Testovacia stolica Úskalia merania výkonu AUTOMATICKÝ MOTOR POD SPORTOM
Realistické a reprodukovateľné určenie správneho výkonu motora na valcovom dynamometri je hra s mnohými premennými. Vysvetlíme technológiu moderných dynamometrov a povieme vám, na čo si treba dať pozor.
Kto meria, meria hnoj - starý základný zákon meracej techniky vyžaduje spochybnenie všetkého, čo sa meralo. Oprávnene, a samozrejme to platí aj pre nás - pre športové auto.
Porsche 911 Turbo S ako príležitosť
Pretože naše merania sú verejné a na výrobcov má priamy vplyv, ani tie najmenšie chyby nikdy nezostanú nezistené alebo nekomentované. Stalo sa to na jar 2014: V super teste modelu Porsche 911 Turbo S (sport auto 2/2014) spôsobilo meranie výkonu vo Weissachu mračenie. 607 koní namiesto určených 560 koní - úplná odchýlka 8,4 percenta.
Naše merania výkonu nikdy predtým neboli spochybnené, bez ohľadu na to, aké hodnoty skúšobná lavica vyplivla. Ale človek by nemal byť taký trúfalý, aby vylúčil meranie. Spoločnosť Porsche trvala na objasnení a my sme to využili ako príležitosť, aby sme si k veci hlbšie kľakli.
Museli byť zodpovedané štyri otázky: Ako fungujú valcové dynamometre? Na čo si musíte dávať pozor? Kde sú možné zdroje chýb? A na záver: Ak malo Porsche príliš veľa výkonu, namerali sme ho príliš veľa alebo - presnejšie - vypočítali?
Ako sopečná erupcia na okraji krátera
Začnime príbeh Adamom a Evou: Čo robí dynamometer, ako funguje? Stretnutie na mieste s lídrom na trhu Maha v Haldenwangu. Michael Pleinies, odborník na testovacie stolíky a manažér školenia pre technológiu testovacích stolíc, pripája Porsche 911 Turbo S na internú testovaciu stolicu. „Des ham wa glei, buď scho seha.“ Ochranné okuliare zapnuté, ušné zátky zasunuté - a počas merania prosím nestojte hlúpo za autom, pretože ak sú v dezéne pneumatiky stále malé kamienky, katapultujú sa dozadu až pri rýchlosti 300 km/h.
Znie to trochu prehnane? Robíte si srandu? Myslíte to vážne, keď to hovoríte! Každý, kto bol naživo svedkom profesionálne vykonaného merania výkonu, vie, že tento proces skrýva určitú drámu: Úplné zrýchlenie z počiatočnej rýchlosti dobrých 50 km/h na dosiahnuteľnú najvyššiu rýchlosť v testovacej prevádzke je zhruba ako pri pohľade na sopečnú erupciu od kraja. krátera. Otáčanie kolies, otáčanie motora, krútenie valcov sa zvyšuje so zvyšujúcou sa rýchlosťou na ohlušujúcu kakofóniu syčania, pískania, škrekotania, kňučania a jačania - až kým sa dobrovoľne nepohnete pár metrov od akcie, aby ste si chránili sluch.
Popruhy sú natiahnuté tak, aby sa roztrhli, živelná sila rotačného zrýchlenia je ešte strašidelnejšia, ako keď sedíte za volantom superšportového automobilu. Ako prizerajúci sa si ani nechcete predstaviť, čo sa stane, ak počas merania pneumatika fúka. Po dobrých 30 sekundách je efektný strašidelný koniec. Meranie však nie je - pretože teraz sa pri vyťahovaní určuje sila odporu.
Dva typy valcových dynamometrov
O dve hodiny neskôr Michael Pleinies prednáša o súčasnom stave techniky v jedálni Maha. Na skúšobnom stave valca pracujú brzdy bez vírivého prúdu bez opotrebenia, ktoré vytvárajú elektromagnetický tlak na silu kolesa pomocou elektromagnetickej sily pôsobiacej na valček - takto sa zabrzdí vozidlo a zaťaží sa motor. Ako laici fyziky to teraz prijímame bez povšimnutia.
Praktickejšia je poznámka, že existujú dva typy valcového dynamometra, dvojitý valcový dynamometer a jednovalcový dynamometer. Otázka, ktorá koncepcia prevláda, už bola objasnená: „Testovacie zariadenie s jedným valcom je jednoznačne cestou vpred do budúcnosti,“ hovorí Pleinies.
