Tune it: Δυναμόμετρα Part II

Στο προηγούμενο τεύχος -του Μαρτίου- αρχίσαμε με τα «αληθινά» δυναμόμετρα, αυτά που μετρούν απευθείας στο στρόφαλο και δίνουν αδιαμφισβήτητα στοιχεία απόδοσης ενός μοτέρ. Μακάρι να υπήρχαν μερικά τέτοια στη γύρα να φτιάχναμε αξιόπιστα τα εργαλεία μας. Δυστυχώς, όμως, τα μόνα που υπάρχουν πλέον είναι αυτά που μετράνε στους τροχούς και τα μουαγιέ. Εδώ αρχίζει και το πανηγύρι με τα νούμερα. Είναι πολλά, λίγα, αληθινά, πέτσινα… Ποιος ξέρει, η αλήθεια κάπου εκεί μέσα κρύβεται πάντως. Μην πιάσουμε όμως τα νούμερα, ας δούμε καλύτερα πρώτα τους διάφορους τύπους και πώς λειτουργούν. Και ας ξεκινήσουμε με το πώς εξελίχθηκαν τα δυναμόμετρα πάγκου ύστερα από το τύμπανο νερού, που είδαμε στο προηγούμενο τεύχος.

Ηλεκτρικά δυναμόμετρα πάγκου

Σε αυτήν την οικογένεια, αντί για τύμπανο νερού, ο στρόφαλος συνδέεται σε ένα ηλεκτρικό μοτέρ ή καλύτερα γεννήτρια. Το υπό μέτρηση μοτέρ γυρίζει τη γεννήτρια και αυτή παράγει …ρεύμα! Το ρεύμα αυτό διοχετεύεται σε μία σειρά από μεγάλες αντιστάσεις, όπου και καταναλώνεται. Η κατανάλωση αυτή ζορίζει τη γεννήτρια, η οποία και φρενάρει μ’ αυτόν τον τρόπο το μοτέρ μας! Αυτός ο τύπος έχει εξαφανισθεί και τη θέση του πήραν πιο σύγχρονα μηχανήματα, όπως αυτά της συνέχειας.

Ένας άλλος ηλεκτρικός πάλι τύπος δυναμομέτρου είναι ο τύπος των παρασιτικών ρευμάτων. Σ’ αυτήν την περίπτωση έχουμε ένα ακίνητο ηλεκτρομαγνητικό πηνίο (που λέγεται και στάτωρ, επειδή δεν κινείται) μέσα στο οποίο περιστρέφεται ο ρότορας (το κινητό μέρος), που κινείται από το μοτέρ μας. Ρυθμίζοντας το ρεύμα στο ηλεκτρομαγνητικό πηνίο μεταβάλλουμε και την αντίσταση στην περιστροφή του ρότορα και συνεπώς φρενάρουμε το μοτέρ μας. Αυτός ο τύπος δυναμομέτρου είναι και ο πιο κοινός σε εταιρείες εξέλιξης κινητήρων και ο λόγος είναι ότι αντιδρά ταχύτατα σε αλλαγές φορτίου. Μάλιστα, για να γίνει πλήρης έλεγχος και να επιβεβαιωθεί η αξιοπιστία πχ σε μοτέρ τύπου F1 πριν τον αγώνα, έχουν φτιάξει προγράμματα εξομοίωσης, που αναπαράγουν πλήρως τις στροφές και το φορτίο για όλες τις πίστες, αντιγράφοντας το log της τηλεμετρίας. Έτσι, και πριν ακόμη πάνε στην πίστα, κάνουν ολόκληρο τον αγώνα στο δυναμόμετρο. Εδώ βέβαια δεν μιλάμε πλέον για εξέλιξη μοτέρ, αλλά για τη λεπτομέρεια στο έπακρο! Τέλος πάντων, αυτή είναι μία κλασσική χρήση του δυναμομέτρου παρασιτικών ρευμάτων.

