Pogon motornih vozila

1
Mašinski fakultet Univerziteta u Beogradu
Katedra za motorna vozila – Predmet: Dinamika vozila
POGON
MOTORNIH VOZILA
Propulzija motornih vozila se ostvaruje “odupiranjem” kretača o tlo, odnosno složenim procesom prijanjanja kretača i tla.
Nivo prijanjanja zavisi od više činilaca, a najviše od vrste kretača, njegovog korisnog opterećenja i vrste, kvaliteta i stanja tla
tj. tla po kojem se vozilo kreće.
To znači da pogonske sile koje se od pogonskog agregata-motora dovode do kretača treba da budu veće ili
jednake silama otpora ali i manje ili jednake maksimalnim silama prijanjanja.
Na osnovu ovoga se mogu ostvariti veoma različite performanse, kako sa stanovišta vučno-dinamičkih karakteristika tako
i u pogledu ekonomičnosti pogona i drugih osobina vozila.
Važno je istaći da na performanse vozila ne utiče samo maksimalna snaga motora već i njegove osobine pri delimičnom
opterećenju i pri različitim režimima rada.
Prvi korak ka sagledavanju vrste i karakteristika pogonskog agregata koji treba ugraditi u vozilo je poznavanje zakona
kretanja vozila.
Za kretanje transportnih vozila neophodno je kretaču da se dovede obrtni moment, odnosno snaga:
DINAMIKA VOZILA
Prof. dr Dragan Aleksendrić
OPŠTE
Po = Moωt = Fordωt = Fov

2
OPŠTE
Kod transportnih vozila bi bilo najbolje da se celokupna snaga koristi pri svim brzinama kretanja, odnosno za bilo koje Fo i
odgovarajuće v.
Drugim rečima, idealna brzinska karakteristika snage motora transportnih vozila je određena pravom linijom, odnosno
hiperboličnom promenom obrtnog momenta na pogonskim točkovima. Ovo važi i za sve parcijalne karakteristike motora.
U slučaju radnog vozila, veličina snage Po je određena nominalnim otporom na poteznici, pri određenoj brzini kretanja. I
u ovom slučaju je najbolje ako ova snaga može da se koristi pri svim radnim brzinama. Međutim, način rada ovih vozila
nameće potrebu da se veličina sila može regulisati od nule do maksimalne vrednosti pri svim brzinama kretanja.
Ovako definisane idealne brzinske karakteristike motora su zasnovane na zahtevima u pogledu performansi vozila tj. u
odnosu na puno iskorišćenje raspoložive snage motora pri različitim režimima kretanja i pri različitim vrednostima otpora
kretanju.
DINAMIKA VOZILA
OPŠTE
Osim zahteva u pogledu performansi, pogonski agregati motornih vozila treba da zadovolje i druge brojne zhateve, među
kojima se posebno ističu: što manje zagađenje okoline izduvnim gasovima i bukom, korišćenje jeftinih goriva i ekonomičnost
njihove potrošnje, lakoća startovanja, elastičnost (prilagodljivost) promena otpora kretanju, jednostavno održavanje i
rukovanje, mali gabariti i laka ugradnja, niska cena.
Svi ovi zahtevi su često međusobno oprečni, zbog čega je nemoguće da budu u celosti zadovoljeni jednom određenom
vrstom motora, te se nameće potreba pravljenja kompromisa.
Na slici su prikazane potrebne osobine koje
vozilo treba da ima. Prikazane zavisnosti su date
za slučaj kretanja na ravnom putu – na usponu
(određenim ubrzanjem) i niz pad (određenim
usporenjem.
Da bi vozač mogao da ostvari performanse
vozila koje su uslovljene univerzalnom
karakteristikom vozila potrebno je da sistem za
prenos snage od pogonskog agregata do
kretača ispuni određene uslove tj. da realizuje
prenos-predaju-ostvarenje univerzalne
karakteristike.
DINAMIKA VOZILA

