Hamownia prawdę Ci powie ???

Moja przygoda z hamowniami rozpoczęła się w 1980 roku, kiedy to zainstalowaliśmy pierwszą w Polsce w rękach prywatnych hamownie silnikową SCHENCK. Od tego czasu wzbogaciliśmy się jeszcze o 3 nowe hamownie w tym 2 podwoziowe. W 2001 roku wpuściliśmy na rynek swoje własne oprogramowania do hamowni podwoziowych, które wzbudziło duże zainteresowanie poza granicami Polski. Od początku tego roku rozpoczęliśmy produkcję hamowni podwoziowych bezwładnościowych i obciążeniowych z serii HP.
Ponad 20 lat pracy i setki strojonych silników zaowocowały pewnymi doświadczeniami i przemyśleniami, którymi teraz chciałbym się ze wszystkimi zainteresowanymi podzielić.

W ciągu ostatnich lat powstało w Polsce setki firm tuningowych, z których kilka wyposażonych jest w hamownie podwoziowe. Wielu właścicieli postanowiło sprawdzić moc swoich bolidów i tu okazało się, że nie dość, że samochody nie miały zapowiadanych przez fabrykę KM to jeszcze wyniki różniły się zależnie od tego, na jakiej hamowni były badane. Jedna z poczytnych gazet tuningowych wykonała nawet ciekawy test, badając ten sam samochód na kilkunastu hamowniach w Polsce. Wyniki były bardzo ciekawe, bo samochód z deklarowaną mocą 100 KM miał po przebiegu 60000 km od 99 do 107 KM zależnie od hamowni.

Jaka jest prawda i czy w ogóle można zmierzyć dokładnie moc silnika?!

Jedynym urządzeniem mierzącym bezpośrednio moc silnika jest hamownia silnikowa. Wszystkie inne sposoby pomiaru są oparte na metodach pośrednich. Tak popularne ostatnio hamownie podwoziowe mierzą moc na kołach i wyliczają na jej podstawie moc silnika.
Niestety pomiar na hamowni silnikowej, chociaż bardzo dokładny wymaga wyjęcia silnika wraz z osprzętem z samochodu, co powoduje, że jest to pomiar bardzo czasochłonny i drogi. Pomiary tego typu wykonuje się głównie w instytutach badawczych oraz w firmach przygotowujących silniki do wyczynu.
Pomimo tego, że hamownie silnikowe są bardzo dokładne wyniki też mogą się różnić.
Wyobraźmy sobie, że badamy silnik na hamowni w Warszawie i moc jego wynosi 100KM. Następnie ten sam silnik wraz z hamownia przenosimy np. do Zakopanego i dokonujemy jeszcze raz pomiaru mocy i tym razem silnik ma już tylko 97 KM. W zdenerwowaniu przenosimy nasze laboratorium na szczyt Giewontu i tu jest jeszcze gorzej, bo tylko 94KM.

Czyżby silniki nie lubiły Górali?

I tu dochodzimy do sedna - moc silnika jest zależna od wielu czynników takich jak temperatura, ciśnienie, wilgotność... Jak duże są to zależności przekonali się lotnicy podczas I wojny światowej, których samoloty tak bardzo traciły moc podczas wznoszenia, że aż ktoś mądry musiał wymyślić doładowanie, aby temu zapobiec. Moc silnika maleje wraz z wzrostem temperatury i rośnie wraz z wzrostem ciśnieniem. Poniżej widzimy tabelki obrazujące jak wielkie są to zależności.

Jak można zaobserwować, np. wzrost temperatury z 15 st.C do 40 st.C skutkuje prawie 5% spadkiem mocy. Podobnie jest z ciśnieniem: jeżeli spadnie z 1000 do 960 hPa, moc spadnie też prawie o 5 %. Najgorzej jest, kiedy te dwa czynniki wystąpią wspólnie. Wtedy samochód jest dużo słabszy pomimo całkowicie sprawnego silnika!
Aby wyniki pomiarów były niezależne od warunków atmosferycznych wymyślono normy, które matematycznie przeliczają moc rzeczywista w momencie pomiaru na moc normowaną:

Pn = P x Wt x Wc

gdzie: P - moc rzeczywista
         Wt - współczynnik korekcyjny od temperatury
         Wc - współczynnik korekcyjny od ciśnienia

