Motor

Četvorotaktni SUS motor

Motor (od latinskog movēre, mōvī, mōtum - pokretati) je pogonska mašina koja neki vid energije kontinuirano pretvara u mehanički rad. Ako pretvaranje energije nije kontinuirano, mašina se naziva aktuator. U današnje vreme se pod nazivom motor obično podrazumeva motor sa unutrašnjim sagorevanjem (SUS) koji se koristi u automobilima.

Toplotni motor pretvaraju toplotu u rad putem različitih termodinamičkih procesa. Motor sa unutrašnjim sagorevanjem je možda najčešći primer toplotnog motora, kod kojeg toplota izgaranja goriva dovodi do brzog porasta pritiska gasovitih proizvoda sagorevanja u komori za sagorevanje, zbog čega se oni šire i pokreću klip koji okreće radilicu. Elektromotori pretvaraju električnu energiju u mehaničko kretanje, pneumatski motori koriste komprimovani vazduh, a satni motori u igračkama na navijanje koriste elastičnu energiju. U biološkim sistemima, molekularni motori, poput miozina u mišićima, koriste hemijsku energiju za stvaranje sila i konačno kretanje.

Terminologija

Reč motor potiče od starofrancuskog engin, od latinskog ingenium - korena reči ingenious. Predindustrijska ratna oružja, poput katapulta, trebušeta i ovnova, nazivali su opsadnim motorima, a znanje o tome kako se mogu konstruisati često se tretirano kao vojna tajna. Reč džin, kao u pamučni džin, je skraćenica za engine. Većina mehaničkih uređaja izumljenih tokom industrijske revolucije opisani su kao motori - zapaženi primer je parna mašina. Međutim, originalni parni motori, poput Tomas Sejverijevih, nisu bili mehanički motori već pumpe. Na ovaj način, vatrogasno vozilo u svom izvornom obliku bilo je samo pumpa za vodu, pri čemu su motor prevozili konji do mesta požara.

U savremenoj upotrebi, pojam motor obično opisuje uređaje, poput parnih mašina i motora sa unutrašnjim sagorevanjem, koji sagorevaju ili na drugi način troše gorivo za obavljanje mehaničkih radova koristeći obrtni momenat ili linearnu silu (obično u obliku potiska). Uređaji koji pretvaraju toplotnu energiju u kretanje obično se nazivaju jednostavno motorima. Primeri motora koji koriste obrtni momenat uključuju uobičajene automobilske benzinske i dizel motore, kao i turbo vratila. Primeri motora koji proizvode potisak uključuju turboventilatore i rakete.

Kada je došlo do izuma motor sa unutrašnjim sagorevanjem, termin motor se u početku koristio da bi se razlikovao od parne mašine - koja je u to vreme bila široko korišćena za pogon lokomotiva i drugih vozila poput parnih valjaka. Izraz motor potiče od latinskog glagola moto što znači pokretanje ili održavanje kretanja. Stoga je motor uređaj koji daje kretanje.

Motor i mašina su zamenljivi u govornom jeziku. U nekim inženjerskim žargonima ove dve reči imaju različita značenja, pri čemu je engine uređaj koji sagoreva ili na drugi način troši gorivo, menjajući njegov hemijski sastav, a motor je uređaj koji pokreće struja, vazduh ili hidraulički pritisak, a koji ne menja hemijski sastav svog izvora energije. Međutim, raketni pogon koristi termin raketni motor, iako konzumira gorivo.

Toplotna mašina takođe može poslužiti kao primarni pokretač - komponenta koja transformiše protok ili promene pritiska fluida u mehaničku energiju. Automobil koji pokreće motor sa unutrašnjim sagorevanjem može koristiti razne motore i pumpe, ali na kraju svi takvi uređaji snagu dobijaju iz motora. Drugi način na koji se na to gleda je da motor prima snagu iz spoljnog izvora, a zatim je pretvara u mehaničku energiju, dok mašina stvara snagu iz pritiska (izvedenog direktno od eksplozivne sile sagorevanja ili druge hemijske reakcije, ili sekundarno od dejstva neke takve sile na druge supstance kao što su vazduh, voda ili para).

Opšti princip rada

Svi motori, bez obzira na vrstu, rade na principu zakona termodinamike i stoga vrše rad koji je manji od energije utrošene na pokretanje motora. Odnos između uložene energije i rada koji motor izvrši naziva se koeficijent korisnog dejstva. Ovaj koeficijent je u praksi uvek manji od teorijski izračunatog koeficijenta za određeni tip motora, jer se jedan deo energije izgubi unutar motora na zagrevanje.

