eDAQlite installato su un dragster della Thompson Engineering and Racing

Dalla sua lunga carriera come ingegnere sperimentatore, Thompson ha appreso che l'acquisizione dei dati ha un ruolo fondamentale per migliorare le prestazioni dei componenti e l'affidabilità globale del sistema, ed ha portato la propria esperienza nella sua “carriera bis” a favore dell'ingegneria delle corse. Per effettuare le misurazioni di cui ha bisogno, Thompson fa largo uso del sistema di acquisizione dati SoMat eDAQlite della HBM.

Uno dei motivi per cui Thompson scelse lo eDAQlite fu non solo perché forniva dati accurati, ma anche perché entrava perfettamente nello spazio limitato disponibile nel dragster. I dati forniti dallo eDAQlite, sommati alla conoscenza di Thompson su “come funzionano davvero le cose,” hanno consentito di migliorare la coerenza del tempo trascorso (ET), la sicurezza e l'affidabilità dei propri veicoli da corsa.

Inoltre, lo eDAQlite può fare cose che gli altri sistemi di acquisizione, comunemente usati per le corse, non sono in grado di fare. Ad esempio, la maggioranza degli altri sistemi di acquisizione dati ha la massima cadenza dati di solo 100 Campionamenti / s, mentre lo eDAQlite può arrivare fino a 100.000 Campionamenti / s. Davanti a tutto ciò, lo HBM eDAQlite è uno dei pochissimi sistemi di acquisizione dati che è stato omologato per l'impiego nelle classi Sportsman della National Hot Rod Association (NHRA), il più importante Campionato di Serie di Corse di Dragster del Nordamerica.

Acquisizione Dati su un Dragster da 7 Secondi

Non si può andare molto veloci su un trattore, almeno non abbastanza per soddisfare Ray Thompson.

Thompson ha 35 anni di esperienza come ingegnere, per lo più come ingegnere sperimentatore, ed ha sviluppato le prove ed analizzato i guasti per migliorare l'affidabilità e la sicurezza dei trattori della John Deere. Ma la sua vera passione è però sempre stata le corse con i dragster. Egli ha pilotato auto di serie da dodici secondi, telai automobilistici da nove secondi e dragster da sette secondi. Dopo il ritiro dalla John Deere, Thompson ha fondato la Thompson Engineering and Racing per applicare le sue conoscenze alla dinamica dei veicoli ed all'analisi dei guasti allo sport delle corse con i dragster.

Infine, Thompson scelse lo eDAQlite per la sua lunga relazione con il SoMat della HBM. Egli utilizza i prodotti SoMat dal 1980 ed ha sempre trovato che tali prodotti sono accurati ed affidabili e, se sorgono dei problemi, l'Assistenza Tecnica della HBM ha sempre collaborato fattivamente con lui per risolverli rapidamente.

Avviamento più rapido

Recentemente, Thompson ha iniziato un progetto per facilitare l'avviamento del motore dei suoi dragster da 7 secondi ed evitare gli occasionali “contraccolpi”. Per completare questo progetto, Thompson sapeva che avrebbe dovuto misurare numerosi parametri del motore, di cui il più importante era la velocità della manovella.

Per acquisire la velocità del motore, solitamente si collega il segnale di uscita del tachimetro dal sistema di ignizione al registratore dati. Questo segnale di uscita fornisce quattro impulsi per giro della manovella e ciò è generalmente sufficiente per la maggior parte delle applicazioni.

Tuttavia, per verificare le condizioni meccaniche del motore, sono necessarie informazioni più dettagliate. Per questa applicazione, Thompson utilizzo un sensore di velocità connesso direttamente sul volano. Questo sensore rileva il passaggio dei denti sul disco del volano e fornisce 168 impulsi per giro della manovella. La cadenza di misura fu impostata a 200 campionamenti al secondo. La Figura 1 mostra il confronto fra questi due metodi di misura.

Il diagramma di Figura 2 mostra la velocità della manovella di un dragster da 548 pollici cubici, motore V8 per un periodo di tempo di due secondi. Il rapporto di compressione del motore è 15:1. Mentre la velocità media della manovella è di 150 giri/minuto, essa sale a 225 giri/minuto durante la corsa di potenza e scende ad 85 giri/minuto durante la corsa di compressione.

Alla velocità di 150 giri/minuto l'albero della manovella compie 2,5 giri al secondo. Come mostrato nel grafico, per un motore V8 a 4 tempi ci sono dieci corse di potenza durante il periodo di un secondo.