3
OPŠTE
Neophodno je uvesti određena ograničenja koja se odnose na univerzalnu karakteristiku:
‰ Ograničiti maksimalnu brzinu vozila ili maksimalni broj obrtaja pogonskog agregata.
‰ Pogonski agregat je ograničen raspoloživom snagom, odnosno maksimalnim obrtnim momentom.
‰ Postoji ograničenje koje se odnosi na dinamičku vezu spoja kretača i tla – prijanjanje.
F Pomax
O =
v
ϕ
M Z X X Z Max M Z
ϕ ϕ = = ⋅
DINAMIKA VOZILA
Vrste motora
Danas postoje različite mogućnosti pogona (MSUS, hibridi, elektro pogon,...).
MSUS: Imaju niz povoljnih karakteristika za ugradnju na vozilo. Relativno laki, jednostavni za ugradnju, relativno
ekonomični? i pogodni za rukovanje i održavanje. Problemi sa izduvnom emisijom, rezervama goriva. Primena drugih goriva
može da umanji nedostatke MSUS (tečni vodonik, gasovita goriva).
Osim nedostataka u odnosu na pogonsko gorivo, MSUS imaju i određene nedostatke i u pogledu zadovoljenja
funkcionalnih zahteva, odnosno usklađenosti sa idealnim karakteristikama pogonskog agregata.
Spoljne brzinske karakteristike Oto i Dizel motora (odstupanje obrtnog momenta od hiperbole vuče). Ovi nedostaci mogu
da se neutrališu određenim konstrukcijskim merama (uvođenje menjačkog prenosnika).
DINAMIKA VOZILA

4
Vrste motora - elektromotori
Elektromotori su posebno interesantni za primenu na motornim vozilima. Pored energetskih povoljnosti, primena elektro
pogona na vozilima je pogodna i sa stanovišta zadovoljenja funkcionalnih zahteva tj. usklađivanja sa zahtevima idealne
karakteristike pogonskog agregata.
DINAMIKA VOZILA
Kombinacija dva pogona, koja se
međusobno dopunjuju:
Elektromotor:
400Nm od 0‐1200 obrtaja;
50kW snaga
Benzinski motor:
Snaga 57 kW i 115Nm maksimalni
obrtni moment.
MSUS
E-motor
HIBRIDNI POGON
Hibridni pogon
Snaga
Moment

5
Performanse MSUS
Performanse MSUS se obično analiziraju pomoću dijagrama koji pokazuju promenu pojedinih veličina pri promeni ugaone
brzine. Ovi dijagrami se nazivaju brzinske ili regulatorske karakteristike. One pokazuju promenu efektivne snage i efektivnog
obrtnog momenta pri promenama ugaone brzine za određeni položaj leptira karburatora ili zupčaste letve za ubrizgavanje
goriva. Ako se radi o najvećem punjenju motora onda se brzinska karakteristika naziva spoljna.
K = M
max
Pe
max
e
M M
ω
max
Me
max
K Pe
ω
ω =
DINAMIKA VOZILA
Performanse MSUS
MSUS retko rade sa maksimalnim punjenjem, već najčešće sa delimičnim (parcijalna karakteristika). MSUS se vrlo često
opremaju i uređajima za kontrolu punjenja motora tzv. regulatorima (dizel motor). Njihov zadatak je da spreči prekomerno
povećanje ugaone brzine tj. oštećenja motora koja tako mogu da nastanu.
DINAMIKA VOZILA

6
Performanse MSUS
U opštem slučaju regulatori mogu biti jednorežimski, dvorežimski i sverežimski. Pri dostizanju određene ugaone brzine,
regulator smanjuje punjenje motora i time sprečava njegovo dalje ubrzanje.
Zadatak sverežimskog regulatora je da pri promenama otpora spreči promenu brzine kretanja vozila.
Regulatorski deo krive se najčešće predstavlja pravom linijom. Karakteristika neravnomernosti regulatora je definisana:
ω ω
R R
R ω
Rsr
δ
−
= max
DINAMIKA VOZILA
Prenošenje snage motora na kretače
Osnovna koncepcija kretanja motornih vozila je zasnovana na principu delovanja obrtnog momenta na kretače (pogonske
točkove ili gusenice). Propulzivna sila koja pokreće vozilo tj. savlađuje otpore njegovom progresivnom kretanju se javlja u
vidu tangencijalne reakcije tla a predstavlja posledicu uzajamnog delovanja kretača i tla.
Obrtni moment motora doveden od motora do kretača se naziva pogonskim momentom. U slučaju ustaljenog –
stacionarnog rada motora, kada se motorno vozilo kreće ravnomerno, između pogonskog momenta i obrtnog momenta
postoji zavisnost:
Mo = Me ⋅ iuk − Mruk iuk = imioirpibr Mruk Mrmp Mrzp Mrpm Mrbr = + + +
Gubici snage koji se javljaju u sistemu za prenos snage pri kretanju motornih vozila obično se izražavaju preko stepena
korisnog dejstva pojedinih sklopova ili preko ukupnog stepena korisnosti transmisije, koji se definiše odnosom dovedene
snage kretaču Po i efektivne snage motora Pe.
tr
η = P =1−
p P
e
o
e
P
P
ruk
P
p M i
e uk
o
e
M
P
⋅
η = = 1−
Mehanički stepen korisnosti sistema za prenos snage
zavisi od čitavog niza faktora, a pre svega od broja
parova spregnutih zupčanika, od vrste zupčanika, od
broja i tipa ležaja, vratila, zaptivača, viskoznosti maziva,
količine maziva, broja obrtaja vratila, veličine obrtnog
momenta, od broja i vrste zglobnog prenosnika (0,82-
0,9).
DINAMIKA VOZILA

