Sinteza Vlad Vornicu 20170830 [310111]

PROIECT DE CERCETARE

Sisteme de propulsie pentru autovehicule

Doctorand: [anonimizat]. Vlad-[anonimizat]. Univ. Dr. Ing. Edward RAKOȘI

Iași – 2017

C U P R I N S

C a p i t o l u l 1

Sisteme de propulsie pentru autovehicule

Structură. [anonimizat], [anonimizat]. [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat] [10].

Materializându-[anonimizat], realizarea unor vehicule propulsate a stimulat în permanență capacitățile creatoare ale tehnicienilor și inovatorilor din toate timpurile. [anonimizat] (motorul cu abur sau motorul cu ardere internă) s-a [anonimizat] (1711) [anonimizat] (1765) [anonimizat] [8]. Tot lui Watt i [anonimizat] a [anonimizat], regulatorul cu contragreutăți cu rol în reglarea automată a [anonimizat], care uniformizează mișcarea de rotație. [anonimizat] a [anonimizat], în anul 1769 de către inginerul artilerist Joseph Cugnot (figura 1.1).

[anonimizat], Murdock, în anul 1784 a construit o [anonimizat] 1798 o [anonimizat], Evans, în anul 1797 obține autorizația de a construi vehicule cu abur de înaltă presiune. [anonimizat] 1839, [anonimizat]-[anonimizat] 15 km/oră.

[anonimizat] 24 ianuarie 1860.

[anonimizat] a [anonimizat], brevetează în 1862 [anonimizat], [anonimizat]. În 1867, [anonimizat], [anonimizat]-un randament de 16%, motor care obținea medalia de aur. [anonimizat] 1876, [anonimizat], [anonimizat] [3]. [anonimizat] 1893, motorul cu ardere internă cu aprindere prin comprimare.

[anonimizat] 1884, Gottlieb Daimler a construit primul motor monocilindric pentru un automobil (caracterizat prin dimensiuni mici și putere relativ mare), la care amestecul carburant (pe bază de petrol) era realizat de un carburator elementar, cu antrenare și vaporizare vacuumatică (figura 1.2). Distribuția era mixtă: supapa de admisie cu arc, funcționa prin depresiunea aerului din cilindru iar cea de evacuare era comandată de un arbore cu camă, aprinderea realizîndu-se cu un tub incandescent, iar răcirea forțată se asigura printr-un ventilator.

În 1894, profesorul Enrico Bernardi construiește un motor monocilindric, având supapele plasate în capul cilindrului, comandate prin came, carburator cu cameră de nivel constant și jiclor, pompă de ulei și radiator tubular, pe care îl montează pe o trăsură cu trei roți.

În funcție de anumite particularități constructive, dar și de tipul combustibilului utilizat sau de natura energiei convertite, sistemele de propulsie se pot diferenția după tipul motorului și după tipul transmisiei asociate acestuia.

La ora actuală, în domeniul automobilelor, cele mai răspândite sunt încă sistemele de propulsie cu motor termic cu ardere internă cu piston, cu mișcare rectilinie alternativă, ce utilizează combustibili petrolieri lichizi și transmisii mecanice, manuale sau automate, în trepte sau continue, precum și transmisii hidraulice; ele sunt considerate, din acest motiv, sisteme de propulsie convenționale.

Sisteme convenționale și neconvenționale. Motorul cu ardere internă – principala sursă energetică în structura sistemelor de propulsie

Așa cum arată literatura tehnică din domeniu, sistemul de propulsie este în mod indisolubil legat de automobilul pe care este montat [43]. Alegerea, dimensionarea și proiectarea sa se fac în strânsă legătură cu tipul, destinația și regimul de exploatare al automobilului căruia îi este destinat. Principalul criteriu de clasificare îl constituie tipul mecanismului motor. Din acest punct de vedere, distingem motoarele cu ardere internă cu piston, ca și sistem de propulsie convențional. Acesta utilizează un mecanism motor de tip bielă manivelă, prevăzut cu piston, așa cum se arată în figura 1.4, în care sunt indicate și câteva dintre componentele sale. Aceste motoare se bucură de o tehnologie de fabricație foarte bine pusă la punct. Datorită acestui aspect, precum și altor avantaje importante, la ora actuală, în construcția de automobile se folosesc, într-o majoritate covârșitoare, motoarele cu ardere internă cu piston, astfel încât, la nivel mondial există o foarte mare disponibilitate de astfel de unități energetice.

Motorul este de fapt, mai precis definit prin noțiunea de grup motor, care include motorul propriu-zis precum și instalațiile sale auxiliare (instalațiile de alimentare, aprindere, pornire, răcire, ungere) [10].

Motorul cu ardere internă (MAI) este un motor termic care transformă parțial energia termică, rezultată prin reacții chimice de oxidare a unui combustibil, în energie mecanică (lucru mecanic), folosind ca fluid motor sau agent de lucru gaze rezultate prin arderea ciclică a amestecului aer-combustibil într-un volum variabil, limitat parțial de elemente ale mecanismului motor.

Motoarele cu ardere internă cu piston (MAIP) folosesc ca mecanism motor mecanismul piston-bielă-manivelă [10, 40].

În funcție de natura combustibilului utilizat se întâlnesc MAI cu combustibili lichizi ușori (benzină, alcooli), cu combustibili lichizi grei (motorină, păcură, uleiuri minerale sau vegetale), cu combustibili gazoși (gaze comprimate sau lichefiate, biogaz) [36]. De asemenea, întâlnim și motoare cu alimentare mixtă, la care combustibilul de bază este gazos, iar pentru aprindere și pentru pornire se utilizează combustibili lichizi și MAIP policarburate la care ce se pot utiliza, după disponibilități, diferiți combustibili lichizi.

Referitor la modul de formare a amestecului, motoarele cu ardere internă pot avea formarea amestecului în exteriorul camerei de ardere (motoare cu carburator\ motoare cu gaze și motoare cu injecție de benzină în conducta de admisie), fie formarea amestecului în camera de ardere (motoare cu injecție de benzină sau combustibili lichizi grei în camera de ardere și motoare cu gaze cu adaos de combustibil lichid sau gazos la începutul comprimării). De asemenea, se regăsesc și motoare cu amestec stratificat la care se asigură amestecuri de dozaje diferite în diferite zone ale camerei de ardere.

Evidențiind modul de aprindere a amestecului carburant, putem discuta despre motoare cu aprindere prin scânteie (MAS – motoare cu carburator, cu injecție de benzină, cu gaze), motoare cu aprindere prin comprimare (MAC – motoare cu injecție de motorină, motoare cu hidrogen, cu uleiuri vegetale) [4, 6, 7], motoare cu pre-cameră și aprindere prin flacără (aprinderea de la scânteie se realizează într-o cameră cu amestec bogat, iar flacăra rezultată aprinde amestecul sărac din cilindru) și motoare cu aprinderea combustibilului gazos prin inițierea aprinderii unei mici cantități de combustibil lichid ce ia foc prin comprimare). Motoarele cu aprindere prin comprimare se pot, de asemenea, ramifica în funcție de tipul camerei de ardere în motoare cu injecție directă sau cu cameră unitară, motoare cu antecameră și motoare cu cameră de turbionare.

Fazele ciclului funcțional conduc la o nouă ramificare a motoarelor cu ardere internă cu piston, acestea grupându-se în motoare în patru timpi (ciclul de lucru se realizează pe durata a patru curse complete ale pistonului) și motoare în doi timpi (ciclul funcțional se realizează pe durata unei singure curse complete a pistonului) [10].

Referitor la principiul de realizare a umplerii cilindrilor, putem menționa faptul că există motoare cu ardere internă cu piston cu umplere normală (cu aspirația aerului din atmosferă) și cu supraalimentare (cu comprimarea prealabilă a aerului sau amestecului carburant de către un compresor). Motoarele cu supraalimentare pot fi cu compresor acționat de către o turbină ce utilizează energia gazelor de evacuare ale motorului cu piston (cu turbosuflanta), cu compresor acționat prin transmisie mecanică de la arborele cotit și cu două compresoare, dintre care unul acționat mecanic, iar celălalt cu turbosuflantă.

Sistemul de răcire care echipează motoarele conduce la o nouă clasificare, acestea din urmă utilizând răcirea cu lichid, respectiv răcirea cu aer.

Sistemele de propulsie care au în componenta lor pe langa un sistem convențional cu motor cu ardere internă încă cel puțin unul capabil să furnizeze cuplu de tracțiune la roțile automobilului, pe de o parte, și să recupereze o parte din energia cinetică, în fazele de decelerare, pe de alta parte, pot fi încadrate în categoria sistemelor de propulsie neconvenționale [1].

Se apreciază că funcționarea eficientă a motorului cu ardere internă pe automobil ar fi posibilă numai daca automobilul ar fi prevăzut și cu un sistem electric de propulsie, care să furnizeze puterea necesară la roată, pe intervale scurte de timp, la deplasarea în zonele aglomerate sau în orase [1, 14]. Într-o astfel de configurație (motor cu ardere internă, transmisie adaptivă, generator/motor electric) motorul cu ardere internă ar funcționa numai la regimul economic, sau în preajma acestuia, iar in rest ar fi oprit sau ar funcționa la ralanti.

Cel mai frecvent, cel de-al doilea sistem care însoțește motorul cu ardere internă este unul electric, dar poate fi și hidraulic sau pneumatic. O caracteristică importantă a sistemelor hibride de propulsie este aceea că necesită cel puțin două sisteme de stocare a energiei. Primul și cel mai cunoscut este rezervorul de combustibil, în care energia este stocată într-o formă foarte concentrată, iar în cel de-al doilea energia poate fi extrasă, dar și acumulată, în funcție de cerințele automobilului. Cele mai potrivite sunt bateriile electrice (figura 1.5), dar și supercondensatorii, acumulatorii cinetici sau hidraulici [12]. Un acumulator deosebit de avantajos il constituie bateriile de mare putere pe baza de Litiu, care au o capacitate moderata de stocare și o durata de viață excepțională (>240.000 km).

Alternative energetice de propulsie în raport cu motorul cu ardere internă cu piston

Utilizarea altor tipuri de combustibili lichizi sau gazoși, a altor tipuri de motoare termice decât cele cu piston, cum este cazul motoarelor cu pistoane rotative, sau a motoarelor cu turbină, a motoarelor electrice, a sistemelor hibride, rezultate prin asocierea motoarelor termice cu cele electrice, sau a celulelor de combustie, se constituie în sisteme neconvenționale de propulsie [7, 8, 12].

În anumite situații, se pot folosi și alte tipuri de mecanisme decât în cazul motorului cu ardere internă cu piston. În literatura de specialitate, tipul mecanismului motor poate constitui și unul dintre criteriile de clasificare. Prin urmare, principalul criteriu de clasificare îl constituie tipul mecanismului motor. Din acest punct de vedere, se pot distinge, pe lângă sistemul convențional cu mecanism bielă-manivelă-piston, menționat la capitolul anterior și alte tipuri de soluții constructive, cum ar fi motoare rotative, motoare cu turbină cu gaze, fie motoare alimentate cu combustibili neconvenționali.

Motoare rotative. Avantaje și dezavantaje

Motoarele cu ardere internă rotative au în componența lor un mecanism ce conduce, în principiu, la o mișcare rotativă continuă [57]. Se poate obține astfel avantajul unei mișcări uniforme, al unei puteri litrice crescute și al unei compactități mărite. Ele sunt realizate sub diverse variante constructive, cum sunt, de pildă, motoarele Wankel, Kauertz sau Meyer. Dintre acestea, cel mai cunoscut este motorul Wankel, însă, în general, aceste motoare sunt foarte puțin răspândite datori-tă unor dezavantaje ce nu au putut fi depășite, precum și datorită unor probleme tehnologice. Schema constructivă și fazele de lucru ale motorului Wankel sunt prezentate în figura 1.6, în timp ce în figura 1.7 este arătat ansamblul de propulsie destinat unui automobil, format dintr-un motor Wankel și cutia de viteze [1].

Figura 1.8 conține schema de lucru în cazul motorului Kauertz, cu pistoane rotative, destinat echipării automobilelor.

Ca și avantaje ale motoarelor rotative, acestea sunt considerabil mai ușoare, mai simple și conțin cu mult mai puține piese în mișcare decât motoarele cu piston de putere echivalentă. În plus, deoarece rotorul se mișcă direct pe un rulment mare de pe arborele de ieșire, nu există biele și nici arbore cotit. Toate aceste elemente îi conferă motorului o fiabilitate mai mare, un flux lin de putere și un raport putere-greutate bun [1].

Problema raportului suprafață/volum este atât de complexă încât nu se poate face o comparație directă între un motor cu piston normal și un motor Wankel, însă se pot compara motoarele cu putere egală. Wankel are o eficiență volumetrică mai mare și o pierdere mai mică de pompare, prin lipsa supapelor. Din cauza cvasi-suprapunerii timpilor motori, motorul Wankel reacționează mai prompt la schimbările tranzitorii, prin urmare accelerarea va fi mai rapidă, el fiind capabil să ofere rapid putere atunci când este cerută, în special la turații mai mari. Alături de sistemul de propulsie cu care este echipat autoturismul, acest tip de motor aduce o ameliorare considerabilă a întregului sistem. Motorul Wankel este construit cu un rotor din aliaj de oțel într-o carcasă din aluminiu, care are un coeficient mare de expansiune termică. Acest lucru arată că un Wankel chiar și supraîncălzit nu se poate gripa, cum ar fi posibil să apară într-un motor supraîncălzit cu piston. Acesta este un beneficiu substanțial care conferă siguranță pentru utilizarea la aeronave [1].

Din păcate însă, timpul necesar pentru a injecta combustibilul într-un motor Wankel este semnificativ mai scurt decât cel pentru un motor cu piston în patru timpi datorită modului în care se rotesc cele trei camere. Amestecul aer-combustibil nu poate fi stocat, neexistând nici o supapă de admisie. Deasemenea motorul Wankel are un ciclu cu 50% mai lung decât un motor cu piston. Cele 4 cicluri Otto sunt de 1080° la Wankel, iar la motorul cu piston de doar 720°. Cu sistemul convențional de două bujii sau o bujie și amestec omogen, presiunea comprimării împiedică flacăra să se propage în partea posterioară a camerei de ardere, în intervalele de medie și de mare viteză ale motorului. Acesta este motivul pentru care poate exista o cantitate mai mare de monoxid de carbon și de hidrocarburi nearse în evacuarea de la motorul Wankel. La Mazda 26B s-a evitat această problemă cu un sistem de aprindere cu 3 bujii. La toate motoarele rotative Wankel produse de Mazda, inclusiv la Renesis de la RX-8, arde o cantitate mică de ulei de proiectare; acesta este utilizat în camera de ardere pentru a păstra etanșeitatea la vârfuri. Proprietarii adaugă periodic cantități mici de ulei care duc la creșterea costurilor de funcționare ale automobilului. Din cauza dezavantajelor precum poluarea intensă, etanșeitatea precară și consumul mare de ulei nu trebuie să ne mai întrebăm de ce Mazda a renunțat la acest motor o dată cu ieșirea din producție a modelului Mazda RX-8.

Utilizarea altor tipuri de combustibili lichizi sau gazoși, a altor tipuri de motoare termice decât cele cu piston, cum este cazul motoarelor cu pistoane rotative, sau a motoarelor cu turbină, a motoarelor electrice, a sistemelor hibride, rezultate prin asocierea motoarelor termice cu cele electrice, sau a celulelor de combustie, se constituie în sisteme neconvenționale de propulsie.

Așa cum arată literatura tehnică din domeniu, sistemul de propulsie este în mod indisolubil legat de automobilul pe care este montat. Alegerea, dimensionarea și proiectarea sa se fac în strânsă legătură cu tipul, destinația și regimul de exploatare al automobilului căruia îi este destinat.

Motoare cu turbină cu gaze. Avantaje și dezavantaje

O turbină cu gaze este o turbină termică, care utilizează căderea de entalpie a unui gaz sau a unui amestec de gaze pentru a produce prin intermediul unor palete care se rotesc în jurul unui ax o cantitate de energie mecanică disponibilă la cupla turbinei. Turbina cu gaze mai este cunoscută și sub denumirea de instalație de turbină cu gaze (ITG) [42].

Motoare alimentate cu combustibili neconvenționali

Una dintre tendințele remarcate de ani de zile, dar în același timp și actuală este utilizarea combustibilor neconvenționali, în principal pentru reducerea consumului de combustibil fosil, ameliorarea poluării și a performanțelor energetice. Cel mai cunoscut și utilizat combustibil neconvențional durabil este biodieselul. Directiva Europeană pentru biocombustibili indică drept țintă pentru ponderea biocombustibililor în totalul consumului de carburanți un procent de 2%, la 1 octombrie 2005, respectiv 5,75%, în 2010. Exemplu pentru reacția statelor membre este Germania, unde producția de biodiesel a crescut de la 265 000 t, în 2005, la 2,3 milioane tone, la sfârșitul anului 2006, urmând să ajungă la 3,2 milioane tone, la sfârșitul anului 2007 [4, 6, 35]. Biodieselul se fabrică din grăsimi vegetale sau animale, extrase direct sau recuperate, reciclate, pe baza reacției de esterificare cu metanol (schema tehnologică generală din figura 1.10).

O altă categorie importantă de biocombustibili o reprezintă biogazul. Soluțiile tehnice actuale cunosc mai multe variante de obținere a biogazului. În schema din figura 1.11 se prezintă o schemă generală de obținere și valorificare eficientă a biogazului.

Cele mai bune randamente de transformare se obțin la exploatarea unor sisteme prin cogenerare care furnizează energie electrică dar și termică (apă caldă și căldură). Se face precizarea că în blocul de conversie energetică poate fi utilizat drept combustibil și uleiul vegetal, care nu corespunde ca materie primă pentru biodiesel, consumul de ulei fiind de 273 g pentru un kW energie electrică (vândut apoi cu 10 eurocenți).

Sisteme de propulsie cu motoare electrice. Avantaje și dezavantaje. Problema autonomiei de funcționare

Criza energetica, corelata cu iminenta epuizare a produselor petroliere, pe de o parte, precum si restrictiile impuse de poluarea din ce în ce mai puternica a aerului cu gazele de evacuare, mai ales în marile aglomerari urbane, pe de alta parte au generat permanente preocupari de înlocuire a motorului clasic cu ardere interna. În acest context se poate afirma ca ideea folosirii unor automobile cu motoare electrice este veche [1, 17]. Punctul de plecare se pare ca îl constituie, prin avantajele puse în evidenta, tractiunea electrica feroviara, în egala masura existând începuturi clare în domeniul transportului urban cu tramvaie electrice.

La automobilele propulsate cu motoare electrice, propulsia se realizeaza doar cu ajutorul motoarelor electrice, sursa de energie pentru alimentare constituind-o bateriile de acumulatori sau pilele de combustibil.

Propulsia electrica presupune existenta la bordul autovehiculului a unei surse de curent electric. În principiu, structura actuala a unui automobil cu tractiune electrica, include urmatoarele subansambluri, puse în evidenta în figura 1.12.

Trebuie mentionat ca exista si variante constructive la care fiecare roata motoare este actionata de catre un motor propriu, prin intermediul unui reductor, asa cum se vede în figura 1.13. Deoarece bateriile electrice necesită încarcare periodică s-a încercat găsirea unor soluții de obținere directă a energiei electrice din energie chimică, fără a se trece prin alte faze de transformare intermediară [13].

