ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ - Δυναμομετρήσεις

Δυναμομετρήσεις

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΔΥΝΑΜΟΜΕΤΡΩΝ

Τα δυναμόμετρα chassis (δηλαδή όχι πάγκου)  χωρίζονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες:

Α. Αδρανειακά

Β. Ελεγχόμενου φορτίου

Τα δυναμόμετρα τύπου Α (με γνωστότερο εκπρόσωπο το dynojet) είναι τα γνωστά σε όλους μας δυναμομέτρα με ράουλα. Μικρά, μεγάλα, ένα ή δύο δεν έχει καμία σημασία αφού βασίζονται στην ίδια αρχή, δηλαδή την εκτίμηση της ιπποδύναμης μέσα από τον υπολογισμό της επιτάχυνσης μιας πολύ μεγάλης μάζας (τύμπανο). Τα δυναμόμετρα τύπου Β (με πιο γνωστό εκπρόσωπο τα dynapack) χρησιμοποιούν ένα μηχανισμό εφαρμογής φορτίου στον κινητήρα το οποίο είναι πλήρως ελεγχόμενο είτε μέσω ηλεκτροκινητήρα (eddy current) είτε υδραυλικά (με λάδι, όπως στο dynapack). Η άμεσα αντιληφθείσα διαφορά μεταξύ τύπου Α και τύπου Β, είναι ότι στα τύπου Β αφαιρούνται οι κινητήριοι τροχοί για τη μέτρηση και συνεπώς, είναι φυσιολογικό τα τύπου Β να δίνουν ελαφρά μεγαλύτερες τιμές ιπποδύναμης. 

Αναφορικά με τις κλασσικές χρήσεις ενός δυναμομέτρου, διακρίνουμε δύο κατηγορίες:

1. Μετρήσεις ώστε να διαπιστωθούν συγκριτικές διαφορές από ένα στάδιο βελτίωσης (πχ πρόγραμμα, φίλτρο, εξάτμιση)

2. Μετρήσεις ιπποδύναμης με σκοπό τη σύγκριση με άλλα αυτοκίνητα, ίσως διαφορετικού τύπου, και ακόμα χειρότερα σε διαφορετικά δυναμόμετρα

Για την πρώτη χρήση, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε όποιο δυναμόμετρο θέλουμε αρκεί να δίνει επαναλαμβανόμενα αποτελέσματα (όχι πάνω από 1% απόκλιση από πέρασμα σε πέρασμα θεωρείται αποδεκτό). Οι επιλογές για τη δεύτερη κατηγορία χρήσης είναι δυστυχώς πιο σύνθετες. Η ανάλυση θα επικεντρωθεί στις διαφορές dynapack και στο γνωστότερο και κλασσικότερο δυναμόμετρο τύπου Β, το dynojet 248C. 

Όπως είπαμε οι κυριότερες διαφορές τους είναι η αφαίρεση τροχών και ο σταθερός χρόνος δυναμομέτρησης στο dynapack. Αντίθετα, σε όλα τα αδρανειακά δυναμόμετρα ο χρόνος της δυναμομέτρησης εξαρτάται αποκλειστικά από την ισχύ του κινητήρα και από τη σχέση μετάδοσης. Ας κάνουμε λοιπόν μια μικρή βουτιά σε φυσική και μαθηματικά! 

