Un banco de pruebas de motores es una instalación que se utiliza para desarrollar, caracterizar y probar motores. La instalación, que a menudo se ofrece como un producto a los fabricantes de equipos originales de automóviles , permite el funcionamiento del motor en diferentes regímenes operativos y ofrece la medición de varias variables físicas asociadas con el funcionamiento del motor.
Un sofisticado banco de pruebas de motores alberga varios sensores (o transductores ), funciones de adquisición de datos y actuadores para controlar el estado del motor. Los sensores medirían varias variables físicas de interés que normalmente incluyen:
- par del cigüeñal y velocidad angular
- Tasas de consumo de aire y combustible de admisión , que a menudo se detectan mediante métodos de medición volumétricos y / o gravimétricos
- relación aire-combustible para la mezcla de admisión, a menudo detectada mediante un sensor de oxígeno de los gases de escape
- concentraciones de contaminantes ambientales en los gases de escape, como monóxido de carbono , diferentes configuraciones de hidrocarburos y óxidos de nitrógeno , dióxido de azufre y material particulado
- temperaturas y presiones de gas en varios lugares del cuerpo del motor, como la temperatura del aceite del motor, la temperatura de la bujía , la temperatura de los gases de escape , la presión del colector de admisión
- condiciones atmosféricas como temperatura, presión y humedad
La información recopilada a través de los sensores a menudo se procesa y registra a través de sistemas de adquisición de datos. Los actuadores permiten alcanzar un estado de motor deseado (a menudo caracterizado como una combinación única de par motor y velocidad). Para motores de gasolina, los actuadores pueden incluir un actuador de aceleración de admisión, un dispositivo de carga para el motor, como un motor de inducción . Los bancos de pruebas de motores a menudo se empaquetan a la medida teniendo en cuenta los requisitos del cliente OEM. A menudo incluyen sistemas de control de retroalimentación basados en microcontroladores con las siguientes características:
- operación de velocidad deseada en circuito cerrado (útil para caracterizar el rendimiento del motor en estado estacionario o transitorio)
- Operación de par deseado en circuito cerrado (útil para la emulación de escenarios en el vehículo y en la carretera, lo que permite una forma alternativa de caracterización del rendimiento del motor en estado estacionario o transitorio)
Aplicaciones de banco de pruebas de motores
- Investigación y desarrollo de motores, generalmente en un laboratorio OEM
- Ajuste de motores en uso, generalmente en centros de servicio o para aplicaciones de carreras.
- Fin de la línea de producción en una fábrica OEM. El cambio de los motores a ensayar se realiza de forma automática, y las líneas de fluido, eléctricas y de gases de escape se conectan al banco de pruebas y al motor y se desconectan de ellos mediante sistemas de atraque. Cuando el motor se acopla en el banco de pruebas, el eje de transmisión mecánica se conecta automáticamente a él.
Pruebas de motores para investigación y desarrollo.
Las actividades de investigación y desarrollo (I + D) de motores en los fabricantes de equipos originales de automóviles han requerido sofisticados bancos de pruebas de motores. Los fabricantes de equipos originales de automóviles suelen estar interesados en desarrollar motores que cumplan los siguientes tres objetivos:
- para proporcionar una alta eficiencia de combustible
- para mejorar la capacidad de conducción y la durabilidad
- Cumplir con la legislación de emisiones relevante.
En consecuencia, un banco de pruebas de motores de I + D permite un ejercicio de desarrollo completo del motor mediante la medición, el control y el registro de varias variables relevantes del motor.
Las pruebas típicas incluyen aquellas que:
- determinar la eficiencia del combustible y la capacidad de conducción: prueba de rendimiento de par-velocidad en condiciones de estado estacionario y transitorias
- determinar la durabilidad: pruebas de envejecimiento, pruebas de aceite y lubricación
- determinar el cumplimiento de las legislaciones de emisiones pertinentes: pruebas de emisiones volumétricas y másicas durante los ciclos de prueba de emisiones establecidos
- Obtenga más conocimientos sobre el motor en sí: ejercicio de mapeo del motor o desarrollo de mapas multidimensionales de entrada-salida entre diferentes variables del motor. por ejemplo, un mapa de la presión del colector de admisión y la velocidad del motor al caudal de aire de admisión.
Aumento de sensores LDV en pruebas de motores
La tecnología láser agrega herramientas útiles para mejorar el diseño del motor durante la prueba del motor. Los sensores láser que utilizan velocimetría láser Doppler con sensores LDV de aumento pueden registrar los movimientos de las partículas de gas durante todo el ciclo de combustión rotativo o de 2 tiempos, 4 tiempos. Estos sensores de velocímetro de bujía (SPV) se pueden insertar en el orificio de la bujía de la cámara de combustión del motor. Los sensores se pueden ajustar a todos los niveles de profundidad del movimiento de los pistones, que suelen oscilar entre 0 y 50 mm. Los sensores LDV de aumento registrarán la velocidad y la dirección del movimiento de las partículas de gas. Luego, el diseño del motor se puede optimizar con los datos registrados y la visualización del ciclo de combustión. El flujo y la dirección de las partículas de gas se pueden mejorar cambiando la forma y el tamaño de la cámara, las válvulas, las bujías, los inyectores y los pistones, lo que mejora la combustión y el rendimiento y reduce las emisiones. Las cabezas de motor con dos orificios de bujía por cilindro se pueden usar para registrar la velocidad y la dirección del movimiento de las partículas de gas en un motor que funciona en condiciones de encendido y encendido. También se pueden agregar SPV a la admisión y al escape para registrar el flujo de partículas en estas áreas para mejorar aún más el diseño del motor. Los sensores de aumento de LDV se han utilizado en situaciones aún más extremas para medir el flujo de partículas en motores de cohetes.
Ver también
- Medidor de flujo de aire
- Eje de accionamiento
- Ciclo de conducción
- Dinamómetro
- Freno electromagnético Artículo sobre dinamómetros de corrientes inducidas
- Estándar de emisión
- Ciclo de prueba de emisiones
- Carro del motor
- Pájaro de hierro (aviación)
- Instalación de prueba de motores de cohetes
- Avión de banco de pruebas
Referencias
- Prueba del motor 5ta edición ISBN 9780128212264 A. Martyr, D. Rogers
- Tecnología láser en pruebas y desarrollo de motores, consulte:
- Mediciones endoscópicas de campo de flujo de velocimetría de imágenes de partículas 2D (PIV) en motores de CI
- Técnicas de diagnóstico y acceso óptico para el desarrollo de motores de combustión interna
- Primeras imágenes de las mediciones espectrales de detonación por transformada de Fourier en un motor de combustión interna
- Velocimetría de imágenes de partículas holográficas y su aplicación en el desarrollo de motores
- Mediciones del campo de flujo en un motor de combustión interna guiado por pulverización de inyección directa y ópticamente accesible que utiliza PIV de alta velocidad
- Soportes de prueba del motor
- Christopher I. Moir, Sistemas de velocimetría Doppler láser en miniatura (Documento de actas), Actas de SPIE Vol. 7356, 2009.