Και κάτι σχεδόν τελείως ξεκάρφωτο, που δεν το περιμένει κανείς, είναι η συμβολή των ηλεκτρικών δυναμομέτρων, αλλά και αυτών που φρενάρουν με νερό στο περιβάλλον και συγκεκριμένα στον τομέα εξοικονόμησης ενέργειας. Πώς? Με το ρεύμα ή το ζεστό νερό, που παράγεται από τις πολύωρες δοκιμές –και δεν πρόκειται για μόνο ένα μοτέρ-, ηλεκτροδοτούνται και θερμαίνονται με κατάλληλες διατάξεις τα κτήρια αυτών των εταιρειών εξέλιξης. Έχουν στη διάθεσή τους πάρα πολλά κιλοβάτ και είναι κρίμα να πηγαίνουν χαμένα. Για παράδειγμα, 2-3 δυναμόμετρα στη σειρά με μοτέρ 600-800 ίππων παράγουν εύκολα 3-4 κιλοβάτ ενέργεια, δεν είναι μικρό πράγμα, ιδιαίτερα όταν δοκιμάζονται για αρκετές μέρες στη σειρά μοτέρ φορτηγών κλπ.

Τα ηλεκτρικά δυναμόμετρα χωρίζονται πλέον σε 4-5 κατηγορίες ανάλογα με τον τύπο του ηλεκτροκινητήρα/φρένου, αλλά λίγο-πολύ έχουν παρόμοια αποτελέσματα στην ταχύτητα απόκρισης, πράγμα που τα καθιστά απαραίτητα στην εξέλιξη σοβαρών αγωνιστικών μοτέρ, κάτι που δεν μας απασχολεί και πολύ στη Μπανανία των Βαλκανίων! Ας φύγουμε, λοιπόν, από τα ηλεκτρικά και ας περάσουμε σε πιο γνωστά μας εργαλεία.

Chassis dynos

Η οικογένεια αυτών των μηχανημάτων βασίζεται σε αξιολόγηση/μέτρηση όλου του κινητήριου συνόλου ενός αυτοκινήτου και όχι μόνο του μοτέρ. Η ροπή παράγεται στο στρόφαλο, περνάει από το βολάν στο σασμάν, στο διαφορικό, στα ημιαξόνια και στους τροχούς. Η μεγάλη διάχυσή τους οφείλεται στην πραγματική ευκολία και ταχύτητα με την οποία γίνονται οι μετρήσεις. Απλά ανεβάζεις επάνω το αυτοκίνητο, το δένεις και αρχίζεις τη μέτρηση χωρίς να ξηλώσεις τίποτα, εκτός ίσως από τους τροχούς όπου χρειάζεται. Η ευκολία όμως αυτή παρουσιάζει και κάποια εμπόδια στη σύγκριση διαφορετικών τύπων αυτοκινήτων, αφού η αξιολόγηση δεν αφορά μόνο το μοτέρ, αλλά και ό,τι υπάρχει μεταξύ του βολάν και του δρόμου.