Η πρώτη και σημαντικότερη έννοια είναι αυτή της ροπής αδρανείας μιας περιστρεφόμενης μάζας η οποία βασικά μεγαλώνει όσο μεγαλώνει η μάζα και η απόσταση της τελευταίας από το κέντρο περιστροφής. Χονδρικά, ένας τροχός μεγέθους 205/45/17 έχει ροπή αδράνειας περίπου ίση με 1,24 kg*m2. Το επόμενο βήμα είναι ο υπολογισμός της γωνιακής επιτάχυνσης για τον υπολογισμό της ροπής που απαιτείται. Συνήθως στα dynapack επιλέγoυμε ένα ρυθμό επιτάχυνσης 500rpm/sec που σημαίνει ότι ένα πέρασμα 2000-8000rpm διαρκεί 12sec. Έστω ένα αυτοκίνητο που μετριέται με 5η και που η τελική σχέση μετάδοσης (5η επί τελική σχέση μετάδοσης) είναι 0,921 * 4,764 = 4,387. Άρα η επιτάχυνση στις πλήμνες θα είναι ίση με 114rpm/sec. Αυτό ισοδυναμεί με 1,9 rev/sec2 ή 11,94rad/sec2. Πολλαπλασιάζοντας τη ροπή αδράνειας με το ρυθμό επιτάχυνσης λαμβάνουμε την τελική ροπή που απαιτείται για να στρέψουμε τους τροχούς -> 1,24*11,94 = 14,8 Νm = 1.5 kgm. Για να βρούμε την αντίστοιχη ροπή που απαιτείται από τον κινητήρα, διαιρούμε αυτή τη ροπή με τη σχέση μετάδοσης, ήτοι 0,34 kgm για κάθε τροχό. Συνεπώς το dynapack θα δείξει 0,68kgm περισσότερη ροπή λόγω της απουσίας των τροχών. Αν υποθέσουμε ότι έχουμε μέγιστη ισχύ στις 8000rpm, η ροπή αυτή αντιστοιχεί σε 7,2 άλογα περίπου. Αυτή θα είναι και η διαφορά μεταξύ των δύο δυναμομέτρων με τις παρακάτω παραδοχές όμως:

• Ο ρυθμός επιτάχυνσης είναι ο ίδιος
• Δεν λαμβάνονται υπόψη παραμορφώσεις του ελαστικού, επιπτώσεις γωνίας κάμπερ και στησίματος κτλ.

Ενδεικτικά αυξάνοντας το αρνητικό κάμπερ κατά 2 μοίρες μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα 5-6whp σε αδρανειακό δυναμόμετρο. Προφανώς σε δυναμόμετρα τύπου Β το κάμπερ δεν έχει καμία επίπτωση.

Όσο ανεβαίνουν τα νούμερα ιπποδύναμης ενός βελτιωμένου αυτοκινήτου, η διαφορά στις ενδείξεις μεταξύ των δυναμομέτρων τύπου Α και τύπου Β θα αυξάνει. Αυτό συμβαίνει διότι στα δυναμόμετρα τύπου Α, η μεγαλύτερη ισχύς θα σημαίνει μεγαλύτερη επιτάχυνση των τυμπάνων, των τροχών και λοιπόν εξαρτημάτων του κινητήρα και συνεπώς η δυναμομέτρηση θα διαρκέσει λιγότερο. Αντίθετα στα δυναμόμετρα τύπου Β, μπορούμε να κρατήσουμε σταθερό το χρόνο της δυναμομέτρησης. Αν υποθέσουμε ότι η δυναμομέτρηση γίνεται από τις 2000 μέχρι τις 8000rpm,  o μικρότερος χρόνος που χρειάζεται για να επιταχύνουμε τον κινητήρα, το βολάν, τα τύμπανα και όλα τα υπόλοιπα κινούμενα μέρη συνεπάγεται και μεγαλύτερες μετρούμενες παρασιτικές απώλειες. Έτσι αν μετά από μια μετατροπή ένα μοτέρ δυναμώσει κατά 30whp μετρούμενο σε αδρανειακό δυναμόμετρο, σε ένα δυναμόμετρο τύπου Β μπορεί να πάρει ακόμα και 35whp. Αν όμως μειώσουμε το χρόνο της δυναμομέτρησης (στο τύπου Β) για να προσεγγίσει το νέο χρόνο που χρειάζεται στο τύπου Α, τότε θεωρητικά θα πάρουμε το ίδιο αποτέλεσμα (για αυτό εξάλλου παρατηρούμε μεγαλύτερες τιμές ιπποδύναμης στα δυναμόμετρα τύπου Β όταν αυξήσουμε το χρόνο της δυναμομέτρησης).

