka ispod poda bolida kako bi se

poboljšalo prijanjanje na podlogu - kasnije

zabranjeno pravilnikom FIA-e) pri visokim

brzinama ostvarivali ogroman aerodinamički

potisak (pri najvišim brzinama i znatno veći od

ukupne težine bolida) što im je omogućavalo

veoma brze prolaske kroz zavoje itd., itd. Pa ipak, javio se problem opruga koje su zbog potrebe

da nose karoseriju pri ovolikim opterećenjima, morale biti izuzetno tvrde. To se, s druge strane,

negativno odražavalo na vozna svojstva bolida koji su s ekstremno tvrdim oprugama postali teški

za upravljanje. Rješenje ovog problema prvi je u potpunosti pronašao Lotus, primijenivši 1987.

godine na svojem bolidu 99T prvi aktivni ovjes.

Ideja aktivnog ovjesa u stvari je veoma jednostavna, a iz "igre" u potpunosti izbacuje klasične,

pasivne, hidrauličke amortizere te opruge bilo kakve vrste. Umjesto svega toga, bolidi opremljeni

aktivnim ovjesom imali su niz senzora kojima se mjerio položaj karoserije te trenutna opterećenja.

Prema svim tim parametrima, računalo je u djeliću sekunde proračunavalo koliko treba "djelovati"

prema kojem kotaču. Impuls iz računala pokrenuo bi vosokotlačnu pumpu koja je, potom, dodala

ulje onom hidrauličkom cilindru (na mjestu amortizera) kojem je bilo potrebno. Dakako, vrijedio je

i obrnuti proces. Tako je, konačno, napravljen potpuno aktivni sustav ovjesa koji sam kontrolira

položaj karoserije (uloga opruga), djeluje na njezino izravnavanje prilikom vožnje kroz zavoje ili

preko neravnina te zamjenjuje i stabilizatore (naginjanje). Pri tome, ovaj je ovjes kontrolirao sva

frenkvencijska područja (3-4 i 10-12 Hz) na kojima kotači i dijelovi ovjesa (neogibljene mase)

najčešće tiraju. Ipak, aktivni se ovjes nije dugo zadržao u Formuli 1. Izbačen je prvenstveno zbog

svoje visoke cijene, ali i tehničkih nedostataka poput visoke potrebe za energijom (trošio je oko 4

KS motora).

Razni su proizvodi, od tih vremena na ovamo, nazivani aktivnim ovjesom. No, činjenica jest da je

sl. 3 - ABC

sustav

sl. 4 - Lotus 99T - Honda, zlatno doba aktivnog ovjesa

ovaj mistični sustav (čak nema niti poštenih slika) reproduciran najčešće djelomično, kao

poluaktivni ovjes (ABC na primjer).

Prednji ovjes

No, dobro. Sada kad smo naučili sve o oprugama i amortizerima vrijeme je da se pozabavimo i konstrukcijom, danas, prednjeg ovjesa

Konačno je na red došlo i rješenje velike "enigme" za mnoge autoljupce. Na današnjem ćemo satu školice pojasniti konstrukciju prednjeg ovjesa automobila. Tako ćemo rasvijetliti pojmove koje mnogi (uključujući i nas) nemilice koriste u raznim tekstovima, tablicama tehničkih podataka i sl., no da nikada nisu niti pokušali pojasniti o čemu se u stvari radi. Danas ćemo objasniti što su to ramena te kako izgleda McPhersonova opružna noga. Zbog čega je, zapravo, bitno znati kakvog je oblika ovjes nekog automobila? Pa, iz ovog ćete nastavka Školice vidjeti kako se prednji kotači u stvari pričvršćuju za karoseriju te kako je to sve moguće pojednostavniti ili zakomplicirati. Također, pojasnit ćemo najčešće sheme prednjeg ovjesa u današnjih automobila.

Ramena

Tko je prvi kod nas nosače kotača

počeo nazivati "ramenima" teško je

reći, no činjenica je da se ovaj izraz

udomaćio najbolje od svih ponuđenih

("ruka", npr.) te smo ga i mi odlučili

prihvatiti. Pod tim, za mnoge

vjerojatno mističnim, pojmom

"ramena" krije se ništa drugo do

termin koji označava nosač kotača.

Kao što znademo iz nekih starijih nastavaka Školice, kotač (naplatak) se pričvršćuje na glavčinu

koja ujedno nosi i kočnicu. E, pa s druge strane te iste glavčine pričvršćeno je rame (ramena) koje

drži cijelu priču gibljivo povezanu s karoserijom. Dakako, uloga ramena je da drži kotač na mjestu,

podnosi opterećenja prilikom kočenja, ubrzavanja i sl., no da istovremeno omogući i njegovo

gibanje unutar predviđenog hoda (hod opruge odn. amortizera). Na slici 1 tako vidimo tri najčešće

izvedbe ramena na prednjim kotačima današnjih automobila.

S lijeva na desno slijede:

A - jednostruko poprečno rame (najjenostavnija i najjeftinija konstrukcija)

B - poprečno rame trokutastog oblika (trokrako poprečno rame)

C - poprečno rame "L" oblika

Iz ova je tri primjera vidljiva velika razlika između hvatišta ramena i karoserije (desni kraj ramena)

kod prvoga, odnosno druga dva oblika ramena. Već je iz skice jasno kako jednostruko poprečno

rame zahtijeva najmanje prostora te kako je najjednostavnije konstrukcije. Pa ipak, ostale dvije

konstrukcije imaju uporište na karoseriji (desni kraj ramena) znatno šire te mogu bolje kontrolirati

veća dinamička opterećenja kotača.

Dvostruka poprečna ramena zapravo predstavljaju dvostruku konstrukciju sa slike 1. U praksi, kao

dvostruka ramena najčešće susrećemo upravo ona trokutaste konstrukcije. Dvostruka poprečna

trokutasta (ili trokraka) ramena u stvari su riješena "dupliranjem" konstrukcije s primjera B.