7
Uzimajući u obzir mehanički stepen korisnosti, izraz za pogonski moment Mo može da se napiše u obliku:
Mo = Me ⋅ iuk ⋅η p Mo = Fo ⋅ rd = Me ⋅ iuk ⋅η p = ( XM + RfM )rd
XM = Fo − ZM ⋅ fM
Obimna sila dovedena na pogonski točak ne može u
celosti da se koristi za savlađivanje otpora, već je
umanjena za otpore kotrljanja.
Na slici je data potencijalna karakteristika kretača
transportnog vozila. Vučna sila je izražena zakonom
hiperbole, kao idealna karakteristika koja omogućava
potpuno iskorišćenje raspoložive snage motora. v
F Po
o =
U slučaju kočenja motorom:
1
Mokm = i ⋅M
uk e
η
p
Po =η p ⋅ iuk ⋅ Pe
1
Pokm = i ⋅ P
uk e
η
p
DINAMIKA VOZILA
Analogno kao kod transportnih vozila, definiše se vučni stepen korisnosti i potencijalna karakteristika kretača radnog,
odnosno vučnog vozila.
o pot fM t o t P = (R + R )v = F ⋅ v
= = (1−λ ) pot pot s pot t P R v R v
P
pot
(1 ) 1
= = (1 )
λ η λ λ η η fM
R R R
pot fM fM
pot
pot
e
vk
R
R
P
− =
+
− =
+
1
DINAMIKA VOZILA

8
U slučaju nestacionarnog kretanja (sa ubrzanjem ili usporenjem) neophodno je uzeti u obzir uticaj inercionih momenata za
čije savlađivanje je potrebno utrošiti deo energije pogonskog agregata.
M M J d e
= ±Σ
dt
im
mk e
ω
M = M ±ΣJ d ⋅ i ±Σ J d
⋅ i ±Σ J d
=
oa e F r
oa d
t
tM
x x
x
ix
uk p
e
im
dt
dt
dt
ω
η
ω
η
ω
( )
J dv
dt
oa ) 1 ( 1
J dv
X = F ± 1 ( ± 1 Σ ) −
M o Z f
DINAMIKA VOZILA
= e p m
0 ± η ± Σ
F tm
r
J i i
M i i
r r
d
m m o p
d d
2
2 2
2
η
tm M M
d
m m o p
d
dt
r
J i i
r
2
2 2
2 η
Diferencijalna jednačina kretanja
Uspostavljanjem ravnoteže pogonskih sila i otpora kretanju, dobija se tzv. diferencijalna jednačina kretanja motornih
vozila. Njenom analizom se omogućava sagledavanje svih bitnih vučnih i dinamičkih karakteristika transportnih vozila a
posebno maksimalne brzine i karakteristika zaleta.
U najopštijem slučaju kretanja vozila promenljivom brzinom na usponu, uslov ravnnoteže sila paralelnih sa tlom:
m v u a pot F X = R + R ± R + R + X
oa v u a pot F M M F = R + R ± R + R + X + Z f
oa ) 1 ( 1
= e p m
0 ± η ± Σ
F tm
− Σ
J dv
1 η 1
+ ± Σ
M i i
=
t
d
m m o p
d
J
r
J i i
G
g r
Fo R
dv
dt
2
2 2
2
DINAMIKA VOZILA
dt
r
J i i
r r
d
m m o p
d d
2
2 2
2
η

Pogon motornih vozila

Recommandé

Recommandé

Contenu connexe

Tendances

Tendances (20)

En vedette

En vedette (7)

Pogon motornih vozila