منصة اختبار المحركات

منصة اختبار المحركات هي منشأة تُستخدم لتطوير المحركات وتوصيفها واختبارها. وتتيح هذه المنشأة، التي تُقدم عادةً كمنتج لمصنعي المعدات الأصلية للسيارات ، تشغيل المحرك في أنظمة تشغيل مختلفة، كما توفر قياس العديد من المتغيرات الفيزيائية المرتبطة بتشغيل المحرك.

يحتوي جهاز اختبار المحركات المتطور على العديد من أجهزة الاستشعار (أو المحولات )، وميزات جمع البيانات ، والمشغلات للتحكم في حالة المحرك. تقيس أجهزة الاستشعار العديد من المتغيرات الفيزيائية المهمة، والتي تشمل عادةً ما يلي:

• عزم دوران عمود المرفق والسرعة الزاوية
• يتم الكشف عن معدلات استهلاك الهواء والوقود الداخلة ، والتي غالباً ما يتم رصدها باستخدام طرق القياس الحجمية و/أو الوزنية.
• نسبة الهواء إلى الوقود لخليط السحب، والتي يتم الكشف عنها غالبًا باستخدام مستشعر أكسجين غاز العادم
• تركيزات الملوثات البيئية في غازات العادم مثل أول أكسيد الكربون ، وتكوينات مختلفة من الهيدروكربونات وأكاسيد النيتروجين ، وثاني أكسيد الكبريت ، والجسيمات العالقة
• درجات الحرارة وضغوط الغاز في عدة مواقع على جسم المحرك مثل درجة حرارة زيت المحرك ، ودرجة حرارة شمعة الإشعال ، ودرجة حرارة غاز العادم ، وضغط مشعب السحب
• الظروف الجوية مثل درجة الحرارة والضغط والرطوبة

تُعالج المعلومات التي يتم جمعها عبر أجهزة الاستشعار وتُسجل عادةً من خلال أنظمة جمع البيانات. تسمح المشغلات بتحقيق حالة المحرك المطلوبة (والتي غالبًا ما تُوصف بأنها مزيج فريد من عزم دوران المحرك وسرعته). بالنسبة لمحركات البنزين، قد تشمل المشغلات مشغل صمام الخانق، وجهاز تحميل للمحرك مثل المحرك الحثي . غالبًا ما تُصمم منصات اختبار المحركات خصيصًا وفقًا لمتطلبات العميل من مُصنِّع المعدات الأصلية. وهي تتضمن عادةً أنظمة تحكم تغذية راجعة قائمة على المتحكمات الدقيقة، وتتميز بالخصائص التالية:

• تشغيل السرعة المطلوبة في حلقة مغلقة (مفيد لتوصيف أداء المحرك في الحالة المستقرة أو العابرة)
• تشغيل عزم الدوران المطلوب في حلقة مغلقة (مفيد لمحاكاة سيناريوهات القيادة داخل المركبة وعلى الطريق، مما يتيح طريقة بديلة لتوصيف أداء المحرك في الحالة المستقرة أو العابرة)

• البحث والتطوير في المحركات، عادةً في مختبرات الشركات المصنعة للمعدات الأصلية.
• ضبط المحركات قيد الاستخدام، عادةً في مراكز الخدمة أو لتطبيقات السباقات
• نهاية خط الإنتاج في مصنع مُصنِّع المعدات الأصلية. يتم تغيير المحركات المراد اختبارها تلقائيًا، وتُوصَّل خطوط السوائل والكهرباء وغازات العادم بمنصة الاختبار والمحرك، ثم تُفصل عنهما بواسطة أنظمة التوصيل. عند تثبيت المحرك في منصة الاختبار، يُوصَّل عمود الدوران الميكانيكي به تلقائيًا.

استلزمت أنشطة البحث والتطوير المتعلقة بالمحركات لدى مصنعي السيارات وجود منصات اختبار محركات متطورة. وعادةً ما يهتم مصنعو السيارات بتطوير محركات تلبي الأهداف الثلاثة التالية:

• لتحقيق كفاءة عالية في استهلاك الوقود
• لتحسين قابلية القيادة والمتانة
• للامتثال لتشريعات الانبعاثات ذات الصلة

وبالتالي، تسمح منصات اختبار محركات البحث والتطوير بإجراء عملية تطوير كاملة للمحرك من خلال قياس ومراقبة وتسجيل العديد من متغيرات المحرك ذات الصلة.