Sva ova tri primjera prikazuju ramena tlocrtno.

sl. 1 - A - jednostruko poprečno rame, B - trokutasto poprečno

rame, C - poprečno rame "L" oblika

McPhersonova opružna noga

Čuvena McPhersonova opružna noga prikazana je već na

našoj početnoj slici. Ovdje se radi o konstrukciji koja se

danas primjenjuje na gotovo svim osobnim automobilima,

a odlikuje ju relativno jednostavna te lakša konstrukcija od

klasične. Kada kažemo "klasična", svakako mislimo na

shemu prednjeg ovjesa s dvostrukim poprečnim ramenima,

najčešće trokutastog oblika. Kod McPhersonove opružne

noge koristi se tek jedno, donje, poprečno rame (bilo kojeg

od tri oblika sa slike 1) spojeno s teleskopskom opružnom

nogom. Sam pojam "opružne noge" u stvari nam opisuje

amortizer integriran s oprugom (vidi otvornu ili 2. sliku).

Prilikom okretanja kotača (ne zaboravite, danas govorimo

isključivo o prednjem ovjesu) okreće se i sama opružna

noga koja je na oba svoja kraja okretljivo pričvršćena (na

karoseriju - gore, odn. na poprečno rame - dolje).

Prednosti konstrukcije prednjeg ovjesa automobila s

McPhersonovom opružnom nogom prvenstveno leže u

jednostavnosti i kompaktnosti (opružna noga zauzima malo

prostora obzirom da su amortizer i opruga integrirani). Uz

to, upravljanje automobila s McPhersonovim prednjim

ovjesom je dosta lakše ("lagan upravljač"), a nagib kotača

se prilikom gibanja gore-dolje (prelazak preko neravnina)

tek minimalno mijenja. Tako se ostvaruje veoma

konstantna geometrija prednjeg ovjesa, a time i postojana

vozna svojstva automobila.

Na slici 2 vidljivi su detalji McPhersonove opružne noge

automobila koji je opremljen poprečnim ramenima "L" oblika:

A - opružna noga

B - polužje upravljača koje zakreće kotač ("špurštanga")

C - poprečno rame

Iz ovdje opisanog vidljivo je i da je potpuno besmisleno (kako neki u podacima navode) pisati npr.

da je prednji ovjes McPhersonove konstrukcije te da sadrži spiralne opruge i teleskopske

amortizere. Jasno je, naravno, da već samo navođenje McPhersonove opružne noge podrazumijeva

i spiralne opruge i teleskopske amortizere.

Ostalo

Premda je McPhersonova opružna noga

danas, praktički, jedina konstrukcija

prednjeg ovjesa koja se koristi u osobnim

automobilima (s izuzetkom sportskih

modela i vozila visokih klasa) red bi bio da

spomenemo i jednu drugu konstrukciju -

dvostruko poprečno rame. Kod ovakve se

konstrukcije prednjeg ovjesa najčešće

koriste trokutasta (trokraka) poprečna

ramena postavljena u dvije razine. Donje

rame pričvršćeno je za glavčinu kotača na

istom mjestu na kojemu je to slučaj i kod

McPhersonove opružne noge. No, na

gornjem dijelu glavčine ovakvi ovjesi imaju

pričvršćeno još jedno rame koje djeluje paralelno s donjim. Kod ovakvih je konstrukcija izvedba

pričvršćivanja same glavčine kotača donekle jednostavnija nego li kod McPhersonove opružne

noge. Naime, kod konstrukcije s dvostrukim poprečnim ramenima bitno je tek da se postave dva

"okretišta" i to na spojevima gornjeg te donjeg ramena s glavčinom kotača.

Uz ovu prednost, konstrukcije s dvostrukim (po mogućnosti trokutastim) poprečnim ramenima

podnose znatno veća opterećenja jer imaju dva veoma široka hvatišta karoserije (gornja i donja

strana trokuta). Stoga se ovjesi sa dvostrukim poprečnim ramenima u pravilu postavljaju na

sportske automobile.

sl. 2 - Detalj prednjeg ovjesa (Citroën

Saxo)

sl. 3 - Dvostruka poprečna ramena - Bugatti EB 110

Tipičan primjer dvostrukih (trokutastih) poprečnih ramena na prednjim ovjesima su i bolidi Formule 1. Kod njih je "cijela priča" dosta jednostavno riješena, s malim hodovima ramena na mjestima pričvršćenja za karoseriju. Ipak, ono što dolazi kao negativna strana ovakvih konstrukcija, a vidljivo je veoma jasno i sa slike 3 svakako je komplicirano postavljanje amortizera. I ovdje se, najčešće, koristi nekakva opružna noga (spiralna opruga omotana oko amortizera) no njezino se djelovanje ne aktivira izravnim djelovanjem kotača (kod McPhersonove opružne noge pomicanje glavčine izravno sabija amortizer i oprugu), već posredstvom kojekakvih poluga. Tako na prednjim ovjesima bolida Formule 1 najčešće možete vidjeti gornji i donji trokut (dva para trokutnih poprečnih ramena) te jednu polugu koja stoji koso, između tih ramena (poluga koja je spojena na opružnu nogu, ili amortizer). Treća poluga (na slici 4 najbliža prednjem spojleru) u stvari je veza prednjeg kotača s upravljačem.

Stražnji ovjes Stražnji je ovjes veoma sličan prednjem. Ipak, u repu automobila ima nešto više polugica i kojekakvih drugih dijelova koji bi ga trebali održati na cesti

Eh, da. Žalosno je saznanje da se bližimo kraju našeg druženja. Naime, ovo je jedan od posljednjih sati Školice, a nastavničko je vijeće odlučilo da završnog testa neće biti. Stoga, tko pročita sve, položio je! Na današnjem satu proučit ćemo posljednje (VI) poglavlje dugotrajne priče o ovjesu - stražnji ovjes. Kao što svi znamo, osnovna je uloga ovjesa ta da drži kotač povezan s karoserijom pazeći pri tome kako se i u kojoj mjeri njegovo gibanje prenosi na istu. Kao i prednji tako i stražnji ovjes ima nekakva ramena te opruge i amortizere. Da, naravno, stariji stražnji ovjesi nisu imali spiralne već lisnate opruge (sjetite se "nacionalke") no to je danas već daleka prošlost. Ono što moramo proučiti na ovom satu svakako su stražnje polukrute osovine te stražnje osovine s pojedinačnim ovjesom kao i prostorne (multilink) osovine.

