Contrôle de cabine d`essai moteur avec LabVIEW

Contrôle de cabine d’essai moteur avec LabVIEW
"La convivialité de LabVIEW autorise des
non-spécialistes à réaliser des projets intéressants."
- Rémy CANN, Lycée Vauban de Brest (www.bts-mci.fr)
L'objectif :
Réaliser des TP d’essais moteur à combustion interne, qui intègrent le contrôle du moyen d’essai, ainsi que l’acquisition et le traitement de la
pression cylindre.
La solution :
Recourir à des cartes d’acquisition de données multifonctions NI PCI-6251 et NI PCI-4351, choisies pour leur excellent compromis
performances/prix, en développant une application avec LabVIEW, bien adapté à des utilisateurs qui ne sont pas des informaticiens de métier.
Auteur(s) :
Rémy CANN - Lycée Vauban de Brest (www.bts-mci.fr)
Dans le cadre de la formation STS Moteurs à Combustion Interne, les étudiants réalisent des essais moteur. Il existe sur le marché des systèmes de
contrôle de cabine d’essai moteur très performants, mais aussi assez lourds et donc onéreux. Nous avons voulu développer un système simple, de coût
raisonnable pour notre budget. Une autre perspective à ce projet était d’utiliser le dispositif à des fins pédagogiques. En effet, si le but est de piloter le
moyen d’essai, on peut aussi étudier les fonctions qui relèvent du programme d’Automatique et d’Informatique Industrielle (AII).
Deux cartes PCI pour mesurer des pressions et des températures
Le système réalise des mesures analogiques : pressions d’air, d’échappement, via la carte d’acquisition multifonction NI PCI-6251 et l’interface SC-B68.
Les températures (admission, échappement) sont acquises à partir de thermocouples via la carte NI PCI-4351 et l’interface TBX-68T.
La pression cylindre est acquise via la carte NI PCI-6251. La tâche est cadencée par une horloge externe : un codeur angulaire (AVL 365CC), qui fournit
la référence angulaire. La mesure de pression est assurée par un capteur piezo-électrique (AVL GU12P) associé à un amplificateur de charge.
Le système pilote également :
La machine de charge (frein électromagnétique Zollner), via un rack de commande Rotronics RR101. Il s’agit d’une communication série qui permet de
gérer la consigne de fonctionnement et de lire les valeurs de vitesse de rotation et de couple du moteur
Le fumimètre (AVL 415). Cet appareil prélève un volume de gaz d’échappement dont il mesure l’opacité par un capteur optique. La communication série
(protocole AK) permet de contrôler l’appareil et de lire les résultats
La balance de consommation (AVL 730). Cet appareil mesure la masse de carburant consommée par le moteur en un temps déterminé. La
communication permet de gérer le temps de mesure, le nombre de mesures à effectuer et de lire les résultats.
Le système réalise également des calculs basiques (puissance, consommation, rendement…) ainsi que des calculs liés à l’acquisition de pression : travail
de cycle, dispersions, pressions moyennes…
Le système gère également les sécurités de fonctionnement, en particulier la température moteur.
Enfin, les données mesurées et calculées peuvent être, à la demande, enregistrées dans un fichier texte.
Mise en œuvre
Le système comprend deux entités distinctes : le mode « acquisition pression cylindre » et le mode « commande du banc moteur ».
L’acquisition de la pression est la partie la plus complexe. Il faut en effet acquérir 1440 points par cycle (2 tours moteur à raison d’une résolution de 0,5
degré). Par ailleurs, la référence angulaire de l’acquisition doit être « recalée » : il faut déterminer le Point Mort Haut (α = 0) du cycle moteur afin de
pouvoir réaliser les calculs thermodynamiques associés à la combustion. Un VI complémentaire a été réalisé pour effectuer cette opération. Le VI acquiert
de 10 à 200 cycles, en fait la moyenne, détermine ensuite la pression maximale et l’indice de celle-ci dans le tableau acquis. On effectue alors une
permutation circulaire (n rotations) de façon que la pression maximale corresponde à l’angle α = 0. Un calcul complémentaire est effectué ensuite pour
affiner ce calage (recherche de la parabole d’ajustement et décalage thermodynamique). Une partie de ces calculs est écrite dans un script Matlab (noeud
de script). Les valeurs de calage de PMH ainsi déterminées sont sensibles à la fréquence de rotation du moteur. On peut construire une « carte » des
calages en fonction du régime moteur et la stocker dans un fichier. On lira ce fichier dans le VI principal lors du fonctionnement en mode acquisition de
pression. La valeur de recalage à utiliser sera interpolée dans la carte établie préalablement. Les acquisitions de pression peuvent être sauvegardées en
fichiers texte.
Il faut noter qu’une faiblesse de notre système apparaît ici. En effet, acquérir 200 cycles, soit 200 * 1440 points, puis faire des calculs sur ces tableaux
requiert de la mémoire. Notre PC a parfois du mal à gérer cette tâche. En mode d’acquisition normal, avec calculs, il nous limite l’acquisition à 20 cycles.
Un autre VI a été construit, plus « léger », pour visualiser et analyser les fichiers de pression cylindre acquis sur le moteur.
Pour la commande du banc moteur, on s’est adapté au matériel existant. Les trois appareils à piloter disposent d’une liaison série. On a donc utilisé un
réplicateur de ports série sur USB. Il a ensuite été nécessaire de réaliser trois sous-VIs pour dialoguer avec ces appareils. La souplesse de LabVIEW a ici
été très utile pour mettre au point les séquences de requêtes et de lecture des informations : consignes, mesures, défauts.
Une autre problématique est apparue : la carte d’acquisition de température fonctionne à une fréquence basse, de l’ordre du Hertz. C’est évidemment
cohérent avec les températures à mesurer, mais si on pilote cette carte dans un VI utilisant également la carte PCI-6251, la carte la plus lente impose sa
fréquence. Les mesures, calculs, affichages du VI principal ne seront alors pas rafraîchis de façon satisfaisante. La solution a été d’utiliser le serveur local
(DataSocket Server) : chaque carte écrit et lit les variables à son rythme, et l’ensemble fonctionne parfaitement.
Conclusion
Un lycée comme le nôtre dispose de moyens financiers limités. Se doter de dispositifs dédiés à l’acquisition de pression cylindre et au contrôle de cabine
d’essai, comme ceux utilisés dans l’industrie de la mise au point moteur, reste difficile.
L’idée de construire, à coût maîtrisé, un système, certes simplifié, est intéressante à plus d’un titre. C’est d’abord pour nous un challenge. Mais la
programmation « graphique » de LabVIEW nous a permis de réussir notre projet.
C’est aussi un atout pédagogique important. Certaines parties des VIs sont reprises sous forme de TP pour illustrer des notions fondamentales du
programme d’Automatique et d’Informatique Industrielle du BTS Moteurs à Combustion Interne.
Enfin, notre système est évolutif. Nous devons être capables de nous adapter à de nouveaux appareils à contrôler par exemple. Il est vrai aussi que, dans
la gamme d’équipement NI, d’autres matériels seraient plus adaptés à notre dispositif. Cela reste, pour nous, une question de moyens.
Informations sur l'auteur :
Rémy CANN
Lycée Vauban de Brest (www.bts-mci.fr)
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France
Tél : + 33 2 98 80 88 54
[email protected] (mailto:[email protected])
Moteur Diesel au banc d’essai
Législation
Cet article a été rédigé par un utilisateur de National Instruments ("NI"). IL EST FOURNI "EN L'ÉTAT" SANS AUCUNE GARANTIE ET EST SOUMIS À CERTAINES
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