Tune it: Δυναμόμετρα

Δεν νομίζω να είναι πολλοί οι αναγνώστες του Power Automotive Magazine που να μην έχουν πάει ακόμα σε κάποιο δυναμόμετρο για να δουν τι καβαλάνε, τι έφτιαξε ο μηχανικός τους ή τι κέρδισαν -αν κέρδισαν- από κάτι που άλλαξαν στο εργαλείο τους, από φίλτρο, πρόγραμμα, εξάτμιση κλπ. Σίγουρα είναι ο μόνος έγκριτος τρόπος να αξιολογήσει κανείς τα αποτελέσματα οποιασδήποτε μετατροπής. Ύστερα από τη μέτρηση, άλλοι φεύγουν με χαμόγελο και άλλοι μουτρωμένοι… Λογικό, αν σκεφθούμε ότι άλλες μετατροπές πετυχαίνουν και άλλες όχι. Δεν είναι απαραίτητο, επειδή κάνατε ένα πρόγραμμα, να δείτε παντού βελτίωση! Ο «προγραμματιστής», που πήγατε, ήξερε τι έκανε ή απλώς παριστάνει τον επιστήμονα επειδή πήρε δυο-τρία μηχανάκια και έμαθε κουτσά-στραβά να αντιγράφει και να προγραμματίζει κάποια τσιπάκια? Έχει δυναμόμετρο δικό του ή σας πήγε στον κολλητό του που έχει? Πριν πάτε, φροντίσατε να μάθετε τι όνομα έχει στην αγορά, τι γνώσεις και τι προϊστορία? Όχι, δεν είναι ψιλά γράμματα, την περιουσία σας παίζετε! Ένα «μπραφ» από στέγνωμα και άντε να βρεις το δίκιο σου… Πόσες τέτοιες ιστορίες έχετε ακούσει? Να σας λέει τις εμπειρίες του από δυναμόμετρα και προγράμματα ο Γιώργος ο λογιστής, να γελάτε μαζί και να κλαίτε! Και όλα αυτά πληρωμένα αδρά… Τέλος πάντων, είναι δική σας ευθύνη σε ποιον θα εμπιστευθείτε τη βελτίωση του αυτοκινήτου σας, αλλά σε κάποιο δυναμόμετρο -ούτως ή άλλως- τελικά θα πάτε. Τώρα, αν «δείχνει» σωστά το μηχάνημα είναι άλλο θέμα. Εκεί αρχίζουν οι ιστορίες με τις απώλειες και το -ακόμα- αναπάντητο ερώτημα για το ποσοστό που αντιπροσωπεύουν στο μέγεθος της ισχύος που διαβάζετε στην οθόνη. Σημασία έχει να πηγαίνετε στο ίδιο δυναμόμετρο, πριν και μετά την κάθε αλλαγή, για να δείτε το κέρδος/απώλεια των αλλαγών σας.