Polukruta osovina

Nekoć davno, huh kako to gordo zvuči, automobili su

bili opremljeni isključivo krutim stražnjim osovinama.

To je značilo da su stražnji kotači bili međusobno

čvrsto povezani nekakvom cijevi unutar koje se

nalazila pogonska osovina (nekoć su automobili imali,

u pravilu, stražnji pogon). Kod takve je osovine

podizanje jednog kotača neizostavno uzrokovalo

spuštanje onoga s druge strane osovine, a rezultat

takve vožnje je bio više ili manje neudoban. Stoga su,

pametni konstruktori, izmislili stražnje osovine s

pojedinačno ovješenim kotačima, te jeftiniju izvedbu

tog rješenja - polukrutu osovinu (slika 1).

Tajna polukrute osovine, kojom je opremljena većina današnjih automobila niske klase, leži u

konstrukciji koja ima po jednu oprugu i amortizer uz svaki kotač, no ujedno i nekakav oblik čvrste

veze među tim istim kotačima. Kod takve se osovine svaki kotač za sebe može slobodno pomicati

tek ograničeno, do trenutka kada njegov pomak počinje djelovati na kotač s druge strane osovine.

Osnovna prednost ovakve konstrukcije je u njezinoj jednostavnosti te laganoj ugradnji zbog čega

se, gotovo u pravilu, koristi na jeftinijim automobilima. Unutar ili pokraj spojnog elementa (koji

povezuje kotače) polukrute osovine katkada je postavljen i stabilizator.

sl. 4 - Jednostavna dvostruka ramena -

McLaren MP4/5B (1990.)

sl. 1 - Polukruta stražnja osovina (Citroën

Saxo)

Neovisan ovjes

Famozna formulacija koju toliko često viđamo u našim

tehničkim podacima, "Neovisan (pojedinačan) ovjes na

sva četiri kotača" svoje je pravo "proljeće" doživjela tek

tijekom sedamdesetih godina. Naime, tek su tada

automobili iz masovne proizvodnje počeli u pravilu

bivati opremljeni pojedinačnim ovjesom na stražnjoj

osovini. Osnova pojedinačnog ovjesa stražnje osovine

(početna slika i slika 2) leži u činjenici da svaki kotač

ima svoje rame (ramena) te svoju oprugu i amortizer.

Kod takvog ovjesa, razumljivo, ne dolazi do interakcije

između kotača na suprotnim stranama osovine te

automobil s pojedinačnim stražnjim ovjesom najbolje

"guta neravnine". Dakako, postoje različite izvedbe

pojedinačnog stražnjeg ovjesa, a što ovisi prvenstveno

o obliku i smještaju ramena (nosača kotača).

Tako su na našoj početnoj slici prikazana jednostavna

uzdužna ramena, dok slika 2 pokazuje jednaku

konstrukciju, no s dodatnim pomoćnim okvirom (o

ovome okviru ćemo kasnije nešto više reći). Također, moguće je i rješenje poput onoga sa slike 4

gdje su kombinirana poprečna (srebrno rame u kojem leži spiralna opruga) i uzdužna (crno)

ramena s pomoćnim okvirom. Dodamo li tome još i stabilizator, stvari postaju poprilično

komlicirane.

sl. 3 - Stražnja multilink osovina s pomoćnim okvirom (Porsche Carrera)

Kada govorimo o pojedinačno ovješenim stražnjim kotačima svakako moramo spomenuti i razvikanu "Multilink" osovinu. O čemu se zapravo radi? U osamdesetim godinama, Mercedes je za potrebe svojeg modela "190" razvio stražnju osovinu s više jednostrukih ramena za svaki kotač. Radilo se o običnim ramenima (poput jednostavne prečke) od kojih je svako bilo postavljeno u različitom položaju. Naime, poznato je da na automobil u vožnji sile djeluju iz nekoliko osnovnih smjerova: 1) Valjanje oko uzdužne osi 2) Naginjanje oko poprečne osi 3) Zakretanje oko vertikalne osi 4) Torzijsko zakretanje karoserije Svako od ramena stražnje "prostorne" ili "Multilink" osovine ovog automobila bilo je smješteno točno u smjeru u kojem najbolje kompenzira učinak jedne od navedenih sila. Dakako, ovakva se konstrukcija stražnje osovine ubrzo pokazala veoma uspješnom te su je mnogi počeli kopirati. Pravi naziv, "prostorna osovina" potiče upravo iz njezine

sl. 2 - Stražnja osovina s pojedinačno

ovješenim kotačima (MB SL 1975.)

konstrukcije u kojoj su ramena raspodjeljena u prostoru, a ne tek po jednoj plohi. Nažalost, kod većine današnjih automobila ovakva osovina donosi sa sobom i mali prtljažnik jer "jede" veliki dio prostora u repu automobila.

Ipak, termin prostorne, odnosno Multilink, osovine polako se s vremenom počeo miješati. Danas, gotovo svi proizvođači automobila koji koriste stražnju osovinu s nekoliko ramena postavljenih u više ravnina, navode kako koriste "Multilink" stražnju osovinu. To, pak, nikako ne treba miješati s prostornom osovinom kakvu je u svoja vozila prvi masovno počeo ugrađivati Mercedes. Primjer jedne Multilink osovine je i stražnji ovjes porscheove Carrere (slika 3). Ova osovina ima dva poprečna ramena pričvršćena uz donji dio kotača (donja ravnina) te dva ramena uz gornji dio kotača (gornja ravnina). I ovdje se vidi kako se radi o pojedinačnim "šipkama", dakle ramenima jednostavnog oblika te takva osovina s pravom nosi naziv "Multilink" jer se sastoji od (ukupno) čak 8 ramena. Da nisu sve stražnje osovine Multilink konstrukcije pokazuje i primjer sa slike 4, stražnji ovjes nove BMW-ove Serije 3. Ovdje su, vjerojatno prvenstveno radi uštede prostora, postavljena ramena koja se rasprostiru u dva smjera. Na slici su jasno vidljiva poprečna aluminijska ramena (srebrno) u kojima leže spiralne opruge, te uzdužna ramena (crno) koja su veoma savinuta i dodatno nose kotače. Vidljivo je da ovakva konstrukcija omogućava široko postavljanje opruga i amortizera između kojih se otvara veliki slobodan prostor.

