Nova geração de dinamômetros de motor de alta velocidade

Dyno Dynamics é uma empresa Australiana que tem estado na vanguarda de projetos de dinamômetros há mais de 25 anos. Eles têm clientes em todo o mundo, de lugares tão distantes como Aruba e Abu Dhabi, com uma forte presença nos EUA e no Reino Unido.

Os líderes de venda da empresa são as suas linhas de dinamômetros para 4x4, 4x2 e motocicleta para a indústria de serviços automotivos, mas a Dyno Dynamics também fabrica dinamômetros para caminhões, ônibus e motores. Para tudo desde motores de kart até motores à diesel de locomotiva.

Eles recentemente escolheram a HBM Austrália para abastecer os sensores de torque para um novo projeto de dinamômetro de motor de alta velocidade e potência - como detalhado abaixo.

Novo dinamômetro para motor de alta velocidade

Quando a Dyno Dynamics estabeleceu que iria projetar um novo dinamômetro para motor de alta velocidade, eles sabiam que seria mais do que apenas uma atualização de um de seus modelos existentes. Com especificações de 10.000 rpm e 1.000 cv (aprox. 750 kW), foi necessária uma nova abordagem.

A potência não foi um problema – a Dyno Dynamics construiu dinamômetros para motores maiores, no passado, a velocidade de entrada de 10.000 RPM era que precisava de algum cuidado.

Dada outras restrições de projeto, eles optaram por usarem retardadores Eddy current, uma vez que estes são compactos, robustos e de ação rápida. A Dyno Dynamics vendeu milhares de retardadores ao longo dos últimos 20 anos, com muito poucas falhas em serviço.

No entanto, retardadores feitos sob medida  de maior potência são geralmente limitados a 4-5.000 rpm. A solução óbvia é uma caixa de câmbio, para reduzir a velocidade do eixo para algo mais manejável.

Uma caixa de câmbio industrial feita sob medida para a potência necessária seria grande e caro, se a Dyno Dynamics pudesse fornecer, era uma alternativa.

A solução veio do mundo das corridas: o dinamômetro está projetado para a alta potência dos motores V8 de corrida.


Um diferencial de um supercarro V8, com radiador de óleo 

Com uma taxa de 1:2,86, a velocidade do eixo de saída é reduzida a um mais manejável 3.500 rpm, e os dois eixos de saída permitem a montagem compacta de um par de retardadores.

A solução: Um acoplamento de torque com amortecimento

A velocidade de rotação de um motor de combustão interna nunca é constante - a manivela é retardada por cada curso de compressão, e acelerada pelo curso de explosão. Apesar do cálculo da rotação  média do volante do motor, até certo ponto, ainda existe uma velocidade (e torque) pronunciada de oscilação, especialmente em baixas rotações.

Essa oscilação pode causar um stress severo em componentes da transmissão, e isso é especialmente verdadeiro com dinamômetros para motor / motores, onde há pouca "elasticidade" no sistema de transmissão, sem pneus ou suspensão para permitir um pouco de flexibilidade.

A solução é um acoplamento flexível de torque. Isto é construído para uma rigidez torcional precisa. Picos de torques e vibrações rotacionais do motor são amplamente neutralizados através da utilização do amortecedor de vibrações de rotação, protegendo assim a transmissão de um desgaste excessivo.

O acoplamento que a Dyno Dynamics escolheu foi um TECTOS t600, que são produzidos especificamente para a indústria de teste de motor.

TECTOS t600

Com o layout mecânico básico resolvido, eles passam para instrumentação.

No coração de um dinamômetro de sucesso está a medição precisa de torque e velocidade. Aquisição de dados adicional é geralmente necessária, mas o torque e a velocidade são fundamentais.

Para a medição da velocidade, eles usaram sua aprovada e testada roda dentada / captador indutivo. Estes provaram ser confiáveis ​​ao longo de muitos anos.

A medição de torque foi um desafio diferente. Resultados precisos requerem a medição do torque de entrada para a caixa de câmbio, de modo a incluir esta resistência. Isso significava que a Dyno Dynamics não podia usar o braço de torque de reação padrão e célula de carga - um transdutor de torque do eixo era necessário.

Após uma extensa pesquisa, a Dyno Dynamics decidiu pelo T40B da HBM. Com uma especificação de 15.000 RPM / 2.000 Nm, que combinava bem com as especificações de projeto do dinamômetro, e seu perfil compacto permitiu um layout de montagem simples.

O T40B é um sensor do tipo flange, com transmissão de sinal sem contato. Isso permite um perfil de montagem muito compacto, já que o sensor tem apenas 59 mm de profundidade.

 

O transdutor de torque da HBM foi, no mínimo, muito ágil, e requeriu filtragem adicional do software para suavizar os pulsos de cada cilindro.


T40B

Essa fotografia mostra o sensor em sua posição original: anel preto da antena no meio da foto

Porquê a Dyno Dynamics escolheu a HBM

A Dyno Dynamics escolheu a HBM como um fornecedor por uma série de razões, o produto atende às exigências a um preço competitivo e um grande benefício foi o acesso ao suporte técnico por representantes de engenharia locais.

O engenheiro de vendas da HBM Michael Lanksch teve um grande interesse no projeto, e saiu para a fábrica para discutir o projeto com sua equipe de projetistas.

 

O processo de design foi simplificado pela preparação da HBM de um modelo 3D do transdutor em formato Solidworks, que foi integrado com seu sistema CAD existente.

CAD model of complete mechanical system
And here is the end result, final wiring going in
Complete system under test

Gráfico de algum teste anterior executado, mostrando motor em funcionamento irregular devido à pressão de combustível inadequada:

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