Astfel, printre diversele procedee de obținere directă a energiei electrice din energie chimică se pot cita utilizarea convertizoarelor termoelectrice, a convertizoarelor termoionice, a generatoarelor magnetohidrodinamice sau, mai recent și mai raspândit, a pilelor de combustibil.

În concluzie, avantajele majore ale automobilului electric sunt consumul redus, poluare aproape de zero în afara producției, eficiență/randament foarte mare, accelerare instantă, zgomot foarte redus, întreținere ușoară prin eliminarea unei mari părți a motorului clasic Otto, democratizarea transportului prin lărgirea bazei de producție a sursei energetice până la consumator.

Dezavantajele despre care putem discuta sunt prezente în număr mare. Printre acestea, putem aminti costul ridicat, timpul de încărcare al acumulatorului relativ mare, autonomia redusă de max. 160 km în cazul modelelor Leaf și Volt (în cazul Tesla ca. 200-400 km). Acumulatorii își reduc capacitatea până la 50% și chiar mai mult la temperaturi sub 10 °C și peste peste 40 °C și tind să se supraîncălzească și chiar să explodeze în unele condiții. De asemenea pot apărea diverse probleme legate de pornire în situații de temperatură foarte scăzută. De asemenea, una dintre problemele principale care trebuie avută în vedere este reprezentată de autonomia de funcționare. După cum se știe, autonomia autovehiculelor propulsate cu sisteme de propulsie electrice este scăzută, iar timpul de încărcare ridicat. Din aceste considerente, în prezent se lucrează la optimizarea duratei de descărcare a acumulatorilor cu care sunt echipate autovehiculele electrice.

Cu privire la autonomie, la ora actuală putem menționa câteva exemple de autovehicule care au reușit performanța de a își ridica considerabil perioada de funcționalitate de după încărcare.

Printre acestea, Renault Zoe (figura 1.14) a atins performanța de a își dubla autonomia, ajungând la 240 km, fiind echipat cu o baterie de 40 kWh, alături de un motor electric de 92 CP, mașina fiind omologată cu o autonomie maximă teoretică de 400 km, în condiții ideale.

Volkswagen e-Golf (figura 1.15) este un alt exemplu pozitiv în direcția creșterii autonomiei cu peste 50% în doar doi ani. Fiind echipat cu o baterie de 35 kWh și un motor electric de 136 CP, autovehiculul poate parcurge până la 300 km, față de 190 km cât putea parcurge acum doi ani.

Un alt exemplu de apreciat este automobilul BMW i3 (figura 1.16), care a reușit performanța de a atinge o autonomie de 300 km, caracteristică versiunii i3 94Ah.

Automobilul Tesla Model S (figura 1.17) a atins în anul 2016 o autonomie de 630 km, demonstrând de departe faptul că tehnologia se îndreaptă către dezvoltare în direcția autovehiculelor electrice.

Capitolul 2

Îmbunătățirea performanțelor sistemele actuale de propulsie prin utilizarea transmisiilor moderne

Utilizarea transmisiilor mecanice moderne

Motorul care echipează autovehiculul este susținut și prin utilizarea unor transmisii moderne, prin contribuția cărora performanțele generale ale autovehiculului cresc considerabil [19, 29, 31, 33]. O soluție de pionierat în acest sens o constituie transmisia automată Smiths, prezentată în figura 2.1. Ea se caracterizează prin simplitate constructivă și preț redus, fiind în întregime mecanică, fără elemente hidraulice. Se asigura în acest mod un randament ridicat, precum și posibilitatea adaptării la transmisiile obișnuite. Practic, această transmisie se compunea dintr-un ambreiaj electromagnetic cu pulbere și o cutie de viteze mecanică, clasică. Modificarea treptelor de viteză se realiza acționând asupra tijelor de comandă a furcilor cu ajutorul levierelor 3, prin intermediul camelor solidare pe axul 2, antrenat la rândul său de motorul electric 1.

Schema de principiu a unui sistem actual de acționare automată a unei cutii de viteze secvențiale este prezentată în figura 2.2. Din figură se observă că sistemul primește informații legate atât de funcționarea motorului (sarcină, turație), cât și de condițiile de deplasare ale autovehiculului (viteză, treaptă de viteză, frână). În funcție de aceste informații, schimbarea treptelor de viteză se realizează automat, ținând cont și de stilul de conducere (un stil de conducere mai puțin sportiv va conduce la schimbarea treptelor la turații mai mici ale motorului, iar cutia de viteze va fi menținută, pe cât este posibil, în treptele superioare de viteză). Cu ajutorul levierului schimbătorului de viteză se realizează preselectarea unuia dintre regimurile de funcționare ale cutiei de viteze, adică: P, R, N, D, 2*.

Utilizarea transmisiilor hidraulice

Integrarea transmisiilor hidraulice în cadrul sistemelor de propulsie atrage o serie întreagă de avantaje, precum folosirea mai completă a puterii motorului, maniabilitatea mai ușoară a vehiculului și, evident, productivitate de lucru mai bună, în cazul diverselor vehicule și utilaje de construcție, terasiere sau agricole.

Dezavantajul principal al transmisiilor hidraulice constă, pe de o parte în faptul că sunt mai complicate din punct de vedere constructiv, fiind astfel mai scumpe și pe de altă parte că necesită o întreținere mai dificilă. În același timp, trebuie precizat însă că transmisiile hidraulice, mai ales convertizoarele hidraulice, spre deosebire de cele mecanice au un randament mai redus [31, 33].

Din punct de vedere al sarcinii hidraulice, transmisiile hidraulice utilizate în mod curent sunt de două tipuri și anume, transmisii hidrodinamice și transmisii hidrostatice.

Transmisiile hidrodinamice lucrează cu o sarcină hidraulică realizată în principal de presiunea dinamică, care are valori cuprinse între 0,3,…,0,5 [MPa] și viteze de 20,…,30 [m/s] la nivelul lichidului de lucru. Ele se utilizează mai ales la automobile, dar și la tractoare, în special la cele de transport, precum și la diverse utilaje de construcție, terasiere etc. O transmisie hidrodinamică cuprinde de fapt, după caz, fie un ambreiaj hidrodinamic, fie un convertizor hidraulic, adică un transformator hidraulic, în serie cu o transmisie mecanică cu 3,…,6 trepte, din acest motiv numindu-se și transmisie hidromecanică.

Transmisiile hidromecanice pot fi cu un singur flux de putere sau cu două fluxuri de putere [34]. Cele mai răspândite transmisii de acest tip, având un singur flux de putere sunt obținute prin asocierea dintre un convertizor complex sau polifazat cu o cutie de viteze în trepte, formată dintr-un grup planetar; ele se folosesc cu precădere la autoturisme și mai rar la unele autobuze urbane, la care predomină însă transmisiile hidromecanice cu două fluxuri de putere.

Transmisiile hidromecanice se utilizează pe scară largă la autoturismele americane, precum și la toate modelele europene, dar într-o proporție mult mai mică.

Pe de altă parte, transmisiile automate hidromecanice se pot întâlni la autocamioanele foarte grele, precum și la vehiculele militare speciale, ușurând manevrarea acestora și în același timp degajând conducătorul de sarcini complementare.

În același timp, trebuie menționat că automatizarea conducerii autobuzelor urbane a preluat și adaptat construcțiile folosite la autoturisme, pe când, la majoritatea autobuzelor interurbane nu se utilizează cutii de viteze automate, frecvența schimbărilor de regim nejustificând acest lucru. Totuși, la unele modele de autobuze echipate cu transmisii hidromecanice complexe, în timpul circulației interurbane se blochează funcționarea hidroconvertizorului, fluxul de putere trecând în acest caz prin cutia de viteze mecanică, care asigură un randament mai bun.

În figura 14 este sugerată schema de principiu a unei transmisii hidrodinamice cu ambreiaj hidrodinamic. După cum se observă, motorul 1 al autovehiculului acționează pompa P a ambreiajului hidrodinamic 2, care la rândul său, prin intermediul lichidului antrenează turbina T, dispusă pe arborele condus al ambreiajului. Așa cum s-a arătat anterior, ambreiajul hidraulic introduce în acest caz o serie de avantaje, printre care:

protejează motorul și transmisia de suprasarcinile ce apar la modificarea bruscă a regimului de lucru al autovehiculului;

atenuează vibrațiile torsionale din transmisie;

asigură pornirea lină a autovehiculului;

creează posibilitatea reducerii vitezei de deplasare, practic până la valoarea nulă, fără decuplarea transmisiei;

aceste tipuri de ambreiaje nu au nevoie de reglări pe durata exploatării, neexistând uzură între elementele componente.

Principalul dezavantaj este generat de faptul că ele nu asigură practic o decuplare totală a motorului de transmisie, ceea ce impune intercalarea unui ambreiaj mecanic, cu fricțiune, care să asigure schimbarea vitezelor. În plus, existența unor patinări între pompă și turbină poate reduce viteza de deplasare a autovehiculului, mărind consumul de combustibil. Pentru eliminarea acestor dezavantaje s-au introdus cutii de viteze planetare care, prin intermediul frânelor și ambreiajelor pe care le au în componență, suplinesc ambreiajul mecanic cu fricțiune, introdus în mod suplimentar.

În figura 2.5. sunt reprezentate două scheme de principiu ce reprezintă variante de transmisii hidrodinamice cu convertizor hidraulic, utilizate în cadrul autovehiculelor cu roți. Avantajul major apare, în acest caz, deoarece convertizorul hidraulic întrunește toate calitățile ambreiajelor hidrodinamice, asigurând în același timp atât modificarea automată a vitezelor cât și a forțelor de tracțiune, în funcție de condițiile de lucru ale vehiculului. Pe această schemă se observă că motorul 1 antrenează convertizorul 2, compus din pompa P, turbina T și reactorul R, convertizor care transmite mișcarea cutiei de viteza 3, după care, prin diferențialul 4 și transmisiile finale 5 ea ajunge la roțile motoare 6 ale automobilului.

Din punct de vedere al rapoartelor de transmisie, convertizoarele hidraulice realizează însă un diapazon îngust. În această situație, pentru lărgirea gamei de rapoarte, precum și pentru obținerea treptei de „mers înapoi” se introduce în serie o cutie de viteze mecanică cu 2,…,4 trepte.

Transmisiile hidrostatice se utilizează în general la tractoare și la mașini agricole autopropulsate, precum și la anumite automobile grele. La transmisiile hidrostatice, sarcina hidraulică este constituită majoritar de presiunea statică, cu un ordin de mărime de 10,…,25 [MPa], lichidul circulând cu viteze de cca. 3,…,5 [m/s]. În acest caz, avantajul major constă în obținerea unui raport de transmisie mare, având valori i = 50,…,60.

Schema de principiu a unei transmisii hidrostatice este prezentat în figura 16. Ea are drept principale componente o pompă hidrostatică 1, de regulă cu pistoane axiale, antrenată de motorul autovehiculului și un motor hidrostatic 2, în general cu palete radiale, care antrenează în mod direct sau prin intermediul unei transmisii mecanice, roțile motoare ale autovehiculului. Pompa 1 refulează lichidul sub presiune, prin conducta de înaltă presiune 3, la motorul hidrostatic 2, energia hidraulică transformându-se în lucru mecanic. Returul lichidului de la motorul hidrostatic la pompă se efectuează prin conducta de joasă presiune 4. Pompa auxiliară cu roți dințate 5 , trimite lichid, prin intermediul filtrului 6 și al blocului cu supape 7, în conducta 4, în care este menținut la o presiune de 1 ,…,1,2 [MPa]. Limitarea presiunii maxime a lichidului în circuitul sistemului pompă – motor hidrostatic se face prin intermediul supapei 8.

În cazul acționării automate a cutiei de viteze, se pot întâlni două moduri de funcționare:

schimbarea treptelor de viteză fără intervenția conducătorului;

preselectarea treptei de viteză de către conducător; schimbarea efectivă a treptei are loc automat, în funcție de condițiile de deplasare.

Majoritatea cutiilor de viteze pot realiza ambele moduri de funcționare [34, 43]. Din motive legate de simplificarea construcției sistemului de comandă, acționarea automată se utilizează, de regulă, fie la cutii de viteze cu comandă secvențială și arbori cu axe fixe, fie la cutii de viteze cu mecanisme planetare. În cel de al doilea caz, acționarea cutiei de viteze se realizează, de obicei, prin intermediul convertizorului hidraulic de cuplu, situație deja prezentată, ceea ce permite micșorarea numărului de trepte ale cutiei de viteze și a dimensiunilor acesteia.

Capitolul 3

Sisteme de propulsie hibride – alternativa cea mai răspândită față de sistemele convenționale. Evoluție

Structură. Componență

Se apreciază că funcționarea eficientă a motorului cu ardere internă pe automobil ar fi posibilă numai dacă automobilul ar fi prevăzut și cu un sistem electric de propulsie, care sa furnizeze puterea necesară la roată, pe intervale scurte de timp, la deplasarea în zonele aglomerate sau în orașe. Într-o astfel de configurație (motor cu ardere internă, transmisie adaptivă, generator/motor electric) motorul cu ardere internă ar funcționa numai la regimul economic, sau în preajma acestuia, iar în rest ar fi oprit sau ar funcționa la ralanti [1, 13].

Sistemele de propulsie care au în componența lor pe lângă un sistem convențional cu motor cu ardere internă încă cel puțin unul capabil sa furnizeze cuplu de tracțiune la roțile automobilului, pe de o parte, și să recupereze o parte din energia cinetică, în fazele de decelerare, pe de alta parte, sunt cunoscute sub denumirea de transmisii hibride [7].

Cel mai frecvent, cel de-al doilea sistem este unul electric, dar poate fi și hidraulic sau pneumatic. O caracteristică importantă a sistemelor hibride de propulsie este aceea că necesită cel puțin două sisteme de stocare a energiei. Primul și cel mai cunoscut este rezervorul de combustibil, în care energia este stocată într-o formă foarte concentrată, iar în cel de-al doilea energia poate fi extrasă, dar si acumulată, în funcție de cerințele automobilului. Cele mai potrivite sunt bateriile electrice, dar și supercondensatorii, acumulatorii cinetici sau hidraulici.

În funcție de modalitatea de transmitere a puterii la roțile automobilului se pot identifica două familii de transmisii hibride – HEV (Hybrid Electric Vehicle):

Transmisii hibride la care motorul termic este asistat de o masina electrica;

Transmisii hibride la care puntile sunt actionate de catre un motor electric alimentat de un generator electric.

În functie de puterea masinii electrice se disting transmisii micro hibride (42 V si functionare pornire/oprire. Ex. Toyota Crown), mediu hibride (100-250 V cu asistarea motorului termic cu ISG-Integrated Starter Generator, ex. Honda Insight) si total hibride – full hybrid (+250 V, cu antrenarea rotilor simultan sau alternativ cu motorul termic, ex. Toyota Prius). Principala diferenta dintre aceste tipuri este data de puterea dezvoltata de componentele electrice.

În figura 3.1. sunt evidențiate două exemple de algoritmi, primul al funcționării modulului de monitorizare și control a stării bateriei, iar cel de-al doilea, pentru funcționarea comenzii motorului electric.

Tipuri de sisteme hibride

În funcție de modalitatea de interconectare a motoarelor electrice și a motorului termic, se pot distinge două configurații de hibridizare totală de bază:

Transmisii hibride serie (numele provine de la modalitatea de conectare a componentelor), la care numai motoarele electrice sunt conectate la roțile automobilului, motorul cu ardere internă actionează un generator electric care alimenteaza motoarele electrice prin intermediul conectorilor electrici.

Curentul produs alimenteaza motoarele electrice care acționează roțile. Un astfel de sistem se întâlnește la Toyota Coaster. Totuși această soluție este foarte rar întâlnită la automobile.

Transmisii hibride paralele, la care ambele surse de putere – motorul termic și masina electrică – sunt conectate la roțile motoare prin intermediul unor legături mecanice adecvate.

Motorul termic și masina electrică pot actiona punțile motoare simultan sau individual, separat (o punte) sau împreuna (ambele punți), ele putănd fi cuplate între ele. Un exemplu de utilizare a acestei tehnologii este Honda IMA (Integrated Motor Assist) pe Insight și Civic.

Indiferent de configurație, elementele componente fundamentale sunt aceleași: motorul termic, mașinile electrice, convertoarele electronice de putere și sistemele electrice de stocare a energiei.

Prin interconectarea adecvată a acestor componente (ambreiaje, curele, lanțuri, transmisii planetare și articulatii cardanice) există posibilitatea realizării unor transmisii hibride capabile să se comporte atât serie, cât și paralel, fie alternativ (combined hybrids), ori simultan (mixed hybrids). Transmisiile hibride mixte, denumite si cu ramificare de putere (split hybrid), utilizează sisteme electromecanice sau electromagnetice pentru a controla optim ramificarea puterii de la sursă și transmiterea ei roților motoare în funcție de cerințele de tractiune și de performanțele dorite [1].

Criteriile de selectare a unei transmisii hibride sunt determinate de mai multe aspecte:

Scopul urmărit (performanțe de tractiune, mobilitate și exploatabilitate fără limite).

Cerințele standardelor în vigoare (emisiile de noxe și de CO2, reciclabilitate și compatibilitate cu mediul).

Cerințele pieței (costul ciclului de viață și de întreținere, infrastructură disponibilă).

Percepția utilizatorului (confort, maniabilitate/dinamicitate).

Transmisiile hibride paralele sunt mult mai flexibile din punct de vedere al modului de utilizare. Puterea si dimensiunea masinii electrice pot fi astfel alese incat sa se asigure un bun compromis intre cost/complexitate si eficienta (consum de combustibil, poluare).

Motorul cu ardere internă – rol major în sistemele hibride actuale

Optimizarea motorului cu ardere internă poate aduce avantaje suplimentare [40, 26], dar aceasta nu constituie prima prioritate. Performanțele și funcțiile pot fi îmbunătățite gradual în funcție de creșterea puterii electrice pe automobil (36V) și de puterea sistemelor auxiliare (aer condiționat, încălzirea catalizatorului, supape de control, comenzi prin fir – by wire).

În cazul transmisiilor hibride paralele există o multitudine de variante de dispunere a motorului electric in raport cu motorul termic, ambreiajul si cutia de viteze.

Motorul electric poate antrena roțile singur sau împreună cu motorul termic pentru a asigura eficiență maximă. În cadrul soluțiilor constructive actuale, motorul cu ardere internă prezintă un rol major în conlucrarea sa cu automobilul, alături de soluția electrică utilizată.

Motorul cu aprindere prin scânteie – rolul din cadrul sistemelor hibride recente

Nu este suficient că un motor cu ardere internă poate funcționa pe stand, la anumite regimuri, cu consum de combustibil și poluare reduse, ci ar fi de dorit ca acesta să poata funcționa pe automobil la regimurile economice, indiferent de viteza de deplasare.

Se apreciază că funcționarea eficientă a motorului cu ardere internă pe automobil ar fi posibilă numai daca automobilul ar fi prevăzut și cu un sistem electric de propulsie, care să furnizeze puterea necesară la roți, pe intervale scurte de timp, la deplasarea în zonele aglomerate sau în orașe. Într-o astfel de configurație (motor cu ardere internă, transmisie adaptivă, generator/motor electric) motorul cu ardere internă ar funcționa numai la regimul economic, sau în preajma acestuia, iar în rest ar fi oprit sau ar funcționa la relanti [23, 24, 30].