Τα …καρούλια

Εδώ μιλάμε για τον πιο γνωστό τύπο δυναμόμετρου, αυτά που βλέπουμε διάσπαρτα σε όλες σχεδόν τις πόλεις της χώρας μας. Μπορεί να είναι εξοπλισμένα με φρένο ή όχι. Το φρένο -όταν υπάρχει- είναι συνήθως ηλεκτρικό και στην πλειοψηφία τους πρόκειται για retarder σαν αυτά που έχουν τα πούλμαν και τα φορτηγά. Το retarder είναι ακριβώς ό,τι λέει η μετάφραση του όρου: επιβραδυντής. Απορροφά με ηλεκτρικό τρόπο την παραγόμενη -στον άξονα- ροπή, επιβραδύνοντας το θηρίο, συμβάλλοντας σημαντικά στη μακροζωία των φρένων, αφού έτσι φθείρονται πολύ λιγότερο. Στο δυναμόμετρο, το φρένο δίνει τη δυνατότητα να κρατάει σταθερές στροφές την ώρα που ο χειριστής ψάχνει την τροφοδοσία και αβάνς. Αυτός είναι και ο λόγος ύπαρξης του φρένου, αλλά σχεδόν κανείς από τους προγραμματιστές/δυναμομέτρες δεν το χρησιμοποιεί. Ένας από τους λόγους -και ίσως ο κυριότερος- είναι και η δικαιολογημένη αμφιβολία των χειριστών για τα μοτέρ που καλούνται να προγραμματίσουν. Άλλο η μέτρηση και τελείως άλλο πράγμα το πρόγραμμα, ιδίως στα τουρμπάτα. Πώς ξέρει ο καθένας την αντοχή και αξιοπιστία του μοτέρ που έχει μπροστά του? Χρησιμοποιώντας το φρένο, καλείται να κρατάει τις στροφές σταθερές με τέρμα την πεταλούδα κάθε 250 ή 500 στροφές και να κάνει μικρο-ρυθμίσεις στο καύσιμο και αβάνς, προσπαθώντας να μεγιστοποιήσει την ένδειξη της ροπής από -ας πούμε- τις 4000 στροφές μέχρι τις 7-8 χιλιάδες και βάλε με φουλ πίεση! Πραγματικά, είναι μία εντυπωσιακή διαδικασία ΑΝ το μοτέρ είναι γερό. Επειδή όμως αυτό δεν μπορεί να το απαντήσει κανείς –όπως και κανείς δεν παίρνει εύκολα την ευθύνη, όταν καρφώσει τις μπιέλες στο ταβάνι και στο πάτωμα- περιορίζονται όλοι στο πρόγραμμα με το ανεβοκατέβασμα των στροφών, χωρίς το φρένο. Πώς δουλεύει αυτό? Η απάντηση βρίσκεται στον τρόπο κατασκευής του δυναμόμετρου. Και βέβαια, όπου υπάρχει φρένο, υπάρχει και load-cell …δυναμοκυψέλη, όπως είπαμε, γιατί μόνο από εκεί μπορούμε να πάρουμε ένδειξη της ροπής με φρένο.

Πίσω στη Φυσική!

Για να δούμε, λοιπόν, πώς μπορούμε να μετρήσουμε ισχύ στα καρούλια χωρίς φρένο, στα λεγόμενα αδρανειακά δυναμόμετρα. Αυτά είναι και το απλούστερο είδος δυναμομέτρων της οικογένειας chassisdyno. Το αυτοκίνητο ανεβαίνει σε ένα μεγάλο ή δύο μικρότερα καρούλια. Στην πρώτη περίπτωση, πρέπει οπωσδήποτε να σταθεροποιηθεί για να μείνει ακίνητο κατά τη διάρκεια της μέτρησης. Στη δεύτερη περίπτωση, με τα δύο μικρά καρούλια, δεν είναι απαραίτητο το δέσιμο, αλλά συνιστάται για λόγους ασφάλειας, αλλά και …ηλιθιότητας –ναι, ναι, έχουν φύγει μπόλικα από τα καρούλια και έπεσε κλάμα…

Αυτά τα δυναμόμετρα είναι και τα μόνα που δεν διαθέτουν loadcell –ελληνική μετάφραση πάλι: δυναμοκυψέλη! Δεν το χρειάζονται. Η μέτρηση βασίζεται στην επιστήμη της Φυσικής. Το καρούλι έχει μία επακριβώς γνωστή μάζα από κατασκευής. Η επιτάχυνση αυτής της γνωστής μάζας από μία ταχύτητα περιστροφής Α σε μία ταχύτητα Β και σε χρόνο Τ απαιτεί πολύ συγκεκριμένο έργο και ακριβώς αυτό το έργο μετράει το λογισμικό του δυναμομέτρου. Απλούστατος υπολογισμός και τι πρέπει –κανονικά- να δείχνει το αποτέλεσμα? Την ισχύ, βέβαια, στους τροχούς και τίποτε άλλο. Ναι, καλά μέχρι εδώ, αλλά έλα όμως που ο αγαπητός κύριος Πελάτης θέλει να ξέρει πόσα άλογα έχει στο μοτέρ? Και εδώ είναι που αρχίζουν οι αρκουδιές και αλχημείες… Οι κατασκευαστές δίνουν την ευχέρεια στο χειριστή να προσδιορίσει ένα ποσοστό απωλειών λίγο-πολύ …κατά την κρίση του! Ανάλογα με τον τύπο του μηχανήματος, μπορεί να υπάρχει ρύθμιση στο λογισμικό και για ποσοστό κλίσης, δηλαδή εξομοίωση κίνησης σε ανήφορο! Όπως καταλαβαίνετε, εδώ παίζεται όλο το παιχνίδι των αριθμών με τη βοήθεια αυτών των ρυθμίσεων. Το ποσοστό που θεωρείται σαν απώλεια προστίθεται στο νούμερο της ρόδας και βγαίνει η ισχύς στο στρόφαλο ή έτσι νομίζουμε. Όλα αυτά τα μηχανήματα υποτίθεται ότι έχουν τη δυνατότητα να μετρούν τις απώλειες μόλις αφήσει το γκάζι ο χειριστής, μετρώντας την επιβράδυνση που έχουν τα καρούλια (με νεκρά, ταχύτητα ή πατημένο συμπλέκτη). Όσο πιο πολλή αντίσταση υπάρχει στην επιβράδυνση των κυλίνδρων, τόσο πιο γρήγορα μειώνεται η ταχύτητα περιστροφής τους και τόσο μεγαλύτερο εμφανίζεται και καταγράφεται το ποσοστό απώλειας. Μην αρχίσουμε όμως να τσακωνόμαστε για το αν οι απώλειες είναι 12, 16 ή 22% πριν δούμε τους διάφορους τύπους …καρουλιών, γιατί με τις απώλειες άκρη σοβαρή δεν βγαίνει.