Aké sú rozdiely? V testovacej stolici pre dvojité valce sa kolesá otáčajú medzi dvoma valcami, oporným valcom a brzdiacim valcom, ktorých priemer je menší ako priemer horných valcov, ktoré môžu mať priemer až jeden meter. Kolesá sú stabilne vedené v zníženom valcovom hranole, ale systém má nevýhody.
Valivé vlastnosti pneumatík sú tu ťažko porovnateľné s podmienkami na ceste. Pretože moderné športové vozidlá stále silnejú, na dvojitom valcovom dynamometri existuje riziko prílišného sklzu. A preklz kolies je veľkým problémom, pokiaľ ide o reprodukovateľné merania výkonu. „Pri dvojitej úlohe musíte pracovať s pomôckami, aby ste minimalizovali sklz, napríklad znížením vozidla, nastriekaním pneumatík alebo prácou s ďalšími závažiami na hnanej náprave,“ vysvetľuje Pleinies. Vyššia ohybová práca medzi pneumatikou a valcom však neznamená, že meranie je menej presné, pretože je kompenzované medzi nameraným výkonom a stratou výkonu kolesa.
Menej ohybových prác na navíjaní korunky
Budúcnosť však patrí skúšobnej stolici s jedným valcom, kde koleso beží na vrchnej časti (alebo vrchnej časti) valca. „To je oveľa realistickejšie ako pri dvojitom valci, takže máte menej nežiaduceho zaťaženia pneumatík a hnacieho ústrojenstva,“ vysvetľuje Pleinies. Reťaz na prenos energie medzi pneumatikou a valcom funguje oveľa lepšie, čo znamená, že teploty pneumatiky ťažko stúpnu nad 65 stupňov.
Testovacie lavice s jedným valcom z rodiny MSR od spoločnosti Maha zvládnu najvyššiu rýchlosť 320 km/h a môžu pojať nepretržité zaťaženie od 260 kW do 1 100 kW alebo 1 500 hp na nápravu. Dve súpravy valčekov s priemerom 30 palcov sú vybavené brzdou na vírivý prúd a elektromotorom. Elektronické stroje s výkonom 40 kW zabezpečujú synchrónny chod náprav vozidla prostredníctvom elektronicky riadeného spojenia súprav kolies.
Dosť bolo teórie šedej. Ako musí v praxi prebiehať správne meranie? Každé meranie výkonu sa začína dôkladnou kontrolou testovaného vozidla. „U vozidla sa kontroluje tesnosť alebo netesnosti,“ hovorí Moritz Müller, ktorý na testovacej stolici Maha vykonáva meranie výkonu pri superteste športového automobilu v Backnangu. Dôraz sa kladie na pneumatiky, pretože meranie pre ne znamená extra namáhanie: „Pneumatiky musia prenášať výkon motora, takže tlak vzduchu musí byť správny a odklon by nemal byť príliš vysoký, pretože to zvyšuje priľnavosť na valci a tým aj meranie negatívne ovplyvnené. ““
Niektoré veci sú zrejmé, ale je potrebné ich tu spomenúť znova: Naplnené palivo zohráva pri meraní rovnako dôležitú úlohu ako jeho teplota. Ak má palivo málo oktánového čísla a je tiež horúce, môže to mať výrazný negatívny vplyv na meranie. Automobil by mal pred jazdou na skúšobnom stave vychladnúť, pretože motor má tendenciu klepať (nekontrolované samovznietenie) po mestskej premávke alebo výložníku s plným zaťažením na diaľnici, čo spôsobí, že softvér pre mapu s plným zaťažením zníži výkon, a to aj z dôvodu ochrany komponentov.
Referenčné hodnoty z cesty sú užitočné
V športovom automobile existuje aj ďalšia kontrola na ceste, ktorá nie je súčasťou bežného rozsahu merania výkonu: referenčné hodnoty, ako je teplota nasávaného vzduchu a plniaci tlak pre chod skúšobnej stolice, sa určujú pomocou rozhrania OBD (palubná diagnostika).
„To zaručuje, že pri meraní pracujeme so správnymi údajmi,“ vysvetľuje Moritz Müller. „Ak je teplota nasávaného vzduchu napríklad pri jazde pri strednom zaťažení a 200 km/h 50 stupňov, mali by sme na testovacej stolici pracovať s podobnými parametrami - inak získate nesprávne údaje.“ Z tohto dôvodu sa pre atmosférické motory stanovujú aj hodnoty polohy škrtiacej klapky, uhla zapaľovania a regulovaných otáčok. Na tento účel sa zvolí správny skúšobný prevodový stupeň, to znamená prevodový stupeň, s ktorým sa meranie vykonáva.