La soluțiile actuale de autovehicule hibride, motoarele termice cele mai frecvent utilizate sunt cele cu aprindere prin scânteie, datorită dimensiunilor reduse și a capacității acestora de conlucrare cu motorul electric din cadrul sistemului hibrid.

Adevăratul creier al mașinii este computerul care controlează propulsia. Acest sistem inteligent poartă denumirea de sistem “drive-by-wire”, iar toate comenzile utilizatorului, fie de accelerație sau de frână, trec de la pedală la acest calculator. În funcție de tipul acționării pedalei de accelerație, sistemul decide dacă să pornească sau nu și motorul cu aprindere prin scânteie sau dacă să frâneze prin modul de recuperare a energiei, fie să acționeze și discurile de frână (care convertesc energia roților în căldură și deci aceasta se pierde). Motorul termic, în această situație cu aprindere prin scânteie, trebuie întâi încălzit, ca orice motor, pentru a îl aduce la parametri săi de funcționare care asigură utilizarea la capacitate maximă și uzuri minime. Cel electric și acumulatorii trebuie răciți și ținuți la un nivel optim de încărcare pentru a le obține o durată cât mai mare de viață, deoarece cicluri extreme de încărcare-descărcare pot termina rapid o baterie.

În figura 3.3. este prezentat principiul de bază al propulsiei hibride, alături de arhitecturile hibride serie și paralel. Așa cum s-a relatat și la capitolele anterioare, motorul termic asigură fie propulsarea autovehiculului separat de motorul electric, cel din urmă fiind doar o alternativă, fie încărcarea acumulatorilor și alimentarea motoarelor electrice prezente la roțile motoare ale autovehicului.

În prezent, majoritatea autovehiculelor sunt propulsate doar de către motoare cu ardere internă, (MAI). Motoarele cu ardere internă, (MAI) sunt însă utilizate și în structura autovehiculelor hibride, (AH), acestea find propulsate, în principiu, cu două tipuri de energie: convențională provenind din arderea combustibililor fosili (benzină, motorină, GPL, etc.), respectiv energie electrică. Prin urmare, la bordul unui astfel de vehicul energia va proveni din cel puțin două din următoarele variante:

sursă de energie.

sistem de înmagazinare a energiei.

convertor de energie.

În cazul AH, utilizând mai multe surse de propulsie, randamentul global de funcționare poate fi mărit tocmai printr-o selectare judicioasă a celei mai eficiente sursei de putere, corespunzătoare unui anumit regim de funcționare a automobilului [56, 57]. Acesta este de altfel și obiectivul primar al strategiei de control a AH, deoarece nivelul tehnologic actual al bateriilor de acumulatori impune ca aproape toată energia utilizată pentru propulsia autovehiculului (cu o autonomie rezonabilă) să provină din combustibilul (benzină sau motorină) disponibil la bord.

Autovehiculele hibride reprezinta o punte între actualele vehicule propulsate de MAI și autovehiculele caracterizate de un nivel aproape de zero (EZEV=Equivalent-to-Zero-Emission-Vehicle, respectiv ULEV (Ultra-Low-Emission-Vehicle) sau, în anumite situații chiar fără poluare (ZEV=Zero-Emission-Vehicle) așa cum se preconizează a fi vehiculele propulsate electric prin celule de combustie alimentate cu hidrogen. Este foarte important să fie amintit faptul că fără a parcurge treptele tehnologiei hibride nu se va putea atinge nivelul superior care îl reprezintă tehnologia propulsiei cu ajutorul pilelor de combustie (fuel cell). Autovehiculele electrice, (AE), sunt superioare MAI deoarece neutilizând combustibili fosili sunt complet lipsite de emisii poluante, iar zgomotul generat la propulsie are un nivel extrem de scăzut. În schimb, necesitatea de a stoca energia electrică mărește drastic spațiul necesar bateriei de acumulatori sau a bateriei de condensatori. Cu cât se dorește o autonomie de funcționare mai crescută cu atât este mai mare gabaritul dispozitivului de stocare a energiei electrice.

Specificul primelor două tipuri de propulsie constă în utilizarea unui singur tip de combustibil.

Privit din punct de vedere al integrării elementelor componente, AH reprezintă, comparativ cu soluția automobilului propulsat doar prin MAI un spor de complexitate de aproximativ 25%, în timp ce din punctul de vedere al sistemului de control, aportul de hardware și programe software este cel puțin dublu. Aceste noi elemente fac ca și prețul unui astfel de autovehicul să fie mai ridicat comparativ cu cel al unuia propulsat numai prin MAI.

Într-un AH strategia primară de control constă în selectarea sursei forței de propulsie (MAI sau ME) în funcție de sarcina specifică fiecărui regim de funcționare al autovehiculului, astfel încât acesta să ruleze în permanență cu un randament maxim. De regulă, regimul de randament maxim se află plasat în domeniul sarcinilor mari, astfel încât într-un AH, MAI este forțat să lucreze în regimuri de sarcină și turație crescute. MAI funcționează cu un randament scăzut în regimuri de turație redusă atât în cazul unor sarcini mari cât și la sarcini reduse sau la mersul în gol, în regimurile tranzitorii de accelerare sau decelerare precum și în cazul pornirii mai ales la temperaturi scăzute. Strategiile de control ale AH urmăresc evitarea acestor regimuri prin algoritmi complexi de utilizare a tuturor resurselor energetice de la bordul autovehiculului, în final scopul fiind minimizarea consumului și nivelului emisiilor poluante [15].

Când cuplul de ieșire al MAI depășește pe cel necesar propulsiei, surplusul de putere se utilizează pentru antrenarea unui generator și refacerea stării de încărcare a bateriei (SIB). Aceeași situație se regăsește în cazul frânării sau funcționării în regim de frână de motor când energia rezultată din decelerare este utilizată pentru antrenarea generatorului și încărcarea bateriei. Există situații în care starea bateriei este bună, astfel încât regenerarea energiei rezultată dintr-un regim de decelerare nu se justifică. Pentru a asigura funcționarea eficientă cu un randament superior, în astfel de situații MAI este oprit.

Capitolul 4

Regimuri de lucru ale motoarelor cu ardere internă. Definire, reglare

În general, autovehiculele lucrează în regimuri de funcționare diverse, acestea incluzând pe de-o parte, regimuri de funcționare la viteze stabilizate, iar pe de altă parte regimuri de funcționare tranzitorii [23].

Funcționarea unui motor poate fi caracterizată prin valorile celor trei mărimi care definesc regimul său de funcționare, numit și regim funcțional. Aceste trei mărimi sunt temperatura, ce definește starea termică a motorului, turația motorului și sarcina acestuia. Dintre aceste mărimi, ultimele două sunt considerate mărimi fundamentale.

Starea termică a motorului sau regimul său termic reprezintă ansamblul de temperaturi care precizează gradul de încălzire, sau starea de temperatură a pieselor sale componente, în special al organelor mecanismului motor. Regimul termic poate fi precizat prin temperatura fluidului de răcire a motorului sau prin temperatura gazelor evacuate. În cazul motoarelor de automobil, turația acestora este dependentă, majoritar, de viteza de deplasare, deoarece, la un raport de transmisie constant, ele sunt reciproc proporționale. Astfel, considerând exemplul din figura 4.1., curbele 1, 2 și 3 indică variația cuplului rezistent, Mrez pentru trei condiții diferite de drum (de exemplu, trei pante diferite, sau alte condiții). Curbele a și b arată două caracteristici de turație ale motorului de propulsie, exprimate prin momentul efectiv al motorului, Me, pentru același reglaj al acestuia (același debit de combustibil sau aceeași poziție a clapetei de admisie). În mod evident, viteza automobilului se determină prin punctul de intersecție al curbelor Me și Mrez. Dacă motorul este reglat să funcționeze pe caracteristica a, iar automobilul se deplasează cu viteza v1, odată cu micșorarea rezistenței la o valoare caracterizată prin curba 2, turația motorului crește și deci viteza automobilului se mărește la valoarea v2. În continuare, la reducerea rezistenței la înaintare la valoarea dată de curba 3, turația crește, iar viteza devine v3. Rezultă clar de aici, că același moment rezistent se poate aplica arborelui cotit la diferite turații ale acestuia.

Pe de altă parte, așa cum se observă din figura 4.1., la o turație dată, motorul poate dezvolta diferite valori ale momentului efectiv. Acestea pot varia între valoarea nulă și valoarea maximă posibilă. Valoarea nulă, adică Me = 0, semnifică că motorul nu este încărcat, deoarece momentul rezistent este, la rândul său nul, Mrez = 0. O astfel de situație atrage două stări posibile. Prima este starea banală, când arborele cotit este în repaus deoarece motorul nu funcționează. A doua stare se regăsește atunci când arborele cotit este în mișcare și ea generează regimul de funcționare în gol, numit și regim de sarcină nulă.

Având în vedere că, așa cum s-a menționat anterior, turația și sarcina constituie mărimi fundamentale în precizarea unui regim de funcționare a motorului, dacă se ține seama de gradul de echipare a acestuia, precum și de durata pe care se dezvoltă performanțele sale se pot defini în continuare regimurile sale de referință.

Astfel, puterea efectivă, Pe, reprezintă puterea dezvoltată la arborele motorului, la o turație oarecare, cu specificarea modului de echipare a motorului; rezultă astfel, în funcție de gradul de echipare a motorului, două moduri de exprimare a puterii efective și anume, puterea efectivă brută și puterea efectivă netă, numită uneori și putere efectivă de exploatare, Pe exp. Ea semnifică puterea efectivă la arborele motorului, la un regim de funcționare oarecare, motorul fiind complet echipat.

Puterea efectivă continuă, Pe cont este puterea maximă pe care o poate realiza în mod continuu motorul la o turație dată, fără a-și modifica starea tehnică un timp îndelungat, adică păstrându-și indicii tehnico – economici și gradul normal de uzură [23].

Puterea efectivă nominală, Pe n, sau pe scurt puterea nominală este puterea efectivă continuă maximă pe care o realizează motorul la cea mai ridicată turație utilizabilă sau la o turație limitată prin cerințe speciale. Turația la care se obține această putere se numește turație nominală, nn. Trebuie subliniat că regimul nominal, exprimat prin puterea nominală și prin turația nominală, adică prin perechea de parametri (Pe n, nn) constituie regimul de calcul al motorului, la care se efectuează calculul termic și calculul organologic al motorului, fiind, în general, indicat de uzina constructoare.

Puterea efectivă intermitentă, Pe int este reprezentată de puterea efectivă maximă pe care o poate realiza motorul la o turație dată, scurt timp, fără modificarea stării sale tehnice. Experiențele au demonstrat că limita maximă a suprasarcinilor este de aproximativ 110% , …, 120%, în condițiile în care puterea efectivă continuă este considerată 100%. Denumirea de putere intermitentă, a unei puteri din regimul suprasarcinilor, este justificată prin faptul că motorul nu poate suporta decât scurt timp o astfel de încărcare; în caz contrar, indicii tehnico-economici se înrăutățesc, iar durabilitatea motorului este compromisă. Durata intermitentă poate fi, de exemplu, tip de 1 h, o dată la 6, 10 sau 12 h sau timp de numai 15 min. o dată la 1 h, cazul din urmă fiind specific motoarelor cu aprindere prin scânteie pentru automobile.

Prin putere efectivă maximă, Pe max sau vârful puterii trebuie să se înțeleagă valoarea cea mai mare a puterii efective utilizabile, deci valoarea cea mai mare a puterii efective intermitente. Valoarea turației la care se produce puterea efectivă maximă trebuie precizată. Fiecărei puteri definite mai sus i se asociază noțiunea corespunzătoare de moment sau de cuplu, în concordanță cu regimul respectiv. Dintre acestea, cele mai semnificative sunt: momentul motor efectiv continuu, Me cont, reprezentat prin valoarea momentului motor efectiv, corespunzătoare puterii efective continue la turația respectivă; momentul motor efectiv intermitent, Me int, care este valoarea momentului motor efectiv, corespunzătoare puterii efective intermitente, la aceeași turație și momentul motor efectiv nominal, Me n, sau momentul nominal, dat de valoarea momentului motor efectiv la turația nominală, corespunzătoare deci puterii nominale. Momentul motor efectiv maxim, Me max, este valoarea cea mai mare a momentului motor intermitent și se produce la o anumită turație a motorului, nM, inferioară turației nominale, adică nM < nn. Raportul acestor două turații, care este în mod evident subunitar, definește coeficientul de elasticitate al motorului. În raport cu cele prezentate, în continuare se apreciază că este convenabil să se exprime sarcina motorului prin intermediul gradului de încărcare a motorului, la o anumită turație, față de o încărcare, considerată de referință. Din acest motiv, gradul de încărcare se mai numește și sarcină relativă. Sarcina relativă se definește ca raportul dintre momentul motor dezvoltat, Me și un moment motor de referință, ambele mărimi fiind precizate, conform definiției, la aceeași turație. Este comod ca încărcarea de referință să fie cea corespunzătoare momentului efectiv continuu al motorului, Me cont la turația dată. Având în vedere proporționalitatea mărimilor, raportul are aceeași valoare, atât pentru puterile efective, cât și pentru presiunile medii efective. Atribuindu-i acestui raport și denumirea de coeficient de sarcină, notat cu χ , el devine:

toate rapoartele fiind definite la aceeași turație, n. În aceste condiții, denumirea completă este coeficient de sarcină la turația n. Coeficientul de sarcină se poate exprima prin valori absolute, adică fracțiuni, sau prin procente, din încărcarea de referință [23]. Aceste valori ale sale diferențiază categorii distincte de sarcini, în cadrul regimurilor motorului, definite și eșalonate în tabelul următor:

Aceste sarcini tipice, întâlnite în funcționarea motorului, caracterizate prin valorile precizate ale coeficientului de sarcină se definesc în mod complet, în continuare. Astfel, sarcina nulă se obține la un coeficient de sarcină nul, χ = 0 și , așa cum s-a arătat mai sus, corespunde regimului de mers în gol, când motorul nu este încărcat, momentul sau puterea la arborele motorului fiind nule.

Sarcina plină, corespunzând sarcinii continue a motorului se obține la valoarea χ = 1 și se poate defini ca admisia plină, înțelegându-se prin aceasta consumul de combustibil, notat Cep, fixat de uzina constructoare, pentru realizarea puterii efective continue, la turația respectivă.

Sarcinile parțiale sunt date de mulțimea valorilor χ, cuprinse între 0 și 1; sarcinile parțiale sunt deci multitudinea sarcinilor incluse între sarcina nulă și sarcina plină, reprezentând fracțiuni din sarcina plină.

Sarcina totală, reprezentată prin valoarea χ = 1,1 sau 1,2, poate fi definită ca admisia totală, înțelegându-se prin aceasta consumul de combustibil, notat Cet, fixat de uzina constructoare, în vederea realizării puterii efective intermitente a motorului, la turația considerată.

Regimurile de suprasarcini, corespunzând sarcinilor intermitente ale motorului sunt definite de mulțimea valorilor χ, cuprinse între 1 și 1,1 ,…, 1,2, adică multitudinea sarcinilor situate între sarcina plină și sarcina totală.

Trebuie arătat că, la motoarele de autovehicule χt = χp = 1, în timp ce la motoarele de tractoare, χt ≠ χp.

Pe baza celor expuse se poate sublinia faptul că, la o turație dată, sarcina poate fi ilustrată, în afară de valoarea momentului motor efectiv, mai ales la MAS și prin valoarea puterii efective. În același timp, în special la MAC, sarcina se poate exprima, de asemenea, prin valoarea presiunii medii efective.

Deoarece momentul motor efectiv, Me, care definește sarcina motorului este proporțional cu lucrul mecanic efectiv, Le, în condițiile în care randamentul efectiv, χe se consideră constant, modificarea sarcinii la turație constantă se realizează prin modificarea cantității de combustibil consumate de motor, adică a dozei de combustibil. Din acest motiv, valoarea sarcinii, pentru un motor dat, se poate exprima și prin mărimea consumului de combustibil, Ch, al motorului.

Așadar, reglarea sarcinii la o turație constantă înseamnă reglarea dozei de combustibil. S-au dezvoltat două metode de bază pentru reglarea dozei de combustibil (două metode elementare de reglare a sarcinii) și anume: metoda de reglare cantitativă și metoda de reglare calitativă.

Metoda de reglare cantitativă se aplică la motoarele cu formarea amestecului în exterior, adică la MAS care admite în cilindru simultan aer și combustibil. Organul de reglare este o clapetă, numită și obturator, care se așează în calea amestecului. Pentru a reduce doza de combustibil se obturează parțial canalul, ceea ce reduce inevitabil și cantitatea de aer. Reglarea sarcinii prin reglarea cantității de amestec aer-combustibil a generat denumirea de reglare cantitativă [23].

Metoda de reglare calitativă se aplică la motoarele cu formarea amestecului în interior, adică la MAC, care admite în cilindru numai aer. Cantitatea de combustibil pe ciclu și cilindru este dozată, în general, de o pompă, iar organul de reglare este o pârghie, denumită generic cremalieră, care variază doza de combustibil refulată de pompă. Teoretic, cantitatea de aer admisă în cilindru rămâne invariabilă cu sarcina, iar cantitatea de combustibil variază liniar. Ca urmare, se modifică proporția de combustibil în amestec, adică se variază calitatea amestecului, de unde denumirea de reglare calitativă.

În mod frecvent, sarcina se definește prin poziția organului de reglaj. La MAS, poziția clapetei este definită de unghiul ales convențional. Modificarea sarcinii se face deci prin modificarea poziției organelor de reglare a admisiei combustibilului, astfel la MAS prin modificarea poziției unghiulare φș a obturatorului.

În continuare, după stabilirea acestor elemente de reglaj, se precizează din nou faptul că, prin sarcină constantă la turație variabilă se înțelege poziția invariabilă a organelor de reglare a consumului de combustibil al motorului, la variația turației.

Regimurile de funcționare se pot grupa în mai multe clase. Astfel, în raport cu variația în timp a valorilor factorilor de definiție, deosebim regimul stabilizat al motorului, atunci când valoarea acestor factori nu variază în timp și regimul tranzitoriu, care apare în perioada trecerii de la un regim stabilizat la un alt regim stabilizat și în care se înregistrează o variație a turației, sarcinii și temperaturii fluidului de răcire sau a temperaturii gazelor evacuate.

Pe de altă parte, în raport cu durata de funcționare a motorului se disting, așa cum s-a arătat deja în cadrul definițiilor privind puterile și momentele efective, regimuri de funcționare continuă și regimuri de funcționare intermitentă.

O altă clasă de regimuri are în vedere modul de serviciu al motorului. Prin modul de serviciu al motorului se înțelege modul de utilizare în timp a acestuia. Astfel, serviciul continuu este acela în care motorul funcționează neîntrerupt durate mari de timp, atât în sarcini parțiale reduse, cât și în sarcini mari, pe când serviciul intermitent se caracterizează prin funcționarea cu numeroase întreruperi și staționări, cu durate, uneori relativ mari.

În primul mod de serviciu, adică serviciul continuu se înscriu, în special numeroasele tipuri de utilizări staționare, precum și cele de tracțiune feroviară, navală, agricolă etc.

