Analiza comparativa a caracteristicilor motoarelor utilizate la autovehicule

Analiza comparativa a caracteristicilor motoarelor utilizate la autovehicule

In conditii normale de exploatare, functionarea autovehiculelor are loc la regimuri tranzitorii, datorita domeniului foarte larg de variatie a rezistentelor la inaintare si a succesiunii aleatoare a acestora.

Motorul care echipeaza autovehiculul ar fi capabil sa echilibreze, prin posibilitati proprii, intreaga gama de valori ale rezistentelor la inaintare, daca ar dezvolta o putere constanta la toate regimurile de functionare. Prin urmare:

(2.19)

Caracteristica unui astfel de motor este o hiperbola echilatera, figura 2.5, si este cunoscuta sub denumirea de caracteristica ideala sau hiperbola ideala. Functionarea motorului cu caracteristica ideala este intotdeauna stabila, deoarece la reducerea turatiei apare o crestere de moment care echilibreaza rezistenta suplimentara care a generat reducerea turatiei. Un autovehicul echipat cu un astfel de motor ar avea o transmisie fara cutie de viteza.

Fig.2.5. Caracteristica ideala.

Analizand caracteristicile motoarelor care pot fi utilizate la autovehicule si comparandu-le cu caracteristica ideala de tractiune, rezulta urmatoarele:

Caracteristica motorului cu abur, figura 2.6,a, este cea mai apropriata de caracteristica idela. Acest tip de motor a avut o larga utilizare la primele autovehicule, insa mai tarziu a fost inlocuit cu motoarele acu ardere interna, care, chiar daca nu au o caracteristica favorabila propulsiei sunt mai economice si mai compacte. Daca debitul de abur Q_a in cilindrii este constant si daca se considera ca randamentul nu depinde de viteza, atunci produsul M_n const. Prin urmare, caracteristica motorului cu abur M=f(n) este aproximativ hiperbolica, deci se aproprie de cea ideala. Valoarea maxima a momentului M_max este limitata de aderenta cu calea de rulare. Dezavantajele utilizarii masinii cu abur sunt randamentul scazut si greutatea mare. Perfectionarea in continuate a motorului cu abur si politicile de dezvoltare in continuare a autovehiculelor il vor putea readuce in viitor in actualitate.

Fig.2.6. Caracteristica motorului cu abur si a motorului electric.

Caracteristica motoarelor electrice se apropie si ea foarte mult de caracteristica ideala. Aceasta depinde de curentul intrebuintat si de modul de legare al infasurarilor rotorului si a excitatiei. Din punct de vedere al caracteristicii mecanice, motorul de curent continuu cu excitatie in serie este cel mai potrivit pentru propulsia autovehiculelor. In figura 2,6,b este prezentata caracteristica mecanica M=f(n) pentru un astfel de motor, din care se observa dependenta aproape hiperbolica a cuplului motor de turatie. Rezulta ca functionarea motorului asigura reglarea automata a transmisiei nefiind necesara utilizarea unui transformator de cuplu in componenta acesteia. Eficienta economica a acestui tip de motor este mult redusa datorita pierderilor mari care apar la transportul curentului continuu pe distante mari si a costurilor ridicate pentru redresarea curentului alternativ. Cu toate acestea incercarile de utilizare a motoarelor electrice nu au fost abandonate, in ultima perioada datorita cercetarilor care s-au facut pentru gasirea unor metode economice si eficiente de producere sau de stocare a energiei electrice, au fost concepute noi autovehicule electrice sau hibride dintre care unele au fost introduse in fabricatie.

Fig.2.7. Turbina cu gaze cu doi arbori: a) schema; b) caracteristica mecanica.

Turbina cu gaze cu doi arbori, figura 2.7,a, prezinta de asemenea o caracteristica stabila, buna pentru propulsia autovehiculului, desi aceasta difera de caracteristica ideala. In componenta turbinei cu gaze cu doi arbori deosebim urmatoarele parti componente: compresorul C; camera de ardere C.A.; turbina de antrenare a compresorului T1; turbina de antrenare a transmisiei T2. Variatia momentului la acest tip de motor (figura 2.7,b) este aproape liniara. Folosirea turbinei cu gaze este in faza experimentala si a capatat o oarecare raspandire la trenurile rutiere si la unele autoturisme hibride ( pentru antrenarea generatoarelor de curent). Dezavantajele care limiteaza utilizarea acestui motor sunt: randamentul termic mai mic decat al motoarelor cu ardere interna cu piston; randament scazut la turatii mici si la sarcini partiale; obtinerea randamentului maxim la turatii si temperaturi ridicate cu influenta nefavorabila asupra solicitarilor care apar in organele de lucru.

Din analiza facuta asupra caracteristicilor motoarelor care se pot folosi pentru propulsia autovehiculelor, rezulta ca desi sunt cele mai utilizate, motoarele cu ardere interna cu piston au cea mai defavorabila caracteristica, avand variatii mici ale momentului.

Fig.2.8. Caracteristica ideala si caracteristica M.A.I.

In figura 2.8 sunt reprezentate grafic caracteristica mecanica 1 si 1' a unui motor cu ardere interna cu piston si caracteristica ideala 2. Prin comparatie se observa deosebirea esentiala care apare intre cele doua caracteristici, si anume pentru a acoperi intreg domeniul de rezistente la inaintare care apar in timpul exploatarii autovehiculului, motorul cu ardere interna cu piston trebuie supradimensionat (curba 1) si atunci functioneaza cu preponderenta la sarcini partiale cu randament scazut si consum de combustibil mare sau trebuie sa fie ajutat de o cutie de viteze sau o transmisie cu raport de transmitere variabil, care asigura adaptarea momentului la cerintele impuse in exploatare 1'. Folosirea unei cutii de viteze sau a unei transmisii cu raport de transmitere variabil este solutia adoptata de constructorii de autovehicule pentru eliminarea partiala a dezavantajelor motoarelor cu ardere interna cu piston. Principalele avantaje care au impus motorul cu ardere interna cu piston ca principala sursa de energie pentru propulsia autovehiculelor sunt: putere specifica pe unitate de masa si volum mare; constructie simpla si fiabila; consum de combustibil redus.

Ca o concluzie la cele prezentate in acest subcapitol trebuie pus in evidenta faptul ca nici una dintre sursele de energie prezentate nu este eliminata din competitia pentru echiparea autovehiculului secolului viitor. De asemenea este posibila si aparitia altor surse de energie care sa poata fii folosite pentru propulsia autovehiculelor.