Exras din DINAMICA AUTOVEHICULELOR- Îndrumar de proiectare, Editura Universităţii din Piteşti, 2004 Autori Stefan TABACU, Ion TABACU, Tiberiu MACARIE, Elena NEAGU

1

1.3. Organizarea sistemului de propulsie a autovehiculelor

Diversele soluţii constructive în organizarea de ansamblu a transmisiei autovehiculelor se obţin în funcţie de modul de dispunere a motorului, poziţia punţii motoare, tipul caroseriei, modul de dispunere a încărcăturii, etc. Compunerea şi dispunerea agregatelor ce constituie echipamentul de tracţiune (grupul motor-transmisie) constituie o problemă importantă în procesul de concepţie a autovehiculului. Schema adoptată stabileşte de la început caracterul autovehiculului în mişcare şi în acelaşi timp, limitează posibilităţile de dezvoltare şi de amplasare a celorlalte componente ale autovehiculului. Echipamentul de tracţiune poate fi grupat într-un singur loc sau poate fi divizat în elemente separate în ansamblul autovehiculului.

1.3.1. Organizarea generală a autoturismelorr

Motorul -maşina de propulsie- şi transmisia formează grupul (echipamentul)

moto-propulsor. Organizarea şi dispunerea grupului moto-propulsor constituie caracteristici de bază în aprecierea calităţilor de utilizare ale automobilelor.

Grupul moto-propulsor poate fi repartizat de-a lungul axei longitudinale a automobilului sau poate fi grupat într-un singur loc. In funcţie de poziţia relativă dintre axa longitudinală a automobilului şi axa de rotaţie a arborelui cotit, motorul poate fi dispus longitudinal sau transversal. Pentru autoturisme, prevăzute cu două punti, organizarea tracţiunii se poate realiza după solutiile 4x2 sau 4x4, prima cifră indicând numărul roţilor iar cea de-a doua pe cel al roţilor motoare. Pentru organizarea tracţiunii de tipul 4x2 puntea motoare poate fi dispusă în faţă sau în spate. In tabelul 1.1. sunt prezentate principalele soluţii de organizare şi dispunere a grupului moto propulsor în cazul autoturismelor.

Pentru automobilele cu o punte motoare, de tipul 4x2, organizarea transmisiei este făcută în următoarele trei soluţii: clasică, totul faţă si totul spate.

a) soluţia “clasică”, (poziţia a1, Tab.1.1.), presupune dispunerea motorului în partea din faţa automobilului şi puntea motoare în spate, situaţie în care componentele transmisiei sunt distribuite de-a lungul axei longitudinale a automobilului. Transmisia automobilelor cu punte spate motoare şi motor amplasat longitudinal în faţă reprezintă de foarte mult timp schema ideală de organizare. Ambreiajul şi cutia de viteze sunt amplasate longitudinal, între motor şi puntea motoare putând forma un ansamblu compact fie cu motorul fie cu puntea motoare.

Ideea grupării într-un ansamblu compact a motorului cu ambreiajul şi cutia de viteze a fost preferată de constructorii de automobile ce aveau în fabricaţie

CAPACITATEA DE AUTOPROPULSARE A AUTOVEHICULELOR RUTIERE

Exras din DINAMICA AUTOVEHICULELOR- Îndrumar de proiectare, Editura Universităţii din Piteşti, 2004 Autori Stefan TABACU, Ion TABACU, Tiberiu MACARIE, Elena NEAGU

2

propriile motoare. Ea datează încă din 1903 şi a fost realizată în Germania de Adler. Este cea mai răspândită soluţie actuală.

În aceeaşi perioadă 1901- 1904 în Anglia, Clyde, ce nu fabrica motoare, a preferat regruparea cutiei de viteze cu puntea motoare. Soluţia a fost reluată de Daimler (1912) şi Singer (1913) din Anglia, Pontiac (1961) din SUA, Alfa Romeo (1972) în Italia şi Volvo (1976) în Olanda.

