Un nuevo sensor del par ayuda a reducir la fricción de los motores

Un Nuevo sensor del par está ayudando a reducir las emisiones de los motores y mejorar la economía como parte de un proyecto para desarrollar un sistema de lubricación inteligente.

La eficiencia de los motores está más que nunca en el punto de mira de los fabricantes, y las compañías de automoción están explorando todas las posibilidades de mejorar el rendimiento.

Y debido a que los motores producen potencia rotatoria, el par es la medida clave.

Los motores de los automóviles son la bête noire del lobby ambientalista. No hay duda que los motores son contribuyentes principales a la generación de dióxido de carbono. Para reemplazar los motores tienen que pasar aún décadas, así que la estrategia más adecuada es hacerlos lo más eficientes que sea posible.

Los sistemas de lubricación de motores son un elemento esencial. Los motores están dotados de una simple
bomba mecánica que está dimensionada para asegurar un suministro adecuado de aceite en la peor condición de operación. Esto es típico cuando un motor caliente está sin carga. La bomba está por ello enormemente sobredimensionada para el resto del rango de velocidad y, como consecuencia, casi el 60 % de su rendimiento es desechado vía válvula de alivio. La bomba también transmitirá la misma cantidad de aceite a cada parte del motor independientemente de lo que el sistema pueda necesitar. La bomba es también insensible a la carga del motor y por ello los rodamientos recibirán el mismo suministro de aceite a una velocidad dada independientemente de la carga. Esto es un sistema muy ineficiente.

Asimismo las bombas fuerzan casi una tonelada de aceite por hora a través del filtro, y cuando el aceite se enfría esto conlleva el empleo de una enorme cantidad de energía.

Con este planteamiento inicial, Powertrain Technologies Ltd, una compañía británica de Snetterton, Norfolk, ha diseñado un sistema de lubricación inteligente para analizar la fricción de los motores y las pérdidas parásitas. Los investigadores construyeron para el proyecto un montaje de ensayo altamente especializada para el proyecto, ya que la exactitud en la medición de pequeños cambios en el par de transmisión y la repetibilidad fue un requerimiento crítico, una parte del montaje es un transductor TorqSense de Sensor Technology.

El motor de ensayo fue un motor diesel de producción y el lecho de ensayo fue configurado para ensayos de fricción de motores a 6.000 r.p.m. y una transmisión del motor eléctrico de 32 kW.

El sistema de lubricación del motor fue completamente rediseñado y se instaló un banco de cinco bombas de aceite controladas por ordenador. Cada bomba es capaz de suministrar aceite a piezas individuales del motor con aceite bajo condiciones únicas a cada parte del motor y de forma sensible a las condiciones de operación del motor. Por ejemplo, era posible suministrar aceite a diferentes presiones al bloque y suministrar a los rodamientos más aceite cuando el motor está bajo cargas altas.

La idea fue establecer el perfil completo del rendimiento del motor bajo diferentes condiciones de lubricación y derivar configuraciones óptimas del sistema inteligente para obtener el mejor rendimiento.

Tanto los motores de gasolina como los diesel son mucho más limpios de lo que eran hace 20 ó 30 años. Sin embargo, es necesario que operen eficientemente bajo un amplio rango de velocidades y cargas, y condiciones de carga que van desde – 40 ºC a + 40 ºC. La lubricación inteligente tiene el potencial de mejorar el rendimiento, aunque cuantificar la mejor configuración es un trabajo meticuloso.

El sensor del par es crítico en el proyecto ya que el objeto del ejercicio es medir el efecto en la fricción de un rango de diferentes estrategias de suministro de aceite y tipos de aceite. De esta forma los cambios en la fricción son representados por un cambio en el par de transmisión del motor.

Los sensores TorqSense son particularmente apropiados para el desarrollo del proyecto porque son inalámbricos.

TorqSense detecta y mide de forma efectiva las ondas de radio frecuencia (RF) generadas por dos dispositivos de ondas acústicas de superficie (SAWs) fijadas en un eje rotatorio y las convierte en una medida del par usando dos minúsculas SAWs fabricadas de material piezoeléctrico cerámico con peines resonantes en frecuencia puestos en su superficie.

Las SAWs son fijadas al eje de transmisión a 90º uno del otro. Cuando el par se incrementa los peines se expanden o contraen proporcionalmente al par aplicado. Los peines actúan de forma similar a los detectores de tensión pero midiendo cambios en la frecuencia resonante.

Los captadores de RF adyacentes emiten ondas de radio hacia los SAWs y además colectan los cambios resonantes reflejados y su cambio en la frecuencia de las ondas reflejadas es lo que identifica el par aplicado.

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Palabras clave: Intelligent lubrication system, torque sensor, Surface Acoustic Wave devices (SAWs)