Σχετικά με τις απώλειες τώρα, αυτό είναι άλλη μια πονεμένη ιστορία. Αν εξαιρέσουμε το δυναμόμετρο πάγκου το οποίο μετράει την ιπποδύναμη στο βολάν, δεν υπάρχει ασφαλής μέθοδος εκτίμησης της ιπποδύναμης του κινητήρα με ένα δυναμόμετρο τύπου chassis. Στα δυναμόμετρα τύπου Α, συνηθίζεται να μετράμε τις παρασιτικές απώλειες αφήνοντας το αυτοκίνητο να επιβραδύνει πάνω στα ράουλα. Στα τύπου Β, δεν υπάρχει μέθοδος μέτρησης απωλειών και συνήθως πολλαπλασιάζουμε (λανθασμένα) τις καμπύλες με ένα συντελεστή διόρθωσης (χονδρικά 15% για μπροστοκίνητα, 20% για πισωκίνητα και 25% για τετρακίνητα). Η εφαρμογή του συντελεστή απωλειών στα τύπου Β, έχει ως αποτέλεσμα τη μέτρηση πολύ υψηλών νούμερων ιπποδύναμης που φυσικά δεν ανταποκρίνονται στην πραγματικότητα. Για παράδειγμα έστω ότι έχουμε ένα κινητήρα που σε εργοστασιακή μορφή αποδίδει 140whp σε dynapack (με συντελεστή 1.15 μας βγάζει 161hp στο στρόφαλο). Έστω ότι ο κινητήρας αυτός βελτιώνεται με τη προσθήκη υπερσυμπιεστή καυσαερίων (turbo) με νέα ιπποδύναμη στο dynapack 300whp η οποία εμφανίζεται στις ίδιες στροφές (7600rpm). Με τη μέθοδο αυτή οι νέες απώλειες ανέρχονται σε 45hp ήτοι η ιπποδύναμη ανέρχεται στα 345hp. Και εδώ βλέπουμε το εξής παράδοξο: ενώ οι στροφές είναι ίδιες, οι απώλειες εκτοξεύτηκαν από τα 21hp στα 45hp! Και όμως οι απώλειες στις δύο περιπτώσεις είναι ΑΚΡΙΒΩΣ ίδιες. 

Συμπερασματικά, βλέπουμε πως και οι δύο τεχνολογίες δυναμομέτρων έχουν τα θετικά τους και τα αρνητικά τους. Συνοψίζοντας, τα τύπου Α υπερέχουν στα εξής:

• Ευκολότερη τοποθέτηση του αυτοκινήτου αφού δε χρειάζεται να βγουν οι τροχοί
• Ακριβέστερη μέτρηση απωλειών

Τα τύπου Β υπερέχουν στα εξής:

• Ρυθμιζόμενος χρόνος δυναμομέτρησης
• Δυνατότητα διατήρησης σταθερών στροφών ή φορτίου (βοηθάει πολύ στη ρύθμιση των κινητήρων)
• Ακριβέστερη μέτρηση ιπποδύναμης αφού δεν υπεισέρχονται αδρανειακά φαινόμενα
• Δεν επηρεάζονται από τα ελαστικά και το στήσιμο του αυτοκινήτου
• Ακριβέστερη μέτρηση μετά από μετατροπές αφού ο χρόνος της δυναμομέτρησης διατηρείται σταθερός

Άρα όπως καταλαβαίνουμε, είναι παντελώς άσκοπο να συγκρίνουμε δυναμομετρήσεις που έχουν γίνει σε άλλα δυναμόμετρα. Επίσης δεν πρέπει να είμαστε αριθμολάγνοι αλλά να κοιτάμε την ουσία των πραγμάτων που συνήθως είναι η διαφορά στην ιπποδύναμη που μετριέται μετά από μία μετατροπή. Σε αυτή την περίπτωση, στα αδρανειακά δυναμόμετρα πρέπει να μετρήσουμε και τις απώλειες ενώ στα τύπου Β να κάνουμε τον ίδιο χρόνο δυναμομέτρησης και στο ίδιο εύρος στροφών.

Γιώργος Ζόμπολας
Μηχανολόγος Μηχανικός ΕΜΠ
GearTech Engineering