Ništa nije jednostavno...

Slobodno možemo reći kako u svim područjima automobilske

tehnike ima nekih odstupanja od "školskih primjera". Tako

jednu od verzija priče o stražnjoj osovini svakako moramo

pobliže objasniti - pomoćni okvir ("subšasija"). Na slici 3

vidimo stražnju osovinu Carrere s pomoćnim okvirom. Taj

okvir u stvari je aluminijska konstrukcija na koju su pričvršćeni

gotovo svi dijelovi stražnjeg ovjesa. Uloga pomoćnog okvira (u

manjem obliku vidljiv je i na slikama 2 i 4) je u tome da

preuzima sile prije nego li ih ovjes prenese na karoseriju.

Ovako se, upotrebom pomoćnog okvira, može bolje

konstrolirati ponašanje ovjesa te, posredno i automobila. Uz

to, pomoćni okvir znatno olakšava montiranje automobila u

tvornici jer se dijelove ovjesa (svih 8 ramena, dva amortizera,

2 spiralne opruge, nosače stabilizatora itd.) više ne mora

pojedinačno pričvršćivati za karoseriju. Sada je dovoljno spojiti

pomoćni okvir i "priča" je gotova.

Još jedna verzija priče o stražnjem ovjesu vidljiva je i na

posljednjoj, slici 5. Ponovno, kao i na prošlome satu,

prikazujemo zanimljivi ovjes Bugattia EB 110. Ovdje je vidljivo

kako je stražnji ovjes tog automobila opremljen s dvostrukim kompletom opruga i amortizera

(motor je smješten središnje - težište je kod EB 110 pomaknuto znatno unatrag) kako bi ovjes

podnio izuzetna opterećenja predviđena pri vožnji visokim brzinama. I ovaj se stražnji ovjes sastoji

od dva para ramena (trokutastih, pa ga stoga ne nazivamo "Multilink") te jednim dodatnim

ramenom.

Završavajući priču o ovjesu moramo napomenuti kako o njegovim karakteristikama značajno ovisi

ponašanje automobila na cesti. Osim što je automobil s dobrim ovjesom sigurniji, on je nerijetko i

brži od nekog automobila koji ne stoji na toliko "sigurnim nogama". Stoga staru mudrost prema

kojoj autombil s dobrim ovjesom može, unatoč slabijem motoru, biti brži od automobila sa lošijim

ovjesom potkrepljujemo i slijedećim podatkom: Porsche 911 GT3 je, unatoč čak 60 KS slabijem

motoru i 3 km/h nižoj najvećoj brzini, od modela 911 Turbo brži na zatvorenoj stazi. Walter Röhrl

sl. 4 - Kombinirana ramena - dosta prostora

u "repu" (BMW Serija 3)

sl. 5 - Tek mala varijacija na temu -

Bugatti EB 110

je s modelom 911 GT3 postao tako prvim vozačem koji je sjevernu stazu Nürburgringa

(Nordschleife, krug iznosi 20,8 km) sa serijskim automobilom prošao za manje od 8 minuta (7:56).

Ovo, dakako, ne govori da 911 Turbo ima loš ovjes, već da je tuniran za udobnost, a ne 100-

postotno ležanje na cesti.

sl. 6 - Najjače nije uvijek i najbrže: Porsche 911 GT3 (lijevo) i 911 Turbo

O limu, općenito Školjka i šasija elementi koji muku muče da onih nekoliko tisuća dijelova automobila drže na okupu, što god mi s njime radili

Za početak, moramo razjasniti jednu stvar: šasija i školjka nikako nisu isto! Katkada se ovi pojmovi miješaju, no, vjerujte nam, radi se o dva različita elementa kojima je namijenjena podjednaka uloga - one sačinjavaju podlogu na koju su pričvršćeni svi dijelovi automobila. Uf, sada kad smo spomenuli školjku još ćete i pomisliti da pričamo o morskim bićima ili sanitarijama... OK, možemo u razradu.

Šasija

Nekadašnji su automobili u pravilu kao podlogu

svoje konstrukcije koristili šasiju. Porijeklo te ideje,

dakako, vuče svoje korjene još iz doba kočija. Ovdje

se radi o konstrukciji koja se doima doslovno poput

okvira (slika 1) na koju se (izravno i neizravno)

pričvršćuju svi ostali dijelovi automobila. Dok su

nekadašnje šasije bile izrađene od kojekakvih

metalnih, vjerojatno isključivo željeznih, a kasnije i

čeličnih, cijevi ili tračnica, danas je to sofisticirana

konstrukcija koju se u pravilu koristi tek pri izradi

automobila visokih karakteristika (slika 3). Priča o

šasiji dosta je jednostavna. Na drugoj slici prikazana

je nosiva platforma (što je sada pak to?) VW Bube.

Nosiva platforma u stvari je razrada priče o šasiji od

metalnih cijevi odnosno okvira. Ovakva platforma uz okvir ima pričvršćene i kojekakve plohe,

također namijenjene montiranju drugih dijelova automobila.

sl. 1 - Osnova nekadašnjih automobila - šasija

No, jasno je kako sama šasija nije dovoljna da bi se pričvršćivanjem raznoraznih agregata, sjedala i ostalog, dobio kompletan automobil. Nedostaje - karoserija. karoserija, opet, nije isto što i školjka. Iako bi neki jezikoznalci sada mogli uplesti svoje prste tvrdeći ovo ili ono, uzmimo kao zdravo za gotovo da je karoserija automobila ona limena konstrukcija koja se postavlja na šasiju ili nosivu platformu i koja mu, u stvari, daje oblik i izgled. Dakako, na tako postavljenu karoseriju potrebno je još montirati vrata, poklopac motora, prtljažnika itd. Ah, da,

ne zaboravimo i plohe koje sačinjavaju blatobrane, krov...

