Alustadynamometrin kehittäminen

Abstract

Tämän opinnäytetyön aiheena oli suunnitella ja rakentaa ensisijaisesti henkilöautojen suorituskyvyn mittaukseen soveltuva alustadynamometri, joka kertoo moottorin suorituskykyarvot graafisessa muodossa kierrosnopeuden funktiona. Työn yhteistyökumppanina toimii yksityisyrittäjä Jyrki Laitinen ja dynamometri on tarkoitus sijoittaa Kerkonkoskella sijaitsevaan Koskenlahden pajaan. Valmiilla dynamometrillä on tarkoitus harjoittaa pienimuotoista liiketoimintaa moottoreiden tehonmittauksen ja säätötyön merkeissä.

Lähtökohtana toimi tämän opinnäytetyön tekijän syksyn 2017 aikana laatima luonnos pyörrevirtajarrullisesta alus-tadynamometristä Erikoistumisprojekti 2 -kurssilla. Laaditun luonnoksen pohjalta hankittiin dynamometrin rullat ja tiedonkeruuseen tarvittava dataloggeri jo ennen tämän työn aloittamista. Kokonaiskonstruktio oli siis selvillä ja tämän työn pääpaino oli yksityiskohtien suunnittelussa, laitteen rakentamisessa ja testauksessa.

Dynamometrin suunnittelussa hyödynnettiin SolidWorks CAD -ohjelmistoa, jonka avulla osien sijainnin ja laitteiston kokonaistilantarpeen hahmottaminen oli helppoa. Osien lujuuksia tarkasteltiin tarvittavilta osin Ansys FEM -simulointiohjelmalla. Dynamometrin suunnittelua määritti merkittävästi jo aiemmin hankitut rullat. Suunnittelu aloitettiin pyörrevirtajarrun mitoituksella ja siitä edettiin laakerien ja akselien välisten liitosten suunnitteluun. Viimeisenä suunniteltiin laitteen teräsrunko. Haasteita suunnittelussa aiheutti muun muassa pyörrevirtajarrun sijoittaminen rullien väliin siten, että rullien välinen etäisyys ei kasva liian suureksi. Myös rajallinen budjetti, tiukka aikataulu ja melko vähäinen kokemus suunnittelutyöstä aiheuttivat ongelmia projektin aikana.

Työn lopputuloksena syntyi kokonaisuudessaan erittäin hyvin toimiva alustadynamometri. Laitteessa ja testaustilassa on edelleen kehitettävää, mutta pienet puutteet ovat korjattavissa. Dynamometrin käyttö vaatii myös paljon harjoittelua, jotta saadaan luotettavia tuloksia ja laitteiston käyttö ja moottoriin tehtävä säätötyö on sujuvaa. Jo tällä hetkellä olevien käyttökokemusten perusteella dynamometrin avulla voidaan aloittaa pienimuotoinen liiketoiminta kesällä 2018. Työn myötä saavutettuihin tuloksiin voidaan olla työn yhteistyökumppanin kanssa erittäin tyytyväisiä.

The aim of this final year thesis was to design and build a chassis dynamometer primarily applied in measuring the performance of passenger cars. The main task of the dynamometer is to produce graphical information on engine performance as a function of rotation speed. The work was done in collaboration with private entrepreneur Jyrki Laitinen. The finished dynamometer will be placed in Koskenlahti workshop which is located in Rautalampi, Eastern Finland. The finished dynamometer is planned to be used for small scale business activity within engine performance testing and engine tuning.

The starting point for the project was a previously made layout design of the chassis dynamometer with eddy current brake on the course Specialized Project 2. Based on the draft, dynamometer rollers and data acquisition were acquired before starting the thesis project. Thus, the main construction of the dynamometer was already clear at the start and therefore the main focus of this thesis was in designing details and in building and testing the device.

The dynamometer was designed by utilizing SolidWorks CAD program which made it easy to perceive the placement of parts and the entire space needed for the device’s main structure. Strengths of the parts were analyzed by using Ansys FE-simulation. The design of the dynamometer was significantly determined by the rollers which were acquired at the earlier phase. The design process began by defining eddy current brake specifications from where it was possible to proceed to design the shaft connections and frame. During the project a few challenges were faced, for instance, in placing the eddy current brake between the rolls in such a way that the distance be-tween the rolls would not become too wide. Furthermore, the limited budget, tight timetable and short experience made the design process challenging.

As a result of this thesis project, a chassis dynamometer was created and it is working remarkably well in its en-tirety. There is still plenty of work to do with the test room and the dynamometer, but the small shortcomings can be fixed. Furthermore, the use of the dynamometer still requires a lot of practice before the use of the device and the engine tuning will be fluent and reliable results can be gained. However, the user experiments by now are encouraging and therefore a small-scale business activity can be started in summer 2018. The results gained throughout the project allow us to be very satisfied with the collaborator.