Στο μονό μεγάλο καρούλι, το λάστιχο παραμορφώνεται όπως περίπου και στο δρόμο. Στα δύο, όμως, μικρά καρούλια, το λάστιχο παραμορφώνεται σε δύο σημεία, γεγονός που του ανεβάζει περισσότερο τη θερμοκρασία λειτουργίας, αλλά και που απορροφά περισσότερη ισχύ λόγω της αυξημένης τριβής σε δύο -αντί για ένα- σημεία. Τα δύο όμως καρούλια έχουν κατασκευαστικό πλεονέκτημα στην εγκατάσταση, καθότι δεν χρειάζονται τόσο τεράστια τρύπα όσο με το μονό κύλινδρο, όταν μιλάμε για τοποθέτηση κάτω από το δάπεδο, ενώ για επιδαπέδια χρήση, ο μονός κύλινδρος απαιτεί κάποιο τρόπο ανύψωσης του αυτοκινήτου.

Για τα τετρακίνητα αυτοκίνητα, αλλά και για τα περισσότερα σύγχρονα δικίνητα χρειάζονται μπρος-πίσω καρούλια, τα οποία πρέπει να κινούνται μαζί για να μην δημιουργείται πρόβλημα στα ηλεκτρονικά τους συστήματα…. Άντε ρε, με τα ηλεκτρονικά παραμύθια VDC και TractionControl μια χαρά ήμασταν τις καλές εποχές, πριν γεμίσει ο τόπος … «βόδι-κομπιούτερ», όπως τα λέω κι’ εγώ, να μην μπορούμε να κάνουμε μία μετατροπή χωρίς να ξηλώσουμε όλο το αυτοκίνητο –πρόοδο το λέτε εσείς αυτό?

Ένα σημαντικό πρόβλημα, που έχουν τα καρούλια και ιδιαίτερα με τα δυνατά αυτοκίνητα, είναι αυτό της ολίσθησης. Κάθε απώλεια/μείωση της πρόσφυσης μεταξύ ελαστικών/επιφάνειας κυλίνδρων δίνει εσφαλμένη ένδειξη ροπής. Αυτή η ολίσθηση οφείλεται στην αδράνεια του κυλίνδρου, την αδυναμία του δηλαδή να ακολουθήσει την ταχύτητα/επιτάχυνση των ελαστικών. Για να μειωθεί αυτή η ολίσθηση των τροχών, πρέπει να μειωθεί η αδράνεια του κυλίνδρου ή των κυλίνδρων όταν είναι δύο. Μείωση της αδράνειας επιτυγχάνεται με τη μείωση της διαμέτρου των κυλίνδρων, αλλά τότε μειώνεται και το ίχνος επαφής ελαστικών/κυλίνδρων, με αποτέλεσμα την πιο εύκολη ολίσθηση… Μάλλον δεν παίζει αυτό το σενάριο, οπότε μία άλλη λύση είναι να αυξηθεί η τραχύτητα της επιφάνειας των κυλίνδρων με την κατάλληλη αντι-ολισθητική επίστρωση και να είστε σίγουροι ότι οι εταιρείες ακόμα παλεύουν για την καλύτερη μαγική λύση, που θα αντέχει βέβαια στη φθορά, το χρόνο και τα …άλογα.

