Data publikacji: 12.05.2007
Badania silników

Dawno, dawno temu jak motoryzacja była jeszcze w powijakach nikt specjalnie nie interesował się jak dużą mocą dysponuje pojazd - wystarczało, że się poruszał. W miarę przybywania samochodów na drogach pojawiła się potrzeba określenia ich jakości, czyli oprócz wyglądu porównania parametrów tj. szybkość, przyspieszenie czy też zdolności pokonywania wzniesień.
Początkowo sposoby te były bardzo prymitywne, a nawet śmieszne, np. w Krakowie gdzie się urodziłem testem mocy w latach 60 był to podjazd pod górę Borkowską /dla nie Krakowian - pierwsza górka na drodze do Zakopanego/.
Samochody mocne wyjeżdżały pod nią na 4 biegu - niektórzy kierowcy chcąc przejść ten test rozpędzali się aż z Rynku Głównego.
Z czasem podobne sposoby przestały wystarczać i konstruktorzy oraz tunerzy samochodowi zaczęli się zastanawiać nad czymś bardziej dokładnym.

Moc czy moment

Parametrem podstawowym silnika jest moment obrotowy oddawany przez wał korbowy. Moc silnika jest parametrem matematycznym obliczonym z wartości momentu i obrotów. Zależność mocy i momentu od prędkości obrotowej dla pełnego otwarcia przepustnicy daje tzw. charakterystyki zewnętrzne określające maksymalne osiągi silnika. Rozmiar: 12226 bajtówOgólnie mówiąc moment obrotowy odpowiada za przyspieszenia samochodu, a moc za prędkość maksymalną.
Parametry silnika w bardzo dużym stopniu zależą od ciśnienia atmosferycznego i temperatury powietrza zasilającego silnik. Rzadko, kiedy zdajemy sobie sprawę jak ważne są to czynniki. Np. jeżeli poruszamy się na coraz to większych wysokościach nad poziomem morza na każde 100 metrów wzniesienia samochód traci 1 % mocy /czyli na wysokości 3000 npm. dysponujemy tylko 70 % mocy znamionowej/.
Podobnie jest z ze wzrostem temperatury /temp. 80C na wlocie do filtra - 90% mocy znamionowej/.

Ten prosty przykład wyjaśnia, dlaczego samochody najlepiej pracują nocą nad morzem.


Normy

Jak widać chwilowa moc tego samego silnika może być różna zależnie od warunków otoczenia i dlatego do porównań silników wymyślono normy określające precyzyjnie, w jakich warunkach silnik ma być badany.
Normy poszczególnych krajów różnią się od siebie i dlatego np. moc silników amerykańskich mierzona według normy SAE jest ok. 10 - 25 % większa od normy DIN /Niemcy/.

Sposoby pomiaru

OSIĄGI SAMOCHODU można mierzyć przez przeprowadzenie prób drogowych lub na hamowni podwoziowej. PARAMERTY SILNIKA tylko na hamowni silnikowej.

Podczas prób drogowych można mierzyć stoperem czas rozpędzania 0 - 100 km/h, czas przejazdu pierwszych 400 m lub 1 km, czas rozpędzania na danym biegu (próba elastyczości). Pomiary te obarczone są sporymi błędami wynikającymi z wpływu warunków otoczenia /ciśnienie, temperatura, wiatr, pochylenie drogi, stan nawierzchni, przyczepność itp./, oraz błędu wskazań szybkościomierza.
Duże znaczenie ma też sposób zmiany biegów, puszczania sprzęgła i oczywiście obroty przy jakich to robimy, a także bieżące obciążnie samochodu. Dlatego aby zminimalizowac błędy, pomiary muszą być przeprowadzane kilkakrotnie /np. 5 razy/ w obu kierunkach. Jako wynik przyjmujemy średnią z najlepszego rezultatu w jednym i drugim kierunku. Ogólnie, jest to sposob żmudny i mimo wszystko mało dokładny.

Inną metodą jest wykorzystanie podczas prób drogowych specjalnych akcelerometrów np. model ACC 2000 wykonywany przez firmę Godula Moto Sport do badań porównawczych przed i po tuningu. Rozmiar: 14824 bajtów Pomiar odbywa się w oparciu o czujnik przyspieszeń, sterowany przez mikrokontroler. Czujnik zastosowany w ACC 2000 wywodzi się z układów wykorzystywanych przez wiele lat w wojskowych układach nawigacji inercyjnej np. w samolotach i łodziach podwodnych.
Przyrząd podczas 1 cyklu pomiarowego mierzy i oblicza parametry takie jak: czas i drogę potrzebną do uzyskania 80, 100, 120 km/h czas i prędkość na 400 m oraz czas i drogę hamowania ze 100 km/h do zatrzymania. Metoda ta jest znacznie prostsza szybsza i pozwala na wyeliminowanie błędów subiektywnych /włączanie stopera/ oraz błędów szybkościomierza. Koszt urządzenia ok. 1200 zł.

Kolejną metodą do określania parametrów samochodu są tzw. "hamownie elektroniczne" - czyli urządzenia, które na podstawie pomiaru ilości obrotów silnika oraz czasu wyliczają i przedstawiają krzywe momentu oraz mocy. Aby wartości był zbliżone do rzeczywistych należy do obliczeń wprowadzić parametry takie jak: masa, przełożenie główne, przełożenie biegu, Cx, powierzchnie czołową, ciśnienie, temperaturę, itd. W praktyce pomiar polega na kilkakrotnym rozpędzaniu samochodu na 2 biegu od obrotów 1500 do ogranicznika.
Typowa "hamownia elektroniczna" firmy SCHENCK kosztuje ok. 4500 PLN. Firma Godula Moto Sport testuje obecnie swoje własne rozwiązanie, które wejdzie do produkcji pod koniec 2002 cena ok. 1500 - 2000 PLN zależnie od wersji.