„Meranie sa uskutočňuje pri vysokom prevodovom stupni, ale rýchlostná úroveň je taká, že môžete začať zrýchľovať okolo 50 km/h,“ vysvetľuje Moritz Müller. V 911 Turbo S je optimálnym stupňom piaty prevodový stupeň, ktorý umožňuje pri meraní dokonale pokryť rozsah rýchlosti 50 až 240 km/h.
V druhom kroku je vozidlo pripevnené na testovacej stolici napínacími pásmi, aby sa optimálne nastavilo na valčeku. Po uviazaní vozidla sa na skúšobnej stolici vykoná kondicionovanie. Okrem skúšobnej jazdy, počas ktorej sa kontroluje, či nie je predpäté napätie a či je vozidlo správne umiestnené, je potrebné v softvéri zvoliť základné parametre - napríklad rázvor alebo očakávaný výkon akcelerácie.
Môže testovací vodič ovplyvniť výsledok?
U modelu Porsche 911 Turbo S s výkonom 560 k je hodnota rampy 2,0 m/s, čo zodpovedá priemernej akceleračnej schopnosti tohto vozidla. Za týmto účelom je vopred zvolená hodnota hmotnosti rotujúcich hmôt, t. J. V danom prípade 80 kilogramov pre 19-palcové kolesá.
Samotné meranie je rozdelené na dve časti: V prvom kroku sa výkon kolesa určuje prostredníctvom zrýchlenia v skúšobnom prevode. Ak je na testovacom prevodovom stupni dosiahnutá maximálna povolená rýchlosť, spojka je vypnutá alebo v prípade automatických prevodoviek je zaradený neutrál a pri dobehu sa určí sila odporu. Pri meraní výkonu kolesa má vybraná testovacia dráha osobitný význam z dvoch dôvodov.
Najskôr musí byť vozidlo schopné čistej akcelerácie z rýchlosti vzletu okolo 50 km/h. Automatické prevodovky majú tiež minimálnu rýchlosť pre každý prevodový stupeň, ktorý je potrebné dodržiavať, inak prevodovka automaticky podradí.
Napriek rôznym príbehom nemá testovací jazdec takmer žiadny priestor na to, aby zasiahol do merania výkonu kolesa.
Po druhé, maximálna prípustná rýchlosť skúšobného stavu nesmie byť pri skúšobnej prevádzke prekročená. Väčšina testovacích staníc s jedným valcom dnes zvláda najvyššiu rýchlosť až 300 km/h.
Napriek opačným príbehom, testovací jazdec nemá takmer žiadny priestor na to, aby zasiahol do merania výkonu kolesa, ako vysvetľuje Michael Pleinies z Maha: „Je dôležité, aby vodič akceleroval rýchlo, akonáhle je dosiahnutá počiatočná rýchlosť v testovacom prevode. Plný plyn neznamená spustenie kickdownu, inak prevodovka podraďuje. Akcelerácia pokračuje až do konca otáčok motora, zvyšok urobí skúšobná stolica. Pri zrýchľovaní nemôže skúšajúci ovplyvniť výsledok. “
Zvyšovanie výkonu kolies a prípojného vozidla vedie k výkonu motora
Počas procesu dobehu, to znamená pri meraní ťažnej sily, by mohol testovací vodič teoreticky pomôcť brzdením a tým tlačením výsledku. „Ale to je okamžite viditeľné,“ hovorí Pleinies, „pretože krivka ťažného výkonu má parabolický priebeh a na zväčšenie krivky, a tým aj výkonu, nemôžete zabrzdiť paralelnú silu. Výsledkom by bol vždy dosť netypický priebeh krivky! „
Zvýšenie výkonu kolies a prípojnej sily dáva výkonu motora. Ako to? „Sila je hromadná doba zrýchlenia krát rýchlosť,“ vysvetľuje Pleinies. "Na skúšobnom stave a na vozidle sú hmotnostné zlomky. Skúšobný stav a vozidlo sú pri meraní ako sendvič, motor musí poháňať všetko a všetky hmotnosti sú zaťažením motora. Zaťaženie brzdy na valcoch tvorí statický podiel, ktorý musí byť odstredivú hmotu možno tiež zrýchliť ako dynamický komponent. ““
Najväčším nepriateľom merania je sklz
Zjednodušene povedané: Na valcovom dynamometri vytvára hnacie ústrojenstvo vozidla a rotujúce komponenty dynamometra množstvo strát, ktoré zaťažujú motor počas merania výkonu kolesa. Tieto statické a dynamické straty sa určujú pomocou sily odporu. Výkon motora je výsledkom pridania výkonu kolies a odporu alebo straty výkonu.
