Puissancemètre ou Dyno
BHP dyno
Il ne s'agissait que d'une suite logique attisée par une grande curiosité pour concrétiser ce projet. Quelle puissance peut-on vraiment obtenir de ces vieux engins stationnaires et de ces tracteurs antiques? Pour fermer la boucle, il ne manquait que le puissancemètre à ma "patentographie".
Le lecteur me pardonnera de changer ce nom peu évocateur tout de suite car en français, le mot "Puissancemètre" a une connotation plus "électrique" et ne représente pas vraiment bien cette application. Je me permet donc tout de suite de prendre l'anglicisme "Dynamomètre" ou plus communément "Dyno" pour le reste du texte.
Presque tout le monde confond la force et la puissance tellement cette dernière notion est abstraite. Ce projet permet de bien distinguer les 2. La force (ou le couple lorsqu'on traite de système en rotation) permet de bouger de lourdes charges. Par opposition, la puissance est la mesure de la rapidité avec laquelle on arrive à déplacer cette charge. Ainsi, on pourrait dire que je suis fort si j'utilise un cric manuel pour lever une charge de 10 tonnes mais ça prendra du temps alors je ne suis pas très puissant. On dira cependant que je suis puissant si j'arrive à la faire lever à 100 km/h.
Ce dyno est basé sur une équation physique bien simple: 1 hp = Couple (lb-pi) * RPM / 5252 = 746 Watts. Ainsi, un moteur qui fournit 100 lb-pi à 52.5 RPM délivre une puissance de 1 hp.
J'ai donc construit l'appareil qui permet de calculer cette équation en temps réel. Le défi provenait principalement du budget que j'avais pour y arriver. En prime, le principe utiliser pour tester la puissance des automobiles ne peut pas être récupéré pour les tracteurs mais l'inverse est possible. Les dynos d'automobile courant marchent sur le principe de l'accélération pour mesurer la puissance. Cette variable, on le conçoit facilement, n'est pas très présente sur l'arbre de commande (PTO) d'un tracteur de ferme. C'est la raison pour laquelle le principe utilisé est celui du freinage d'où l'appellation "Break Horse Power" (BHP). Le BHP se définit donc comme la puissance de réaction requise pour ralentir le moteur.
Pour arriver à se comprendre, il est nécessaire de distinguer la puissance définie selon la norme américaine SAE de celle définie selon la norme allemande DIN. La première ne veut pas dire grand chose mais comme c'est celle qui est le plus souvent utilisée, je me dois de la définir ici. La puissance SAE est la puissance que fourni un moteur en l'absence de tout artifices. Il ne s'agit donc pas d'une puissance utilisable car elle n'informe en rien sur l'application. Pour un moteur à combustion interne, la puissance SAE est celle mesurée par le manufacturier du moteur lorsque que ce dernier n'a ni transmission, ni ventilateur, ni alternateur, ni même de tubulures d'échappement. Par opposition, la puissance DIN défini la puissance réellement utilisable par l'application et c'est exactement celle ci qui est mesurée par ce dyno. Pour un moteur donné, on s'entend pour dire que la puissance DIN est toujours nettement inférieure à la puissance SAE. C'est pour cette raison que les vendeurs d'automobile n'utilisent que cette dernière. C'est aussi pour cette raison que les puissances données pour les tracteurs de ferme semblent toujours dérisoirs par rapport à celles publiées pour les autos.
En plus de tout ce qui précède, pour arriver à mesurer la puissance DIN sur une automobile, on a recours à un dyno de type "Châssis". Ceci désigne tout simplement une structure qui supporte des rouleaux sur lesquels les roues motrices de l'auto peuvent tourner pour en mesurer la puissance. En fait, un "dyno châssis" est simplement un châssis spéciale sur lequel on accouple un dyno d'arbre tel qu'on peut le voir ici. Bien beau tout ça mais ça ne permettait toujours pas de mesurer la puissance obtenue d'une poulie. J'ai donc conçu ce dyno pour faire face aux 3 applications.
Bref, le dyno décrit plus loin en est un à arbre de type à freinage qui fourni la valeur de puissance DIN.
Bien que la majorité des dynos qui correspondent à cette définition marchent à l'eau ou par courant de Eddy, j'ai décidé de fabriquer celui-ci sur un principe mécanique. L'aspect didactique s'en trouve grandement améliorée. C'est aussi relativement simple et économique à construire. En prime, ça chauffe et c'est spectaculaire mais ça use.
Le dyno est contrôlé par un ordinateur. Ce dernier s'assure de synchroniser les mesures du couple et de la vitesse ensembles pour que le calcul de la puissance soit juste. Ces variables sont filtrées pour éliminer l'effet des vibrations. L'ordinateur réalise ensuite le calcul de l'équation de la puissance donnée plus haut. Finalement, en plus de gèrer les 2 afficheurs il retient les plus grandes valeurs mesurées pour le plus grand plaisir des fanatiques. On pourrait aussi lui faire tracer le graphique du couple et de la puissance en fonction de la révolution mais cette dernière fonction n'est pas encore implantée.
Construire pareille machine demande un lot de compétences plutôt vaste. Presque tout y passe à part la chimie et c'est là qu'on voit la complexité d'accomplir les machines sophistiquées qui nous entourent tous les jours sans s'en rendre compte. Ici, les sciences physique, mécanique, hydraulique, usinage, de gestion de la puissance, matériaux, mathématique, numérique, instrumentation, contrôle, programmation, traitement de signaux, communication, ont été nécessaires pour mener le projet à terme.
Finalement, comme pour le reste de ce que je fabrique mais aussi pour respecter le budget, tout a été réalisé à partir de matériaux et pièces récupérés. Le différentiel est celui d'un pick-up GMC 3500. Il s'agit d'un modèle Eaton G80 de type "full floating" avec verrouillage automatique complet. Ce choix est principalement basé sur le format des freins mais aussi sur la puissance qu'on peut y faire passer. Le cadre servait de support pour des parties de machines industrielles, la poulie a été fourni par mon ami Évens, les plaques d'acier arrivent tout droit du ferrailleur du coin, les tôles de protection ont été récupérées d'une glissoire d'enfants, l'ordinateur d'un surplus d'inventaire, la cellule de charge a été achetée usagée sur EBay, le capteur de vitesse à effet Hall pour une mesure à haute fréquence en est un de moteur GM et on avait déjà l'afficheur géant en main. Il ne restait qu'à intégrer tout ça ensemble pour faire le dyno.
Bonne visite!
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Tous droits de reproduction réservés - Robin Boulianne- 2010-12-31
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