Μέτρηση στα μουαγιέ

Μία μορφή chassisdyno, που κερδίζει έδαφος τελευταία, είναι και τα δυναμόμετρα μουαγιέ. Η μέτρηση γίνεται αφού αφαιρεθούν οι τροχοί και προσαρμοσθεί το μηχάνημα στα άκρα. Η κάθε μονάδα μέτρησης αποτελείται από ένα φρένο συνήθως λαδιού και σπανιότερα ηλεκτρικό ή νερού. Πρόκειται για εξαιρετικά ευέλικτα μηχανήματα που βέβαια δεν καταλαβαίνουν τίποτα από αδράνεια και ολίσθηση, ούτε χρειάζονται σκαψίματα και ειδικές κατασκευές για να λειτουργήσουν, αλλά ούτε και ακινητοποίηση του αυτοκινήτου με ιμάντες απαιτείται. Τα καλά μηχανήματα μπορούν να ελέγξουν την ταχύτητα/στροφές του φρένου με ακρίβεια ±1 στροφή ανά λεπτό! Αυτά τα δυναμόμετρα διαθέτουν όλα load-cell για να παίρνει το λογισμικό ένδειξη ροπής.

Κινητά δυναμόμετρα

Λίγο πριν την τελευταία δεκαετία εμφανίσθηκαν και τα …κινητά καρούλια! Πρόκειται απλά για αδρανειακά -ως επί το πλείστον- δυναμόμετρα προσαρμοσμένα σε τρέιλερ, που τα πηγαίνουν σε εκδηλώσεις αυτοκινήτου, όπως εκθέσεις, πίστες κλπ. Σ’ αυτά έχει δοθεί μεγάλη προσοχή στην ταχύτητα και στην ευκολία στησίματος και αποσυναρμολόγησης, με ενδεικτικό χρόνο τη μισή ώρα! Το κοτσάρουμε, δηλαδή, πάμε στην εκδήλωση, σε μισή ώρα είναι έτοιμο για την πρώτη μέτρηση και όταν τελειώσει και ο τελευταίος πελάτης τα μαζεύουμε και φεύγουμε για την πλησιέστερη χασαποταβέρνα –να μη ξεχνιόμαστε! Αυτό το σύστημα είναι δημοφιλές σε χώρες όπως η Αυστραλία και η Αμερική, με τους θεατές να κάνουν «ουρά» -σε πίστες και σε μέρες αγώνων/trackdays- για να συγκρίνουν με την ευκαιρία τα εργαλεία τους, όπα… για αυτοκίνητα μιλάμε!

Ξεκίνησα κάποτε με δύο φίλους τη σκέψη να φέρουμε ένα τέτοιο μηχάνημα στην Ελλάδα, αλλά τα ~100.000€ του τότε κόστους μας φάνηκαν δύσκολο να αποσβεσθούν σε λογικό βάθος χρόνου.

Αυτά, λοιπόν, για τα δυναμόμετρα, ελπίζω να ήταν χρήσιμο και κατατοπιστικό το διάβασμα! Ξέρω ότι δεν βγήκε άκρη με τις απώλειες, αλλά δεν περιμέναμε κάτι τέτοιο, απλά περιγράψαμε με κάποια λεπτομέρεια τους διάφορους τύπους σε χρήση.

Και κάτι άλλο για το τέλος, επειδή ακόμα κάνουν ότι δεν ακούν οι δύο Γιώργηδες (ο ένας δικός μας), σας δίνω μία τελευταία ευγενική πρόσκληση για την προβατίνα! Αν ΔΕΝ κανονίσετε μάζωξη, θα βγάλω τα άπλυτά σας στο περιοδικό –μαύρο φίδι που σας έφαγε!