CALCULUL SI CONSTRUCTIA AUTOMOBILELOR -I- Curs 10

PROGRAME UTILIZATE IN SIMULAREA COMPORTARII AUTOVEHICULELOR Avantaje: - posibilitatea evaluarii performatelor in diferite regimuri de functionare - posibilitatea optimizarii unor aspecte constructive - posibilitatea stabilirii unor regimuri optime de functionare Dezavantaje: - necesita seturi complexe de date de intrare - se bazeaza, in general, pe calcule aproximative - pret ridicat Clasificare: - simularea functionarii motorului - simularea functionarii echipamentelor mecanice - simularea functionarii cutiilor de viteze

SIMULAREA FUNCTIONARII MOTOARELOR CU LOTUS ENGINE SIMULATION Produs al firmei Lotus UK, parte din pachetul Lotus Engineering Software - LESOFT (http://www.lotuscars.com/gb/engineering/engineering-software) Capabilitati: - aprecierea functionarii motorului in regimuri stabile si tranzitorii - investigarea transferului termic din cilindru - investigarea modificarilor gazelor din galerii - optimizarea regimurilor de supra-alimentare

Date de intrare: - diametrul cilindrului (alezajul) - cursa pistonului - dimensiunile bielei - raportul de compresie - dimensiunile valvelor - schema temporala de functionare a valvelor - valorile debitelor de admisie si evacuare - dimensiunile galeriilor de admisie si evacuare - tabele de performanta pentru turbine si compresoare - turatia de regim a motorului - datele referitoare la schimbul de caldura in procesul de ardere - proportia aer-carburant - temperatura si presiunea in galeria de admisie Date de iesire: - eficienta volumica - momentul - puterea - presiunea - temperatura - schimbul masic

GLOSAR MEP = Mean Effective Pressure = valoarea masurabila a capacitatii motorului de a genera putere - presiunea medie ce actioneaza pe piston in cursa activa. T - cuplul nc - numarul de rotatii pe cursa activa (nc = 2 pentru motoarele in patru timpi) Vd - volumul total (cilindreea) Valorile MEP sunt recomandate si utilizate pentru stabilirea cilindreei pentru un cuplu impus. MEP nu are nicio legatura cu presiunea efectiva din cilindru, desi depinde de aceasta, fiind doar un parametru de apreciere a performantei motorului. IMEP = Indicated Mean Effective Pressure = valoarea medie a presiunii din cilindru pe durata unui ciclu complet (720 la patru timpi, 360 la doi timpi). Se masoara cu dispozitive speciale. PMEP = Pumping Mean Effective Pressure = valoare presiunii pe durata admisiei si a evacuarii. Tine cont de pierderile de presiune in galeriile de admisie si evacuare. FMEP = Friction Mean Effective Pressure = cota parte din MEP pierduta prin frecarea in motor. Se obtine prin masuratori ale cuplului si a presiunii din cilindri. BMEP = Brake Mean Effective Pressure = cota parte din MEP care produce cuplul: BMEP = IMEP - PMEP - FMEP

Valori tipice pentru BMEP sunt: - motoare cu scanteie cu aspiratie naturala: 8.5 - 10.5 bar - motoare cu scanteie supra-alimentate: 12.5 - 17 bar - motoare Diesel cu aspiratie naturala: 7 - 9 bar - motoare Diesel supra-alimentate: 14 - 18 bar - motoare de curse: 80 - 100 bar TDC = Top Dead Center = punctul mort superior BDC = Bottom dead Center = punctul mort inferior MOP = Maximum Opening Point = punctul la care valvele sunt deschise la maximum BSFC = brake specific fuel consumption = consumul specific r - consumul de carburant P - puterea (T x ὠ ) throttle - obturator = dispozitiv de admisie (clapeta)

ETAPE DE LUCRU 1. - Construirea modelului - metoda "drag-and-drop" - editarea unui model existent - folosirea utilitarului "Concept" 2. - Definirea parametrilor de testare 3. - Rularea analizei 4. - Afisarea rezultatelor analizei (grafic sau numeric) si interpretarea acestora