Pojmy koleso a strata výkonu spôsobujú znova a znova zmätok: Mnohí vidia nameraný výkon kolesa a následne veria, že toto je výkon na kolese, ale je to nesprávne. Vozidlo a skúšobná stolica tvoria jeden celok: ak demontujete automobil zo skúšobnej stolice, straty a hmotnosti sú tiež preč. Z tohto dôvodu je výkon kolesa na skúšobnom stave menší - preto sa musí zmerať sila odporu, aby sa mohol sčítať!
Moderné testovacie stojany môžu skutočne kedykoľvek a presne a reprodukovateľne merať celkové straty. Ak áno, ak sú splnené rámcové podmienky. A sú niektoré: také, ktoré závisia od testovacej stolice, od životného prostredia, a také, ktoré sú podľa zákona povinné.
Veľkým nepriateľom merania je sklz: „V športových automobiloch je sklz vždy na valci,“ hovorí Pleinies, „najmä u turbomotorov, keď sa plniaci tlak plne zvyšuje. Pokiaľ to však zostáva v rozmedzí od šiestich do ôsmich percent, je to v Rám. “ Po druhé, presné meranie je možné vykonať iba za realistických podmienok. Ak je auto na testovacej stolici zrýchlené na viac ako 200 km/h, ale nie je dostatočne ochladené, meranie nestojí za papier, na ktorom je napísané.
50 000 metrov kubických za hodinu ako dolná hranica
„Chladenie je základným a konečným prvkom merania, najmä pri turbomotoroch,“ hovorí Pleinies. Plniaci vzduch musí byť chladený realisticky a dobré a čisté prietoky musia mať aj chladiče oleja a vody. Za týmto účelom musí vzduch prúdiť aj cez motorový priestor, prevodovka tiež vyžaduje chladenie.
„Ak sa nahromadí teplo, teplota nasávaného vzduchu stúpa a elektronika odoberá energiu,“ hovorí Pleinies. Zvedavé: Niekedy sú všetky hodnoty pre motor správne, ale konečný výsledok sa stále nezhoduje, pretože riadiaca jednotka prevodovky hlási príliš vysoké teploty. Vďaka tomu riadiaca jednotka znižuje svoj výkon. „Prevodovky sú často úplne zabalené, vo V-motoroch s bočnými katalyzátormi sedí priamo medzi nimi - je brutálne horúco,“ hovorí Pleinies.
Keď je auto spustené, už pod ním neprúdi žiadny vzduch - chladenie je nulové. Dôležité sú tiež ventilátory chladiaceho vzduchu pred autom: „Cieľom je 50 000 metrov kubických za hodinu s prúdením vzduchu od 130 do 140 km/h ako dolná hranica pre športové vozidlá,“ hovorí Pleinies. Neexistuje žiadna horná hranica: „90 000 alebo 150 000 m/h plus prietok až 200 km/h - to už dnes nie je nič neobvyklé! Elektromer potom beží o niečo rýchlejšie!“ Odborníci tiež používajú takzvané komponentné ventilátory, ktoré je možné používať mobilne a variabilne, napríklad na zabezpečenie cieleného toku do prívodných potrubí na chladenie plniaceho vzduchu.
Aj keď by všetko malo zapadať, stále je potrebné brať do úvahy vonkajšie faktory prostredia, ako je tlak vzduchu a teplota miestnosti, a kde v niektorých prípadoch musia byť dodržané aj zákonné požiadavky.
„Naše testovacie stolice majú ekologický modul, ktorý zaznamenáva údaje o životnom prostredí plus teplotu nasávaného vzduchu,“ hovorí Pleinies. Zaznamenáva sa tlak vzduchu, teplota miestnosti a tiež vlhkosť, pretože norma EHS 80/1269 počíta tlak vzduchu so suchým vzduchom.