În cadrul celui de al doilea mod de serviciu, constituit de serviciul intermitent se pot include o serie întreagă de exemple reprezentative, cum sunt acelea ale motoarelor de rezervă (de intervenție) din centralele electrice, motoarelor utilizate pe grupurile de pompaj etc., precum și acelea ale motoarelor autovehiculelor utilitare cu deplasare în așa numitul sistem „din-poartă-în-poartă” (cazul autovehiculelor destinate colectării gunoiului menajer, a autovehiculelor de aprovizionare cu alimente, sau a celor de distribuție a presei etc.)

Capitolul 5

Soluții de ameliorare a funcționării și performanțelor motoarelor cu ardere internă din structura sistemelor de propulsie a autovehiculelor

Introducerea mecanismelor de distribuție variabilă în procesele de schimbare a gazelor

Variația continuă a sarcinii fără obturare, în cazul motoarelor de propulsie, alături de tehnologia modernă de tratare catalitică a gazelor de evacuare constituie metoda cea mai bine definită de reducere a consumului de combustibil și a emisiilor poluante pentru viitoarele generații de motoare cu ardere internă. În cazul motoarelor cu aprindere prin scânteie, fazele de distribuție fixe se constituie într-un compromis care nu permite valorificarea potențialului complet la oricare regim de funcționare. De aceea, necesitatea utilizării unui sistem de distribuție complet variabil a fost subliniată de specialiști, conferind propulsorului avantaje precum posibilitatea funcționării fără obturarea admisiei, conducând la îmbunătățirea considerabilă a economicității la sarcini parțiale, sarcini cele mai des întâlnite, la care lucrează motoarele care echipează autovehiculele. Un alt aspect pozitiv conferit de distribuția variabilă îl reprezintă recircularea internă a gazelor de evacuare, care poate fi reglată în concordanță cu cerințele și condițiile limită de funcționare. De asemenea, ditribuția variabilă permite controlul cantității gazelor reziduale astfel încât turația regimului de relanti să poată fi redusă semnificativ, conducând la o reducere a consumului de combustibil. Putem menționa și faptul că motorului îi va fi permis să lucreze la o presiune constantă în sistemul de admisie, ceea ce conduce la un răspuns eficient în regimuri dinamice și emisii reduse în regimuri tranzitorii.

Un alt aspect introdus de distribuția variabilă este posibilitatea dezactivării cu ușurință a supapelor, ceea ce permite suspendarea cilindrilor la sarcini parțiale de funcționare. Referitor la procedura de pornire a motorului, aceasta poate fi îmbunătățită prin activarea consecutivă a cilindrilor [59, 1, 17].

Distribuția poate fi considerată variabilă atunci când durata de deschidere și înălțimea de ridicare a supapelor sunt variabile și, de asemenea, momentele de deschidere și de închidere ale acestora nu sunt fixe.

Cel mai mare avantaj al distribuției variabile constă în evitarea pierderilor de pompaj prin eliminarea obturatorului. În cazul motoarelor care utilizează comandă convențională a sarcinii, presiunea din cilindru este redusă cu ajutorul unei clapete obturatoare montată pe traseul de admisie. La sarcini reduse și la turația de relanti a motorului, presiunea din cilindru este considerabil redusă, odată cu aceasta pierderile de obturare se măresc corespunzător, ajungând chiar și până la 50% din performanța indicată [16].

La turații mari și sarcini reduse, controlul sarcinii prin sistemul preferabil Early Intake Closing devine inaplicabil, din cauza intervalului de timp foarte scurt de intervenție a electromagnetului de acționare. Într-o astfel de situație, cantitatea de amestec proaspăt necesară poate fi reglată prin intermediul Late Intake Closing, alături de dezactivarea supapelor și suspendarea cilindrilor. Utilizarea distribușiei variabile este impusă și de nevoia reducerii emisiilor poluante. Durata suprapunerii deschiderii supapelor de admisie și evacuare în același timp, controlată cu ajutorul distribușiei variabile, influențează semnificativ cantitatea de gaze reziduale care evoluează în ciclul motor următor, și prin aceasta comportamentul din punct de vedere al emisiilor poluante.

Viteza aerului în poarta supapei la diferite turații de funcționare a motorului este evidențiată în figura 5.2., masa de aer urmând semnificativ mișcarea pistonului. De aceea, la valori scăzute ale turației, aerul este forțat înapoi în admisie, după ce pistonul a depășit punctul mort exterior (PME). Momentul optim de închidere a supapei de admisie ar trebui să fie când pistonul se află în PME.

La turații mari, aerul continuă să intre în cilindru și după ce pistonul a trecut de PME, dacă supapa de admisie rămâne derschisă. Prin urmare, închiderea cu întârziere a supapei de admisie favorizează umplereas inerțională, și odată cu aceasta, performanțele motorului.

Sistemele de distribuție variabilă se pot întâlni sub diverse forme, corespunzător figurii 5.3.

Cel mai simplu sistem de distribuție variabilă este cel la care se realizează deplasarea în avans sau în întârziere a deschiderii supapei de admisie, păstrând nemodificată durata deschiderii. Acesta este cunoscut sub denumirea de Variable Cam Phasing System – VCP. Este întâlnit la mai multe modele, printre care Alfa Romeo, Nissan, Mercedes, Ford [59].

Schema sistemului cu dispozitiv elicoidal este prezentată în figura 5.4. Pinionul de antrenare este montat pe arborele cu came prin intermediul unui ansamblu format dintr-o cameră de presiune, fixată pe pinion și un piston care are posibilitatea de a se deplasa axial pe o canelură în formă de spirală practicată pe arborele cu came. La deplasarea axială a pistonului, arborele cu came este forțat să se rotească față de pinion, asigurând modificarea fazelor de distribuție.

Schema sistemului cu varierea lungimii ramurilor curelei de antrenare a arborelui cu came, cu ajutorul unui dispozitiv montat în întinzătorul de curea, este prezentată în figura 5.5.

Sistemul de distribuție variabilă Variocam Plus este compus din două dispozitive, unul de variere a fazelor, cu ajutorul unui piston care rotește arborele cu came față de pinionul de antrenare, iar cel de-al doilea de selectare a două legi de ridicare a supapei, prin intermediul unui tachet reglabil, corespunzător figurii 5.6.

Un alt tip de mecanism care are capacitatea de a asigura nu doar faze variabile de distribuție, ci și înălțimi maxime de ridicare a supapei a fost dezvoltat de Honda și poartă denumirea oficială de VTEC – Variable valve Timing and lift Electronic Control system. Acționarea celor 4 supape pe cilindru se face prin intermedfiul a șase came, conform figurii 5.7.

Utilizarea colectorului cu geometrie variabilă în cadrul sistemului de admisie

În vederea îmbunătățirii umplerii cilindrilor motorului cu ardere internă în timpul procesului de admisie, a fost dezvoltat colectorul de admisie variabil, având două lungimi posibile, utilizate la sarcini parțiale, sarcini cel mai des regăsite în utilizarea autovehiculelor (figura 5.9). Primele soluții constructive asigurau un traseu de admisie prelungit, pentru a favoriza regimurile de cuplu ridicat, și un traseu scurtat, pentru regimurile de putere ridicată. [17]

Soluții mai moderne au fost dezvoltate de BMW, asigurând varierea continuă a colectorului de admisie. Colectorul de admisie variabil continuu, împreună cu fazele sale de lucru, este prezentat în figura 5.10.

Reprezentarea variației curbelor momentelor în funcție de turație, dezvoltate de motorul care utilizează un astfel de sistem cu galerie de admisie variabilă sunt evidențiate în figura 5.11.

Motoare cu ardere internă cu ciclu de funcționare în 5 timpi

Motorul cu ardere internă în cinci timpi a fost creat de inginerii americani de la firma Ilmor Engineering Inc., dar în stadiu de concept. Acesta ar putea asigura o creștere a randamentului cu până la 20 %. Motorul nu utilizează un sistem de supraalimentare și este capabil să dezvolte o putere de până la 96 [kW] și un cuplu de 151 [Nm], valori duble față de propulsoarele existente care funcționează în patru timpi. Acest motor include în structura sa, ilustrată în figura 5.12, doi cilindri de înaltă presiune și un cilindru de presiune joasă. Cei doi cilindri evacuează gazele arse în cilindrul central, care desparte procesele de destindere și de comprimare, realizând raportul optim de destindere în mod independent față de raportul de comprimare al motorului.

Dezvoltarea variantelor ciclului Atkinson

Ciclul Atkinson a fost folosit pentru a descrie o modificare a ciclului motor Otto, în care supapa de admisie este ținută deschisă mai mult decât în mod normal, pentru a permite un flux invers de aer în galeria de admisie. Raportul de comprimare este redus (pentru un timp, aerul părăsește cilindrul liber, mai degrabă decât să fie comprimat), iar raportul de expansiune este neschimbat. Acest lucru înseamnă că raportul de comprimare este mai mic decât rata de expansiune. Căldura acumulată de la arderea de combustibil crește presiunea, astfel forțând pistonul să se deplaseze, mărind volumul de aer atunci când procesul de comprimare începe.

Scopul ciclului Atkinson modern este de a permite presiunii din camera de ardere, la sfârșitul cursei de destindere, de a fi egală cu presiunea atmosferică. Atunci când se întâmplă acest lucru, toată energia disponibilă este obținută din procesul de ardere. Pentru oricare cantitate de aer dată, raportul de destindere este mai mare, permițând mai multă energie pentru a fi convertită din căldură în energie mecanică utilă.

Dezavantajul motorului în patru timpi care utilizează ciclul Atkinson, comparativ cu ciclul Otto, este acela că se reduce densitatea de putere. Din cauza unei curse mai mici de compresie dedicată comprimării amestecului proaspăt, motorul care utilizează ciclul Atkinson nu permite admisia unei cantități de aer similare cu cea a motorului care urmează ciclul Otto.

Motoarele în patru timpi de acest tip, cu același tip de mișcare a supapei de admisie, dar cu un compresor în vederea compensării pierderii densității de putere sunt cunoscute ca motoare cu ciclu Miller.

Constructiv, un motor diferențial care utilizează ciclul Atkinson, poate fi ilustrat în figura 5.13, prin mișcările succesive realizate de piston.

Îmbunătățirea randamentului mecanic, componentă a creșterii performanțelor motorului. Ameliorarea contactului cuplei camă – tachet

Ameliorarea funcționării motorului din cadrul sistemului de propulsie a autovehiculelor poate fi obținută și prin încercări de a modifica anumite sisteme auxiliare care echipează motorul, cum ar fi sistemul de răcire sau sistemul de ungere.

În ceea ce privește sistemul de ungere, s-a pornit de la considerația că este necesară găsirea unui mod unitar de analiză a condițiilor de contact camă-tachet. Astfel, colectivul de cercetare [5] a luat în considerare un model fizico-matematic complex care să poată permite selectarea celor mai importanți factori ce afectează condițiile de contact, în ideea evidențierii unor soluții pentru reducerea uzurii și micșorarea pierderilor prin frecare. Simularea fenomenelor caracteristice a fost, de asemenea, considerată utilă în cadrul acestor cercetări. Din cauza complexității proceselor implicate a fost dezvoltat un nou concept, denumit stare de contact a cuplei camă-tachet, menit să evalueze global funcționarea sistemului de distribuție a motoarelor cu ardere internă. Acest concept ia în considerare multitudinea de procese care au loc în interiorul cuplei, cu accent pe complexitatea și interdependența acestora, facilitând astfel metodele de analiză a acestui contact. În scopul de a introduce conceptul menționat anterior s-a definit o matrice Γ= (Γ1, Γ2, Γ3, Γ4) care să cuprindă evoluția unor parametri considerați.

în care, Γ1 este parametrul geometric al stării de contact, Γ2 este parametrul tensiunilor principale din cuplă, particularizat pentru cazul contactelor liniare de tip camă – tachet cu rolă și camă – tachet plan, Γ3 este parametrul tensiunilor termice iar Γ4 este parametrul care reflectă condițiile de contact induse de starea de lubrificație dintre camă și tachet [19]. Detalierea noțiunilor utilizate în definirea acestor parametri precum și mersul de calcul se regăsește în lucrările colectivului [17, 20, 21].

Parametrii specifici Γ1, Γ2, Γ3, Γ4 și tipul de contact au fost evaluați prin intermediul modelelor virtuale [18] prezentate în figura 5.14. și prin simulări ale fenomenelor de ungere și de uzură din cuplă. Analiza acestor modele a relevat factorii principali [22] care afectează uzura cuplului camă-tachet precum și influența acestora asupra pierderilor prin frecare. Ca rezultat al acestor studii și simulări a fost dezvoltată o metodă originală pentru reducerea uzurii și frecărilor la nivelul contactului studiat, metodă care presupune o lubrifiere suplimentară cu jeturi de ulei direcționate în zona de contact cu efect direct privind eliminarea fenomenului de starvare. Colectivul de cercetare a denumit acest procedeu LUJET (Lubrication Jet). Implementarea LUJET s-a făcut cu rezultate promițătoare prin modificarea unui motor existent, modificări care nu au presupus costuri ridicate.

Prin măsurători succesive, înainte și după ciclurile de lucru, în conformitate cu programul de testare, uzura a fost evaluată prin intermediul modificărilor în cursa tachetului. Rezultatele testelor experimentale sunt prezentate în figura 5.15 și figura 5.16. A fost studiat de asemenea și efectul uzurii asupra parametrilor cinematice ai mecanismului [35, 37, 38]. Astfel, diminuarea uzurilor a condus la aplatizarea vârfurilor de variație a vitezei și accelerației tachetului, cu efecte favorabile asupra scăderii forțelor de inerție, aspecte prezentate în figura 5.17 și figura 5.18. Viabilitatea soluției propuse este confirmată și de reducerea uzurilor pentru ambele came. Astfel, în cazul camei de admisie se pune în evidență o reducere a uzurii de 30% pentru partea ascendentă a profilului și de 26% pentru zona descendentă a profilului, în timp ce la cama de evacuare reducerea este de 34% pe partea ascendentă a profilului și de aproximativ 24,5% pentru zona descendentă a profilului. Rezultatele sunt prezentate sintetic în figura 5.19 și figura 5.20. Deoarece efectul rugozității suprafeței asupra uzurii nu a fost luat în considerare în modelul teoretic, autorii au încercat să evalueze variația rugozității camelor în timpul încercărilor, variație vizibilă în figura 5.21. Se constată că rugozitatea după aplicarea procedeului LUJET se modifică mai puțin decât în cazul absenței ungerii suplimentare, confirmând o scădere a uzurilor [20, 21].

Impactul sistemelor de propulsie cu motoare cu ardere internă asupra mediului. Problematica ameliorării performanțelor de poluare

Așa cum se cunoaște din literatura de specialitate, efectele cele mai periculoase ale poluării produse de motoarele cu ardere internă se manifestă la nivelul atmosferei prin emisiile de gaze nocive [14, 15, 58]. Dintre motoarele cu ardere internă, motorul cu aprindere prin scânteie este considerat ca fiind cel mai reprezentativ poluant, nu atât datorită principiului de funcționare comparativ cu motorul cu aprindere prin comprimare, cât datorită populației foarte mari de motoare de acest tip în trafic. Din totalul de 100% noxe eșapate, 20% revin evaporării, 20% gazelor de carter, iar 60% gazelor de evacuare.

În 1997 a fost aprobat Protocolul de la Kyoto (PK) care este un acord internațional privind reducerea gazelor cu efect de seră. Acordul prevedea, pentru țările industrializate, o reducere a emisiilor poluante cu 5,2% în perioada 2008-2012 în comparație cu cele din 1990.

Protocolul de la Kyoto, semnat în 1997 și intrat în vigoare în 2005, este singurul contract juridic util privind limitarea emisiilor de gaze cu efect de seră, printre care si CO2, aflate la originea încălzirii globale.

Concentrația actuala de gaze cu efect de sera pare sa fie cea mai ridicata din ultimii 160.000 de ani. S-au prevazut, în funcție de modelul de simulare ales, creșteri ale temperaturilor cuprinse intre 1,4°C zi 5,8°C, pana în 2100. Marja mare de variație dintre cele doua cifre este cauzata de lipsa de informații cu privire la anumite fenomene fizice și cu politicile de protecție a mediului care ar putea fi adoptate. Procesul de încălzire nu va fi uniform, fiind mai intens în cazul latitudinilor polare și tropicale și mai pronunțat pe continente decât pe oceane. Acest fenomen va accentua topirea ghețarilor și seceta din zonele care au deja un grad ridicat de ariditate. Pana in 2030 emisiile globale de dioxid de carbon vor creste cu peste 39%, daca nu se vor infiinta noi reguli si nu se vor incheia alte protocoale pentru a stopa incalzirea globala. Fara un acord nou in care sa fie sustinute tehnologiile emergente, precum energia solara sau eoliana, ingroparea dioxidului de carbon sub pamant etc., emisiile de gaze din intreaga lume ar putea atinge 40,4 miliarde de tone metrice pana in 2030, fata de 29 miliarde de tone metrice, înregistrate in 2006.

În vederea respectării poziției de lider mondial în promovarea politicii în domeniul schimbărilor climatice și pentru a da un exemplu celorlalte state referitor la eforturile de reducere a emisiilor de GES, Uniunea Europeană a promovat în anul 2007 și aprobat în anul 2009 pachetul legislativ Schimbări Climatice – Energie.

Motorul cu ardere internă este motorul care transformă energia chimică a combustibilului prin ardere, în interiorul motorului, în energie mecanică. Căldura degajată în camera de ardere se transformă în mișcare mecanică ciclică, de obicei rectilinie, după care în mișcare de rotașie uniformă, obținută de obicei la arborele cotit.

Căldura introdusă în ciclul care se efectuează în cilindri motorului se obține prin arderea combustibilului, de obicei un combustibil ca: benzina, motorina sau gazul petrolier lichefiat, dar se pot folosi și combustibili gazoși, cum este gazul natural, sau chiar solizi, ca praful de cărbune.

Oxigenul necesar arderii se obține din aerul atmosferic. Combustibilul în amestec cu aerul se numește amestec carburant. Prin arderea carburanților rezultă diferite produse de ardere, cu o temperatură de aproximativ 2000°C. Majoritatea acestor produse se prezintă sub formă gazoasă. Pentru o ardere completă se asigură combustibilului o cantitate de oxigen dozată astfel încât să producă oxidarea integrală a elementelor sale componente (pentru arderea unui litru de benzină este necesar oxigenul conținut de aproximativ 10 m3 de aer). Structura noxelor înregistrate la arderea unui kilogram de combustibil este prezentată în tabelul următor:

Cel mai important element în analiza proceselor care se desfășoară în motoarele cu ardere internă este acela că arderea combustibilor nu este ideală, evidențiindu-se compușii prezentați în figura 5.23.

Efectul poluant cel mai important al motoarelor cu ardere internă se datorează emisiilor de gaze nocive existente în gazele de evacuare, emisii care apar datorită arderii defectuase, incomplete, a combustibilului. O masură studiată de reducere consistentă a oxizilor de azot din gazele de evacuare o reprezintă injecția de apă, având ca efect direct răcireainterioară a cilindrului prin evaporarea apei. Măsura este eficace, dar nu este aplicată pe scară largă, deoarece trebuie gospodărie de apă separată, iar apa prezintă anumite dezavantaje precum faptul că este corozivă, contaminează uleiul și îngheață.