Si può già usare questo grafico per confrontare la variazione da cilindro a cilindro. Qualsiasi problema meccanico che influenzi le prestazioni di “pompaggio” del cilindro cambierà il numero di giri di avviamento. La registrazione periodica della velocità del motore durante l'avviamento ed il successivo confronto della forma delle tracce da cilindro a cilindro è un metodo rapido per verificare la condizione meccanica del motore.

Molti piloti esperti possono determinare se il motore ha un cilindro debole solo ascoltando il suono che esso emette. La misurazione della velocità delle manovelle del motore e la produzione di un grafico simile a quello mostrato in Figura 1, consente di verificare ciò che i piloti esperti hanno già riconosciuto.

Ricerca di un cilindro guasto

Per dimostrare questo fenomeno, Thompson impostò due serie di misurazioni della velocità di avviamento del motore. La prima serie di misurazioni con il motore funzionante in modo normale. La seconda serie di misurazioni, dopo aver tolto una candela per simulare un cilindro guasto.

Nella Figura 3 appaiono i diagrammi delle due misurazioni sovrapposti. La traccia rossa mostra il normale funzionamento del motore, quella blu mostra il funzionamento del motore con un cilindro guasto. Notare che quando il cilindro guasto si approssima al punto morto superiore (PMS), la velocità del motore aumenta, al contrario di diminuire come avviene normalmente. Ciò è causato dalla mancanza di resistenza alla compressione dell'aria. Notare anche che la velocità di avviamento media era all'incirca di 10 giri/minuto più alta nel motore con il cilindro guasto. Questa è la ragione per cui le due tracce non concordano perfettamente.

Un altro modo per analizzare le prestazioni del motore è di effettuare l'analisi in frequenza del segnale della velocità del motore. La Figura 4 mostra il diagramma di quest'analisi. La frequenza più significativa è di 10 Hz, ed equivale alla frequenza di accensione di un motore ad 8 cilindri, 4 tempi, a 150 giri/minuto. Ciò è chiamato effetto di 4° ordine, poiché esso avviene quattro volte per ogni giro dell'albero delle manovelle.

La seconda componente di frequenza più significativa è di 20 Hz. Questa componente di frequenza è un effetto di 8° ordine ed è causato dalla dinamica degli otto cilindri del motore. Questi effetti dinamici avvengono perché la velocità dell'albero delle manovelle rallenta durante ogni compressione nel cilindro. Sebbene queste variazioni dinamiche siano comuni, esse possono essere ridotte aumentando l'inerzia del gruppo convertitore volano / coppia.

Quale risultato delle sue indagini, Thompson determinò che la velocità media di avviamento di 150 giri/minuto sembrava troppo bassa per ottenere una buona accensione del motore. A questo punto ci sono molte cose che si possono fare per aumentare tale velocità, fra cui:

installare un motorino di avviamento più potente,
aumentare la potenza della batteria,
usare un cavo delle batterie di sezione maggiore per ridurre la caduta di tensione, e
assicurarsi che sia buono il collegamento della massa fra la batteria e lo starter.

Evitare i contraccolpi

Infine, uno degli obiettivi di Thompson era la riduzione della possibilità di “contraccolpi.” I contraccolpi avvengono perché i motori da corsa hanno velocità di avviamento inferiori (circa 150 giri/minuto), cilindrata maggiore, compressione più alta e maggior anticipo rispetto ai motori di serie. Quando un cilindro si accende, si ha maggior possibilità che l'albero delle manovelle giri all'indietro, mentre i denti del volano s'innestano nel pignone del motorino di avviamento ed aumenta anche la possibilità di rovinare i denti dell'ingranaggio.

Per evitare i contraccolpi si possono modificare i parametri sopra citati, ma così facendo si potrebbe ridurre la potenza del motore. Dalla sua esperienza e dall'analisi dei dati, Thompson trovò che ritardando di un paio di gradi il tempo di accensione, ma permettendo nello stesso tempo al motore di raggiungere la piena velocità di accensione prima di dare potenza al sistema di ignizione, veniva notevolmente ridotto il numero di contraccolpi.

Risulta evidente che una delle chiavi del successo di Thompson' sulle piste dei dragster è stato il SoMat eDAQlite. I dati che egli ha raccolto con questo compatto e potente sistema di acquisizione dati è esattamente ciò che era necessario per la sua ricerca di sempre maggior velocità.

Il più recente Rapporto Applicazioni della Sims Professional Engineers

L'affidabile Acquisizione dei Dati Garantisce la Sicurezza dei Carri Ferroviari

“L'eDAQ ha costantemente prodotto dati di prova affidabili per la Sims Professional Engineers (SPE), perfino nelle condizioni più gravose. Esso ha dimostrato di essere stato un investimento proficuo per la SPE.”

Cody Kasten, Project Engineer

Sims Professional Engineers (SPE)