Najdokładniejsze z pomiarów drogowych są próby wykonane przy użyciu, tzw. piątego, koła czyli dodatkowego koła mierzącego bardzo dokładnie drogę poruszającego się samochodu. Obecnie do pomiaru drogi używa się metod opartych na pomiarach optycznych /urządzenie - CORREVIT/, ale cena wynosząca ok. 160 000 PLN znakomicie zawęża możliwości jego szerszego zastosowania. Powyższe sposoby pozwalają na sprawdzenie osiągów samochodu przed i po modyfikacjach oraz oszacowanie parametrów silnika.

Hamownie podwoziowe

Najlepszą metodą do pomiaru parametrów samochodu są hamownie podwoziowe. Hamownie te wykonywane są w trzech podstawowych wersjach. Warsztatowe - bezwładnościowe, służące do szybkiego oszacowania mocy na kołach używane głównie przez służby drogowe i policję do sprawdzenia czy moc samochodu w rażący sposób nie jest większa od danych znamionowych. /W wielu krajach podatki związane są bezpośrednio z mocą silnika/. Warsztatowe - pomiarowe o rolkach o średnicy 318 mm i laboratoryjne z jedną rolką o średnicy powyżej 1 m. Rozmiar: 13709 bajtów

Hamownie podwoziowe mierzą wartości mocy na kołach następnie przeprowadza się tzw. próbę wybiegu, która pozwala zmierzyć sumaryczne opory toczenia samochodu. Znając te wartości można wyliczyć parametry silnika. Dobre hamownie np. MAHA, SCHENCK, HOFMANN pozwalają na bardzo precyzyjne pomiary w odstępach np. co 250 obr/min.

Przy ich pomocy można też określać wiele różnych parametrów np. zużycie paliwa, toksyczność spalin itd. Nasza hamownia HPS-03 pozwala na pomiar mocy do 300 KM i prędkości 320 km/h.


Bardzo ciekawym wykorzystaniem hamowni podwoziowej jest możliwość określenia strat powodowanych przez układ napędowy. W samochodach z silnikiem umieszczonym wprost przy osi napędzanej straty te wynoszą ok. 15 - 20 % w samochodach klasycznych /silnik przód napęd tył/ 18 - 22 % natomiast zupełnie niewiarygodna ilość mocy tracona jest w samochodach czteronapędowych na ogół 20 - 35 %. Jako ciekawostkę można podać że Subaru dysponująca mocą 218 KM traci na opory napędu ok. 70 KM czyli tyle ile mocy posiada przeciętny samochód średniej klasy.

Ceny hamowni podwoziowych warsztatowych wynoszą od 100 000 PLN do 300 000 PLN Hamownie podwoziowe laboratoryjne kosztują 3 000 000 PLN do 5 000 000 PLN /to nie jest pomyłka/.

Hamownie silnikowe

Jedynym urządzeniem mierzącym wprost parametry silnika są hamownie silnikowe. Badanie polega na umieszczeniu kompletnego silnika wraz z osprzętem na stanowisku badawczym które umożliwia dowolne obciążenie silnika i bardzo precyzyjny pomiar obrotów i momentu. Równocześnie podczas testów badamy kilkanaście różnych parametrów pozwalających lepiej poznać zjawiska zachodzące w silniku.
Najważniejszymi z nich są temperatury poszczególnych elementów oraz naprężenia w nich występujące.

Rozmiar: 9907 bajtów

Zależnie od czynnika obciążającego silnik, hamownie silnikowe możemy podzielić na wodne i elektryczne. Obecnie ze względu na łatwe sterowanie częściej stosuje się hamownie elektryczne /prądy wirowe/. Hamownia SCHENCK 250 którą posiadamy pozwala mierzyć parametry silnika z dokładnością 0,1 %. Koszt hamowni silnikowej wynosi od 100 000 PLN do 400 000 PLN.



Oczywiście podczas tuningu silnika najlepiej pracować na hamowni silnikowej która oprócz dokładności pozwala na łatwy dostęp do poszczególnych elementów silnika.
Mimo tego po zakończeniu całego cyklu badań musimy silnik zamontować do samochodu i przeprowadzić wiele testów w warunkach drogowych.
Zdarzają się przypadki szczególnie podczas projektowania programów /chipy / że pewne błędy wychodzą na jaw dopiero po kilkuletniej eksploatacji pojazdu.
Typowym przykładem jest błąd w sterowniku Magneti Mareli IAW .... stosowanym w samochodzie VW Polo 1.4 16V uwidoczniający się w problemach z zapalaniem silnika w warunkach niskich temperatur i niskiego ciśnienia, który został zauważony i naprawiony po 2 latach eksploatacji tego modelu.

Andrzej Godula

Autor: inż. Andrzej Godula

« Wróć do listy tematów
Do góry
strona główna | firma | akademia tuningu | klienci o nas | galeria | współpraca | praca | kontakt | linki | chiptuning | tuning mechaniczny | tuning ekstremalny | instalacje gazowe | serwis |
Kopiowanie materiałów tylko za zgodą firmy Godula
Wykonanie strony: Website