Dvotaktni motori

Princip rada dvotaktnog motora je jednostavan. Dvotaktni motor ima dva takta, prvi takt sadrži usis i komprimiranje vazduha, dok je drugi takt radni, odnosno sadrži ekspanziju i ispuh. Kretanjem klipa iz donje mrtve tačke (u daljnjem tekstu DMT) započinje prvi takt. Na donjem delu košuljice cilindra nalaze se usisni kanali za usisavanje svežeg vazduha kojeg potiskuje punjač. Prolaskom klipa iznad usisnih kanala prestaje dotok svežeg vazduha i počinje komprimovanje vazduha. Klip se kreće ka gornjoj mrtvoj tački (u daljnjem tekstu GMT). Kada klip stigne u GMT započinje radni takt. Međutim, ubrizgavanje goriva započinje nekoliko stupnjeva pre GMT. Ubrizgavanjem goriva u prostor cilindra, ono se samozapaljuje zbog visoke temperature komprimiranog vazduha i fino raspršenih čestica goriva. Gorivo se ubrizgava pod pritiskom od oko 150 bara. Nakon ekspanzije klip kreće prema DMT i okreće koljenasto vratilo na koje je spojen preko križne glave i ojnice. Izduvavanje počinje kada klip svojim kretanjem prema DMT otvori izduvne kanale na košuljici cilindra, koji su smešteni iznad usisnih kanala tako da veći deo izgorele smeše izađe izvan prostora cilindra, tako da kad klip otvori usisne kanale sveži vazduh pomogne ispiranju cilindra od izgorele smeše. Dolaskom klipa u DMT završava radni takt i započinje prvi.

Gornji opis je opis dvotaktnog dizel motora, a za benzinske motore postoji par razlika. U cilindar se ubacuje smeša vazduha i goriva, koja se sabija, a zatim, nekoliko stupnjeva pre GMT se pali iskrom iz svećice.

Četvorotaktni motori

Princip rada četverotaktnih motora je malo složeniji od rada dvotaktnog motora. Četverotaktni motor ima četiri takta. Prvi takt je usis gorive smese ili vazduha. Kretnjom klipa iz GMT prema DMT otvara se usisni ventil koji se zatvara nešto pre dolaska klipa u DMT. Sledi drugi takt ili komprimovanje smese (vazduha). Kretnjom klipa iz DMT prema GMT klip komprimuje smesu (vazduh) koja se pali nekoliko stupnjeva pre GMT. Kod benzinskih motora svećica pali smesu vazduha i benzina, a kod dizel motora gorivo se ubrizgava u cilindar u kojem je komprimovani vazduh visoke temperature i ona se samozapaljuje. Treći takt je ekspanzija koja je radni takt. Klip se kreće iz GMT prema DMT eksplozijom nastalom zapaljivanjem smese. Nešto pre DMT otvara se ispušni ventil i klip svojim kretanjem prema GMT istiskuje izgorelu smesu izvan cilindra. Nešto pre GMT otvara se usisni ventil koji dodatno pospešuje ispiranje cilindra. Dolaskom klipa u GMT zatvara se ispušni ventil i završava ispušni takt, te proces počinje ispočetka.

Istorija

Prvi motori su nastali kao čovekova eksploatacija prirodnih procesa. Recimo, čovečanstvo je koristilo snagu vode i vetra u mlinovima.

Prvi motor koji je zaista bio nezavisan od prirode bila je parna mašina. Ova vrsta motora se zasniva na proizvodnji pare koja pokreće klip u cilindru. Translatorno kretanje se zatim obično transformiše u rotaciono kretanje inercionog točka.

U 19. veku nastali su motori u kojima gorivo sagoreva u kontrolisanim eksplozijama koje se periodično izazivaju varnicama. Ovakva vrsta motora (sa unutrašnjim sagorevanjem) pokreće automobile i avione, a kroz istoriju je više puta unapređivana i usavršavana. Prvu teoriju motora je zasnovao Sadi Karno 1824. Karl Benc je krajem 19. veka razvio automobilski motor polazeći od Otovog četvorotaktnog motora, što je postao višedecenijski standardni dizajn.

Zbog rastuće potrebe za snažnim vojnim avionima i raketama za vreme Drugog svetskog rata, inženjeri su razvili mlazne i raketne motore.

Vrste motora

• elektromotori
• toplotni motori (sa spoljašnjim ili unutrašnjim sagorevanjem)
• hidraulični motori
• pneumatski motori

• motori u širem smislu:
  • biološki motori (smatraju se hemijskim motorom bez sagorevanja, recimo mišići)
  • inercioni motori (pokreće ih klatno ili opruga, recimo časovnici)

Galerija

• 
  Dvocilindrični motor Bryce
• 
  Zvezdasti motor K-9
• 
  Zvezdasti motor K-9
• 
  Zvezdasti motor K-7
• 
  Šestocilindrični motor, 1940. godina
• 
  Vankelov motor od 9 kS
• 
  Četvorotaktni dizel motor

