Nuova generazione di dinamometri per motori ad alta velocità

La Dyno Dynamics è una società australiana che da oltre 25 anni è presente in prima linea nella progettazione dei dinamometri. Essa ha clienti in tutto il mondo, in luoghi lontani come  Aruba ed Abu Dhabi e con una forte presenza sia negli Stati Uniti che nel Regno Unito. 

best seller della società sono le serie di dinamometri per autoveicoli a 2 e 4 ruote motrici e per motociclette per l'industria dei servizi automobilistici, ma la Dyno Dynamics produce dinamometri anche per autocarri, autobus e motori per qualsiasi automezzo, dai go-kart alle locomotive diesel. 

Recentemente la Dyno Dynamics ha scelto la HBM Australia quale fornitore dei torsiometri per un nuovo progetto di dinamometri per motori ad alta velocità ed elevata potenza – come sotto descritto in dettaglio.

Nuovo dinamometro per motori ad alta velocità

Quando la Dyno Dynamics decise di progettare un nuovo dinamometro per motori ad alta velocità era consapevole che non si trattava del semplice aggiornamento di un proprio modello già esistente. In presenza delle specifiche di 10.000 giri/minuto e 1.000 CV (circa 750 kW), era necessario un approccio completamente nuovo. 

La potenza svolta non era un problema - la Dyno Dynamics aveva già realizzato in passato dinamometri per motori ad alta potenza. Era la velocità d'ingresso di 10.000 giri/minuto  che dava da pensare ... 

Dati altri vincoli di progettazione, fu scelto di impiegare i freni a correnti parassite, in quanto compatti, robusti e di rapida azione. La Dyno Dynamics ne ha fornito migliaia negli ultimi 20 anni, con pochissimi guasti in servizio. 

Ma i freni prodotti in serie per alte potenze sono generalmente limitati a 4 - 5.000 giri/minuto. La soluzione ovvia era un riduttore ad ingranaggi per diminuire la velocità dell'albero ed ottenere maggior maneggevolezza.

Tuttavia i riduttori industriali per la potenza richiesta sarebbero stati troppo grandi e costosi per soddisfare la Dyno Dynamics – esisteva un'alternativa? ?

La soluzione è arrivata dal mondo delle corse: il dinamometro progettato per il motore da corsa ad alta potenza V8.  


Un differenziale per V8 supercar completo di raffreddamento ad olio

Con un rapporto 2,86 : 1, la velocità dell'albero di uscita è ridotta ai più gestibili 3.500 giri/minuto ed i due assi di uscita consentono il montaggio di una coppia di compatti freni a correnti parassite. 

La soluzione: un ammortizzatore di coppia sulla trasmissione

La velocità di rotazione di un motore a combustione interna non è mai costante – la manovella viene rallentata ad ogni ciclo di compressione ed accelerata ad ogni ciclo di lavoro. Sebbene il volano del motore tenda ad uniformare la rotazione, sussiste sempre un'oscillazione pronunciata della velocità (e della coppia), specialmente a basso numero di giri. 

Questa oscillazione può provocare forti sollecitazioni dei componenti della trasmissione, e ciò è particolarmente vero con motori dinamometro/motore ove il treno di trasmissione è poco “morbido”, non essendoci pneumatici o sospensioni che consentano un poco di flessione. 

La soluzione è un ammortizzatore di coppia. Esso viene realizzato con una precisa rigidità torsionale. I picchi di coppia e le vibrazioni rotazionali del motore vengono ampiamente neutralizzate dall'impiego di smorzatori delle vibrazioni rotazionali, proteggendo così la trasmissione dall'eccessiva usura.

L'accoppiamento scelto dalla Dyno Dynamics era un TECTOS t600, prodotto specificamente per l'industria di prova dei motori. 

TECTOS t600

Risolta la progettazione meccanica di base, è ora la volta della strumentazione.  

Il cuore di un dinamometro di successo è l'accurata misurazione della coppia e della velocità. Solitamente viene richiesta l'acquisizione di ulteriori dati, ma la coppia e la velocità sono critiche. 

Per misurare la velocità l'azienda usa la propria ben collaudata e provata ruota dentata / sensore induttivo. Tale sistema si è dimostrato affidabile da molti anni. 

La misurazione della coppia è una sfida ben diversa. Risultati accurati richiedono la misurazione della coppia d'ingresso del riduttore, comprendendo così la resistenza alla trasmissione. Ciò significa che la Dyno Dynamics non poteva usare il sistema braccio di leva / cella di carico – ed era necessario un trasduttore di coppia. 

Dopo approfondite ricerche, la Dyno Dynamics decise per il T40B della HBM. Con velocità di 15.000 giri al minuto e coppia nominale di 2.000 Nm,esso soddisfaceva perfettamente le specifiche di progettazione ed il suo profilo compatto ne consentiva la facile installazione.

Il T40B è un sensore a flangia con trasmissione del segnale senza contatto. Il suo ingombro di montaggio è molto compatto avendo uno spessore di appena 59 mm.

Il torsiometro della HBM era addirittura troppo sensibile e richiese un software addizionale per appianare i singoli impulsi cilindrici. 


T40B

Questa foto mostra il sensore in loco: l'antenna anulare nera è nel mezzo della figura

Perché la Dyno Dynamics ha scelto HBM

La Dyno Dynamics scelse la HBM come fornitore per numerosi motivi. Il prodotto soddisfaceva I requisiti richiesti ad un prezzo competitivo ed un altro grande vantaggio era l'accesso al supporto tecnico fornito dal rappresentante locale.

L'ingegnere di vendita Michael Lanksch della HBM fu molto interessato dal progetto e venne alle riunioni del team di sviluppo per discutere del progetto presso il nostro stabilimento. 

Il processo di sviluppo venne semplificato dalla presentazione in formato 3D Solidworks del trasduttore da parte della HBM, che era integrabile e compatibile con il sistema CAD della Dyno Dynamics.

Modello CAD del sistema meccanico completo
Il risultato finale con il cablaggio definitivo
Sistema completo in prova

Grafici di alcuni cicli di prova preliminari che mostrano il motore che gira irregolarmente a causa dell'inadeguata pressione del carburante:

Principi di funzionamento dei dinamometri

Tutti i dinamometri necessitano di un mezzo per dissipare la potenza del motore in prova, solitamente covertendola in calore. I due dissipatori (carichi) di potenza più comuni sono il “freno ad acqua” ed il “freno a correnti parassite” (correnti Eddy).

  • I freni ad acqua utilizzano effettivamente il motore per pompare l'acqua attraverso delle restrizioni variabili, causando il riscaldamento dell'acqua. Il calore viene poi disperso mediante torri di raffreddamento di vario genere. 
  • I freni a correnti parassite utilizzano il motore per far ruotare una serie di dischi inserita fra degli elettromagneti (bobine). Il movimento dei dischi conduttivi nel campo magnetico causa il riscaldamento induttivo dei dischi. I dischi possono essere raffreddati ad aria o ad  acqua. 
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