Moteur  QUASITURBINE  Engine
www.quasiturbine.com

Sommaire de la
MÉTHODOLOGIE D’INTÉGRATION
D’UN MOTEUR À UN CHÂSSIS ROULANT
(Comprenant un exemple à la section V)

(Discussion produite à titre indicatif seulement,
sans garantie de performance, ni de conformité)

 
QT75SC Pneumatique quasiturbine.promci.qc.ca

Un châssis roulant (vélo, moto, go kart, tout terrain, autoneige, boîte à savon, auto…) présente une caractéristique d’appel de couple, de RPM et de puissance, alors que le moteur offre les mêmes paramètres à des conditions d’opération généralement fort différentes.

Le châssis et le moteur constituent donc deux dispositifs distincts dont l’intégration efficace requiert un troisième dispositif permettant d’effectuer un couplage satisfaisant. Cette problématique est rarement simple et fait généralement appel à une boîte de rapport de vitesse qui est un modèle de difficiles compromis lorsqu’on veut couvrir une vaste plage de vitesse…

Pour arriver à déterminer ce couplage, il faut des données à la fois sur le roulement du châssis et sur le moteur. Pour simplifier, il vaut généralement mieux faire l’optimisation pour des points distincts de régime, et considérer les rapports multiples de couplage comme une problématique ultérieure en fonction de la performance désirée dans l’usage.
 

I - Régime de croisière horizontale

Données du châssis :

Données du moteur :

Procédure :

Le RPM de la roue découle de sa circonférence à la vitesse V du châssis.

Le couple T à appliquer en croisière sur l’arbre de traction des roues est donné par le produit de la force F de traction, multiplié par le rayon de la roue D/2.

L’appel de puissance requise P est donné par le produit F x V du châssis.

Connaissant la puissance P, le couple T et le RPM à appliquer à la roue, la caractéristique du moteur va définir le rapport de couplage optimal, ou inversement.
 

II - Régime de croisière en pente

Données du châssis :

Données du moteur :

Procédure :

Ajouter à la force de traction sur plan horizontale, la composante gravitationnelle oblique (ignorer l’effet minime de la réduction de pression normal du châssis sur le plan oblique), ce qui va accroître l’appel de couple et de puissance au même RPM (soit la vitesse). Procéder comme précédemment pour l’évaluation du couplage approprié.
 

III - Régime d’accélération

Donnée du châssis :

Données du moteur :

Procédure :

Déterminer un régime initial et un régime final, et imposer le temps de transition désiré entre ces deux régimes. Calculer les couples et RPM initiaux et finaux requis, ainsi que le supplément de force (couple) nécessaire pour satisfaire la transition dans le délai souhaité.
 

IV – Les rapports multiples de couplage – Place aux compromis !

Les procédures précédentes sont répétées pour différents points d’opération. Pour visualiser l’ensemble, on peut porter sur un graphique chacun des « rapports optimal de couplage » en fonction de la vitesse V du châssis (les données d’accélération peuvent être portées à la valeur mitoyenne de leur vitesse ?). Pour avoir une continuité de performance, il faudra ultérieurement déterminer le nombre de plages désirées et le rapport de couplage approprié à chaque plage. Voilà une façon de discuter et de déterminer les rapports des boîtes de vitesse…
 

V – Un exemple (hypothétique)

Données du châssis :

Considérons à titre d’exemple un châssis ayant des roues de 24 pouces de diamètre (6.28 pieds de circonférence) et requérant un traction de 10 lbs à 30 mi/h (3000 pieds/minute).

Données du moteur :

Supposons l’usage d’une Quasiturbine QT75SC pneumatique (Rotor diam. moyen 6 po. par 2 po. d’épaisseur) :

Dans l'état actuel du développement, il faut typiquement appliquer 10-15 lb/po2 (psi) au manomètre d'entrée pour obtenir une rotation libre à 500 RPM.
Pour produire 1 CV à 500 RPM (pas la puissance maximale), il faut appliquer une pression au manomètre d'entrée d'environ 40 lb/po2 (psi). Le - différentiel effectif de pression interne - est alors d'environ 25 lb/po2 (psi), produisant un couple moteur de 120 lb-po. Ces valeurs varient linéairement autour de ce point de basse pression,
mais ne doivent pas être extrapolées inconsidérément aux hautes pressions
(Environ 1 CV par 25 lb/po2 (psi) toujours à 500 RPM).