I wystarczy teraz, że baca sprawdzi, jakie było ciśnienie i temperatura, wstawi do wzoru i wyliczy, że silnik o mocy zmierzonej 94 KM po przemnożeniu przez współczynniki korekcyjne ma dokładnie 100 KM, czyli tyle samo ile w stolicy.
No i byłoby to bardzo proste gdyby nie fakt, że wiele firm wymyśliło swoje własne normy.
Mamy ich cale mnóstwo: DIN70020, SAE, ISO, itd... Różnią się one nie tylko temperaturą i ciśnieniem, które należy wstawić do wzoru, ale też warunkami pomiaru. Np. norma amerykańska przewiduje badanie silnika bez osprzętu (pompy wodnej, wentylatora, itd.), dlatego też 100 KM bez oznaczenia, według jakiej normy zostało zmierzone tak naprawdę niewiele nam mówi o silniku. Np. 100 KM według normy amerykańskiej odpowiada ok. 80KM według normy DIN 70020.

Mamy więc superdokładną hamownię silnikową, mamy normy i czy teraz możemy już na 100 % być pewni swoich pomiarów?

Niestety nie. Pozostał największy problem związany z metodyką pomiaru. Wiemy, że do wyliczenia współczynników korekcyjnych musimy znać ciśnienie i temperaturę. Z ciśnieniem nie ma problemu, wystarczy go zmierzyć w pomieszczeniu gdzie dokonujemy pomiaru. Zdecydowanie gorzej jest z temperaturą - powinna być mierzona na wlocie do komory spalania, co na ogół jest bardzo trudne lub niemożliwe. Im dalej od głowicy mierzymy temperaturę, tym błąd będzie większy.
     Najczęściej czujnik do pomiaru temperatury instalujemy w okolicach filtra powietrza, gdzie niestety temperatura jest niższa niż w głowicy. O ile w mało wysilonych silnikach wolnossących ta różnica jest niewielka, najwyżej kilka stopni, to zupełnie inna sytuacja jest w silnikach doładowanych, gdzie temperatura na wlocie do głowicy może być o kilkadziesiąt stopni wyższa niż w filtrze powietrza.
Według naszych badań np. w samochodzie z silnikiem 1.8 Turbo przy temp. otoczenia 25 st.C po 10 sekundach pracy przy maksymalnej mocy temperatura w kolektorze ssącym osiągnęła wartość 75 st.C
Jak widać z tabeli wzrost temperatury z 25 do 75 st.C powoduje spadek mocy o ok. 8% a więc bardzo znaczny.
Kolejny błąd może wynikać z dbałości konstruktorów samochodów o ich trwałość.
W większości nowoczesnych silników doładowanych stosowane są zabezpieczenia programowe chroniące silnik przed przegrzaniem. Oznacza to, że np. po przekroczeniu pewnych ustalonych temperatur, np. przez płyn chłodniczy lub powietrze w kolektorze ssącym, następuje automatyczne ograniczenie mocy, tym większe im wyższe są temperatury. W przykładowym 1.8 Turbo moc w ekstremalnych temperaturach może zostać ograniczona nawet do 50%.

Jak w takim razie zminimalizować błędy metodyki podczas testów na hamowni silnikowych oraz podwoziowych?

Przede wszystkim:

-pomieszczenie powinno być możliwie duże, najlepiej klimatyzowane
-umożliwić wielokrotnie większą od zapotrzebowania silnika wymianę powietrza w pomieszczeniu
-dokonywać pomiaru temperatury powietrza możliwie blisko głowicy
-w razie wyraźnych wzrostów temperatur skracać czas trwania testów lub robić długie przerwy między pomiarami
-stosować nadmuch nie tylko na chłodnicę płynu, ale również na intercooler (jeżeli jest)
-odrzucać wyniki, w których temperatura przekroczy wartości krytyczne dla danego samochodu
-silnik przed właściwym testem musi być ustabilizowany termicznie
wykonywać kilka kolejnych testów jako prawidłowe przyjmować te kolejne, które nie różnią się o więcej niż 0.5% (o ile silnik jest sprawny)
-silniki, które pomimo wielokrotnego powtarzania testów wykazują za każdym razem inne parametry należy uznać za uszkodzone.


Niezachowanie nawet jednej z tych podstawowych reguł może spowodować, że wyniki pomiarów będą - mimo stosowania bardzo dobrych hamowni - błędne.

inż. Andrzej Godula

Do góry