Literatura

• J.G. Landels, Engineering in the Ancient World, ISBN 0-520-04127-5
• Kroemer, Herbert; Kittel, Charles (1980). Thermal Physics (2nd izd.). W. H. Freeman Company. ISBN 0-7167-1088-9. 
• Callen, Herbert B. (1985). Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics (2nd izd.). John Wiley & Sons, Inc. ISBN 0-471-86256-8. 
• Brown, Richard (2002). Society and Economy in Modern Britain 1700-1850. Taylor & Francis. ISBN 978-0-203-40252-8. 
• Chapelon, André (2000) [1938]. La locomotive à vapeur [The Steam Locomotive] (na jeziku: francuski). Prevod: Carpenter, George W. Camden Miniature Steam Services. ISBN 978-0-9536523-0-3. 
• Crump, Thomas (2007). A Brief History of the Age of Steam: From the First Engine to the Boats and Railways. 
• Ewing, Sir James Alfred (1894). The Steam-engine and Other Heat-engines. Cambridge: University Press. 
• Hills, Richard L. (1989). Power from Steam: A history of the stationary steam engine. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-34356-5. 
• Hunter, Louis C. (1985). A History of Industrial Power in the United States, 1730–1930. Vol. 2: Steam Power. Charlottesville: University Press of Virginia. 
• Hunter, Louis C.; Bryant, Lynwood (1991). A History of Industrial Power in the United States, 1730–1930. Vol. 3: The Transmission of Power. Cambridge, Massachusetts: MIT Press. ISBN 978-0-262-08198-6. 
• Landes, David S. (1969). The Unbound Prometheus: Technological Change and Industrial Development in Western Europe from 1750 to the Present. Cambridge, NY: Press Syndicate of the University of Cambridge. ISBN 978-0-521-09418-4. 
• McNeil, Ian (1990). An Encyclopedia of the History of Technology. London: Routledge. ISBN 978-0-415-14792-7. 
• Marsden, Ben (2004). Watt's Perfect Engine: Steam and the Age of Invention. Columbia University Press. 
• Nag, P. K. (2002). Power Plant Engineering. Tata McGraw-Hill Education. ISBN 978-0-07-043599-5. 
• Payton, Philip (2004). „Trevithick, Richard (1771–1833)”. Oxford Dictionary of National Biography (online izd.). Oxford University Press. doi:10.1093/ref:odnb/27723.  (Subscription or UK public library membership required.)
• Peabody, Cecil Hobart (1893). Thermodynamics of the Steam-engine and Other Heat-engines. New York: Wiley & Sons. 
• Robinson, Eric H. (mart 1974). „The Early Diffusion of Steam Power”. The Journal of Economic History. 34 (1): 91—107. JSTOR 2116960. doi:10.1017/S002205070007964X. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Rose, Joshua. Modern Steam Engines (1887, reprint 2003)
• Stuart, Robert (1824). A Descriptive History of the Steam Engine. London: J. Knight and H. Lacey. 
• Van Riemsdijk, J.T. Pictorial History of Steam Power (1980).
• Stationary Combustion Gas Turbines including Oil & Over-Speed Control System description
• "Aircraft Gas Turbine Technology" by Irwin E. Treager, McGraw-Hill, Glencoe Division, (1979) ISBN 0-07-065158-2.
• "Gas Turbine Theory" by H.I.H. Saravanamuttoo, G.F.C. Rogers and H. Cohen, Pearson Education, 2001, 5th ed., ISBN 0-13-015847-X.
• Leyes II, Richard A.; William A. Fleming (1999). The History of North American Small Gas Turbine Aircraft Engines. Washington, DC: Smithsonian Institution. ISBN 978-1-56347-332-6. 
• R. M. "Fred" Klaass and Christopher DellaCorte, "The Quest for Oil-Free Gas Turbine Engines," SAE Technical Papers, No. 2006-01-3055, available at sae.org
• "Model Jet Engines" by Thomas Kamps ISBN 0-9510589-9-1 Traplet Publications
• Aircraft Engines and Gas Turbines, Second Edition by Jack L. Kerrebrock, The MIT Press, (1992) ISBN 0-262-11162-4.
• "Forensic Investigation of a Gas Turbine Event" by John Molloy, M&M Engineering
• "Gas Turbine Performance, 2nd Edition" by Philip Walsh and Paul Fletcher, Wiley-Blackwell, 2004 ISBN 978-0-632-06434-2
• National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine (2020). Advanced Technologies for Gas Turbines (Izveštaj). Washington, DC: The National Academies Press. doi:10.17226/25630. 

Spoljašnje veze

• Sve o automobilima i motorima
• Kako funkcionišu automobili?
• Animacija rada motora
• Engine (technology) na sajtu Enciklopedija Britanika
• U.S. Patent 194.047
• Detailed Engine Animations Архивирано на сајту Wayback Machine (25. јун 2017)
• Working 4-Stroke Engine – Animation Архивирано на сајту Wayback Machine (25. април 2019)
• Animated illustrations of various engines
• 5 Ways to Redesign the Internal Combustion Engine
• Article on Small SI Engines.
• Article on Compact Diesel Engines.
• Detailed Engine Classification Архивирано на сајту Wayback Machine (16. октобар 2021)