În cazul grupării ambreiajului şi cutiei de viteze cu motorul, cutia de viteze este organizată clasic, după soluţia cu trei arbori; o excepţie o reprezintă autoutilitarele uşoare derivate din autoturisme de clasă medie care păstrează organizarea cutiei de viteze cu doi arbori de la acestea. În cazul grupării ambreiajului şi cutiei de viteze cu puntea motoare, frecvent cutia de viteze dispune de doi arbori (ex: Alfa 90, Volvo 340/ 360).

Gruparea într-un bloc comun amplasat în faţă a motorului, ambreiajului şi cutiei de viteze reprezintă cea mai favorabilă soluţie din punct de vedere a repartiţiei sarcini pe punţi; în plus comanda vitezelor poate fi directă şi precisă.

Avantajele principale ale soluţiei clasice sunt: bună repartiţie a sarcini pe punţi; încărcare favorabilă a punţii spate la demaraj şi urcarea pantelor; răcire îmbunătăţită a motorului; uzură relativ identică a roţilor punţii faţă (directoare) şi a celor din spate (motoare); comenzi simple şi precise ale motorului şi cutiei de viteze.

Conferind automobilului calităţi constructive de supravirare, care reprezintă un caracter de mers instabil pe traiectorie, conducerea automobilului necesită fie îndemânare deosebită fie soluţii constructive suplimentare pentru corectarea caracterului de supravirare. Soluţia este limitată la automobile echipate cu puteri medii sau mari şi prezintă avantajul încărcării dinamice la demarare a punţii spate, cu consecinţe favorabile asupra capacităţii dinamice de trecere.

b) soluţia “totul faţă”, (poziţiile a2 şi b1, Tab.1.1.), se obţine prin gruparea grupului moto-propulsor în vecinatatea roţilor faţă care sunt şi roţi motoare. Realizarea unui ansamblu motopropulsor sub forma unui grup compact amplasat în faţă datează de la începutul anilor '30. Acest mod de organizare a fost conceput de inginerul Lepicard care l-a aplicat în Anglia pe automobilul Derby în 1931. Acest mod de organizare este răspândit în domeniul autoturismelor şi autoutilitarelor uşoare cu caroserie autoportantă.

Avantajele soluţiei totul faţă sunt: posibilitatea utilizării caroseriilor autoportante; comportament favorabil pe căi de aderenţă scăzută; Dispunerea transversală a motorului (pozitia b1, Tab. 1.1), constitue o etapă importantă în concepţia şi organizarea transmisiei. Ea a fost o consecinţă a reorganizării generale a automobilului modern, pentru a satisface într-un mod optim compromisul între cerinţele: confort - economicitate - preţ de fabricare, întreţinere, etc.

Ca şi în cazul tracţiunii faţă cu motor longitudinal, motorul şi transmisia sunt înglobate unui ansamblu mecanic numit grup motopropulsor transversal.

Această formulă de organizare oferă următoarele avantaje: reduce dimensiunile compartimentului motor, ceea ce favorizează pentru o aceeaşi lungime a ansamblului automobilului o organizare optimă a salonului pentru pasageri şi compartimentul bagajelor; posibilitatea reducerii consolei faţă şi prin aceasta se sporeşte capacitatea de virare a automobilului, mai ales în spaţii înguste, specifice zonelor urbane; îmbunătăţirea aerodinamicii automobilului prin

Exras din DINAMICA AUTOVEHICULELOR- Îndrumar de proiectare, Editura Universităţii din Piteşti, 2004 Autori Stefan TABACU, Ion TABACU, Tiberiu MACARIE, Elena NEAGU

3

reducerea restricţiilor privind forma frontală a acestuia; utilizarea unei transmisii principale cu angrenaj cilindric ce avantajează randamentul transmisiei şi nu implică reglaje pretenţiose şi costisitoare ca în cazul angrenajelor conice hipoide. Cumularea acestor avantaje justifică amplasarea pe care a luat-o această soluţie în anii '70 şi care a fost generalizată după 1980 la autoturismele de clasă mică, medie şi autoutilitarele uşoare.