تشمل الاختبارات النموذجية ما يلي:

• تحديد كفاءة استهلاك الوقود وسهولة القيادة: اختبار أداء عزم الدوران والسرعة في ظل ظروف ثابتة وعابرة
• تحديد المتانة: اختبارات التقادم، واختبارات الزيت والتشحيم
• تحديد مدى الامتثال لتشريعات الانبعاثات ذات الصلة: اختبارات الانبعاثات الحجمية والكتلية خلال دورات اختبار الانبعاثات المحددة.
• اكتساب المزيد من المعرفة حول المحرك نفسه: تمرين رسم خرائط المحرك أو تطوير خرائط متعددة الأبعاد للمدخلات والمخرجات بين متغيرات المحرك المختلفة. على سبيل المثال، خريطة من ضغط مشعب السحب وسرعة المحرك إلى معدل تدفق هواء السحب.

تُضيف تقنية الليزر أدواتٍ قيّمة لتحسين تصميم المحرك أثناء اختباره. إذ تُسجّل مستشعرات الليزر، التي تستخدم قياس سرعة دوبلر الليزري مع مستشعرات LDV المُكبّرة، حركة جزيئات الغاز خلال دورة الاحتراق الكاملة، سواءً كانت ثنائية الأشواط أو رباعية الأشواط أو دوارة. ويمكن إدخال مستشعرات قياس سرعة شمعة الإشعال (SPV) هذه في فتحة شمعة الإشعال في غرفة احتراق المحرك. كما يُمكن ضبط هذه المستشعرات لتناسب جميع مستويات عمق حركة المكابس، والتي تتراوح عادةً بين 0 و50 مم.

ستسجل مستشعرات قياس سرعة الليزر (LDV) المكبرة سرعة واتجاه حركة جزيئات الغاز. ويمكن بعد ذلك تحسين تصميم المحرك باستخدام البيانات المسجلة وتصور دورة الاحتراق. ويمكن تحسين تدفق واتجاه جزيئات الغاز عن طريق تغيير شكل وأحجام غرفة الاحتراق والصمامات وشمعة الإشعال والحاقنات والمكابس، مما يؤدي إلى تحسين الاحتراق والأداء وتقليل الانبعاثات.

يمكن استخدام رؤوس المحركات التي تحتوي على فتحتين لشمعات الإشعال لكل أسطوانة لتسجيل سرعة واتجاه حركة جزيئات الغاز في محرك يعمل في ظروف التشغيل والاحتراق.

يمكن أيضًا إضافة صمامات التحكم في الضغط (SPVs) إلى مدخل ومخرج العادم لتسجيل تدفق الجسيمات في هذه المناطق لتحسين تصميم المحرك بشكل أكبر.

وقد تم استخدام مستشعرات LDV المكبرة في حالات أكثر تطرفاً لقياس تدفق الجسيمات في محركات الصواريخ.

• مقياس تدفق الهواء
• عمود الدوران
• دورة القيادة
• المقوى أداة
• مقال عن المكابح الكهرومغناطيسية واختبارات الدينامومتر باستخدام التيارات الدوامية
• معيار الانبعاثات
• دورة اختبار الانبعاثات
• عربة المحرك
• الطائر الحديدي (طيران)
• مرفق اختبار محركات الصواريخ
• طائرة اختبارية

• اختبار المحركات، الطبعة الخامسة، رقم ISBN 9780128212264أ. مارتير، د. روجرز
• انظر: تقنية الليزر في اختبار وتطوير المحركات
  • قياسات مجال التدفق باستخدام تقنية تصوير سرعة الجسيمات ثنائية الأبعاد بالمنظار (PIV) في محركات الاحتراق الداخلي
  • تقنيات الوصول البصري والتشخيص لتطوير محركات الاحتراق الداخلي
  • أول قياسات طيفية باستخدام تحويل فورييه للتصوير في محرك احتراق داخلي
  • قياس سرعة الجسيمات باستخدام الصور المجسمة وتطبيقاته في تطوير المحركات
  • قياسات مجال التدفق في محرك احتراق داخلي موجه بالرش ذي حقن مباشر يمكن الوصول إليه بصريًا باستخدام تقنية PIV عالية السرعة
  • منصات اختبار المحركات
  • كريستوفر آي. موير، أنظمة قياس سرعة دوبلر الليزر المصغرة (ورقة بحثية)، وقائع SPIE المجلد 7356، 2009.