Šasije današnjih automobila u pravilu su izrađene od aluminija ili njegovih legura, jednostavne su i veoma čvrste konstrukcije koja je otporna na uvijanja. Aluminijska šasija fordovog konceptnog modela Contour (1994.), napravljena u suradnji sa Siemensom, Bayerom, Tevesom i Reynoldsom, prikazuje nam ideju osnove automobila budućnosti. Naime, nakon što su proizvođači sa šasija prešli na samonosive karoserije (vidi slijedeće poglavlje), sada se polako ponovno vraćaju na ovaj, nazovimo ga tako, arhaični oblik gradnje vozila. Logika je jednostavna. Šasija može biti jedna za različita nadgrađa, a više karoserijskih oblika na jednoj te istoj platformi sve je izglednija strategija auto industrije u budućnosti.

Školjka

Da ipak nismo odlučili pričati o morskim stvorenjima

dokaz je i naša slika 4 koja prikazuje školjku Xsare

Picasso. Pokušamo li preciznije definirati pojam

školjke, reći ćemo kako se u stvari radi o

"samonosivoj karoseriji". Dakle, radi se o nečemu

veoma sličnom karoseriji, no što uključuje i ulogu

šasije. Dakle, školjku u stvari nazivamo

samonosivom karoserijom jer je njena uloga i da

služi kao podloga na koju se pričvršćuju ostali

dijelovi automobila, a daje mu i vanjski oblik te

osnovu na koju se pričvršćuju vrata, blatobrani,

krov kako bi se dobio kompletan automobil.

Pametni ljudi, industrijalci, izmislili su samonosivu karoseriju (školjku) iz jednostavnog razloga.

Ovakvom je konstrukcijom pojednostavnjena proizvodnja automobila u velikim serijama. Ipak,

pođemo li detaljnije analizirati automobile sa samonosivom karoserijom (školjkom), a to je 90%

današnjih osobnih vozila, doći ćemo do spoznaje da ono što je jednostavno za izradu stroju nije i

jednostavno oku. Komplicirani oblik školjke sastavljen je od mnogo različitih dijelova prešanog lima

koji su u pravilu zavareni zajedno (vidi presjek na slici 5).

Ipak, školjka ima nekih svojih negativnih osobina. Serijska automatizirana proizvodnja ovakvog automobila zahtijeva mnogo posebnih strojeva, otežano je popravljanje zbog složene konstrukcije školjke, a nerijetko se rade i konstrukcijski kompromisi kako bi se neki dio mogao lakše "uvaliti" unutar školjke, na štetu karakteristika. Automobilski puristi svakako će glasati za konstrukciju sa šasijom koja je jednostavnija, ali i pruža bolja dinamička svojstva.

sl. 2 - Nosiva platforma - VW

Buba

sl. 3 - Moderna alu-šasija (Ford Contour)

sl. 4 - Samonosiva karoserija - školjka (Citroën

Xsara Picasso)

sl. 5 - Presjek elementa školjke (zavareni prešani

limovi)

Ostalo

Na kraju, na redu su varijacije na temu. Prva koju

spominjemo svakako je prostorni okvir (Space Frame)

kakav je primjenjen na aluminijskoj konstrukciji Audia

A8 (slika 6). Ovdje se, možemo to slobodno reći, radi

o mješavini svih do sada spominjanih rješenja, a u

Audiu su zaključili da će upravo ovakvom

konstrukcijom do kraja iskoristiti potencijal aluminija

kao materijala za izradu cijelog automobila. Drugim

riječima, ASF (Audi Space Frame ili Aluminium Space

Frame), djelo stručnjaka tvrtki Audi A.G. i Alcoa, je

čvrst poput čelične samonosive karoserije, no pri tome

lakši adekvatno manjoj specifičnoj težini aluminija.

Ipak, još se uvijek lome mnoga koplja oko opravdanosti proizvodnje aluminijskih automobila.

Prednosti su očite - manja težina vozila štedi gorivo te su zagađenja okoliša manja, uz to, aluminij

je i 100% reciklabilan. S druge pak strane, proizvodnja i prerada aluminija još uvijek nisu na razini

dovoljnoj za masovniju uporabu. U procesu pripreme i obrade ovog materijala u auto industriji još

se uvijek troši daleko previše energije čime su ukupna zagađenja barem dostigla, ako ne i

premašila, ona koja se javljaju u proizvodnji i eksploataciji klasičnih automobila.

Posljednja verzija priče kojom rješavamo temu šasija i karoserija svakako je i mistični monocoque (monokok). Ovdje se radi o konstrukciji zatvorenih ploha. Drugim riječima, monocoque automobila u stvari je nekakva "kada" koja najčešće predstavlja prostor za vozača/putnike te najnužniju opremu. Ostali dijelovi ovakvog automobila pričvršćeni su na monocoque s prednje i stražnje strane pomoćnim okvirima. Tipičan primjer monocoque konstrukcije svakako su natjecateljski jednosjedi poput bolida Formule 1. Uvedena u "predkarbonsko" doba, ovakva je (uvjetno rečeno) šasija postavila nove standarde u smanjenju ukupne težine bolida podižući čak i čvrstoću cijele konstrukcije, a time i sigurnost

vozača koja je u tim vremenima bila prilično krhka.

Prve monocoque konstrukcije bolida Formule 1 bile su izrađene od aluminijskih limova, no u 80-im

su ih godinama zamijenili umjetni materijali (kevlar i karbon - ugljična vlakna). Put do "civilnih"

automobila monocoque konstrukcijama još je uvijek veoma ograničen, prvenstveno zbog visoke

cijene materijala i izrade. Doduše, još se veliki Colin Chapman (nekadašnji šef Lotusa F1) okušao

pred tridesetak godina izradivši model Elan sa stakloplastičnom monocoque konstrukcijom. Danas

"sreću" da budu ovako konstruirani imaju tek rijetki automobili poput Bugattia EB 110 i Ferraria F

50 (karbon).

sl. 6 - ASF prostorni okvir od aluminija

sl. 7 - Monocoque od ugljičnih vlakana s ovjesom, sjedalom i uvodnicima zraka

(Stewart F1, 1998.)