Capitolul 6

Analiza funcționării motoarelor de propulsie în diverse regimuri prin intermediul caracteristicilor

Introducere

Caracteristicile motoarelor cu ardere internă constituie reprezentări grafice ale variației unor indici și mărimi ale acestora, în funcție de o altă mărime, care influențează performanțele lor energetice și de economicitate. [23]. În general, aceste caracteristici se determină experimental, pe un stand de încercări, în conformitate cu prevederile din STAS 6635-87.

Dintre cele mai importante caracteristici ale motoarelor cu ardere internă care echipează autovehiculele rutiere din prezent, putem menționa caracteristicile de reglare, obținute prin reprezentarea grafică a indicilor specifici în funcție de un factor de reglare, cum ar fi avansul la producerea scânteii electrice, avansul la injecție, dozajul, și caracteristicile funcționale, acestea constituindu-se în ilustrări ale mărimilor specifice, în funcție de un factor funcțional al motorului, constituit din sarcină sau turație.

Pe lângă aceste două mari categorii se utilizează, de asemenea, și alte tipuri de caracteristici. Astfel, în vederea estimării pierderilor datorate rezistențelor proprii ale motorului se folosește caracteristica de pierderi. Pentru studiul corelării motorului cu vehiculul (utilizatorul) se introduc caracteristicile de propulsie, iar caracteristicile complexe pun în evidență interdependența mai multor indici de apreciere a calităților motorului.

Caracteristica de reglare în funcție de consumul orar de combustibil

În cazul MAS-ului, caracteristica de reglare în funcție de consumul orar de combustibil este evidențiată în figura 6.1, conține reprezentări ale variației puterii efective a motorului, consumului specific efectiv de combustibil și excesului de aer, în funcție de consumul orar de combustibil, ceilalți factori, reprezentați prin turația și sarcina motorului, fiind constanți.

Pe = f(Ce), ce = f(Ce) și λ = f(Ce)

Aceste caracteristici de reglare la MAS, în funcție de consumul orar de combustibil, pentru diferite sarcini și turații stau la baza determinării condițiilor calitative de formare a amestecului. De aceea, se recomandă ridicarea cât mai multor caracteristici de acest fel, la sarcini și turații diferite. Astfel, se pot determina cu ușurință, valorile economice ale consumurilor orare de combustibil, Ceec, corespunzătoare coeficienților de exces de aer economici, λec, care generează consumurile de combustibil specifice efective minime, cemin, precum și valorile consumurilor orare de combustibil Cep, corespunzătoare dozajelor de putere, λp, susceptibile să producă puterile maxime dezvoltate de motor la diferite regimuri, cu consumuri specifice efective maxime, Cemax [23].

Caracteristica de reglare în funcție de avansul la producerea scânteii electrice

Este o caracteristică tipică motorului cu aprindere prin scânteie, care pune în evidență modificarea puterii efective a motorului și a consumului specific efectiv de combustibil odată cu variația valorii avansului la aprindere, , la turație și sarcină constante (n = const. și = const.). Se poate astfel pune în evidență, pentru fiecare regim de funcționare, valoarea optimă a avansului la aprindere, opt, ce reprezintă valoarea avansului la care, pentru regimuri de funcționare constante, rezultă puteri maxime ale motorului, așa cum se indică în figura 6.2.

Ținând seama însă de constanța consumului orar de combustibil, în condițiile în care asupra reglajului acestuia nu se acționează, se observă că atunci când puterea efectivă dezvoltată este maximă, consumul specific efectiv de combustibil va fi minim, ceea ce indică, că la același avans se obține și economicitatea maximă.

Determinând avansurile optime, opt, la mai multe turații, pentru aceeași sarcină (figura 6.3, a) rezultă variația avansului optim în funcție de turație la sarcină constantă, adică opt = f(n) la = const., așa cum se pune în evidență în figura 6.3, b.

Prin repetarea determinărilor pentru diferite sarcini (1 ,…, n), între sarcina de mers în gol, mg și sarcina totală, t, rezultă variația avansului optim cu turația și sarcina, așa cum se arată în figura 6.4.

Caracteristica de reglare în funcție de avansul la injecție

Caracteristica de acest tip este specifică motorului cu aprindere prin comprimare. Ea se determină printr-o metodologie similară cu cea de la MAS, modificându-se însă valoarea avansului la injecție, inj, la turație și sarcină constante; se obține astfel valoarea optimă a avansului la injecție, inj.optim, pentru o anumită turație și o anumită sarcină. În mod analog cazului anterior, cel al motorului cu aprindere prin scânteie, avansul optim la injecție se definește ca fiind valoarea avansului la care puterea efectivă și economicitatea motorului sunt maxime pentru regimul de funcționare dat. Se menționează că economicitatea maximă este reprezentată prin valoarea minimă a consumului specific efectiv de combustibil. Această caracteristică este prezentată în figura 6.5.

Repetând încercările la mai multe turații și diferite sarcini, considerate constante se obține modul de variație a avansului optim la injecție în funcție de turație, la sarcină constantă, așa cum se arată în figura 6.6, observându-se în același timp, că avansul crește cu sarcina [24].

Se menționează că la unele motoare cu injecție directă, utilizarea avansului optim la injecție, inj optim poate conduce, fie la o valoare a presiunii maxime a gazelor în timpul arderii, pmax, prea mare pentru o construcție ușoară a motorului, ceea ce afectează fiabilitatea acestuia, fie la un gradient p/ prea ridicat, ceea ce afectează mersul liniștit al motorului. Din acest motiv, dacă la inj optim presiunea maximă este mai mare decât presiunea maximă limită, pmax > pmax lim, se va reduce avansul până la o valoare 1 < inj optim. Dacă și pentru această valoare a avansului la injecție, mersul motorului este totuși brutal, se reduce în continuare avansul la valoarea 2 < 1, corespunzător valorii limite a gradientului presiunii, (p / )lim. O astfel de reglare, pentru orice regim de funcționare, nu trebuie însă să ducă la o sacrificare inacceptabilă a puterii și a economicității motorului.

Caracteristica de detonație

Această caracteristică se folosește în scopul indicării înclinării la detonație a motorului, a cifrei octanice și a avansului la producerea scânteii electrice, în vederea evitării apariției fenomenului detonației. Ea reprezintă variația avansului la limita de detonație, în funcție de turație, ld = f(n) și este prezentată în figura 6.7.

Deoarece detonația apare cu precădere la sarcină plină, curbele (ld – n) se determină cu obturatorul complet deschis, deci: = max = const., utilizând benzine cu diferite cifre octanice [23].

Pe această rețea se suprapune avansul dat de dispozitivul care echipează motorul, determinându-se grafic cea mai mare cifră octanică necesară funcționării motorului fără detonație (figura 6.8). Ea se numește cifră octanică necesară, prescurtat CON [24].

Caracteristica de dozaj

Caracteristica de dozaj se determină numai la motoarele cu aprindere prin scânteie. La aceste motoare, stabilirea valorilor necesare ale dozajului amestecului pentru toate regimurile stabile de funcționare ale motorului este esențială [23]. Acest lucru se obține pe baza caracteristicilor de reglare în funcție de consumul orar de combustibil, descrise anterior. Determinând aceste caracteristici pentru mai multe valori, notate generic 1, 2, 3 ale poziției obturatorului, la o anumită turație, n = const. se obțin rezultatele exprimate prin diagramele din figura 6.9.

Dacă, la turația n = const. aleasă, se dorește, pentru orice poziție a obturatorului, obținerea puterilor maxime, atunci excesul de aer, , trebuie să varieze după curba (B1 – B2 – B3) din diagrama IV, care corespunde dozajelor bogate, de putere, p. Această variație derivă din punctele B1, B2, B3 care corespund puterilor maxime pe diagrama I.

Dacă însă se dorește funcționarea la orice poziție a obturatorului cu economicitatea maximă, atunci excesul de aer trebuie să varieze după curba (A1 – A2 – A3) din diagrama IV, de dozaje sărace, economice, ec, deoarece ea derivă din punctele A1, A2, A3 de consumuri specifice minime în diagrama II.

Trebuie menționat, mai ales în cazul motorului de automobil, că la orice sarcină, în afară de cea totală (obturatorul complet deschis) se impune funcționarea cu dozaje sărace, economice, în vederea obținerii economicității maxime; acest lucru se impune deoarece, în regimul sarcinilor parțiale se urmărește obținerea economiei maxime și nu a puterii maxime.

Îmbogățirea dozajului la turație constantă (n = const.) datorită creșterii sarcinii, trebuie să se facă treptat; astfel, se înlocuiește curba ideală A1B1 cu EB1. În timp, posibilele obturările parțiale ale orificiilor de combustibil pot conduce la sărăcirea amestecului.

Din acest motiv, pentru a se putea folosi dozaje economice se va utiliza un reglaj după curba ED, practicându-se o ușoară îmbogățire care este favorabilă și din punct de vedere al regularității funcționării, deoarece la dozaje mai bogate dispersia ciclurilor este mai redusă.

Caracteristica de sarcină

Caracteristica de sarcină se determină prin variația încărcării motorului, modificând sarcina, de la mersul în gol, adică sarcina nulă, până la sarcina totală, menținând însă turația constantă.

Pentru fiecare sarcină se măsoară consumul orar de combustibil, Ce și se calculează consumul specific efectiv de combustibil, ce. De asemenea, se recomandă determinarea și a dozajului sau a coeficientul de exces de aer, .

În cazul motorului cu aprindere prin scânteie, caracteristica de sarcină este prezentată în figura 6.10. Se poate constata că dozajul se menține în zona valorilor sale economice, în apropierea sarcinii pline. La reducerea sarcinii sub sarcina plină, consumul specific efectiv de combustibil, ce, crește mult, pe de o parte datorită reducerii randamentului mecanic, m și pe de altă parte ca o consecință a micșorării randamentului termic, t, produs de înrăutățirea arderii, datorită obturării admisiei.

Odată cu depășirea sarcinii pline, amestecul se îmbogățește treptat, până la valoarea p, astfel încât, în momentul deschiderii complete a obturatorului să se obțină puterea maximă posibilă la această turație, ceea ce conduce însă la o nouă creștere a consumului specific.

Îmbogățirea în continuare a amestecului, în domeniul suprasarcinilor, atrage o înrăutățire a randamentului termic, înregistrându-se o creștere a consumului specific precum și a solicitărilor termice și mecanice ale motorului. Din acest motiv se recomandă o folosire de scurtă durată a acestui regim.

Variația consumurilor specifice și a randamentului mecanic în raport cu sarcina motorului se poate urmări mai clar în figura 6.11.

Așa cum s-a arătat, la MAC variația sarcinii se realizează prin modificarea poziției organului de reglaj al debitului de combustibil al pompei de injecție, poziție notată generic cu l. Sarcina poate fi apreciată prin aceleași mărimi ca și în cazul MAS-ului, adică fie prin coeficientul de sarcină, , sau prin puterea efectivă, Pe, fie prin valoarea presiunii medii efective, pe. Trebuie remarcat că, la acest motor, între caracteristica de reglare în funcție de consumul orar de combustibil și caracteristica de sarcină nu există o deosebire esențială.

În continuare, după stabilirea regimului limită de putere, Pe lim, se determină puterea intermitentă maximă, Pe int, în vecinătatea aceleia limită. Se evită astfel posibilitatea depășirii regimului limită al motorului.

În vederea stabilirii puterii continue maxime, Pe cont se procedează ca și la MAS, ținându-se deci seama că același regim de sarcină plină trebuie să asigure o supraîncărcare posibilă a motorului de 10 – 20%, definită printr-un coeficient de sarcină.

Pe de altă parte, iar, pe de altă parte, să fie poziționat în vecinătatea punctului economic maxim, adică a consumului specific efectiv minim.

Înrăutățirea arderii la depășirea sarcinii pline se datorează îmbogățirii amestecului în combustibil, rezultând astfel o creștere a consumului specific efectiv de combustibil, ce.

Pe de altă parte, la reducerea sarcinii sub valoarea la care se realizează consumul specific efectiv minim de combustibil, ce min, randamentul termic t se îmbunătățește datorită micșorării cantității de combustibil injectat în aceeași cantitate de aer, existând astfel posibilitatea arderii mai bune a combustibilului, ceea ce poate conduce la o tendință de micșorare a consumului specific de combustibil. Pe de altă parte însă, datorită faptului că la reducerea sarcinii randamentul mecanic al motorului, m, scade, din păcate destul de puternic, în final, consumul specific efectiv de combustibil, ce crește, dar mult mai lent. Acest lucru este consecința acțiunii contrare a creșterii randamentului termic, t, rezultând astfel o alură de variație a consumului specific de combustibil mult mai plată decât la MAS, aspect avantajos totuși pentru motorul de automobil și în general pentru motorul de tracțiune.

La sarcini parțiale foarte reduse însă, în vecinătatea regimului de mers în gol, valorile foarte scăzute ale randamentului mecanic, m, precum și înrăutățirea arderii ca urmare a alterării caracteristicilor de injecție, manifestată prin micșorarea randamentului termic, t, au drept consecință creșterea puternică a consumului specific efectiv de combustibil, ce.

Caracteristica de turație la sarcină totală și la sarcină plină

Acest tip de caracteristici se obține prin variația turației motorului, cu păstrarea constantă a sarcinii respective și se prezintă, pentru MAS în figura 6.12. Cele două regimuri, de sarcină totală, respectiv de sarcină plină, la fiecare turație se cunosc din caracteristica de sarcină. Regimul de sarcină totală, adică regimul intermitent maxim, reprezentat în figură cu linie plină, corespunde deschiderii totale a obturatorului. Similar, la o deschidere corespunzătoare a obturatorului se obține regimul de sarcină plină, adică regimul continuu maxim, reprezentat în figură prin curbele cu linii întrerupte.

Puterea efectivă maximă posibilă a motorului, Pe max , precum și momentul motor efectiv maxim, Me max , se vor obține la regimul intermitent maxim, adică la sarcina totală, obținută prin deschiderea completă a obturatorului, la turația np, respectiv la turația nM.

Economicitatea maximă a motorului, reflectată prin consumul specific efectiv de combustibil minim, ce min, se obține în regim continuu maxim al motorului, adică la regimul de sarcină plină (dacă acest regim a fost fixat la economicitate maximă, pe caracteristica de sarcină) la turația nec, (acest lucru se cunoaște din caracteristica de sarcină, unde s-a înregistrat consumul specific minim, la o sarcină mai redusă decât cea totală, înaintea momentului începerii îmbogățirii amestecului).

De obicei, la precizarea unui singur regim nominal al motorului, se alege ca turație nominală, nn, o valoare cuprinsă între nec și nP. Corespunzător, se aleg pe caracteristicile continue maxime, valorile nominale ale puterii efective, Pe n, ale momentului motor efectiv, Me n, ale consumului specific efectiv, ce n etc. Acestea sunt valorile ce definesc regimul maxim garantat la funcționarea de durată a motorului. Ele trebuie comunicate de către constructor și la ele se raportează indicii tehnico-economici ai motorului.

Turația maximă a motorului, nmax, considerată și turația admisibilă, se limitează, astfel încât solicitările determinate de forțele de inerție să nu depășească valorile admisibile pentru organele în mișcare ale motorului, ea fiind superioară turației corespunzătoare puterii maxime, nP. Pe de altă parte, trebuie observat că turația minimă stabilă de funcționare la aceste sarcini este uneori cu puțin mai redusă decât aceea de moment maxim.

Avându-se în vedere dependența următoare, faptul că puterea efectivă atinge un maxim și apoi scade odată cu creșterea turației este urmarea scăderii accentuate a momentului motor, consecință a înrăutățirii umplerii și a desfășurării arderii, cât și a creșterii pierderilor proprii, mai ales a celor prin frecări.

În cazul motoarelor de autovehicule sarcina totală se asimilează cu sarcina plină (t=p=1), astfel încât încercarea se va face la sarcină totală. În același timp, s-a stabilit că puterea intermitentă maximă are un caracter limitat, fie pentru a nu se ajunge la o desfășurare inacceptabilă a arderii, fie pentru a nu se supraîncărca termic sau mecanic anumite organe ale motorului.

La turații relativ reduse, limita este impusă de înrăutățirea arderii, manifestată în exterior prin fum vizibil în gazele de evacuare, în timp ce la turații mai mari, limita impusă de o bună ținută de serviciu a supapelor care se supraîncălzesc puternic, mai ales cele de evacuare. La turații și mai mari apare o limitare oarecum prematură, introdusă de supraîncărcarea termică a pistonului.

Caracteristica de turație la sarcini parțiale

Caracteristica de turație la sarcini parțiale conține curbe similare celor prezentate la punctul precedent, dar pozițiile organelor de reglare a puterii (obturator, organ de reglare a debitului pompei de injecție) sunt diferite și corespunzătoare unor fracțiuni din sarcina plină, considerând-o pe aceasta ca 100%. Sarcinile parțiale pot fi fixate, conform recomandărilor din STAS 6635 – 87, la valorile de 85%, 70%, 55%, 40% și 25%; se menționează că aceste valori pot fi completate, în special în domeniul sarcinilor mici, în funcție de scopul propus sau de caracterul determinărilor. Aceste fracțiuni se raportează de fapt la valoarea puterii la sarcina plină de la turația nominală a motorului, așa cum se arată în figura 6.13.

Acest tip de caracteristici, pentru un MAS sunt prezentate în figura 6.14.

Caracteristica de turație la sarcină nulă

Caracteristica de turație la sarcină nulă, numită și caracteristică de mers în gol, reprezintă variația consumului orar de combustibil, Ce, în funcție de turație, fără încărcare exterioară a motorului. Ea este prezentată în figura 6.15.

Valoarea turației minime de mers în gol, nmin g, este importantă, deoarece ea servește la reglarea instalației de alimentare cu combustibil a motorului. Turația minimă de mers în gol trebuie să fie stabilă și redusă, astfel încât să conducă la un consum orar de mers în gol, Ce g, cât mai redus.

Pe de altă parte este necesară și cunoașterea valorii turației maxime de mers în gol, nmax g, astfel încât să nu se depășească limitele admisibile de supraîncărcare, determinate de forțele de inerție generate în interiorul organelor în mișcare ale motorului [25, 26].

Caracteristica de propulsie. Corelări

Cu ajutorul caracteristicilor de propulsie se poate urmări variația puterii, a momentului motor, a consumului orar și a consumului specific de combustibil, în condiții reprezentative în raport cu tipul de exploatare la care este supus motorul, manifestate prin regimuri medii cu cea mai lungă durată de funcționare.

Pentru un anumit tip de utilizare, de exemplu tracțiunea terestră (de tip rutier sau de tip feroviar), puterea PP cerută motorului la diferite turații, n, corespunzătoare vitezelor de înaintare, w, ale vehiculului, pentru condiții medii de înaintare, are următoarea variație, prezentată în figura 6.16. Motorul trebuie să furnizeze, în regimul respectiv, tocmai aceste puteri PP, care constituie caracteristica de propulsie a vehiculului. La diferite turații, puterea de propulsie va fi furnizată de motor prin funcționarea sa pe diverse caracteristici de sarcină parțială. La turația maximă, nmax, la care se obține viteza maximă a vehiculului, wmax, motorul va funcționa, evident, la sarcină totală pe caracteristica intermitentă. Pe baza acestui raționament și a reprezentării din figură, rezultă modul de determinare a consumului orar de propulsie, CP și a celui specific de propulsie, ceP .

