Il banco prova è un apparecchio utilizzato in genere nelle officine meccaniche e nelle concessionarie. Questo strumento permette di eseguire una serie di test necessari alla verifica del corretto funzionamento di un motore: è possibile misurare la sua potenza e la coppia motrice. Un banco prova può fornire anche i valori del consumo di un motore, sia regime minimo che massimo (o eventualmente sino al valore previsto dal limitatore di giri integrato nel motore).
Funzionamento
Esistono vari tipi di banchi prova, che si differenziano per il tipo di freno che sfruttano per eseguire il test. Fra di essi si ricordano il banco prova con freno meccanico e quello con freno idraulico, ma il più comune e semplice è sicuramente il “banco prova a correnti parassite” (o di Focault). A differenza di altri banchi prova, questo strumento permette di eseguire test dal pneumatico posteriore; è costituito da un basamento (base sismica) su cui viene posto il motore da controllare, da un freno dinamometrico e da sistema di misura sia meccanico che elettronico che restituisce il risultato della prova.
Possono essere inoltre presenti un rullo (di peso e dimensioni anche molto elevate) e un modulo elettronico che ha la doppia funzione di rilevare sia quanto misurato dal sistema di misura che dal rullo, in quest’ultimo caso riportando il valore il termini di numero di giri compiuti. Il freno viene collegato al motore nel punto in cui esso trasmette il moto (variabile a seconda del tipo di motore che si sta analizzando), ed è sostenuto da due cuscinetti che ricreano le condizioni per un suo movimento libero, contrastato però dal sistema di misura a cui è connesso. Esso si basa sul principio delle correnti parassite, che sono correnti in grado di applicare una forza frenante disturbando con correnti elettromagnetiche il flusso magnetico preesistente.
Tali correnti vengono generate, all’interno del freno, facendo ruotare un disco polare a forma di stella in un campo magnetico generato da una bobina eccitata da un flusso continuo di corrente. Le correnti “indotte” prodotte da questa rotazione disturbano il flusso magnetico; esse vengono contrastate da correnti “parassite” generate dalle camere di raffreddamento (sedi del campo magnetico disturbato) per il principio di azione e reazione.
Il rotore del freno, a causa della forza indotta dalle correnti parassite che contrasta l’azione frenante, tende quindi a ruotare. Si genera infatti una coppia di forze uguali e contrarie (correnti indotte e parassite), la cui azione viene però annullata dall’intervento della cella di carico. La cella di carico non è altro che una scatola metallica al cui interno è stata predisposta una serie di estensimetri collegati a ponte di Wheatstone per la misurazione della resistenza elettrica. Deformandosi, gli estensimetri provocano una variazione del campo generato dal ponte, proporzionale alla forza di deformazione; tale segnale, opportunamente rilevato ed elaborato, permette di ottenere il valore della coppia motrice. A questo punto, noto il valore della coppia motrice e il numero di giri del rullo, risulta facile risalire anche alla misura della potenza massima del motore.
Luogo della prova
Il posto in cui deve essere effettuata la prova deve essere idoneo e appositamente preparato perché essa possa avere luogo; é infatti necessario predisporre appositi ventilatori per evitare il surriscaldamento del motore durante la prova, e più in generale è necessario isolare termicamente dalla temperatura esterna il locale. Necessità fondamentale è, infatti, che i risultati del test non siano modificati (se non addirittura falsati) dalle condizioni meteorologiche o stagionali.
Devono inoltre essere controllate pressione atmosferica e umidità, anche se i moderni programmi di calcolo sono spesso in grado di effettuare delle correzioni automatiche degli errori dovuti a questi fattori. La prova può avere luogo solo se è stato predisposto un apposito basamento per fissare il veicolo sul banco (slitta regolabile). I risultati, infine, vengono riportati su un apposito software per computer, di conseguenza la prova non può avere luogo in assenza di questo ulteriore strumento.