EXEMPLU DE SIMULARE: MOTOR MONO-CILINDRU Etape de lucru: - pornirea programului - inserarea unui cilindru - definirea coeficientilor de transfer de caldura din cilindru - inserarea valvelor - inserarea gurilor de admisie si evacuare - definirea combustibilului si definirea conditiilor de alimentare - definirea conditiilor de testare - alegerea numelor fisierelor de lucru - salvarea modelului - rularea modelului - monitorizarea analizei modelului - afisarea rezultatelor in format text - afisarea rezultatelor sub forma grafica

Pornirea programului

Activarea optiunii de verificare a conexiunilor Permite semnalarea incorectitudinilor de conectare prin afisarea elemntelor respective cu rosu

Inserarea unui cilindru Din pagina "Cylinders" se trage un cilindru in zona de lucru Se introduc valorile: alezaj (Bore) = 87 mm; cursa (Stroke) = 84 mm; compresia (Compression Ratio) = 11 In vederea declararii parametrilor de analiza termica se activeaza fereastra (Surface Areas).

Declararea parametrilor de calcul termic Se introduc valori specifice calcului termic: Head/Bore ratio - raportul capac-alezaj = 1.1 Piston/Bore ratio - raportul piston-alezaj = 1.05 Exp.Liner - lungimea zonei de cilindru ramasa deasupra pistonului, aflat la PMS No. of Liner Segs. = numarul de segmente pentru analiza termica Cylinder Data - cum se aplica valorile introduse pe cilindri = Common

Alegerea modelului de calcul termic Sunt disponibile trei modele de calcul termic (Annand, Woschni si Eichelberg) fiecaruia corespunzandu-i o serie de coeficienti de transfer de caldura prin radiatie sau convectie. Se utilizeaza diferiti coeficienti functie de starea cilindrului (inchisa sau deschisa). Modelul Annan este selectat implicit si detaliile se pot afla prin Help: unde: h - coeficient de transfer termic A,B - coeficientii ciclului deschis sau inchis k - conductivitatea termica a gazului in cilindru Dcyl - diamtrul cilindrului Re - numarul lui Reynolds unde: dQ/F - transferul termic specific C - coeficientul ciclului inchis

Alegerea modelului de calcul termic Se activeaza fereastra "Closed Cycle Heat Transfer Model" si se introduc coeficientii corespunzatori

Inserarea valvei de admisie Se activeaza pagina "Intake Components", se introduce o valva de admisie si se regleaza perioadele de deschidere si inchidere (informatii suplimentare se gasesc in meniul Help). Verificarea se efectueaza prin activarea ferestrei "Valve Timing Display"

Inserarea valvei de evacuare Se activeaza pagina "Exhaust Components", se introduce o valva de evacuare si se regleaza perioadele de deschidere si inchidere (informatii suplimentare se gasesc in meniul Help). Verificarea se efectueaza prin activarea ferestrei "Valve Timing Display"

Setarea unghiului de deschidere maxima a valvelor MOP - Maximum Opening Point Verificarea se efectueaza prin activarea ferestrei "Valve Event Display"

Inserarea gurilor de admisie si evacuare Se utilizeaza paginile "Intake Components" si "Exhaust Components". Se introduc o gura de admisie si una de evacuare se declara diametrul acestora in dreptul valvelor ("Valve Throat Diameter"). Se defineste modul de variatie al debitului prin gurile respective prin fereastra "Port Data"

Inserarea galeriilor de admisie si evacuare Se utilizeaza paginile "Intake Components" si "Exhaust Components". Se introduc o galerie de admisie si una de evacuare. Proprietatile acestora vor fi definite odata cu definirea conditiilor de testare Definirea tipului si modului de alimentare Se utilizeaza paginile fereastra de proprietati de combustibil

Declararea conditiilor de testare Se utilizeaza comanda "Data-Steady State Wizard" si pot fi vizualizate cu "Data-Steady Test Data Summary"

