Dinamica autovehiculelor – Îndrumar de laborator

LUCRAREA 2

CARACTERISTICA DE TURAŢIE EXTERIOARĂA MOTORULUI CU ARDERE INTERNĂ

2.1. Scopul lucrării :

Lucrarea are drept scop studiul şi construirea caracteristicii de turatie exterioară a motorului cu ardere internă şi a caracteristicii vitezelor teoretice , pentru un anumit autovehiculul indicat .

Parametrii tehnici ai autovehiculului sunt perezentaţi în Anexa 2 din îndrumar .

2.2. Noţiuni teoretice :

2.2.1. Caracteristica de turaţie exterioară

În cazul în care sursa energetică a autovehiculului este un motor cu ardere internă cu piston , parametrii funcţionali ai acestuia influenţează în mod evident şi parametrii dinamici ai autovehiculului .

Se numeşte caracteristică de turaţie a unui motor diagrama ce reprezintă curbele de variaţie ale puterii efective ’’Pe’’ , momentului motor efectiv ’’Me’’ , consumului orar de combustibil ’’Ch’’ şi consumului specific efectiv de combustibil ’’ce’’ , în funcţie de turaţie , la o anumită sarcină constantă .

Determinarea exactă a caracteristicii de turaţie se poate face numai experimental după metode şi în condiţii standardizate .

Pe baza rezultatelor experimentale s-au creat modele matematice de trasare a caracteristicilor de turaţie exterioară utilizând parametrii generali ai motorului indicaţi de constructor şi diverse relaţii matematice empirice .

În funcţie de valoarea sarcinii motorului se definesc mai multe tipuri de caracteristici de turaţie şi anume :

1- caracteristica de turaţie exterioară – reprezintă variaţia puterii maxime absolute a motorului la toată gama de turaţii , dezvoltată la sarcină totală şi în condiţii de reglaje optime ale motorului . Sarcina totală este atunci când obturatorul carburatorului este complet deschis sau cremaliera pompei de injecţie este în poziţia corespunzătoare debitului maxim . Reglajele optime se referă în principal la avansul la declanşarea scânteii electrice sau la începerea injecţiei şi la regimul termic al motorului .

2- caracteristica de turaţie la sarcină totală - se determină la sarcină totală , însă fară a mai fi necesare reglajele optime ale motorului

11

3- caracteristica de turaţie la sarcini parţiale – se determină cu obturatorul carburatorului partial deschis , sau cremaliera pompei de injecţie într-o poziţie intermediară .

4- caracteristica de turaţie la sarcină nulă sau caracteristica de mers în gol corespunde poziţiei de mers în gol a obturatorului carburatorului sau cremalierei pompei de injecţie . În acest caz se trasează numai variaţia consumului orar de combustibil în funcţie de turaţie deoarece Pe = 0, Me = 0 şi ce infinit .

Pe Pmax Pe Pmax

Me Pe Me P*max

Cc PN Cc Pe

ce Cc ce

Cc

Mmax Mmax

Me Me

ce ce

MN

ce min ce min

n n.nmin nM nec nP nmax nmin nM nec nP

* nmax nP

a) b) Fig. 2.1. - Caracteristica de turaţie exterioară a) MAS*) ; b) MAC*)

*) MAS = motor cu aprindere prin scânteie ; MAC = motor cu aprindere prin comprimare

Din studiul caracteristiciii exterioare a motorului cu ardere internă se disting următoarele regimuri de funcţonare în raport cu turaţia arborelui motor :

- nmin turaţia minimă de funcţionare a motorului în sarcină totală , la care se dezvoltă momentul efectiv Mmin şi puterea efectivă Pmin .

- nM turaţia de moment efectiv maxim , la care se dezvoltă momentul motor efectiv maxim Mmax şi puterea efectivă PM .

- nP turaţia la puterea maximă la care se dezvoltă momentul efectiv MP şi puterea efectivă maximă Pmax .

- nmax turaţia maximă la care se dezvoltă momentul motor MN şi puterea PN .