À 3 fois ce RPM la puissance varierait de 3 CV par 25 lb/po2 (psi) effectif, ce qui est
théoriquement compatible avec l'objectif non vérifié de dépasser 10 CV à 3000 RPM avec seulement 100 (psi) à l'entrée. 

Le débit d’air (non mesuré) consommé par le moteur est alors de 75cc x 8 chambres par tour x 500 tours/min = 300 litres/min à une pression entre la pression effective de 25 psi et la pression d’entrée de 40 psi. Pour tirer le plus d’énergie possible de l’air comprimé, il est essentiel de s’assurer que la température de l’air à l’entrée de la Quasiturbine est voisine de la température ambiante, et même sensiblement plus élevée si possible.

Soit la caractéristique montrée sur le graphique suivant :

 

Procédure :

Le calcul de l’appel de puissance, de RPM et de couple du châssis

La puissance requise (produit de la force par la distance par unité de temps) est alors d’environ 1 CV. Pour atteindre 30 mi/h (3000 pieds/min), il faudra que la roue (circonférence 6.28 pieds) tourne à 500 RPM, et pour produire les 10 lbs de traction, il faudra un couple appliqué sur l’arbre des roues de 120 lb-po.

La détermination du couplage approprié

Du point de vue de la puissance, tous les points au dessus de 1 CV pourraient satisfaire le besoin du châssis. Le critère de couple qui doit être égal à 120 lb-po est cependant rencontré à un seul endroit sur la courbe de couple, ce qui devient par défaut le point déterminant. Ce point de couple correspond d’autre part à un RPM de 500, ce qui coïncide ici avec l’appel de RPM du châssis à 30 mi/h (3000 pieds/min). Le rapport d’engrenage entre le moteur et l’arbre des roues à ce point caractéristique de fonctionnement doit idéalement être de 1 à 1.

Aux vitesses moindres et en supposant faire appel uniquement à ce régime moteur, il faudrait un rapport de couplage démultipliant le RPM du moteur pour maintenir la même force de traction de10 lb. Autrement dit, ce rapport de 1 :1 permet de maintenir la croisière, mais pas nécessairement (?) d’accélérer le châssis à cette vitesse.

Ne pas oublier d’allouer un facteur de perte à chaque étape de ce calcul…

Le régime moteur correspondant

Théoriquement, le châssis maintiendra  la vitesse de 30 mi/h (3000 pieds/min.), avec une pression d’entrée au moteur de 40 lb.po2 (Cas hypothétique). Le débit d’air (non mesuré) consommé par le moteur est alors de 75cc x 8 chambres par tour x 500 tours/min = 300 litres/min à une pression entre la pression effective de 25 psi et la pression d’entrée de 40 psi.

Notez que le rapport de croisière de 1 :1 est révélateur du haut couple à bas RPM de la Quasiturbine. Pour produire cette même puissance, la plupart des moteurs pneumatiques courants auraient des RPM beaucoup plus élevés qui nécessiteraient un important rapport de couplage. De plus, l’efficacité optimum à tous les régimes de la Quasiturbine est une rare qualité…

* * * * *

Note : Les jeux partiels de pièces pour prototypes académiques
http://quasiturbine.promci.qc.ca/FQTAcademiquePneumatiqueJeu.htm
étant livrés sans différentiel ni arbre central,
ils ne permettent pas l’exécution concrète de projets de cette nature…
Les prototypes complets sont présentés à :

http://quasiturbine.promci.qc.ca/FQTdesireacheter.html 

* * * * *

Brouillon du 19 mars 2004

SVP, faire part des corrections ou améliorations à quasiturbine@promci.qc.ca

Retour au menu principal Quasiturbine / Return to Quasiturbine main menu

Quasiturbine Agence Inc., Agence promotionnelle pour Quasiturbine Rotative Motorisée par Combustion Continue ou Compresseur
Casier 2804, 3535 Ave Papineau, Montréal Québec H2K 4J9 CANADA (514) 527-8484 Fax (514) 527-9530
http://quasiturbine.promci.qc.ca             quasiturbine@promci.qc.ca