Glava na ramenima Priči o sigurnosti mogli bismo posvetiti cijelu jednu knjigu, no, budite bez straha. Ovu temu obrađujemo samo danas

Ljudi se dijele na žene, muškarce, lutke koje ih oponašaju... Ne, stanite profesore. To je tema nekog drugog predmeta. Ipak, vidjet ćemo da značajnu ulogu u priči o sigurnosti automobila doista igraju nekakve lutke. Uz to, naučit ćemo i kako se sigurnost automobila dijeli na dvije skupine, pa tako poznajemo AKTIVNU i PASIVNU automobilsku sigurnost. No, to je tek početak priče. Iza ova dva termina stoji dosta rečenica razrade pojedinih elemenata koji sačinjavaju spomenute dvije, osnovne, vrste sigurnosti. Hej, ponovno podsjećamo da je ovo škola osnova, pa stoga ako i propustimo kakav ultramoderni elektronički "gizmo", nemojte nam prigovarati.

Sigurnost Kao što vidite s naše lijepe sheme, priča o automobilskoj sigurnosti poprilično je zamršena. No, ono što je trenutno najznačajnije, moramo objasniti razliku aktivne i pasivne sigurnosti. Stvar je poprilično jednostavna: sustavima Aktivne smatramo sve ugrađeno u automobil što nam pomaže da ne dođe do nezgode. Pod sustavima Pasivne sigurnosti, s druge pak strane, smatramo sve što nam pomaže da tu nezgodu preživimo sa što manjim posljedicama, kada do nje već dođe.

Priča je zapravo jednostavna. Svi ovi, sigurnosni, sustavi ne ugrađuju se radi neke šminke, već radi spašavanja života. Svi oni koji su se našli u situaciju sličnoj ovoj sa slike 2 dobro znaju o čemu pričamo. Nažalost, često ovi izumi često nisu dovoljni. Bilo zbog pogrešnog korištenja i precjenjivanja njihovih mogućnosti, bilo zbog precjenjivanja naših, osobnih. OK. Vrijeme je da malo pojasnimo stvari.

Aktivna sigurnost

Kao što smo rekli, sustavi aktivne sigurnosti

pomažu nam da se automobil i u teškim uvjetima

zadrži na željenoj putanji. Najopćenitiji sustavi

koji su odgovorni za Aktivnu sigurnost su slijedeći:

Svjetla - dakako, automobil mora imati dobra svjetla da bismo noću na što većoj udaljenosti mogli

vidjeti situaciju na cesti

Kočnice - kočnice su, vjerojatno, posljednji sustav aktivne sigurnosti koji koristimo kada zagusti.

sl. 2 - Noćna mora? Ne nužno uz siguran automobil

Opširniji osvrt naći ćete u prethodnim poglavljima Školice. ABS sustav jedan je od najznačajnijih

modernih elektroničkih sustava. Objašnjenje slijedi uskoro.

Ovjes - jednostavno rješenje jest dobar ovjes. Ovako je automobil moguće sigurno održati na

željenoj putanji. Za opširniji prikaz, vratite se nekoliko poglavlja unatrag.

Sustav protiv proklizavanja - sve češće ugrađivani elektronički uređaj omogućava kontrolu nad

pogonskim kotačima kada je podloga skliska.

Spomenimo još nekoliko sustava koji povećavaju aktivnu sigurnost:Upravljanje na sva 4 kotača,

stražnja osovina s pasivnim upravljanjem, aktivni ili poluaktivni ovjes itd.

ABS uređaj koristi da bi se zadržalo okretanje kotača prilikom snažnog kočenja. Naime, pri jakom

kočenju na skliskoj cesti kotači lako blokiraju, a put kočenja s blokiranim kotačima kudikamo je

dulji nego kada se okreću. Stoga je izmišljen ABS (Anti Block System - sustav protiv blokiranja)

uređaj koji pomoću senzora prati okretanje kotača (senzor radi prema načelu na kojem i senzor za

očitavanje okretaja radilice). Kada sustav zabilježi graničnu brzinu okretanja, aktivira se

pneumatski sklop ABS uređaja koji smanjuje pritisak u kočničkom sustavu i tako omogućava

ponovno okretanje kotača. Dakako, cijela se ova "igra" odvija u kratkim dijelovima sekunde.

Sustav protiv proklizavanja također očitava brzinu okretanja kotača, te ako je ona prevelika,

regulira dotok goriva u cilindre ili koči pojedine kotače (ovisno o izvedbi sustava) kako bi se

ponovno uspostavila trakcija.

Pasivna sigurnost

Priča koju mnogi i jedinu smatraju

"pričom o sigurnosti" nekog

automobila jest njegova otpornost

na udarce, odnosno na deformiranje

karoserije prilikom sudara. Pri toj

temi svakako moramo spomenuti

ime Béle Barényia, čovjeka koji je

još 1925. godine osmislio

teleskopsku osovinu upravljača koja

se uvlačila prilikom sudara. Taj

izum smatra se prvim u povijesti

sigurnosnih sustava, a sam je Barényi tijekom svojih godina provedenih u Mercedes-Benzu (1939.-

1974.) patentirao čak 2500 izuma od kojih su mnogi bili posvećeni sigurnosti putnika. Jedan od

najuobičajenijih načina provjere čvrstoće karoserije je tzv. Crash test. Radi se o jednostavnom

zabijanju automobila u nepomični zid nakon čega se proučavaju oštećenja i procjenjuje rizik za

vozača i putnike. Prve crash testove započeli su upravo u Mercedes-Benzu 1939. godine, a iz

prilično davnih dana (šezdesete) je i naša slika 3 koja prikazuje MB 220 koji je na svom putu

prema zidu bio pokretan raketnim motorom!