La motoarele cu aprindere prin scânteie , atunci când turaţia creşte peste valoarea nP , puterea motorului se reduce din cauza înrăutăţirii umplerii cilindrilor cu amestec carburant şi sporirii rezistenţelor mecanice în motor. Deoarece acest regim de funcţionare este total neeconomic , turaţia maximă nmax

va depăşi numai cu 10 -20% turaţia de putere maximă nP . Dacă motorul este echipat cu regulator-limitator de turaţie, atunci turaţia

de intervenţie a limitatorului ’’nP* ’’ este mai mică sau cel puţin egală cu

turaţia la puterea maximă nP.

12

Dacă nmax < nP , atunci nmax se numeşte turaţie nominală , iar puterea şi momentul corespunzătoare se numesc putere nominală , respectiv moment nominal. Caracteristica exterioară separă funcţionarea motorului în două zone :

- domeniul de turaţie nM – nP , sau zona de funcţionare stabilă a motorului - domeniul de turaţie nmin – nM , sau zona de instabilitate a funcţionării

Domeniul de stabilitate al funcţionării se apreciază prin coeficientul de elasticitate al motorului ’’Ce’’ definit de raportul :

Ce = (2.1.)

La MAS Ce = 0,45...0,65 , iar la MAC Ce = 0,55...0,75 .

Variaţia momentului motor în zona de stabilitate se apreciază prin coeficientulde adaptabilitate (supleţe) ’’Ca’’ :

Ca = (2.2)

La MAS Ca = 1,10...1,40 , iar la MAC Ca = 1,05...1,15 .

2.2.2. Caracteristica vitezelor teoretice

Reprezintă diagrama de variaţie a vitezei de deplasare a autovehiculului în funcţie de turaţia arborelui motor şi de treapta de viteză selectată.

Viteza teoretică se calculează cu relatia:

va = 0,377 [km/h] (2.3)

unde : n – turaţia arborelui motor [rot/min] ; rr – raza de rulare a roţii motoare exprimată în [m] se determină conform exemplului din Lucrarea 1 itr - raportul total de transmitere al transmisiei autovehiculului

itr = io . icv (2.4) io - raportul de transmitere al transmisiei principale icv - raportul de transmitere al schimbătorului de viteze corespunzător treptei selectate.

Vitezele autovehiculului corespunzătoare turaţiei de moment maxim nM în fiecare treaptă a schimbătorului de viteze se numesc viteze critice ’’vcr’’ , deoarece sub această valoare regimul de funcţionare al motorului devine instabil.

13

Me Mmax va [Nm] [km/h]

vcr lV

vcr III

vcr II

vcr I

nmin nM nP n [rot/min]

Fig. 2.2. Caracteristica vitezelor teoretice

2.3. Modul de lucru : Fazele desfaşurării lucrării sunt :

- selectarea datelor iniţiale - stabilirea datelor ce urmează a se determina ,- rezolvarea aplicaţiei , - trasarea caracteristicii de turaţie exterioară a motorului - trasarea caracteristicii vitezelor teoretice ale autovehiculului .

2.3.1. Datele iniţiale :

Se vor selecta din fişele cu caracteristici tehnice ale autovehiculelor perezentate în - Anexa 2 următoarele datele iniţiale :

- puterea maximă a motorului - Pmax.- turaţia corespunzătoare puterii maxime - nP, - momentul maxim - Mmax , - turaţia corespunzătoare momentului - nM - tipul anvelopelor- raportul de transmitere al transmisiei principale - i0

- rapoartele de transmitere ale treptelor schimbătorului de viteze icv1 , icv2 , icv3 , icv4, icv5 , etc.- viteza maximă de deplasare a autovehiculului - vmax

2.3.2. Date necesare a se determina :

În cadrul aplicaţiei se vor rezolva următoarele:

- calculul momentului motor MP corespunzător turaţiei de putere maximă nP - calculul coeficienţilor de elasticitate Ce şi de adaptabilitate Ca;- trasarea caracteristicii exterioare a motorului autovehiculului , Me = f (n) şi Pe = f (n)- trasarea caracteristicii vitezelor teoretice ale autovehiculului va = f (n);- determinarea valorilor vitezei critice pentru fiecare treaptă de viteză.

