Banco de pruebas de motores

Un banco de pruebas de motores es una instalación utilizada para desarrollar, caracterizar y probar motores. Esta instalación, que a menudo se ofrece como producto a los fabricantes de equipos originales (OEM) de la industria automotriz , permite el funcionamiento del motor en diferentes regímenes operativos y ofrece la medición de varias variables físicas asociadas con su funcionamiento.

Un sofisticado banco de pruebas de motores alberga varios sensores (o transductores ), sistemas de adquisición de datos y actuadores para controlar el estado del motor. Los sensores miden diversas variables físicas de interés, entre las que normalmente se incluyen:

• par del cigüeñal y velocidad angular
• Tasas de consumo de aire de admisión y combustible , a menudo detectadas mediante métodos de medición volumétricos y/o gravimétricos.
• Relación aire-combustible para la mezcla de admisión, que a menudo se detecta mediante un sensor de oxígeno en 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 puntos del cuerpo del motor, como la temperatura del aceite del motor , la temperatura de la bujía , la temperatura de los gases de escape y la presión del colector de admisión.
• condiciones atmosféricas como la temperatura, la presión y la humedad

La información recopilada a través de los sensores suele procesarse y registrarse mediante sistemas de adquisición de datos. Los actuadores permiten alcanzar el estado deseado del motor (generalmente caracterizado como una combinación única de par y velocidad). En los motores de gasolina, los actuadores pueden incluir un actuador de mariposa de admisión y un dispositivo de carga para el motor, como un motor de inducción . Los bancos de pruebas de motores suelen diseñarse a medida según los requisitos del fabricante de equipos originales (OEM). A menudo incluyen sistemas de control de retroalimentación basados ​​en microcontroladores con las siguientes características:

• Funcionamiento a velocidad deseada en bucle cerrado (útil para la caracterización del rendimiento del motor en estado estacionario o transitorio).
• Funcionamiento con par motor deseado en bucle cerrado (útil para emular escenarios en carretera dentro del vehículo, lo que permite una forma alternativa de caracterizar el rendimiento del motor en estado estacionario o transitorio).

• Investigación y desarrollo de motores, normalmente en un laboratorio de un fabricante de equipos originales (OEM).
• Puesta a punto de motores en uso, normalmente en centros de servicio o para aplicaciones de competición.
• Fin de la línea de producción en una fábrica de fabricantes de equipos originales (OEM). El cambio de los motores que se van a probar se realiza automáticamente, y las líneas de fluidos, eléctricas y de gases de escape se conectan al banco de pruebas y al motor, y se desconectan de ellos mediante sistemas de acoplamiento. Cuando el motor se acopla al banco de pruebas, el eje de transmisión mecánico se conecta automáticamente a él.

Las actividades de investigación y desarrollo (I+D) de motores en los fabricantes de automóviles han requerido bancos de prueba de motores sofisticados. Los fabricantes de automóviles suelen estar interesados ​​en desarrollar motores que cumplan los siguientes tres objetivos:

• para proporcionar una alta eficiencia de combustible
• para mejorar la manejabilidad y la durabilidad
• cumplir con la legislación de emisiones pertinente

En consecuencia, un banco de pruebas de motores para I+D permite llevar a cabo un proceso completo de desarrollo 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 facilidad de conducción: prueba de rendimiento par-velocidad en condiciones estables y transitorias.
• Determinar la durabilidad: pruebas de envejecimiento, pruebas de aceite y lubricación.
• Determinar el cumplimiento de la legislación pertinente en materia de emisiones: pruebas de emisiones volumétricas y másicas durante los ciclos de prueba de emisiones establecidos.
• Adquirir más conocimientos sobre el motor: realizar un ejercicio de mapeo del motor o desarrollar mapas de entrada-salida multidimensionales entre diferentes variables del motor. Por ejemplo, un mapa que relacione la presión del colector de admisión y la velocidad del motor con el caudal de aire de admisión.

La tecnología láser aporta herramientas útiles para mejorar el diseño de motores durante las pruebas. Los sensores láser, que utilizan velocimetría láser Doppler (LDV) con sensores de aumento, pueden registrar el movimiento de las partículas de gas durante todo el ciclo de combustión de 2, 4 o 4 tiempos. Estos sensores de velocimetría 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, generalmente entre 0 y 50 mm.

Los sensores LDV con aumento registrarán la velocidad y la dirección del movimiento de las partículas de gas. 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 modificando la forma y el tamaño de la cámara, las válvulas, la bujía, los inyectores y los pistones, lo que resulta en una mejor combustión y rendimiento, así como en una reducción de las emisiones.

Las culatas de motor con dos orificios para bujías por cilindro pueden utilizarse para registrar la velocidad y la dirección del movimiento de las partículas de gas en un motor que funciona en condiciones reales de combustión.

También se pueden añadir válvulas de protección puntual (SPV) a la admisión y al escape para registrar el flujo de partículas en estas zonas y así mejorar aún más el diseño del motor.

Los sensores LDV con aumento se han utilizado incluso en situaciones más extremas para medir el flujo de partículas en los motores de cohetes.

• Medidor de flujo de aire
• Eje de transmisión
• Ciclo de conducción
• Dinamómetro
• Freno electromagnético. Artículo sobre dinamómetros de corrientes parásitas.
• Norma de emisiones
• Ciclo de prueba de emisiones
• Carro de motor
• Pájaro de hierro (aviación)
• Instalación de pruebas de motores de cohete
• Aeronave de prueba

• Pruebas de motores, 5.ª edición ISBN 9780128212264A. Mártir, D. Rogers
• Tecnología láser en pruebas y desarrollo de motores (ver:
  • Mediciones del campo de flujo mediante velocimetría de imágenes de partículas (PIV) endoscópica 2D en motores de combustión interna.
  • Técnicas de acceso óptico y diagnóstico para el desarrollo de motores de combustión interna
  • Primeras mediciones espectrales por transformada de Fourier de imágenes de la detonación 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 de inyección directa y guiado por pulverización, accesible ópticamente, mediante PIV de alta velocidad.
  • Bancos de prueba de motores
  • Christopher I. Moir, Sistemas de velocimetría láser Doppler en miniatura (Artículo de actas), Actas de la SPIE Vol. 7356, 2009.