Osnovna ideja koja se krije iza ovakvog, jednostavnog, crash testa leži u poznatom Newtonovom aksiomu - zakonu akcije i reakcije koji kaže da će nepomično tijelo uzvratiti jednakom energijom tijelu koje je u njega udarilo. S obzirom da je zid nepomičan, automobilu koji u njega udara vraća se sva energija. Tako je udarac automobila sa 60 km/h u nepomičan zid adekvatan frontalnom sudaru dvaju

jednako teških automobila od kojih se oba kreću ovom brzinom. No, sada ćemo malo zakomplicirati. Kada bi automobil bio idealno krut, tj. kada se prilikom sudara ne bi deformirao, njegovo bi zaustavljanje bilo gotovo trenutno. Takvo bi usporenje stvaralo ogromna ubrzanja na tijelima putnika koji to, vjerojatno, nikako ne bi mogli preživjeti. Upravo stoga, današnji se automobili konstruiraju tako da njihov prednji i stražnji dio predstavlja tzv. Zone za gnječenje (eng. Crush zone) koje apsorbiraju dio energije udarca. Ona se, naime, troši upravo na gnječenje tih dijelova karoserije (školjke...) i tako se donekle umanjuje. S druge pak strane, putnički se prostor ostavlja potpuno krutim

sl. 3 - Crash testovi nekad - vatreno iskustvo...

sl. 4 - Sigurnosna ojačanja školjke - Saab 9-5

kako bi se što manje deformirao i pružio što veću mogućnost za preživljavanje. Na slici 4 prikazana je školjka Saaba 9-5. Žuto i crveno obojeni su dijelovi predviđeni za apsorbciju energije, dok je crven kruti putnički prostor.

Stupanj deformiranja zona za gnječenje te putničkog prostora koji svojom krutošću zadržava potreban oblik ilustriran je i propagandnim prikazom tvrtke Mercedes-Benz (slika 5). Točkasto je prikazana deformacija zona za gnječenje, dok je crveno uokviren prostor za putnike. Ovom prilikom moramo naglasiti kako se svi Crash testovi ne provode pod jednakim

uvjetima. Iako je brzina udarca, u pravilu, negdje oko 55-60 km/h, osnovna razlika je u frontalnom 100%-tnom i frontalnom offset udarcu. Potonji je u stvari Crash test u kojem testno vozilo ne udara u prepreku cijelim prednjim dijelom već samo jednim njegovim postotkom (ovisno o vrsti testa). Također, postoje i bočni, pa i stražnji Crash testovi kojima se simulira udarac s boka, odnosno, nalijetanje straga.

Završavajući priču o udaranju autom o zid, spomenimo i lutke koje se nerijetko viđa na slikama

Crash testova. Radi se o posebnim lutkama (na našoj početnoj slici je model EUROSID) koje su

opremljene nizom senzora, a oblikom i težinom odgovaraju prosječnoj odrasloj osobi (dakako,

postoje i lutke koje simuliraju djecu). Podaci koji se dobivaju iz testnih lutaka (Crash Test Dummys

- lutke za Crash test) značajni su prilikom proučavanja sila koje djeluju na ljudsko tijelo u sudaru,

ali i mogućih mjesta udaraca u armature automobila. Uostalom, smanjenje sila ubrzanja koje

djeluju na ljudski organizam te smanjenje mogućnosti udarca najviše se doprinosi povećanju

pasivne sigurnosti.

Ostalo

Ono što je ostalo nikako ne smatramo manje značajnim, naprotiv. Jedan

od najefikasnijih sustava pasivne sigurnosti svakako je i pojas s tri točke

učvršćenja koji je izumio Nils Bohlin za Volvo, 1959. godine. Ideja pojasa

je jednostavna - zaustaviti tijelo da ne naleti na neku od armatura, obruč

upravljača, vjetrobran i sl. Naime, priče poput one "..ma držat ću se ja!"

smiješne su uzmete li u obzir da se kod frontalnog sudara dvaju

prosječnih automobila koji se kreću podjednakom brzinom razvijaju

ubrzanja tijela od nekih 80g. To znači da vam je u trenutku udarca tijelo

80 puta teže što, ruku na srce, niti terminator ne može zadržati! Dakako,

pojasevi su s vremenom postali pametnijima. Od prvobitnih koje smo

naprosto podešavali na odgovarajuću dužinu i zakopčali, ovo se "remenje"

razvilo u sofisticirane sustave sa zatezačima i uređajima za ograničavanje

sile tog istog zatezanja.

Prva varijacija na temu običnog pojasa bio je Inercijski blokator (slika 7). Radi se o pojasu kakav svi danas koristimo, a koji ima oprugu uz čiju se pomoć slobodno možemo kretati naprije-natrag, dok je pojas stalno priljubljen uz tijelo. No, prilikom sudara inercijski sustav se naglo pokreće te blokira daljnje izvlačenje pojasa. Ova komforna i sigurna konstrukcija kasnije je nadopunjena Zatezačima pojaseva. Radi se o sustavima koji služe da u slučaju sudara dodatno zategnu pojas kako bi se ostavilo što manje prostora tijelu za pomak. Ovo se u današnjim automobilima izvodi mehaničkim i pirotehničkim zatezačima. Mehanički zatezači imaju ugrađenu prednapregnutu oprugu koju osigurač oslobađa prilikom sudara te ona zateže pojas. Pirotehnički zatezači koriste eksplozivno punjenje koje pokreće klip povezan s pojasom. Ovaj se sustav aktivira električnim putem, posredstvom senzora koji registrira nagla usporenja. Sustav za kontrolu zatezanja (ograničavanje sile zatezanja) je "šlag" na cijeloj priči o pojasu. Radi se o uređaju koji programirano (različitom jakošću) zateže pojas kako ne bi došlo do ozljeda u trenutku kada se tijelo naglo naslanja na kruto zategnuti pojas.

sl. 5 - Zone koje apsorbiraju energiju sudara

sl. 6 - Nils Bohlin -

izumitelj pojasa na 3 točke ('59.)

