Construcția și calculul autovehiculelor II

Dinamica tracțiunii autovehiculului de proiectat

Caracteristica de turație la sarcină totală

Caracteristicile motoarelor cu ardere internă sunt reprezentări grafice ale variației unor mărimi și indici de performanță ai motorului (puterea, momentul motor, consumul de combustibil, randamentul termic, etc.), în funcție de un anumit factor principal care influențează performanțele energetice și de economicitate (de exemplu: un parametru de regim - turația, sarcina, sau un parametru de reglaj - avansul la injecție, dozajul, etc.) considerat ca variabilă independentă. [5]

Pentru studiul dinamicii tracțiunii autovehiculelor o importanță deosebită o are caracteristica de turație care prezintă dependența puterii efective, momentului motor efectiv, consumului orar de combustibil și a consumului specific efectiv de combustibil în funcție de turație atunci când motorul funcționează la diferite sarcini. Performanțele dinamice maxime se obțin atunci când motorul funcționează la sarcină totală. [2]

La motorul cu aprindere prin comprimare (MAC) sarcina se reglează prin modificarea cantității de combustibil injectate în cilindru. [2]

Caracteristica de turație la sarcină totală se ridică pentru poziția pârghiei de comandă a pompei de injecție la debit maxim de combustibil, de la sarcină turația minimă de funcționare nmin, până la turația maximă de funcționare nmax. [5]

La motorul diesel puterea maximă este limitată de turația maximă admisibilă a motorului, datorită creșterii solicitărilor termo-mecanice sau a înrăutățirii desfășurării arderii. [5]

Creșterea puterii este limitată înainte de atingerii valorii maxime de către un dispozitiv special - regulatorul limitator de turație. Zona de funcționare între turația de intrare în acțiune a regulatorului și turația maximă reprezintă „ramura de regulator”; în această zonă, variația puterii efective și a momentului efectiv este foarte abruptă într-un interval de turații relativ îngust, ceea ce asigură o bună stabilitate în funcționare la variații mari ale rezistențelor la înaintare. [2]

Caracteristica de turație se poate determina pe cale analitică (în faza de proiectare a MAI poate fi estimată prin calcul). [2]

"P" " " _"e" ="P" _"e.max" "∙" ["α∙" "n" /"n" _"P" "+β∙" ("n" /"n" _"P" )^"2" "-γ∙" ("n" /"n" _"P" )^"3" ] pentru n≤n_med

P _e=P_(e.max)∙[α'∙n/n_P +β'∙(n/n_P )^2-γ'∙(n/n_P )^3 ] pentru n>n_med (1.2)

Unde n_med=(n_M+n_P)/2 (1.3)

nP - turația de putere maximă

nM - turația de moment maxim

În urma calculului rezistențelor la înainte, respectiv a puterilor necesare pentru învingerea rezistențelor la înaintare s-a constatat că pentru o obține viteza maximă impusă prin tema de proiect este necesar ca motorul cu ardere internă să dezvolte o putere de: P_Vmax=126,75 kW.

nP - turația de putere maximă

nM - turația de moment maxim

nVmax - turația de viteza maximă

M_e=9555∙P/n

Raportul de turații la viteză maximă este: [4]

ζ=n_Vmax/n_P (1.4)

nVmax - turația de viteza maximă

Se alege valoarea coeficientul zeta pentru un automobil echipat cu motor cu ardere prin comprimare (MAC) din literatura de specialitate [4]. ζ = 0,9

Adaptabilitatea motorului de autovehicul la tracțiune reprezintă capacitatea acestuia de a învinge rezistențe la înaintare cât mai mari prin posibilități proprii, mărind momentul motor la scăderea turației cauzată de creșterea rezistențelor la înaintare. [2]

Se definește coeficientul de adaptabilitate al motorului:

c_a=M_(e.max)/M_(e.P) >1 (1.5)

Elasticitatea motorului de autovehicul reprezintă capacitatea acestuia de a realiza, prin domeniul său de turații în regim stabil de funcționare, o gamă cât mai largă de viteze de deplasare fără a fi necesară modificarea raportului de transmitere al schimbătorului de viteze.

c_e=n_M/n_P <1 (1.6)

În urma analizei parametrilor modelelor de autovehicule similare s-au obținut următoarele valori pentru cei doi coeficienți:

ca = 1,157; ce = 0,483

Valorile coeficienților de formă pentru modelarea curbei de putere a motorului la sarcină totală pentru zona turațiilor joase: [2]

α=(c_e^2-c_a∙(2∙c_e-1))/(1-c_e )^2 , β=(2∙c_e-〖(c〗_a-1))/(1-c_e )^2 , γ=(〖(c〗_a-1))/(1-c_e )^2 (1.7)

α+β-γ=1 (1.8)

Valorile coeficienților de formă pentru modelarea curbei de putere a motorului la sarcină totală pentru zona turațiilor ridicate: [2]

α'=(c_e^2-〖3∙c〗_e-c_a)/(1-c_e )^2 , β'=(3-2∙c_a-c_e^2)/(1-c_e )^2 , γ'=(〖2-(c〗_e+c_a))/(1-c_e )^2 (1.9)

α'+β'-γ'=1 (1.10)

În urma calculelor se obțin următoarele valorile pentru cei șase coeficienți:

α = 1,020; β = 0,567; ϒ = 0,587

α’ = 0,651; β’ = 1,698; ϒ = 1,349

Se definește funcția f(ζ). [4]

f(ζ)=α’∙ζ+β’∙ζ^2-ϒ’∙ζ^3 (1.11)

Se obține: f(0,9)=0,651∙0,9+1,698∙〖0,9〗^2-1,349∙〖0,9〗^3=0,978

Se calculează puterea maximă necesară a motorului cu ardere internă:

P_max=P_Vmax/(f(ζ) ) (1.12)

Se obține: P_max=126,75/(0,978 )=129,62 kW.

Valoarea obținută se aproximează: P_e=130 kW.

Turația de putere maximă a motorului se alege în funcție de media valorilor turațiilor de putere maximă pentru modele de autovehicule similare.

nP = 3600 rot/min

Turația de moment motor maxim se calculează din valoarea coeficientului de elasticitate al motorului.

Se obține: n_M=c_e∙n_P=0,483∙3600=1740 rot/min.

Turația minimă de funcționare a motorului: n_min=0,2∙n_P. [2]

Se obține: n_min=0,2∙3600=720 rot/min.

Turația de viteză maximă se calculează din raportul de turații la viteză maximă.

Se obține: n_Vmax=ζ∙n_P=0,9∙3600=3240 rot/min.

Regulatorul limitator de turație intervine la o turație mai mică sau cel mult egală cu turația de putere maximă propriu-zisă. [4]

n_ir≤n_P (1.13)

Se alege: nir = 3600 rot/min

Turația maximă permisă de regulatorul limitator de turație: n_(max.r)=1,085∙n_P. [2]

Se obține: n_(max.r)=1,085∙3600=3900 rot/min.