Nouvelle génération de dynamomètres haute vitesse

Dyno Dynamics est une société australienne qui a été à la pointe de la conception de dynamomètres pour plus de 25 ans. Ils fournissent des clients à travers le monde, même jusqu’à Aruba et Abu Dhabi, avec une forte présence à la fois aux Etats-Unis et Royaume-Uni.

Les produits phares de la Société sont leur gamme de dynamomètres 2 roues motrices, 4 roues motrices et les modèles destinés aux motos dans le domaine de l'industrie automobile de services, mais Dyno Dynamics possède aussi une vaste gamme allant du modèle pour karting au modèle pour locomotive diésel passant par les modèles pour camions et autobus.

Ils ont récemment choisi HBM Australie pour la fourniture de capteurs de couple pour un nouveau modèle de dynamomètre, grande puissance, haute vitesse, comme détaillé ci-dessous.

Nouveau dynamomètre haute vitesse

Quand Dyno Dynamics a commencé la conception du nouveau dynamomètre haute vitesse pour moteur, ils savaient déjà que ce n’était pas une simple mise à niveau des modèles existants. Avec des spécifications de 10 000 tr/min et 1000 ch (environ 750 kW), une nouvelle approche était nécessaire.

La puissance n'était pas un problème car Dyno Dynamics avait déjà construit des dynamomètres de grosse capacité dans le passé, par contre trouver une réponse à la vitesse d’entrée de 10000 tr/min était bien plus difficile.

Compte tenu des autres contraintes de conception, ils ont choisi d'utiliser des ralentisseurs à courant de Foucault pour leur compacité et robustesse et leur rapidité. Dyno Dynamics a livré des milliers de ralentisseurs au cours des 20 dernières années, avec un faible taux de défaillances en service.

Toutefois, les ralentisseurs de cette gamme de puissance sont généralement limités à 4 - 5000 tr/min. Afin de réduire la vitesse de l’arbre d’entrée à une gamme plus facile à gérer, la solution de boîte de vitesse a été retenue.

Si Dyno Dynamics aurait pu trouver un réducteur industriel disponible sur étagère pour la puissance nécessaire, il serait à la fois volumineux et coûteux. Une alternative était nécessaire.

La solution est venue du monde de la course: le dynamomètre est conçu pour des V8 de compétition de puissance élevée.


A V8 supercar differential , complete with oil cooler

 

Avec un rapport de 2,86:1, la vitesse de l'arbre de sortie est réduite à 3 500 tr/min, et les deux arbres de sortie (essieu) permettent un montage compact d'une paire de ralentisseurs.

La solution : Un accouplement avec amortissement

La vitesse d'un moteur à combustion interne n'est jamais constante – le vilebrequin décélère à chaque compression et accélère à chaque explosion. Le volant moteur moyenne cette vitesse mais uniquement dans une certaine mesure, il reste une oscillation du couple et de la vitesse, particulièrement prononcé à bas régime.

Cette oscillation peut causer un sérieux stress sur les organes de transmission, et cela est particulièrement vrai avec des dynamomètres pour moteurs où aucun élément de la chaine cinématique (pneus, suspension) ne permet d’apporter un peu de souplesse.

La solution est l’utilisation d’un accouplement avec amortissement. Cet organe est conçu pour donner une rigidité tortionnelle précise qui permet de garantir une vitesse de sortie constante malgré les oscillations de couple et de vitesse

Dyno Dynamics a choisi l’accouplement TECTOS t600, modèle très répendu dans les bancs d’essais moteur.

TECTOS t600

Une fois le concept mécanique défini, vient le tour de l’instrumentation.

Le succès d’un dynamomètre passe par l’utilisation d’une mesure de couple et vitesse précise. L'acquisition de données n’est pas un élément négligeable mais la précision du couple et de la vitesse  est primordiale.

La mesure de vitesse est effectuée par le biais d’un capteur inductif et d’une roue dentée. Solution fiable et éprouvée depuis de nombreuses années.

La mesure de couple a été un réel défi. Des résultats précis nécessitent une mesure de couple à l'entrée de la boîte de vitesses, de façon à inclure la traînée de cette dernière. Cela imposait à Dyno Dynamics de remplacer la mesure par bras de levier par un capteur de couple rotatif monté sur la ligne d’arbre.

Après de nombreuses recherches, Dyno Dynamics a porté son choix sur le T40B d’HBM. Le modèle 15000 tr/min & 2000 Nm correspondait aux spécifications du dynamomètre, sa compacité a permis une intégration simplifiée.

Le T40B est une couplemètre à flasque, avec transmission sans contacts. Cela permet un montage très compact, car le capteur une longueur de 59 mm seulement.
La bande passante élevée du capteur HBM a du être filtrée par un filtre logiciel additionnel afin de lisser les pulsations des cylindres.


T40B

Cette photo montre le capteur monté in-situ avec son antenne circulaire noire (au milieu de la photo)

 

 

Pourquoi Dyno Dynamics a choisi HBM

Modèle CAD d'un système mécanique complet
Ici l'assemblage final
Système complet en test

Dyno Dynamics a choisi HBM en tant que fournisseur pour plusieurs raisons : le produit répondait aux exigences à un prix compétitif et l’avantage majeur était la présence d’une assistance technique fournie par la représentation d'ingénierie locale.

L’Ingénieur commercial d’HBM, Michael Lanksch, a montré un réel intérêt pour ce projet, et est allé à la rencontre de l’équipe chargé de la conception pour discuter du projet.

La construction du système sur la CAO a été simplifiée par la mise à disposition par HBM de plans 3D au format Solidworks.

Graphiques de quelques essais montrant le fonctionnement brutal d'un moteur à cause d'une pression carburant inadaptée :

Principes de fonctionnement des dynamomètres

Tous les dynamomètres ont besoin d’un moyen pour absorber la puissance produite par le moteur en essai et la convertir habituellement en chaleur. Les deux amortisseurs de puissance les plus répandus sont les « freins hydrauliques » et « les ralentisseurs à Courant de Foucault ».

  • Les freins hydrauliques utilisent effectivement le moteur pour pomper l'eau à travers un limiteur d’eau variable, permettant de réchauffer l'eau. Cette chaleur est alors retirée à l’aide d'une tour de refroidissement d'un certain type.
  • Les ralentisseurs à Courant de Foucault utilisent le moteur pour faire tourner une série de disques serrés entre des électro-aimants (enroulements). Pendant que le disque entraineur se déplace par le champ magnétique, son mouvement occasionne le chauffage inductif des disques. Les disques peuvent à refroidissement par air ou par eau.
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