Amplasarea unui grup motopropulsor compact, transversal, se realizează în funcţie de poziţia motorului faţă de cutia de viteze în două variante: • motor şi cutie de viteze suprapuse;

•motor şi cutie de viteze în prelungire. Prin amplasarea cutiei de viteze sub motor, cu axele paralele cu axa arborelui cotit, s-a putut realiza un grup motopropulsor cu un gabarit minim în lungime.

Această nouă soluţie de amplasare a motorului pentru tracţiunea faţă era singura compatibilă la acea dată cu structura caroseriei în zona compartimentului motor şi a punţi motoare, care putea fi adaptată unui autoturism foarte compact. Promotor al acestei variante de organizare a grupului motopropulsor este Alec Isigonis care a conceput-o în 1956 pentru autoturismul Mini Austin comercializat în Anglia după 1959. *(Inspirată probabil de "motoblocul" francezului Schandel conceput în 1898 şi fabricat în 1901 la Bordeaux).

Pe baza acestei scheme de organizare au apărut primele autoturisme Peugeot (model 204) cu tracţiune faţă în 1965, sub conducerea ing. Dangauthier. Firma Peugeot a îmbunătăţit ulterior construcţia pentru modelul 304 (1970) şi 104 (1972) apoi 205. Acest grup motopropulsor transversal compact a fost fabricat timp de 20 de ani şi a echipat după 1976 autoturismul Citroen (Visa-Super) şi Renault (R14).

Cutia de viteze a ansamblului este cu doi arbori, similară cu cea de organizare a soluţiilor clasice de acest tip. Elementele specifice acesteia sunt legăturile cu motorul şi puntea motoare. Transmiterea mişcării de la axa arborelui cotit al motorului prin intermediul ambreiajului către arborele primar al cutiei de viteze se realizează printr-un angrenaj de roţi dinţate.

Amplasarea iniţială a angrenajului de transfer motor-cutie între motor şi ambreiaj, care a permis automatizarea transmisiei prin echiparea ansamblului cu un hidroconvertizor (caracterizat de gabarit mare), a fost abandonată în varianta evoluată. La noua soluţie constructorul francez a preferat montajul clasic pentru ambreiaj ceea ce avantaja între altele şi descărcarea palierului spate al motorului. Dispunerea motorului şi a cutiei de viteze într-un carter comun presupune utilizarea unei ungeri comune, dificilă de realizat în mod optim deoarece cerinţele faţă de uleiul din motor şi cutie sunt foarte diferite Varianta de realizare a grupului motopropulsor compact prin etajarea motorului şi cutiei de viteze este aplicată şi în cazul unor transmisii automate. Transferul mişcării de la motor prin hidroconvertizor la arborele de intrare în cutia de viteze planetară se face printr-un lanţ silenţios, multilamelar. Prima soluţie de grup motopropulsor organizat cu motorul şi cutia de viteze în prelungire a fost realizat în 1964, sub conducerea ing. Giacosa pentru echiparea autoturismului Primula. Aplicarea în producţie de serie mare a început în 1971 când a fost adoptată de Fiat pentru modelul 127 şi ulterior 128.

CAPACITATEA DE AUTOPROPULSARE A AUTOVEHICULELOR RUTIERE

Exras din DINAMICA AUTOVEHICULELOR- Îndrumar de proiectare, Editura Universităţii din Piteşti, 2004 Autori Stefan TABACU, Ion TABACU, Tiberiu MACARIE, Elena NEAGU

4

Avantajele acestui mod de montare faţă de precedenta soluţie sunt legate de: flexibilitatea la montarea unor motoare de capacităţi cilindrice diferite; utilizarea aceloraşi motoare la amplasarea transversală şi longitudinală.