Caracteristici complexe

Pentru un studiu mai amănunțit, au fost introduse caracteristicile complexe, constituind reprezentări grafice ale interdependenței mai multor parametri tipici motorului. Ele se obțin suprapunând peste câmpul diagramelor rețele de curbe izoparametrice ale unor mărimi diferite, ca de exemplu cele ale consumului specific de combustibil. Curbele izoparametrice sunt familii de curbe, în care fiecare curbă este formată din valori identice ale mărimilor reprezentate. Exemplificări ale unor caracteristici complexe sunt ilustrate în figura 6.17 și figura 6.18.

Pe caracteristica din figura 59, în centrul rețelei de curbe izoparametrice de consum specific efectiv constant apare cea mai mică valoare a acestuia, adică consumul specific minim minimorum, ce min min, valoare numită și pol economic al motorului. Polul economic constituie un punct reprezentativ, deoarece el este de fapt o mărime fundamentală în cadrul celor care cuantifică performanța motorului, evidențiind perfecțiunea proceselor din interiorul acestuia. Polul economic se obține la un singur regim, pe caracteristica continuă a motorului, la o sarcină de aproximativ 80 ,…, 85% din sarcina totală, pentru un reglaj economic, caracterizat prin dozajul ec P.

Caracteristica complexă din figura 6.18, care conține curba de variație a puterii efective intermitente a motorului, peste care s-a suprapus rețeaua de curbe izoparametrice de consum specific efectiv constant, prezintă o importanță deosebită, deoarece cu ajutorul ei se poate determina consumul specific de propulsie cP, așa cum reiese din figura 6.19 a, b.

Analizând figurile 61 a, b se observă că, în vederea realizării unor consumuri specifice minime de propulsie, în condițiile unui serviciu mediu de tracțiune, este necesară o anumită structură a rețelei de curbe de izoconsum specific de combustibil. Astfel, pe de o parte, polul economic trebuie să fie plasat cât mai aproape de curba puterii de propulsie PP, iar pe de altă parte, rețeaua acestor curbe izoparametrice de consum specific trebuie să fie axate, pe cât posibil, de-a lungul curbei puterii de propulsie, așa cum este sugerat în figura 61 a.

În figura 61 b se exemplifică o situație defavorabilă, deoarece poziția polului economic, precum și orientarea rețelei curbelor izoparametrice nu satisfac criteriile expuse mai sus, ceea ce conduce la valori ridicate ale consumului specific de propulsie. Rezultă astfel, că într-o situație de acest tip, în condițiile de exploatare medie nu se poate beneficia de consumurile specifice reduse pe care motorul le realizează, dar la cu totul alte regimuri funcționale decât cele propuse.

Se constată astfel, cât de importantă este arhitectura rețelei izoparametrice în raport cu consumul specific de propulsie. În principiu, rețeaua curbelor de consum specific efectiv de combustibil depinde în mare măsură de fazele de distribuție, dar în cazul motorului cu aprindere prin scânteie și de dozajele furnizate la diferite regimuri, precum și de caracteristica de avans la aprindere, în timp ce la motorul cu aprindere prin comprimare ea este influențată de avansurile la injecție.

Modul de construcție al unei caracteristici complexe este redat în figura 6.20 a, b, c. Astfel, după determinarea experimentală a caracteristicilor de turație la sarcină totală ( notate cu i ) și la sarcini parțiale ( notate cu j și k ), pe figura 62 b se trasează dreptele ce1 = const., ce2 = const., …, cen = const.

Pentru fiecare dintre aceste drepte trasate se va obține un anumit număr de puncte de intersecție cu curbele de consum specific efectiv. Aceste puncte de intersecție se vor deplasa apoi în figura 62 a și figura 62 c, corespunzător sarcinilor respective ( i,…, j,…,k ). Unind între ele punctele generate de o anumită dreaptă se va obține curba de izoconsum specific efectiv constant de valoare corespunzătoare. Pe această figură, construcția de acest tip se exemplifică prin dreapta ce4 = const., pentru care se obțin punctele de intersecție 1, 2, 3, 4, 5, 6 și care, la rândul lor, în diagrama Pe – n, sau Me – n, generează curba de izoconsum specific efectiv constant ce4. În continuare se repetă acest algoritm până la trasarea întregii rețele de curbe izoparametrice și localizarea polului economic [24, 25].

O variantă mai simplificată a construcției, utilizând doar două diagrame, și anume ce – n și Me – n, dar mai multe sarcini se prezintă în figura 6.21.

În figurile 6.22 a, b sunt exemplificate caracteristici complexe ale unor motoare de automobile.

Corelarea cu ciclurile de încercare

Pentru un studiu complet al comportării motorului cu ardere internă de automobil s-au introdus așa numitele cicluri de încercare, în funcție de zona de influență caracteristică – Statele Unite ale Americii, Uniunea Europeana. Datorită faptului că motorul de automobil lucrează permanent într-un regim variabil, aceste cicluri s-au constituit prin prelucrări statistice ale acestor regimuri, rezultând așa zisa regimometrie [23, 2, 39].

Înainte de încercările ansamblurilor pe automobil în condiții de drum sau în paralel cu acestea, se constată necesitatea de a verifica funcționarea ansamblurilor principale ale automobilelor în condiții de laborator, utilizând standuri special amenajate în acest scop. Principalul avantaj al încercării pe stand este constituit de precizia mare cu care se pot determina performanțele obiectului testat, fiind posibilă înlăturarea influenței parametrilor care nu se studiază. Regimurile de încercare ale ansamblurilor automobilului se pot alege în funcție de scopul și caracterul încercării propriuzise. În situația în care se efectuează încercări de fiabilitate și durabilitate, regimurile sunt alese pe baza spectrelor de solicitare înregistrate în timpul exploatării sau pe pistele unor poligoane special amenajate în acest sens.

În cazul încercării motorului de automobil, în afară de rodaj și testarea sa după asamblare, executată în laboratoarele producătorilor, pe stand se fac încercări pentru determinarea diferiților parametri ce caracterizează performanțele motorului sau a unor mărimi caracteristice ce sunt foarte dificil de măsurat în timpul deplasării autovehiculului.

Schema bloc a unui lanț caracteristic de încercare a unui motor cu ardere internă este prezentată în figura 6.23.

În vederea efectuării unei încercări pe motor, una dintre posibilitățile de montaj a sistemului de testare poate fi considerat cel din figura 6.24.

Capitol 7

Modele matematice de simulare a funcționării motoarelor cu ardere internă din sistemele de propulsie ale autovehiculelor

Modele matematice generale ale funcționării motoarelor

Ideea principală confirmată deja de practica exploatării conduce la necesitatea studierii cu preponderență al regimurilor tranzitorii ale motoarelor cu care sunt echipate autovehiculele. Cu toate acestea, surprinde existența în literatura tehnică de specialitate a unor abordări mai puțin numeroase ale dinamicii motoarelor la încercările acestora pe stand. La încercările de pe stand, este necesar să fie vizate mai mult regimurile tranzitorii decît cele staționare, având scopul de a oferi date inițiale pentru studiul dinamicii autovehiculelor echipate cu motorul încercat. Așa cum se cunoaște, majoritatea firmelor care construiesc motoare oferă doar caracteristici statice ale acestora, precum cea de turație, de sarcină, de regulator, pe baza cărora se poate aborda în mod indirect dinamica autovehiculului. [44].

Un aspect care nu trebuie trecut cu vederea este acela că trecerea de la studiul regimurilor staționare la cele tranzitorii este facilitată de producător, prin faptul că oferă inclusiv valorile presiunii gazelor din cilindru, conform cu diagrama indicată, dar și ale presiunii combustibilului din conducta de înaltă presiune. Ambele diagrame menționat au ca abscisă unghiul α de rotație a arborelui cotit al motorului, prin urmare timpul t, corelat cu unghiul de rotație al arborelui ctit prin prisma turației n.

Un exemplu poate fi ilustrat în figura 7.1, pentru varianta unui motor cu aprindere prin scânteie studiat, „m6-2200”.

Așadar, în primul rând, practica exploatării autovehiculelor scoate în evidență necesitatea abordării teoretice a dinamicii motoarelor cu ardere internă, motivația rezultând din faptul că funcționarea motorului aparține de categoria generală de procese. Orice proces a cărui variabilă independentă este timpul este considerat un proces dinamic. Prin urmare, în dinamica motoarelor, orice mprime variază în timp.

Procesele tranzitorii reprezintă un caz particular al proceselor dinamice, constituit din reuniunea unor regimuri tranzitorii. Un proces tranzitoriu este un proces dinamic de trecere printr-o evoluție deterministă, de la un regim staționar inițial la unul final, cele două regimuri putând fi identice sau diferite [45]. Un proces dinamic în general, cel tranzitoriu în particular, constituie o caracteristică dinamică a unui sistem oarecare, prin urmare și a motorului cu ardere internă. Caracteristica exterioară, ca de exemplu graficul de variație a puterii efective în funcție de turație, conține regimuri staționare la care toate mărimile se consideră constante – turație, sarcină, temperatură lichid răcire, consum de combustibil. În realitate așadar, pe timpul deplasării autovehiculelor, nu există regimuri staționare în strictul înțeles al noțiunii, chiar și la menținerea unei viteze constante de deplasare. Mai mult de atât, nici la încercările pe stand ale motorului, mărimile nu sunt strict constante atunci când se dorește ridicarea unei caracteristici statice. Din aceste considerente, se consideră oportună acceptarea cvasiconstanței mărimilor funcționale pe timpul unui anumit număr de cicluri de funcționare, obținându-se astfel un punct de regim cvasistaționar al caracteristicii statice, care se completează apoi și cu alte puncte.

Conform celor prezentate, rezultă că un motor poate funcționa la regimuri staționare (cvasistaționare mai corect) sau tranzitorii. În consecință, în cadrul lucrării se va apela la caracteristicile statice ale motorului, stabilite pe stand, pentru a prezenta comparativ performanțele acestuia în diferite variante de echipare. În plus, se vor utiliza diagramele de variație ale presiunii din cilindru și din conducta de refulare. Ambele presiuni au o evoluție temporală, variabila independentă fiind timpul (prin unghiul de rotație a arborelui cotit). După cum se remarcă, la un regim considerat staționar (un punct din caracteristica statică), există mărimi care de fapt variază în timp; chiar și numai din această observație, se poate intui că de fapt nu există regimuri staționare pure, ci este o convenție adoptată pentru a reuși ridicarea pe stand a unei caracteristici statice [45]. Mai trebuie prezentat încă un aspect de care se va ține cont în cadrul lucrării. Așa cum au arătat și experimentările, funcționarea autovehiculelor este insoțită de apariția unor procese aleatoare, perturbațiile externe având acest caracter; spre exemplu, este cunoscut faptul că două experimentări considerate absolut identice oferă două rezultate diferite. Rezultă necesitatea completării unei tratări deterministe a regimurilor funcționale ale motorului cu o abordare probabilistică. Din acest motiv, în cadrul lucrării se vor viza și caracteristicile statistice, care sunt proprii proceselor aleatoare. Astfel, se vor avea în vedere caracteristicile statistice de ordinul I și ordinul al II-lea. În plus, vor fi abordate și caracteristici statistice de ordin superior; un rol important în furnizarea de informații îl au momentele și cumulanții de ordin superior. Utilizând datele experimentale, în cadrul lucrării vor fi prezentate performanțele obținute la diferite variante constructive și de reglaj ale motorului, precum și solicitările ce decurg de aici (prețul obținerii acestor performanțe). Această prezentare, de tip comparativ, va utiliza atât datele primare, cât și cele obținute prin calcule, inclusiv cele specifice cinematicii și dinamicii motorului, aferente regimului termic etc. În acest ultim caz, al rezultatelor din calcule, se vor stabili variația în timp a temperaturii fluidului motor, legea de ardere (și implicit cantitatățile de combustibil ars și nears), forța de presiune a gazelor, forțele de inerție, forțele normale pe cilindru și pe maneton (care influențează uzura acestora), momentul motor instantaneu etc. De asemenea, asupra datelor experimentale se vor aplica analizele în timp, în frecvență și în timp-frecvență (figura 7.2). Aceste prelucrări vor oferi informații referitoare la corelația temporală a datelor, spectrul de frecvenț acstora, amplitudinea diferitelor componente armonice și armonice in tie al mp a acestora, depistarea componentelor armonice cu aport energetic ridicat.

Atenția principală a fost îndreptată spre stabilirea modelelor matematice pe baza datelor experimentale, prin utilizarea conceptelor și algoritmilor proprii identificării sistemelor. Așa cum s-a menționat anterior, studiul teoretic al oricărui proces dinamic necesită cunoașterea descrierii matematice a acestuia. Întrucât se vizează procese dinamice, pentru stabilirea modelelor matematice s-au utilizat cele două diagrame experimentale cu mărimi ce evoluează în timp, respectiv variația presiunii din cilindru și variația presiunii din conducta de refulare. De asemenea, s-a pornit de la o premisă logică, aceea că procesele energetice din cilindru sunt influențate de presiunea din conducta de refulare; cât și cum influențează este rolul identificării sistemelor.

Literatura de specialitate de peste hotare din ultimii ani abordează tot mai mult și mai frecvent problematica descrierilor matematice neliniare ale funcționării motoarelor, în principal pornind de la dispersia ciclică [46, 47, 48]. Studiul teoretic al sistemelor neliniare are particularități specifice, este mai dificil de abordat din punct de vedere matematic, dar, așa cum se consideră, descrie mai bine comportarea reală a acestora. Dinamica sistemelor neliniare prezintă fenomene specifice precum bifurcații, bazine de atracție, cicluri limită stabile sau instabile și atractori. În cazul motoarelor, este cunoscut faptul că un punct din caracteristica statică se – obține prin medierea valorilor unui număr adoptat de cicluri funcționale, fiecare din acestea având mărimi caracteristice distincte (valori diferite ale turației, momentului motor efectiv etc.). În mod real deci, pentru un punct din caracteristica statică există de fapt o dispersie ciclică, de care se ține cont din ce în ce mai mult la ora actuală. Luarea în considerare a dispersiei ciclice a evidențiat existența evoluțiilor dinamice de tipul celor menționate anterior; spre exemplu, în figura 7.3 se constată apariția unor bifurcații în graficul ce redă legea de ardere la un motor cu aprindere prin scânteie [49]. În figura 7.4 se prezintă traiectoria de stare aparținând presiunii indicate p, ce arată dispersia ciclică pentru 20 cicluri, iar în figura 7.5 traiectoria de fază (graficul de variație la care pe axa absciselor este presiunea indicată, iar pe ordonată derivata acesteia, deci gradientul de presiune), ambele pentru varianta „m2-2300".

Cu privire la stabilirea modelelor matematice pe baza datelor experimentale, se constată în mod frecvent că cercetările experimentale efectuate pe standuri și desfășurate cu motoare cu ardere internă decurg la regimuri staționare; chiar și firmele constructoare oferă beneficiarilor numai caracteristici statice, care conțin regimuri staționare (la turație sau sarcină constante). Prezintă deci interes elaborarea de modele matematice care să descrie funcționarea motorului în regim dinamic, mai ales că pe timpul exploatării regimurile tranzitorii sunt cele preponderente [24, 51]. De asemenea, prezintă interes să se stabilească modele matematice care să ofere variația în timp a unor mărimi mai dificil de măsurat în funcție de altele mai facil de instrumentat; toate aceste modele de funcționare în regim dinamic utilizează o bază de date inițiale, printre care și caracteristicile statice ale motorului. Acestea sunt principalele considerente care stau la baza demersurilor din prezenta lucrare, al cărei scop principal constă în stabilirea unor modele matematice pentru studiul dinamicii motorului 8VSA2T2 și variantelor sale prin utilizarea caracteristicilor statice ridicate pe stand, deci pe baza datelor experimentale avute la dispoziție la regimuri stationare [52, 53, 54, 55]; stabilirea modelelor matematice pe baza datelor experimentale constituie apanajul identificării sistemelor [56, 57], în acest caz particular motorul.

În toate domeniile tehnice, pentru studiul teoretic al unui sistem oarecare se stabilește mai întâi modelul matematic, aplicând principii și legi cunoscute, algoritm ce descrie funcționarea sistemului în condițiile existenței unor perturbații impuse sau apreciate de specialist. La stabilirea modelului matematic Je regulă ecuații diferențiale (în domeniul continuu) sau ecuații cu diferențe (în domeniul discret), se adoptă ipoteze simplificatoare și se fac aproximații asupra parametrilor sistemului analizat. Ipotezele adoptate și aproximatiile făcute conduc la descrieri matematice incomplete (așa-numita dinamică neglijată) și care se depărtează de realitatea comportării sistemului vizat. Din aceste motive, in mod frecvent stabilirea modelului matematic se prefigurează teoretic și se definitivează pe baza datelor experimentale [56; 57].

Prin urmare, este foarte important să se cunoască algoritmul de descriere matematică al sistemului vizat, ca forma de exprimare cea mai sintetică pentru orice sistem tehnic, care să poată fi utilizat la diferite abordări teoretice, cu confirmare prin cercetările experimentale ce nu pot fi în volum oricât de mare. Rezultă în mod implicit că stabilirea modelului matematic pe baza datelor experimentale constituie singura posibilitate de a valida valorile care se adoptă teoretic. De asemenea, prin experimentări se poate stabili și dacă forma adoptată pentru modelul matematic este cea mai indicată.

Procedeele de identificare a sistemelor sunt numeroase; dintre acestea, cele mai importante se referă la [56; 57]:

– identificarea continuă sau discretă. În prima situație mărimile au o evoluție continuă în timp, iar în a doua au o evoluție discretă; rezultatele identificării vor fi modele continue, respectiv discrete;

– identificarea folosind un model liniar sau unul neliniar. În primul caz evoluția în timp a ieșirilor sistemului în funcție de intrările sale poate fi reprezentată printr-un sistem liniar de ecuații diferențiale sau ecuații cu difereme; în al doilea caz sistemul de descriere matematică este neliniar;

– identificarea parametrică sau neparametrică. În primul caz rezultatul identificării îl constituie un model parametric, descris prin ecuații diferențiale, ecuații cu diferențe, ecuații cu derivate parțiale, funcții de transfer etc.; rezultatul identificării neparametrice este un model reprezentat prin curbe, tabele cu valori, caracteristici de frecvență, caracteristici de timp-frecvență etc.;

– identificarea deterministă sau statistică. În prima situație reprezentarea sistemului este în domeniul determinist, deci nici o mărime nu este aleatoare; în a doua situație reprezentarea sistemului este în domeniul stocastic, mărimile fiind de tip aleator, cu caracter probabilistic;

– identificarea în domeniul timpului, în domeniul frecvenței sau în domeniul timp-frecventă. În prima situație se obțin descrieri matematice prin ecuatii diferențiale, ecuații cu diferențe etc.; în al doilea caz se obțin caracteristici de frecventă, iar al treilea rezultă caracteristici de timp-frecvență;

– identificarea teoretică, experimentală sau combinată. La ora actuală mod frecvent se utilizează identificarea combinată a sistemelor dinamice, caz in care cea teoretică furnizează informații apriorice procedurii de identificare experimentală. Ca urmare, identificarea sistemelor trebuie să asigure o coincidență cât mai bună a mărimii de ieșire obținută prin modelare (mărime estimată) cu valorile experimentale ale acesteia (mărime măsurată).