Tipo di misurazione
Per rilevare la potenza e la coppia motrice utilizzando un banco prova, è necessario innanzitutto predisporre il veicolo sullo strumento, ed ivi innestare il sistema di bloccaggio più opportuno (esso varia da veicolo a veicolo) per collocare in maniera stabile le ruote motrici sul rullo. A questo punto si avvia il motore e si esegue la prova, facendo susseguire a fasi di accelerazione con cambi di marcia una fase di decelerazione (“rampa” o “lancio”). Questa procedura mira a spingere il motore al limite massimo dei giri che può effettuare; a questo punto è possibile effettuare le misure di cui si ha bisogno, utilizzando la modalità “inerziale” oppure quella “frenata”.
Inerziale
La prova al banco effettuata in modalità inerziale è molto rapida, ma allo stesso tempo poco precisa.
Questa prova consiste nell’utilizzo della massa del rullo come strumento di misura della potenza e della coppia motrice del motore in analisi. Il veicolo viene posto in accelerazione sul banco prova in assenza di sistema frenante. Il motore in azione imprime una certa accelerazione al rullo, che dunque inizia a girare.
Risulta essere da notare che il rullo, a causa delle sue dimensioni, possiede un’inerzia notevole, e questta può influenzare i risultati della prova.
Frenata
Questa prova, a differenza di quella di tipo inerziale (o “controllata”), sfrutta l’azione del freno dinamico a correnti parassite per ottenere, grazie all’azione combinata dell’azione frenante e del rullo, una misurazione estremamente precisa della potenza e della coppia motrice del motore. La prova può essere eseguita in più step in base al numero di giri del motore, oppure effettuata una volta noto il “tempo di rampa” (che permette al veicolo di raggiungere la sua massima capacità motrice). La prova al banco inerziale viene utilizzata in tutti gli ambiti in cui sono necessarie misure di elevata precisione, ad esempio quando è necessario effettuare delle mappature di centraline elettroniche o digitali e così via.
Punto di misurazione
Il punto in cui si effettua la misura non è fisso, ma varia in base al tipo di veicolo e alla tipologia di prova. In base al punto di misurazione scelto si avranno risultati diversi in termini di potenza e di coppia motrice: ciò è dovuto al fatto che ad ogni punto di misurazione corrisponderà una dispersione di massa. Il freno dinamometrico può, ad esempio, essere collegato direttamente all’albero del motore in modo da ottenere il minimo valore di dispersione di massa, al pignone (o al mozzo del cambio), prova in cui la dispersione sarà dovuta al sistema di cambio o allo pneumatico, dove la dispersione sarà dovuta proprio ad esso. Nel caso in cui il freno sia applicato alla ruota, al veicolo vengono tolte le ruote di trazione in fase di prova; la dispersione sarà causata da perdite di energia in corrispondenza del sistema di cambio, dell’olio della trasmissione e dal sistema usato per la trasmissione della forza dal motore alla ruota (cinghia, catena o albero).
Coast-down
Il coast-down è un test che viene effettuato a valle di una prova al banco prova; essendo il coast-down solo un sistema per rendere le misurazioni successive più affidabili, esso viene effettuato solo per casi particolari e con particolari banchi prova. I risultati possono anche essere uniti a quelli del test completo al banco prova, permettendo così di ricavare il valore potenza alla ruota. Il test consiste nell’alloggiare il veicolo sul banco prova e premere l’acceleratore in modo da far raggiungere al motore il massimo della sua capacità motrice, quindi decelerare lentamente a frizione premuta fino a far fermare sia il motore del veicolo che il rullo del banco prova. I risultati del test vengono elaborati da un apposito software che realizza in maniera automatica un diagramma in cui sull’asse delle ordinare sono riportate le perdite di massa, mentre su quello delle ascisse (in forma logaritmica) il numero di giri. Dall’analisi di vari grafici si evince che le perdite dovute all’attrito degli pneumatici sono sempre le più considerevoli per i veicoli, soprattutto se molto veloci.