Alegerea numelor fisierelor de lucru Salvarea si rularea simularii Se utilizeaza comanda "Data-File Description" si vor fi regasite in rapoartele rezultatelor Salvarea si rularea simularii Se utilizeaza comanda "File-Save" si "Solve-Solver Control"

Monitorizarea analizei modelului Poate fi facuta prin comanda "Solve-Solver Control-Job Status"

Afisarea rezultatelor

SIMULAREA FUNCTIONARII AUTOTURISMELOR CU LOTUS VEHICLE SIMULATION Produs al firmei Lotus UK, parte din pachetul Lotus Engineering Software - LESOFT (http://www.lotuscars.com/gb/engineering/engineering-software) Capabilitati: - aprecierea caracteristicii de acceleratie in linie dreapta si viteza maxima - determinarea consumului de carburant si a emisiilor de gaze in regim stabil si transitoriu - investigarea comportarii pe traseu

Date de intrare: - masa autovehiculului - pozitia centrului de greutate - dimensiunile autovehiculului - coeficientul de aerodinamicitate - proprietatile anvelopelor - caracteristicile transmisiei principale - caracteristicile cutiei de viteze - tipul motorului (cu ardere interna sau hibrid) - caracteristicile de moment si putere - date despre carburant - date despre sistemul de evacuare - date despre eventuale filtre de evacuare - date despre sofer Date de iesire: - comportarea autovehiculului intr-un regim de exploatare impus - consumul de carburant intr-un regim de exploatare impus - emisiile de gaze arse intr-un regim de exploatare impus

Pornirea programului

Interfata utilizator programului

Module componente ale programului Modulul de intrare - Setup - Module - Data Permite introducerea datelor de intrare: date despre autovehicul caracteristicile anvelopelor caracteristicile dinamice caracteristicile transmisiei principale caracteristicile cutiei de viteze date despre motor date actionarea hibrida despre sofer

Modulul de calcul - Setup - Module - Solve Permite introducerea conditiilor de simulare: alegerea regimului de simulare (accelerare sau viteza constanta) pornirea simularii reprezentarea grafica a simularii introducerera optiunilor de analiza parametrica efectuarea analizelor in serie

Modulul de iesire - Setup - Module - Results Permite introducerea conditiilor de simulare: vizualizarea rezultatelor sub forma text personalizarea graficelor personalizarea axelor de afisare personalizarea graficelor multiple vizualizarea traseului in 3D

Modulul de calcul Permite utilizatorului rularea testelor specifice: - comportarea la viteza constanta - comportarea la accelerare - testarea emisiilor de gaze - comportarea pe traseu Modulul de iesire Permite accesarea rezultatelor simularii: - date de iesire, pana la cinci rulari simultan - diferite combinatii de date de iesire - combinatii de date de iesire si de intrare - functii de zoom si identificare pe grafic

1. Introducerea datelor pentru autovehicul Exemplu de simulare 1. Introducerea datelor pentru autovehicul Ferestra pentru introducerea datelor referitoare la autovehicul, se acceseaza cu butonul

Datele despre autovehicul

2. Salvarea modelului Ferestra pentru salvarea modelului se acceseaza din meniul File-Save AS

3. Introducerea caracteristicilor anvelopei

4. Introducerea caracteristicilor transmisiei principale

5. Introducerea caracteristicilor cutiei de viteze - tipul de cutie si rapoartele de transmisie - informatii despre randamentul cutiei - informatii despre modul de schimbare a vitezelor - caracteristica moment-viteza - informatii despre pantele maxime - valoarea vitezei maxime

6. Introducerea caracteristicilor motorului - date despre motor - modificarea performantelor motorului prin scalare - date despre regimurile de functionare ale motorului - optimizarea caracteristicii sarcina-viteza - date despre catalizator si sistemul de filtrare a gazelor de evacuare - date despre regimurile de accelerare si pornire - caracteristicile transmisiei - date de analiza a caracteristicilor sarcina-viteza - date despre transmisia primara - alegerea unitatilor de masura dorite

7. Verificarea datelor introduse 8. Setarea parametrilor de simulare

9. Rularea simularii

10. Vizualizarea rezultatelor