Keď staré štandardy spĺňajú novú technológiu
Táto norma EHS pochádza z roku 1980 a bola preto vyvinutá pre motory, ktoré nemali mapu. V tom čase bol vplyv faktorov prostredia, ako je tlak vzduchu a teplota nasávaného vzduchu, veľmi ďalekosiahly, najmä pri vysávači. Preto bola urobená extrapolácia - v závislosti od toho, kde je skúšobná stolica. „Dnes však máme mapy riadené motory, ktoré sa čiastočne takýmto faktorom prispôsobujú nezávisle,“ hovorí Pleinies.
„Softvér riadiacej jednotky motora na tento účel obsahuje aj ďalšie parametre, napríklad ochranu komponentov alebo emisie. Korekčný faktor by mal byť samozrejme čo najmenší.“
Ergo, teplota v miestnosti na meranie by mala byť 20 až 25 stupňov. „Ak to dokážeš, máš menej korekcií.“ To ponecháva tlak vzduchu, ktorý samozrejme závisí od nadmorskej výšky skúšobného stavu. Nemôžete to umelo kompenzovať, inak by ste potrebovali hrubé oceľové steny, aby ste mohli izbu takpovediac „načerpať“.
Teoreticky by sa užitočný výkon mohol znížiť až o jedno percento pri zvýšení nadmorskej výšky o 100 metrov. Pri tolerancii skúšobného zariadenia dve percentá sa to zdá zanedbateľné - ale medzi 700 metrami a hladinou mora je stále celých sedem percent!
Minimálna odchýlka 3,6 hp u 911 Turbo S.
Pomaly sa teda vraciame k pôvodnej otázke, a to k meraniu Supertestu Porsche 911 Turbo S. Meralo sa vtedy v Haldenwangu neďaleko Maha, a nie v Stuttgarte. Haldenwang je v nadmorskej výške 757 metrov - musel sa preto opraviť výpočet výkonu podľa EHS. Problém: Motor Porsche automaticky koriguje nadmorskú výšku a tým tlak okolitého vzduchu v rozmedzí až okolo 1 000 metrov. Ako? „Riadiaca jednotka motora má snímač tlaku a sníma nadmorskú výšku,“ hovorí Christian Kunde, vedúci základného motora a spaľovacieho procesu v spoločnosti Porsche.
"To znamená, že ECU presne vie, koľko plniaceho tlaku je potrebného pre požadovaný krútiaci moment. K nastavovaniu dochádza prostredníctvom systému VTG turbodúchadla. VTG je posledným ovládacím prvkom regulujúcim plniaci tlak. Kompresor potrebuje viac rýchlosti, aby udržal náplň na vrchu dosiahnuť, a toto väčšie množstvo vzduchu musí dodávať turbína - a to je regulované cieľovou reguláciou plniaceho tlaku. “
Moritz Martiny, vedúci oddelenia boxerov v automobilových aplikáciách, dodáva: „Krivka v tom čase v Superteste bola vytvorená preto, lebo náš turbomotor bol spracovaný ako motor s atmosférickým nasávaním. S motorom s atmosférickým nasávaním sa to deje tak, aby sa umožnila štandardizovaná špecifikácia výkonu, ako to robí motor. U moderného turbomotora sa však táto korekcia podľa normy EHS nemusí dať použiť. U starších turbomotorov môže byť korekcia oprávnená, pretože fungujú bez takzvanej cieľovej regulácie plniaceho tlaku, ktorá reaguje na výškový rozdiel a tlak vzduchu. “
Dlhý príbeh krátky: to, čo sa vtedy stalo, bola dvojitá korekcia. Riadiaca jednotka zaregistrovala nadmorskú výšku a nastavila systém pomocou VTG pre nadmorskú výšku, zároveň Maha opravil výsledok podľa normy EHS pre nadmorskú výšku - v takom prípade nie je dvojité párenie o nič lepšie!
Opätovné meranie modelu 911 Turbo S na troch testovacích staniciach Maha v rôznych nadmorských výškach v Haldenwangu, Stuttgarte a Recklinghausene ukázalo - tentokrát bez korekcie - minimálne odchýlky 3,6 hp. Aj Porsche prekvapilo, že namerané hodnoty boli v tak úzkom koridore okolo jedného percenta. „V spoločnosti Porsche je plniaci tlak riadený pomocou VTG, takže plnenie zostáva rovnaké, aj keď sa menia podmienky prostredia, ako je tlak vzduchu,“ hovorí Michael Pleinies. „To znamená, že oprava podľa EHS už nemá zmysel.“
Podobne dnes postupujú aj BMW a Audi. Technický vývoj tak utiekol z právnych noriem. Výsledok: správne zmeraný, ale nesprávne vypočítaný.