2.3.3. Rezolvarea aplicaţiei :

14

Calculul momentului motor MP corespunzător turaţiei de putere maximă nP se face cu relaţia :

Mp = [ Nm] (2.5)

Coeficienţii de elasticitate si adaptabilitate ai motorului se determină cu relaţiile (2.1.) şi (2.2.)

Pentru calcule aproximative se apreciază că valorile momentului motor variază în funcţie de turaţia arborelui cotit după o parabolă patratică de forma:

Me = MP [Nm] (2.6)

unde - coeficienţi ale caror valoari se pot calcula cu următoarele relaţii stabilite empiric pe baza determinărilor experimentale :

la MAS : = ; = ; = (2.7)

la MAC : Din relaţia (2.5) rezultă relaţia de calcul a puterii efective în functie de

momentul motor :

Pe = [ kw] (2.8)

Pentru trasarea caracteristicii exterioare se parcurg următorii paşi:- se calculează valorile coeficienţilor cu relaţiile (2.7)- se dau pentru "n" valori succesive cuprinse între nmin şi nmax cu un pas

de 200…250 rot/min . Valoarea turaţiei nmin = 750 ..... 850 rot/min , iar nmax se alege astfel încat nmax = (1,1....1,2)nP

- pentru valorile lui "n" alese se calculează valorile corespunzătoare ale momentului motor Me şi ale puterii efective Pe folosind relaţiile (2.6) şi (2.8) şi valorile obţinute se vor nota în tabelul 2.1.

- se reprezintă grafic Me =f(n) şi Pe = f(n)

Se întocmeşte Referatul 3 - Caracteristica de turaţie exterioară a motorului

Acesta va conţine : rezumatul noţiunilor teoretice , categoria , marca , tipul şi parametrii tehnici ai autovehiculului studiat , relaţiile matematice utilizate , rezultatele calculelor , Tabelul 2.1 cu valorile determinate , caracteristica de turaţie exterioară a motorului .

Referatul se predă cadrului didactic la sfârşitul şedinţei .

Tabelul 2.1 – Valorile parametrilor caracteristicii exterioare

n nmin= nM= nP= nmax=

15

[rot/min]Me [Nm]Pe [kw]

Pentru trasarea caracteristicii vitezelor teoretice se procedează în felulurmător :- se determină raza de rulare a roţilor motoare rr , conform exemplului din Lucrarea 1 . Valoarea acesteia se va exprima în [m] ;- se calculează viteza autovehiculului corespunzătoare turaţiilor nmin , nM şi nmax pentru fiecare treaptă de viteză cu ajutorul relaţiei (2.3) şi valorile obţinute se înscriu în Tabelul 2.2 ; - se reprezintă grafic variaţia vitezei va funcţie de turaţia arborelui motor. Viteza corespunzătoare turaţiei nM reprezintă viteza critică vcrt în treapta de viteză selectată.

Se întocmeşte Referatul 4 - Caracteristica vitezelor teoretice ale autovehiculului

Acesta va conţine relaţiile matematice utilizate , rezultatele calculelor , Tabelul 2.2 cu valorile determinate , graficul ce reprezintă caracteristica vitezelor teoretice ale autovehiculului .

Referatul se predă cadrului didactic la sfârşitul şedinţei.

Tabelul 2.2 – Vitezele teoretice ale autovehiculului . Viteza

Treapta de viteză

Viteza minimăvmin

[km/h]

Viteza criticăvcrt

[km/h]

Viteza maximăvmax

[km/h]

Trapta I-a Trapta II-a Trapta III-a Trapta IV-a Trapta V-a

2.4. Concluzii : Având în vedere destinaţia autovehiculului studiat se vor face aprecieri asupra valorilor coeficienţior de elasticitate şi adaptabilitate ai motorului şi a caracteristicii de turaţie exterioară . Se va analiza modul in care aceşti parametri satisfac cerinţele de exploatare .

16