Ansamblul motor-ambreiaj-cutie de viteze-transmisie principală-diferenţial realizat în această manieră este caracterizat de:

• montarea transversală pe automobil se face cu motorul în partea dreaptă, în faţa punţii faţă, majoritatea cazurilor având transmisie principala simplă; • organizarea cutiei de viteze presupune utilizarea a doi sau trei arbori paraleli. Dacă, structura cutiei de viteze cu doi arbori, cea mai răspândită astăzi, se păstrează de la montarea longitudinală, cea cu trei arbori este nouă: un arbore primar şi doi arbori secundari montaţi de o parte şi de cealaltă a acestuia. • poziţia diferenţialului, deplasată faţă de axa longitudinală către stânga (faţă de postul de conducere) ceea ce determină lungimi diferite pentru transmisiile transversale. Soluţia cu răspândirea cea mai mare la autoturisme, peste 80% din tipurile

actuale de autoturisme, conferă automobilului un caracter constructiv de subvirare, care reprezintă un caracter autostabilizant pe traiectorie, astfel încât conducerea nu presupune o calificare şi îndemânare deosebită din partea conducătorului.

c) soluţia “totul spate”, (poziţiile a3 şi b2, Tab.1.1.), se obţine prin gruparea grupului moto-propulsor în vecinatatea roţilor spate care sunt şi roţi motoare. Soluţie, avantajoasă valorificării fluxurilor mari de putere prin încărcarea suplimentară statică şi dinamică a punţii din spate în regimul demarăiri, se întâlneşte la autoturisme cu caracteristici sportive. Modul de dispunere a motorului,

Exras din DINAMICA AUTOVEHICULELOR- Îndrumar de proiectare, Editura Universităţii din Piteşti, 2004 Autori Stefan TABACU, Ion TABACU, Tiberiu MACARIE, Elena NEAGU

5 T

abel

ul 1

.1.O

rgan

izar

ea ş

i dis

pune

rea

grup

ului

mot

opro

puls

or.

Org

aniz

are

a tra

cţiun

ii

4 x

4

a4

b3

4 x

2

„Totu

l sp

ate

”

a3

b2

„Totu

l fa

ţă”

a2

b1

„Cla

sic

ă”

a1

Dis

pun

ere

a

motr

ulu

i

Long

itu

din

al

Tra

nsvers

al

CAPACITATEA DE AUTOPROPULSARE A AUTOVEHICULELOR RUTIERE

Exras din DINAMICA AUTOVEHICULELOR- Îndrumar de proiectare, Editura Universităţii din Piteşti, 2004 Autori Stefan TABACU, Ion TABACU, Tiberiu MACARIE, Elena NEAGU

6

longitudinal sau transversal, este dependent în principal de modul de organizare judicioasă a volumului interior. d) La automobilele 4x4, sau “cu tracţiune integrală” ( poziţiile a4 şi b3, Tab. 1.1.), dispunerea motorului se face în partea din faţă, iar antrenarea ambelor punţi se face prin componentele transmisiei distribuite de-a lungul axei longitudinale a automobilului. Soluţia, iniţial dezvoltată pentru automobilele cu capacitate mărită de trecere prezintă avantajul repartizării fluxului de putere la toate roţile automobilului, ameliorându-se calităţile de tracţiune, mai ales în teren greu, unde se reduce riscul patinării roţilor. In plus la “frânarea cu motorul”, forţele de frânare se repartizează pe toate cele patru roţi ceea ce oferă avantaje în special la frânarea pe căi alunecoase.

1.3.2. Organizarea transmisiei autobuzelor

Autobuzele moderne nu mai au motorul separat, la partea din faţă (autobuze cu capotă), ci montat în caroserie, fiind denumite autobuze tip vagon. După locul de dispunere al motorului, autobuzele pot fi construite astfel:

- cu motorul dispus în faţă; - cu motorul dispus sub podea, la mijlocul autobuzului; - cu motorul dispus în spate, longitudinal sau transversal.