Cu privire la identificarea parametrică liniară, în multe cazuri, pentru descrierea unui proces se utilizează modele parametrice liniare, ce sunt caracterizate printr-un vector al coeficienților notat cu ϴ, modelul corespunzător fiind notat cu M(ϴ). Când vectorul ϴ parcurge un set de valori realizabile (posibile) se obține un set de modele sau o structură de model M. Dacă modelul matematic al procesului este parametrizat prin vectorul ϴ, problema identificării se reduce la determinarea sau estimarea parametrilor acestuia utilizând datele experimentale ale variabilelor de intrare și de ieșire ale sistemului sau elementului analizat. Trebuie menționat faptul că, de regulă, pentru estimarea parametrilor se utilizează o jumătate din datele experimentale, iar pentru validarea modelului se folosește cealaltă jumătate de valori; așadar, cu jumătate din date se construiește modelul, iar cu cealaltă jumătate se face verificarea acestuia. Validarea modelului (calitatea identificării) beneficiază de mai multe criterii; spre exemplu, la cel bazat pe metoda celor mai mici pătrate, funcția obiectiv ce se minimizează este:

unde n este numărul datelor experimentale, y(t) seria dinamică experimentală, iar y(t|ϴ) seria dinamică estimată, obținută prin identificare, adică pe baza modelului matematic stabilit. În plus, în expresia anterioară z(t) = [y(t) u(t), cu u(t) mărimea de intrare și y(t) mărimea de ieșire, ambele constituind vectori cu valori discrete, așa cum sunt datele experimentale.

Rezultă condiția de minimizare a funcției anterior prezentate, scrisă așadar sub forma:

Pentru un sistem monovariabil la intrare și monovariabil la ieșire (SISO — Single Input Single Output), forma generală a modelului liniar utilizat pentru identificarea parametrilor este [54; 55]:

în care y(t) — mărimea de ieșire în timp discret (deci este un vector); u(t) — mărimea de comandă în timp discret (un vector); e(t) — perturbația, care simbolizează acțiunea exterioară necunoscută, deci termenul aferent așa-numitei dinamici neglijate (se folosește și termenul de rezidual); t — variabila timp discret (număr valori), cu valori în mulțimea numerelor întregi. in plus, în expresia anterioară mai intervin cinci polinoame de argument q, ai căror coeficienți rezultă prin identificare (a se vedea polinomul B):

Modele matematice ale dinamicii motorului

Se stabilesc în continuare diverse modele matematice parametrice liniare care descriu funcționarea motorului 8VSA2T2 variantelor sale în regim dinamic. Drept un prim exemplu, se va stabili ecuația diferențială care stabilește variația în timp a presiunii indicate în funcție de presiunea din conducta de refulare, adoptând un model matematic parametric liniar. În acest caz se are în vedere că pe timpul experimentărilor se consideră că pentru un punct din caracteristica statică se consideră turația ca fiind constantă. Această ipoteză nu este reală și, în consecință, la stabilirea modelului matematic se adoptă un algoritm de identificare cu două mărimi de intrare (în acest caz presiunea din conducta de refulare pr și turația motorului n, aceasta din urmă aparținând dinamicii neglijate) și o mărime de ieșire (în această situație presiunea indicată p):

Ca urmare, fiind două mărimi de intrare, se adoptă algoritmul de identificare ARMAX prezentat anterior; deci se impune ca în relația de mai sus să se adopte mărimile astfel:

În plus, se adoptă ordinul optim al ecuației cu diferențe, adică cel care asigură minimizarea funcției obiectiv anterioare:

na = 2 (se obține o ecuație cu diferențe de ordinul al II-lea), nb = 2, nc = 2 (nb ≤ na, nc ≤na), nk = 0; acest ordin îl indică toolboxul „Identificarea sistemelor" din Matlab și este prezentat în figura 7.6.

Adoptând algoritmul ARMAX pentru diferite variante, se obține funcția de transfer care dă variația presiunii indicate în funcție de variația presiunii de refulare, deci de fapt raportul polinoamelor B(q) și A(q) din expresiile de mai sus, de exemplu pentru varianta „st-2300":

Pentru patru variante, în figura 7.7. se prezintă cele două serii dinamice: originală (experimentală) și rezultată prm calcul pe baza modelului matematic stabilit (estimată); din grafice se constată corectitudinea modelului matematic obținut, valorile erorii fiind foarte mici (la varianta „st" de 0,24% la COV).

Corectitudinea modelului matematic obținut rezultă și din figura 7.8, funcția de corelație a rezidualului (figura 7.8 a) și funcția de intercorelație dintre nizirimea de intrare și rezidual (figura 7.8 b) încadrându-se în plaje de erori impuse de 5% (intervale de încredere de 95%), rămânând în final într-o semiplajă din cele două și tinzând către valoarea nulă. Acest grafic se interpretează astfel:

– deoarece funcția de autocorelație a rezidualului (definit anterior) respectă condițiile menționate, înseamnă că se confirmă autocorelarea temporală a rezidualului (în acest caz turația) și deci există garanția că valorile sale sunt corect detet minate;

– deoarece funcția de intercorelație a mărimii de intrare și a rezidualului respectă condițiile arătate, înseamnă că nu mai există încă o mărime de intrare semnificativă care să nu fi fost luată în consdiderare, deci structura modelului matematic este corectă. (na = 2, nh = 2, nc = 2, nk = 0).

Ideea de a stabili variația unor mărimi pe baza modelelor matematice de functionare în orice regim dinamic a motorului și dispunând doar de variația presiunii din conducta de refulare permite, în primul rând, o instrumentare de serie facilă, având în vedere că măsurarea turației nu prezintă o dificultate. Această idee mai are și avantajul că permite diverse extrapolări, de exemplu pentru aprecierea solicitărilor motorului.

Studiul comparativ al performanțelor și solicitărilor motorului

Printre cerințele impuse motoarelor autovehiculelor sunt și cele referitoare la performanțele acestora [2]. Cum un motor poate funcționa la regimuri stationare sau tranzitorii, rezultă că interesează performanțele în ambele situații. Performanțele la regimuri staționare (de fapt, așa cum s-a mai precizat, cvasistaționare) sunt cele corespunzătoare caracteristicilor statice ale motoarelor. Spre exemplu, din caracteristicile de turație furnizate de firmele constructoare rezultă mărimile efective precum puterea, momentul motor, consumul specific de combustibil etc. Performanțele la regimuri tranzitorii sunt cele aferente funcționării motorului în regim dinamic, la care mărimile variază în timp; aceste performanțe se determină experimental sau prin calcul, ultimul caz în situația în care se dispune de modelul matematic ce descrie dinamica motorului. Obținerea unor performanțe însemnate este totdeauna însoțită de solicitări mecanice și termice mari ale motorului. Din acest motiv, problema performanțelor trebuie abordată concomitent cu cea a solicitărilor motorului; pentru motoarele autovehiculelor militare, cărora li se impun puteri și dinamicitate ridicate, aspectul menționat trebuie cu atât mai mult luat în considerare la analiza funcționării acestora.

Performanțele și solicitările la regimuri tranzitorii se determină pe baza modelelor matematice care descriu funcționarea motorului în regim dinamic, stabilite așa cum s-a prezentat anterior. Pentru stabilirea performanțelor dinamice se procedează în modul cunoscut din literatura de specialitate din domeniul teoriei sistemelor și anume prin aplicarea la intrarea acestora a unor mărimi-tip (mărimi standard) și constatarea modului în care răspund acestea la excitația considerată. Dintre mărimile-tip utilizate, cele mai folosite sunt:

funcția tip impuls δ(t), caz în care se obține răspunsul ponderal al sistemului. Expresia analitică a acestei mărimi este:

rezultă o arie unitară a suprafeței aferente (figura 7.9). În figura 7.9 a se prezintă cazul t0 = 0 (începutul aplicării în origine, fiind cazul uzual folosit), iar în figura 7.9 b se redă cazul t0 ≠ 0 0 (începutul aplicării în dreapta originii timpului).

În continuare sunt redate rezultatele obținute în urma efectuării calculelor. Astfel, în figura 7.10 se prezintă răspunsurile indiciale la 2300 rot/min ale presiunii indicate pentru nouă variante de motor experimentate, stabilitc pe baza modelelor matematice deduse prin procedeul de identificare ARMA. Spre exemplu, varianta „k1" este descrisă de funcțiile de transfer următoare:

7.4. Modelarea și simularea comportării ansablului sistemului de propulsie

Un model matematic de optimizare și modelare a comportării sistemelor de propulsie este elaborat și în teza de doctorat din bibliografie [5].

Având în vedere complexitatea fenomenelor care apar pe durata funcționării sistemului de propulsie al automobilului, precum și faptul că până în prezent în literatura de specialitate nu s-a conturat o tratare unitară a acestei problematici, în cadrul acestei lucrări se propune, într-o manieră proprie, adoptarea unor criterii menite să contribuie la optimizarea funcționării sistemelor de propulsie ale automobilelor.

În esență, criteriile propuse încearcă să țină seama de multitudinea fenomenelor care apar la propulsia automobilelor, precum și de complexitatea și interdependența lor, facilitând astfel analiza și optimizarea sistemelor de propulsie. aceste criterii sunt grupate și definite generic, în mod sintetic, cu ajutorul matricei coloană [ I ], denumită în continuare matrice de optimizare.

ale cărei elemente ξi pun în evidență fenomenele caracteristice luate în considerare; dezvoltarea acestora în cele ce urmează conduce la obținerea unui model fizico-matematic complex.

Astfel, elementul ξ1 al matricei definește, în principal, criteriul stabilității și în general comportarea sistemelor de propulsie pe durata funcționării lor.

Cel de al doilea element al matricei, ξ2 definește criteriul economicității, corelând consumul specific de propulsie minim cu caracteristica de propulsie a automobilului.

Elementul ξ3 definește, la rândul său, criteriul poluării, prin el luându-se în considerare gradul minim al poluării chimice generate de sistemul de propulsie al automobilului, în regimurile de funcționare optimă. Având în vedere dificultățile estimării pe cale teoretică a gradului de poluare, criteriul ξ3 devine prin excelență un criteriu experimental, cu caracter complementar restrictiv.

Evaluarea problematicii sub aspectele evidențiate de criteriul ξ1 conduce la următoarea formă de abordare, convenabilă din punct de vedere a obiectivelor lucrării.

Astfel, în vederea studierii comportării sistemului de propulsie este utilă o modelare, ceea ce presupune construirea unui model mecanic echivalent, precum și a modelului matematic aferent.

Prin particularizări ale modelului matematic se pot defini mai complet următoarele aspecte:

regimurile de funcționare stabilizate ale sistemelor de propulsie;

regimurile de funcționare tranzitorii specifice sistemelor de propulsie,

precum și poziția punctului de funcționare.

Pe de altă parte, prin analiza modelului matematic se pot obține informații privind evoluția modelului echivalent și, în funcție de ipotezele adoptate, evoluția întregului sistem de propulsie.

În același timp, evoluția modelului pe parcursul proceselor tranzitorii poate evidenția aspecte suplimentare, utile în analiza și studiul comportării sistemelor de propulsie ale automobilelor, adică:

solicitările dinamice suplimentare,

durata acestora,

condițiile de obținere a unor puncte de funcționare stabile.

Ca și primă ipoteză, de bază, în cadrul acestei modelări, se consideră că ansamblul sistemului de propulsie al automobilului reprezintă un sistem mecanic, constituit din corpuri solide, cu legături interioare și exterioare, având o mișcare de rigid, așa cum se pune în evidență în figura 7.11, în care I reprezintă momentul de inerție redus al elementelor cu mișcare de rotație din motorul de propulsie, I’ momentul de inerție redus al roților motoare, iar I” este momentul de inerție redus al elementelor cutiei de viteze și transmisiei principale.

În vederea studierii mișcării de rigid, în faza inițială, este necesară generarea modelului mecanic echivalent sistemului de propulsie, ceea ce presupune calculul maselor reduse în diferite puncte ale sistemului real, cât și a încărcărilor reduse corespunzătoare.

Astfel, pentru calculul masei reduse se propune utilizarea criteriului echivalenței energiei cinetice [27, 28, 29], metodă aplicabilă când sistemul real este constituit din elemente legate cinematic între ele, prin legături având raport de transmitere independent de încărcări. Cu aceste ipoteze întregul sistem mecanic echivalent al ansamblului sistemului de propulsie al automobilului se înlocuiește printr-o masă echivalentă, așa cum se arată în figura 7.12.

În acest caz, pentru calculul încărcărilor reduse se utilizează principiul lucrului mecanic virtual [27, 28]. Rezultanta obținută prin reducerea tuturor încărcărilor din fața punctului de reducere va reprezenta încărcarea motoare, în timp ce rezultanta obținută prin reducerea încărcărilor din spatele punctului de reducere constituie încărcarea rezistentă.

Diagramele încărcărilor motoare și rezistentă, în funcție de mărimi referitoare la funcționarea întregului ansamblu (de exemplu viteza), reprezintă caracteristici funcționale de ieșire din motor, respectiv de intrare în transmisia sistemului de propulsie.

Studiul modelului mecanic echivalent sistemului de propulsie a fost realizat prin adaptarea și dezvoltarea unui model general, specific antrenării cu motoare termice ca și sursă energetică [27, 28, 29, 30]. În aceste condiții, particularitățile sistemelor de propulsie pentru automobile impun alegerea punctului de reducere la nivelui arborelui motor. Momentul de inerție masic, I, al masei reduse se calculează [28] conform criteriului de echivalență enunțat mai sus, cu relația de mai jos.

în care:

Ij este momentul de inerție masic al masei în rotație j;

j – viteza unghiulară a masei j;

mi – masa elementului i aflat în mișcare de translație;

vi – viteza masei mi;

nr – numărul de mase în mișcare de rotație;

– viteza unghiulară a masei reduse I (egală de regulă cu viteza unghiulară a arborelui la

care se face reducerea).

Trebuie de remarcat că, în acest caz, singurul grad de libertate al masei reduse, având momentul de inerție I este conferit de rotirea sa, măsurată prin unghiul , pus în evidență, de asemenea, în figura 7.12. Se precizează că valoarea momentului de inerție masic redus I se poate determina și experimental, după o metodologie cunoscută, descrisă pe scurt în continuare [28]. Astfel, pentru determinarea experimentală a momentului de inerție masic se procedează în conformitate cu următorul algoritm:

se trasează experimental diagrama (t) pentru valoarea necunoscută I1, determinându-se T1;

se modifică valoarea momentului de inerție masic I1, cu o valoare cunoscută I3;

se trasează experimental diagrama (t), pentru noul moment de inerție masic:

determinându-se constanta de timp a regimului tranzitoriu, notată T2. Cum însă constanta de timp T1 se definește prin raportul:

Rezultă așadar valoarea constantei T2:

În cadrul acestor relații, T reprezintă, la modul general, constanta de timp a regimului tranzitoriu, iar ∆ panta tangentei caracteristicii funcționale a sistemului de propulsie, elemente ce vor fi puse în discuție ulterior.

Rezultă astfel:

ceea ce reprezintă mărimea momentului de inerție masic, echivalent sistemului de propulsie, necesar a fi determinată. Pentru dezvoltarea modelului se consideră, pe de altă parte, că momentul motor aplicat masei cu moment de inerție I este momentul motorului de propulsie. Se consideră, de asemenea, că acest moment este dependent de o serie de factori funcționali, în special viteza unghiulară a arborelui motor, cantitatea de combustibil introdusă pe ciclu de funcționare al motorului 1, temperatura 2 și presiunea 3 a mediului ambiant etc. În aceste condiții, momentul motor Mm apare ca o funcție care depine de mai multe variabile, adică:

în care 1,…,s reprezintă s parametrii suplimentari de influență asupra momentului motor.

Reluând o idee anterioară, graficul funcției Mm se mai numește caracteristica funcțională de ieșire a motorului termic. Prin particularizare, în figura 7.13 este prezentată variația momentului motor Mm, în funcție de viteza unghiulară a arborelui de ieșire și de cantitatea de combustibil 1 introdusă în decursul ciclului de funcționare [28].

Pe de altă parte, momentul rezistent Mr, la nivelul arborelui de intrare în transmisia mecanică este, de asemenea, dependent de mulți factori funcționali și anume: viteza unghiulară , raportul de transmisie specific treptei din cutia de viteze 1, raportul de transmisie al transmisiei centrale 2, geometria roții motoare 3, proprietățile și natura căii de rulare 4, randamentul transmisiei 5 etc. Printr-o exprimare similară celei anterioare, funcția va avea forma:

Graficul funcției Mr reprezintă caracteristica funcțională de intrare în ansamblul format din transmisie, diferențial și tren de rulare. În figura 7.14 este reprezentată variația momentului rezistent la intrarea în transmisia mecanică.

Așa cum se cunoaște, arborele de intrare în transmisie este antrenat de arborele motorului, iar arborele de ieșire din transmisie antrenează puntea motoare. Datorită acestui fapt, regimul de funcționare al transmisiei depinde de regimul de funcționare al motorului, iar regimul de mișcare al automobilului depinde, la rândul său, de regimul de funcționare al transmisiei.

Cuplul transmis la arborele primar reprezintă pentru motor un cuplu rezistent. Acest cuplu trebuie să corespundă funcționării stabile și economice a motorului cu transmisia. În decursul funcționării sistemelor de propulsie apare un număr foarte mare de regimuri stabilizate de funcționare. Astfel, în raport cu modificările cuplului motor și a celui rezistent se pot identifica trei cazuri principale [20] și anume:

modificarea sarcinii datorită modificării rezistențelor la înaintare a automobilului, motorul menținându-și caracteristica de cuplu (figura 7.15); în acest caz locul geometric al punctelor de intersecție se suprapune peste caracteristica cuplului motor;

pentru o aceeași caracteristică a cuplului rezistent se modifică caracteristica motorului prin modificarea sarcinii acestuia (figura 7.16), locul geometric al punctelor de intersecție suprapunându-se peste caracteristica cuplului rezistent;

dacă în același timp se modifică ambele caracteristici, atât cea a motorului cât și cea a cuplului rezistent, situație întâlnită în exploatarea automobilului, redată în figura 7.17, locul geometric al punctelor de intersecție este în acest caz aria aa” c”ca.

Pentru ca un sistem mecanic să poată funcționa într-un regim staționar, funcționarea trebuie să fie stabilă. Se reamintește că prin stabilitate se înțelege, în general, proprietatea unui sistem tehnic care se găsește în stare de echilibru, de a avea o evoluție ulterioară în care mărimile caracteristice să fie mărginite sau să tindă spre zero [31, 20, 32]. Pe de altă parte, un sistem care nu prezintă stabilitate se numește instabil sau labil.

Ținând seama de rapiditatea de variație a mărimilor putem lua în discuție o stabilitate statică și o stabilitate dinamică. În această accepțiune, stabilitatea statică este proprietatea sistemului tehnic de a continua funcționarea normal, atunci când trece de la un regim de funcționare la un alt regim de funcționare, trecerea realizându-se lent, cu variații mici ale mărimilor caracteristice, în raport cu constantele de timp. Proprietatea unui sistem de tehnic de a rămâne în stare de funcționare normală când sistemul este supus la perturbări mai mult sau mai puțin violente definește stabilitatea dinamică a sistemului. În acest caz mărimile care caracterizează funcționarea se modifică foarte repede de la valorile inițiale la valorile care corespund stării noi. Într-o astfel de stare, cuplurile mecanice ale sistemului de propulsie, a căror variație este influențată de inerția instalațiilor auxiliare ale motorului, nu au timpul necesar să se adapteze și în consecință între cuplul motor și cuplul rezistent nemaiexistând echilibru, sistemul capată o mișcare accelerată sau decelerată.