sl. 7 - Pojas s inercijskom

blokadom

sl. 8 - Aktiviranje zračnog jastuka - potpuno napuhan za 26 tisućinki

Zračni jastuk

Ovaj sustav pasivne zaštite, kod nas možda i poznatiji kao Airbag, osmišljen je radi dodatnog

sprečavanja udarca glave ili nekog drugog dijela tijela u armature automobila. Naime, i vezani

vozač udarit će glavom u obruč upravljača. Razlog tome su ogromne sile ubrzavanja koje se

razvijaju prilikom sudara (do 80g), te pri kojima se tijelo jako izvija prema naprijed. Upravo za

zaštitu od takve vrste udaraca izmišljen je Airbag ili punim imenom pirotehnički zračni jastuk. Radi

se o vreći napravljenoj od umjetnih materijala koja se prilikom sudara napuše u djeliću sekunde

kao što je prikazano i sekvencama na slici 8. I opet u igru dolazi senzor negativne akceleracije

(usporavanja) koji aktivira eksplozivno punjenje. Ono povećavanjem obujma plinova koji se pri

tome razvijaju puni jastuk stvarajući tako u trenu barijeru između čovjeka i tvrde unutrašnjosti

automobila.

Prvi zračni jastuci koji su ugrađivani u automobile bili su oni u obruču upravljača. Kasnije su osmišljeni i zračni jastuci za suvozača, da bi današnji automobili bili sve češće opremani s po 4 zračna jastuka (dva bočna). Na slici 9 vidimo raspored zračnih jastuka u BMW-ovom coupeu serije 3. Vidljivi su tako jastuci za vozača i suvozača, četiri uobičajena bočna zračna jastuka te dva "cjevasta" jastuka koji se rasprostiru preko prednjih bočnih prozora. Njihova uloga

je spriječiti vozača i suvozača da glavom udare u staklo. Značajno je napomenuti i da se zračni jastuci, nasuprot onome što viđamo u filmovima i video-clipovima, ispuhuju odmah nakon što su se potpuno napuhali. Razlog tome je potreba za osiguranjem vidljivosti koju napuhani airbag narušava.

Ma koliko god sigurnost nekog modela bila na visokoj razini, tragične se nesreće i dalje događaju.

Razlog tome je često u nerazumijevanju osnovnih karakteristika automobila, njegova ponašanja na

cesti, ali i u precjenjivanju mogućnosti kojekakvih elektroničkih sigurnosnih "čuda". Niti jedan ABS

uređaj neće zaustaviti pretjerano brz automobil, a niti jedan vam airbag pri tome ne može spasiti

glavu. Između 60-ak km/h pri koliko proizvođači testiraju otpornost svojih automobila i brzina koje

oni postižu, dubok je i katkada smrtonosan ponor.

Posljednji sat

sl. 9 - Obilje zračnih jastuka garantira sigurnost u modernim

automobilima

Eto, došli smo do kraja. Jasno je da će mnogi ostati željni dodatnog znanja i, mnogi drugi, neke jednostavnije Školice. Ipak, neka vam je za utjehu činjenica da ste svi dobili pet, bez iznimke. Bili ste odličan razred

Četrdeset i dva školska sata su za nama. Iako će ova brojka, nekima, djelovati skromnom, vjerujte da toliko materijala nije bilo jednostavno pripremiti. Na svu sreću, naši su se nastavnici navikli znojiti, trpiti učeničke neposluhe, kroničan nedostatak ilustracija, literature, kave u zbornici i sl. Ipak, nejteže u cijeloj priči bilo je naći pravilan omjer "dobra i zla". Šalu na stranu, trebalo je pažljivo odmjeriti koliko ćemo vas zagnjaviti tehnikalijama, a koliko će prostora biti prepušteno laganoj priči.

Da li smo, pišući ove nastavke, pronašli pravilan omjer jednostavnosti i stručnosti ostaje na vama da prosudite. Kako god bilo, tijekom naše "Školske godine" dobili smo dosta mailova u kojima nas navodite da pišemo stručnije. Takav stav je, svakako, proizišao iz želje nekih naprednijih Autoljubaca koji već solidno poznaju problematiku no žele se i pobliže upoznati s određenim područjima. Svima koji spadaju u tu kategoriju ovom se prilikom želimo ispričati, no potrebno je bilo uvažiti i drugu stranu. Naša je Školica, naime, i bila koncipirana kao što stoji u nadnaslovu. Dakle, kao Škola automobilske

tehnike, a pojam škola ovdje se odnosio ipak na osnovnu i, eventualno, srednju školu tehnike. Uostalom, zamislite kako bi izgledale ove stranice da su ispunjene isključivo derivacijama i grafikonima koji prikazuju promjene toplinskih opterećenja čela klipa...

S druge pak strane, nalaze se oni čitatelji kojima je ovo

bio jedan od prvih susreta s temom tehnike automobila

pa su im neki od tekstova i u ovakvom, razblaženom,

obliku sigurno bili preteški. I njima se želimo ispričati,

no opet treba spomenuti onu "zlatnu sredinu" koja nas

je vodila kroz ova 42 školska sata.

Od obrađenih tema dotakli smo se gotovo svega.

Napomenimo tek kako smo tijekom protekle "Školske

godine" primili više mailova u kojima nas molite da

obradimo pojedine segmente kojih se nismo dotakli.

Ipak, to ćemo morati ostaviti za neku drugu Školicu, ili

možda za kakav "Fakultet automobilske tehnike". U našem smo se programu nastojali držati

osnovnih dijelova od kojih se sastoje automobili i, dakako, neke smo manje važne komponente

propustili. No, iako se od sustava opisanih u naša 42 poglavlja ne može sastaviti kompletan

automobil (gdje su stakla, a gdje otirači za cipele...huh!), smatramo kako smo obradili sve vitalno.

Uostalom, od prvog se Benzovog automobila iz 1886. (otvorna slika) u principu ništa nije

promijenilo. Ostalo je sve tek nadogradnja poznate priče te našu Školicu doista možemo proglasiti

temeljitim osnovama.

U ovom obrađivanju tema najviše smo pažnje posvetili motoru automobila s kojim je, zapravo, i počela cijela priča. Ipak, motor je doista "srce" svakog auta te je s pravom postao najopširnijim dijelom našeg nastavnog programa.

BY MEPS