Soluţia autobuzului tip vagon cu motorul dispus la partea din faţă are în general direcţia avansată şi scaunul conducătorului alături de motor. Datorită unui centru de greutate ridicat şi a scăpărilor de gaze de la motor se folosesc tot mai rar. Autobuzele cu motorul dispus la mijloc sub podea au centrul de greutate coborât şi o mai bună repartiţie a sarcinilor pe cele două punţi. Motoarele amplasate sub podea sunt, în general, de construcţie specială având cilindri orizontali. În acest caz accesibilitatea la motor este dificilă şi se reduce capacitatea de trecere. În cazul soluţiei cu motorul dispus în spate, autobuzele pot avea motorul dispus longitudinal sau transversal. Prin lipsa arborelui cardanic, caroseria poate fi mult coborâtă, fapt ce conduce la coborârea centrului de greutate şi la îmbunătăţirea stabilităţii. Se ameliorează confortul pasagerilor prin eliminarea scăpărilor de gaze de la motor şi a zgomotului motorului. Prin montarea motorului în spate se uşurează accesul pentru întreţinere şi reparare, spaţiul rămas disponibil între punţi putându-se folosi integral pentru transportul bagajelor.

Dintre dezavantajele importante ale autobuzelor cu motorul amplasat în spate se pot enumera faptul că tijele pentru comenzi sunt foarte lungi şi faptul că răcirea motorului este dificilă.

1.3.3. Organizarea transmisiei autocamioanelor Soluţiile de organizare a autocamioanelor diferă între ele în funcţie de modul

de dispunere a motorului în raport cu puntea din faţă şi a cabinei faţă motor. Puntea motoare este montată, ca şi la autobuze, totdeauna în spate, motorul

fiind dispus: - în faţa cabinei; - sub cabină;

Exras din DINAMICA AUTOVEHICULELOR- Îndrumar de proiectare, Editura Universităţii din Piteşti, 2004 Autori Stefan TABACU, Ion TABACU, Tiberiu MACARIE, Elena NEAGU

7

- între cabină şi caroserie; - între punţi sub cadru.

Autocamioanele actuale au motorul dispus deasupra punţii din faţă, iar cabina deasupra motorului. Această soluţie (cabina avansată) conduce la o mărire a lungimi platformei de încărcare, la repartiţii corespunzătoare a sarcinii pe punţi, la vizibilitate mai bună pentru conducător şi la o reducere a lungimii de gabarit.

Prin deplasarea motorului spre spate, între cabină şi caroserie, sau între punţi sub cadru, se menţine o vizibilitate bună, creşte capacitatea cabinei, dar se reduce accesibilitatea la motor şi se micşorează capacitatea de trecere a autocamionului, mai ales în cazul dispunerii motorului sub cadru.

În privinţa accesului la motor, la autocamioanele cu cabină avansată, se folosesc trei soluţii şi anume:

- capotă interioară; - capote laterale; - cabină rabatabilă.

Soluţia cu capotă interioară se foloseşte la motoarele în linie. Accesul la motor transformă cabina în „atelier de reparaţii”, murdărind interiorul cabinei. Soluţia cu capotă laterală se întâlneşte în cazul cabinelor lungi. În comparaţie cu prima soluţie prezintă avantajul îmbunătăţirii accesului la motor. Soluţia cu cabină rabatabilă permite accesul foarte uşor la motor. Rabatarea cabinei se poate face separat, scaunul conducătorului, volanul şi pedalierul rămânând pe loc sau împreună cu aceste organe. Această soluţie necesită o etanşare foarte bună a cabinei faţă de motor, precum şi amplasarea a 3-4 locuri în cabină.

Din cele expuse, rezultă că alegerea locului de amplasare a motorului rezolvă problema lungimii totale a autocamionului, accesibilităţii la motor şi a repartiţiei sarcinilor între punţi.

Cu siguranţă că despre fiecare categorie de automobile, fie ele autoturisme, autobuze, sau autocamioane, pot fi adăugate încă multe alte informaţii şi caracteristici, dar, în cele prezentate, s-a urmărit să fie evidenţiate şi cunoscute principalele tendinţe existente în domeniu, pentru ca studentul care intră în contact cu aceste noţiuni să-şi poată forma o primă imagine asupra organizării de ansamblu a autovehiculului.

ui.