Regimul dinamic de funcționare a sistemelor de propulsie este reprezentat prin modificarea în timp a punctului de funcționare cauzată fie de modificarea rezistențelor la înaintare, fie de modificarea reglajului motorului sau transmisiei. Pe de altă parte, fenomenele dinamice în sistemele de propulsie, pot fi cauzate și de perturbații sau defecțiuni, care sunt însă considerate situații anormale.

Datorită importanței pe are o au în funcționarea sistemelor de propulsie ale automobilelor, fenomenelor dinamice li se acordă, în cadrul acestei lucrări, o importanță aparte în contextul modelării și analizei făcute. Astfel, fenomenele dinamice din prima categorie pot fi grupate [27, 33, 20], în vederea analizei, în modul următor:

pornirea, adică trecerea sistemului de propulsie din repaus într-un anumit regim stabilizat. Acest regim se poate referi la motor, la transmisie și la automobil;

reglarea regimului de funcționare, prin modificarea caracteristicii mecanice a motorului, modificarea caracteristicii transmisiei și menținerea constantă a sarcinii (rezistențelor la mers);

menținerea regimului motorului și transmisiei și variația sarcinii datorită modificării rezistențelor la înaintare;

frânarea, adică întreruperea legăturii dintre motor și punte și crearea unui cuplu rezistent de frânare;

oprirea, adică operația inversă de trecere liberă dintr-un regim stabilizat în repaus.

Pentru automobil, regimul dinamic prezintă un interese deosebit din mai multe puncte de vedere, ca de pildă:

variații de accelerație, care pot provoca patinarea roților motoare, apariția unor cupluri și forțe de tracțiune ridicate. Accelerațiile mari sunt dăunătoare atât persoanelor cât și mărfurilor transportate;

creșteri de cuplu, datorită momentelor mari de inerție chiar la accelerații mici;

valori mari ale vitezelor periferice, determinând forțe centrifuge periculoase.

În realitate, funcționarea automobilelor nu poate fi încadrată într-un regim strict determinat, modificarea continuă a rezistențelor la înaintare impunând trecerea alternativă a sistemului de propulsie printr-o infinitate de regimuri tranzitorii. Un astfel de regim tranzitoriu este în mod uzual [27, 28, 34, 20] caracterizat prin constante de timp, care reprezintă durata de trecere dintre două regimuri stabilizate de funcționare. Studiul acestor regimuri se face cu ajutorul ecuațiilor dinamice ce caracterizează funcționarea elementelor componente ale fluxului energetic pe traseul sistemului de propulsie.

În continuare se prezintă, spre exemplificare, o primă situație simulată și analizată, în cadrul acestei lucrări. Aceasta are în vedere echiparea de bază a sistemului de propulsie, ceea ce presupune un motor având valoarea puterii efective de 64 [kW] (87 [CP]), asimilată în cadrul modelului cu puterea motorului (Pe=Pm) și roți cu diametrul jantei de 15” (381 [mm]). Prin atribuirea valorii 4 pentru raportul transmisiei principale, i0, variațiile din figura 7.18 evidențiază un punct de funcționare stabil, la viteza maximă de 149 [km/h], caracterizat în plus și printr-o valoare acceptabilă a consumului specific efectiv de combustibil, respectiv 291,7 [g/kWh].

Capitolul 8

Concluzii

În urma analizei principalelor condiții de funcționare și a calităților și performanțelor sistemelor de propulsie ale automobilelor se pot sintetiza anumite concluzii, considerate importante pentru dezvoltarea în continuare a lucrării.

Funcționarea motorului din sistemul de propulsie al automobilelor, ca și sursă energetică este caracterizată, în primul rând, prin regimul său de lucru, numit și regim funcțional.

Situația ideală în propulsia automobilului presupune dezvoltarea unei puteri constante la toate regimurile, această dependență definind de fapt ecuația unei hiperbole echilatere care reprezintă caracteristica ideală a motorului de propulsie, funcționarea unui motor după această caracteristică ideală fiind stabilă.

În cadrul sistemelor de propulsie convenționale, reglarea funcționării motorului pe durata exploatării, prin variația momentului motor și implicit a consumului specific este nerațională, conducând la scăderea economicității și a productivității automobilului.

Pentru ca automobilul să poată funcționa economic la diverse forțe de tracțiune, în structura sistemului său de propulsie se prevede cutia de viteze, care are rolul de a modifica raportul total de transmisie.

Pe durata deplasării automobilului, momentul rezistent la roțile motoare variază în limite foarte largi, în funcție de condițiile de deplasare, în timp ce momentul motor are limite destul de restrânse între care poate varia, ceea ce impune ca raportul de transmisie a forțelor de tracțiune și a momentul motor să se modifice într-o gamă suficient de largă; în configurația actuală a sistemelor de propulsie, acest rol este preluat de către cutia de viteze care, suplimentar, asigură și creșterea performanțelor dinamice și a economicității prin menținerea unor regimuri avantajoase în funcționarea motorului.

Definirea condițiilor de funcționare, a calităților și performanțelor sistemelor de propulsie convenționale aferente automobilelor se poate face pe baza analizei caracteristicilor motoarelor, a caracteristicilor de propulsie și a caracteristicilor complexe.

Motoarele cu aprindere prin scânteie, caracterizate printr-un coeficient de elasticitate mai mare, au zona de stabilitate mai extinsă, în același timp fiind mai suple, motiv pentru care sunt recomandate pentru echiparea sistemelor de propulsie a autoturismelor și mai puțin a sistemelor de propulsie destinate autoutilitarelor și autocamioanelor.

Studiile teoretice și determinările experimentale pun în evidență faptul că ponderea sarcinilor și turațiilor mari în funcționarea motorului din sistemul de propulsie este redusă, predominând sarcinile parțiale mici și regimul de mers în gol, ceea ce din punct de vedere economic este total dezavantajos pentru automobil.

În cazul sistemelor de propulsie ce includ transmisii hidraulice, în vederea trasării caracteristicilor dinamice și de tracțiune ale vehiculelor echipate cu astfel de transmisii este necesară cunoașterea caracteristicilor acestora.

Capitolul 9

Obiective și direcții de cercetare. Necesitatea optimizării funcționării motorului cu ardere internă utilizat în propulsia autovehiculelor

Obiectivele și direcțiile de cercetare au în vedere premisa că literatura de specialitate nu abordează din punct de vedere teoretic o comportare a motorului de automobil în diferite regimuri de funcționare. Din acest motiv nu s-au putut determina parametrii energetici caracteristici, în special puterea și consumul de combustibil, la diversitatea de regimuri impuse de funcționarea automobilului.

În acest context, autorul are în vedere dezvoltarea unui model de calcul original ce își propune să abordeze procesele specifice din motorul cu aprindere prin scâteie în contextul în care ele determină evoluția ansamblului ciclului de funcționare al motorului și ulterior performanțele acestuia.

Modelul are în vedere diferitele regimuri funcționale ale motorului de propulsie, introducând în calcul modificări ale principalilor parametri de infuență, odată cu schimbarea regimului de funcționare al motorului.

În lucrare se va face o analiză și o modelare, la nivelul motorului cu aprindere prin scânteie, a factorilor ce influențează umplerea și comprimarea amestecului proaspăt. În egală măsură se vor avea în vedere și procesele de ardere și de destindere din motor.

Toate aceste procese vor fi modelate la modificarea sarcinii motorului și la diverse turații. Dificultatea problemei constă în faptul că reglajul sarcinii se obține prin modificarea poziției obturatorului motorului cu aprindere prin scânteie din cadrul sistemului de propulsie al unui automobil. Acest reglaj influențează semnificativ valoarea presiunii de la sfârșitul procesului de admisie, prin aceasta umplerea cilindrilor și performanțele motorului.

Pentru dezvoltarea acestui model teoretic se impune introducerea unor ipoteze de bază. În principal se asumă aproximația că la schimbarea regimului funcțional, randamentul de umplere al cilindrului, în cazul motorului cu aprindere prin scânteie este afectat exclusiv de modificarea sarcinii motorului.

În același timp, în cadrul modelului propus spre dezvoltare se va adopta o anumită variație a coeficientului gazelor arse restante din cilindrul motorului, în funcție de sarcina acestuia.

Modelul va conduce la obținerea funcțiilor ce pun în evidență variația presiunilor și a temperaturilor la finele fiecărui proces din ciclu motorului, odată cu modificarea sarcinii motorului de propulsie a automobilului, la diferite turații din domeniul de funcționare.

Principalele rezultate obținute va deriva din simularea ce va fi efectuată privind modificarea acestor parametrii definitorii. Această modificare a parametrilor va fi exprimată și analizată prin intermediul graficelor ce ilustrează variația acestor parametri.

Datorită modificării complexe a parametrilor ce intervin în calculul ciclului de funcționare, precum și a influenței mai reduse a turației motorului pentru anumiți indici, modelul va lua în considerare proritar variația cu sarcina și nu cu turația a unor factori de influență.

Se apreciază că modelul teoretic care va fi elaborat în cadrul lucrării va fi util în vederea îmbunătățirii conlucrării dintre motor și automobil, printr-o mai bună estimare a performanțelor sistemului de propulsie.

B I B L I O G R A F I E

[1] Ioan Mircea Oprean, Sistem de propulsie hibrid (termicelectric) inovator pentru automobile, București, 2008

[2] Călin Hilohi, Marin Untaru, Iosif Soare, Gheorghe Druță, Metode și mijloace de încercare a automobilelor, Editura Tehnică, București, 1982

[3] Dorin Ion Dumitrașcu, Teza de doctorat: Managementul proiectului unui motor monocilindric performant, Brașov, 2011

[4] Dumitru Țucu, Dumitru Mnerie, Combustibili neconvenționali – o soluție pentru energia durabilă, The Bioenergy Internațional, No. 24, 1-2007, AEBIOM

[5] Florin Popa, Teza de doctorat: Contribuții la analiză criteriilor cosntructiv funcționale ale sistemelor de propulsie ale automobilelor, Iași, 2012

[6] Frenken K., Hekkert M., Godfroij P., R&D portfolios în environmentally friendly automotive propulsion: Variety, competition and policy implications, Technological Forecasting&Social Change, 71-2004, pp. 485-507

[7] Gott, Philipp, Linna, Jan-Roger, Melo, The evolution of powertrain technology 2008 and beyond: Engines, hybrids, battery electric, fuel cells and trasmissions, Fisita World Automotive Congress, 2004, Spain

[8] Heisler, Heinz, Advanced Vehicle Technology, Elsevier Science, Reed Educațional and Professional Publishing, 2002

[9] Motoc I., Popescu I., Autobuze cu motoare Diesel orizontale, Ed. Tehnică, București, 1979

[10] Roșca R., Rakosi E., Manolache Gh., Roșu V., Elemente de tehnologia autovehiculelor, Ed. Politehnium, Iași

[11] Noreikat, K.E., Antriebstechnik, die die Welt (nicht) braucht, VDI-Berichte, nr.1704, 24-25 Oktober, 2002

[12] Rovera, Giuseppe, Vittorio, Ravello, Scenario and Trends on Hybrid Propulsion Technologies, AȚă, 56, ¾, 2003

[13] Morgan D., A handbook for EMC testing and measurement, Peter Perepinus-IEE, 1992

[14] Amalia Dascăl, Florian Ivan, Controlul și reducerea poluării la autovehiculele rutiere, Ed. PIM, Iași, 2014

[15] Virgiliu Dan Negrea, Veneția Sandu, Combaterea poluării mediului în transporturile rutiere, Ed. Tehnică, București, 2000

[16] Alboteanu R., Petcu Cr., Andreescu Cr., Oprean M., Engine charging control by using full variable valves timing, EAEC Congress, June 16-18, 2003, Paris, Paper C120

[17] Ioan Mircea Oprean, Automobilul modern. Cerințe, restricții, soluții, Ed. Academiei Române, 2003

[18] Bățagă, N. s.a., Rodarea, uzarea, testarea și reglarea motoarelor termice, Ed. Tehnică, București, 1995

[19] Grotstollen H., Optimal design of motor and gear for drives with high acceleration by consideration of torque-speed and torque-acceleration product, IEEE Trans. Ind. Appl. 2011;47(1), pp. 144-152

[20] Popa A., Locomotive și automotoare cu motoare termice, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1984

[21] Popa F., Rakosi E., Manolache Ghe., Modeling A Car Powertrain System With Stable Operation, Proceedings of 5th Internațional Conference Advanced Concepts on Mechanical Engineering, ACME 2012, 14-15 Iunie 2012,“Gheorghe Asachi” Technical University of Iași, Mechanical Engineering Faculty, Iași, România, ISSN 285-2301, format electronic

[22] Powell M.J.D., An Efficient Method for Finding the Minimum of a Function of Several Variables without Calculating Derivatives, Computer Journal, 7 (4), 1964, pp. 155-162

[23] E. Rakosi, Curs: Procese și caracteristici ale motoarelor cu ardere internă

[24] Aramă C., Grunwald B.: Motoare cu ardere internă, Ed. Tehnică, București, 1966

[25] Aramă C., s.a., Instalații pentru alimentarea cu combustibil a motoarelor cu ardere internă, Ed. Tehnică, București, 1966

[26] STAS 6635, Motoare cu ardere internă pentru autovehicule rutiere și tractoare. Reguli și metode de încercare pe banc, IRS, 1987

[27] Atanasiu, M., Mecanică, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1973

[28] Calotă N., Acționarea cu motoare termice a instalațiilor petroliere, Editura Tehnică, București, 1988

[29] Ding J., Evolutionary design optimization on automated mechanical transmission of automobile, 2011

[30] Heisler H., Advanced Vehicle Technology, Elsevier Science, Reed Educațional and Professional Publishing, 2nd edition, 2002

[31] Beardsley R.A., Pringle C.O., Machine design lab: Using automotive transmission examples to reinforce understanding of gear train analysis, ASEE, Annual Conference and Exposition, Conference Proceedings, 2011

[32] Voicu, M., Teoria sistemelor, Editura Academiei Române, București, 2008

[33] Brecher C., Gorgels C., Hesse J., Hellmann M., Dynamic transmission error measurements of a drive train, Production Engineering, Volume 5, Number 3, 2011, pp. 1-7

[34] Gao P., Chen S.H., Wu J., Control system of automotive transmission test line based on PLC and HMI, 2012

[35] Golgotiu E., Rakosi E., Manolache Ghe., Popa F., Inorganic fuels mixtures for automotives propulsion engines, „Ovidius” University Annals of Chemistry, Volume XXIII, number 1, year 2012, ISSN 1223-7221, pp. 99-102

[36] Golgotiu E., Rakosi E., Manolache Ghe., Popa F., Study concerning the inorganic fuels mixtures influences în order to reduce vehicles propulsion engines emissions, Lucrările Conferinței Internaționale UgalMat 2011, 21-22 Octombrie 2011, Universitatea Dunărea de Jos, Galați, România, ISSN 1848-5807, pp. 186-190

[37] Manolache Ghe., Rakosi E., Talif S., Popa F., Ways to improve conditions în mineral oil lubrication of the internal combustion engines, „Ovidius” University Annals of Chemistry, Volume XXIII, number 1, year 2012, ISSN 1223-7221, pp. 103-109

[38] Rakosi E., Manolache Ghe., Talif S., Popa F., Two Steps For An Environmental Friendly Propulsion Engine, The Annals of “Dunărea de Jos” University of Galați, Fascicle IX, Metallurgy and Materials Science, Year XXIX (XXXIV), June 2011, no. 2, ISSN 1453-083X, pp. 15-19

[39] Stratulat M., Andreescu C., Diagnosticarea automobilului, Societatea „Știință și Tehnică” SĂ, București, 1997

[40] Urdăreanu T., Gorianu M., Vasiliu C., Cânta T., Propulsia și circulația autovehiculelor cu roți, Ed. Științifică și Enciclopedică, București, 1987

[41] Volvo – ECT – Environmental Concept Truck, Volvo Truck Corporation, Göeteborg, Sweden, 1997.

[42] Grunwald B., Teoria, calculul și construcția motoarelor pentru autovehicule rutiere, Ed. Didactică și Pedagogică, București, 1980

[43] Frățilă Gh., Noutăți în automobilism, Ed. Tehnică, București, 1968

[44] Copae I., Teza de doctorat: Contribuții privind regimurile funcționale ale autovehiculelor militare cu senile, București, 1995

[45] Copae I., Teoria reglării automate cu aplicații la autovehiculele militare. Performanțele sistemelor automate, Ed. Academiei Tehnice Militare, 1997

[46] Green B., Time Irreversibility and Comparison of Cyclic-Variability Models, SAE Internațional Congress, Detroit, Michigan, 1998

[47] Green B., Time Irreversibility of Cycle-by-Cycle Engine Combustion Variations, Oak Ridge Național Laboratory, 1998

[48] Norris S. E., Cyclic Variability în a Dual Fuel Diesel Engine, University of Auckland, 1990

[49] Wagner R. s.a., Origin Cyclic Dispersion Patterns în Spark Ignition Engines, University of Missouri-Rolla, 1998

[50] Instrumentare motor, instalare pe stand și ridicare caracteristici motor îmbunătățit, Tema de cercetare, Institutul de Mașini Termice MASTER S.A., București, 1995

[51] Modernizarea și creșterea fiabilității motorului pentru vehicul greu prin optimizarea acordării cu agregatul de supraalimentare, Tema de cercetare, faza 2, Institutul de Mașini Termice MASTER S.A., București, 1995

[52] Modernizarea și creșterea fiabilității motorului pentru vehicul greu special prin optimizarea acordării cu agregatul de supraalimentare, Tema de cercetare, faza 3, Institutul de Mașini Termice MASTER S.A., București, 1995

[53] Modernizarea și creșterea fiabilității motorului pentru vehicul greu special prin optimizarea acordării cu agregatul de supraalimentare, Tema de cercetare, faza 4, Institutul de Mașini Termice MASTER S.A., București, 1995

[54] Copae I., Stabilirea modelului matematic pe baza datelor experimentale, a XXIX-a Sesiune de Comunicări Științifice cu Participare Internațională, Academia Tehnică Militară, București, 2001

[55] Ljung L., System Identification Toolbox for Use with Matlab, 2000

[56] Esch H.J., Brustle C., Dorsch H., Lightweight Engines with High Specific Power Output, FISITA Congress, Beijing, 1994

[57] Khmer C., Kabza H., Seger P., Wagener A., System Alternatives for Efficient Vehicle Drives —Hybrid System Architectures aș a Promising Approach to Emission Reduction, EAEC Congress, Barcelona, 1999, Paper 99C422

[58] Bătăuș M., F. Oprean, Evaluating the Influence of Key Parameters Responsible for the Vehicle Fuel Economy, The 7th Internațional Conference ESFA 2003, Rîd Economy, Safety and Reliability of Motor Vehicles, Bucharest, 2003, Paper ESFA 2003, E 03, Vol. 1, p. 35-46

[59] Demmelbauer-Ebner Wolfgang, Hans Peter Lenz, Variable Valve Actuation — a Modern Engine Technology, SIAR-Conference, Sept. 7-12, 1992, Bucharest