Στόχος μου σήμερα είναι να παρουσιάσω τα διαφορετικά είδη δυναμομέτρων που υπάρχουν και να δούμε τις δυνατότητες ή και τα μειονεκτήματα του κάθε τύπου. Δεν θα ασχοληθώ με το αν το δυναμόμετρο του Κίτσου δείχνει τα άλογα με …ΦΠΑ ή αν του Λάκη βάζει μέσα και την ανεργία, αυτό δεν μας ενδιαφέρει σήμερα. Θα μιλήσουμε μόνο για τους διαφορετικούς τύπους. Είναι αρκετά τα είδη και με αρκετά διαφορετικό τρόπο λειτουργίας. Αδρανειακά, νερού, παρασιτικών ρευμάτων, θερμικά, ηλεκτρικά…. Στη συνέχεια τα διαχωρίζουμε σε άμεσα και έμμεσα. Άμεσα είναι αυτά που μετράνε απευθείας στο βολάν, έμμεσα αυτά που μετράνε στις ρόδες -τα καρούλια που λέω κι’ εγώ- που μπορεί να είναι για ένα άξονα ή …τετρακούνητα. Τα τελευταία μπορεί να είναι και περισσότερο πολύπλοκα, έχοντας την ευχέρεια να συνδέουν τους δύο άξονες, ώστε να μπορούν να μετράνε χωρίς πρόβλημα τα αυτοκίνητα που έχουν γεμίσει ηλεκτρονικά συστήματα… Δεν είναι όμως μόνο αυτά! Υπάρχουν και …φορητά δυναμόμετρα, κάτι σαν κομπιουτεράκια που έχουν και GPS, στα οποία βάζετε αρκετά στοιχεία του αυτοκινήτου σας, όπως το βάρος, τη μετωπική επιφάνεια, το συντελεστή Cx, τον τύπο ελαστικών και τις σχέσεις ταχυτήτων/διαφορικού. Με όλα αυτά τα στοιχεία, υπάρχει η δυνατότητα για σχετικά ακριβή υπολογισμό της ισχύος, που γίνεται με μέτρηση της επιτάχυνσης, πάλι μπαίνει η φυσική εδώ. Δεν είναι τόσο δύσκολο να το αντιληφθούμε, αφού για να επιταχύνει, για παράδειγμα,  μία μάζα από 0-100km/h, είναι δυνατός ο προσδιορισμός της ισχύος με υπολογισμό, αν είναι επακριβώς γνωστός και ο χρόνος της επιτάχυνσης. Βέβαια, τα άλογα, που θα δείτε στην οθόνη της περίπτωσης αυτής, θα είναι πολύ λιγότερα απ’ όσα θα δείτε σε οποιοδήποτε δυναμόμετρο, διότι λαμβάνεται υπόψη και η αντίσταση του αέρα! Ας αρχίσουμε λοιπόν την περιγραφή μας.

Δυναμόμετρα πάγκου

Αυτά μετρούν απευθείας τη ροπή στο στρόφαλο και -σε συνδυασμό με τις στροφές σε κάθε σημείο- υπολογίζουμε την ισχύ. Αυτός είναι και ο πιο άμεσος τρόπος μέτρησης που δεν επιδέχεται αμφισβήτηση. Μόνο το μοτέρ χρειάζεται να πάτε και άντε την εξάτμιση που θα βάλετε, το υπόλοιπο αυτοκίνητο περισσεύει. Το μοτέρ μοντάρεται στις ρυθμιζόμενες βάσεις, συνδέουμε παροχές νερού ρεύμα, ντίζα γκαζιού και βάζουμε μπροστά με τη μίζα του δυναμόμετρου. Αν το μοτέρ είναι καινούργιο, εφαρμόζουμε πρώτα ένα πρόγραμμα ρονταρίσματος για περίπου μισή ώρα. Ύστερα, είμαστε έτοιμοι να αρχίσουμε την πραγματική μέτρηση. Σε όποια σημεία στροφών θέλουμε, φρενάρουμε το μοτέρ με τέρμα γκάζι, μετρώντας την παραγόμενη μέγιστη ροπή σ’ εκείνες τις στροφές και τη σημειώνουμε. Μόλις τελειώσουμε, ενώνουμε τα σημεία και σχηματίζεται η καμπύλη ροπής από την οποία βγαίνει και η καμπύλη ισχύος, τα άλογα! Αν πρόκειται να κάνουμε και πρόγραμμα, έχουμε την ευχέρεια να φρενάρουμε το μοτέρ σε όποιες στροφές θέλουμε και να ρυθμίσουμε τις παραμέτρους καυσίμου και αβάνς. Αυτή ακριβώς η διαδικασία ίσχυε πριν 30-40 χρόνια, όταν τα δυναμόμετρα θύμιζαν μεγάλες ζυγαριές, στην ουσία αυτό ήταν και εξηγώ αμέσως. Στο βολάν βιδώνει με ένα κοντό άξονα με διπλό σταυρό το φρένο, το οποίο είναι και ο μηχανισμός που απορροφά την παραγόμενη ισχύ. Υπάρχουν πολλά είδη φρένου, από απλά μηχανικά έως ηλεκτρικά και επαγωγικά. Το μηχανικό φρένο, που ήταν και το πιο διαδεδομένο μέχρι τη δεκαετία του ’80, οφείλει τη δημοτικότητά του στην πολύ απλή κατασκευή και το φθηνό κόστος. Να πω κάτι που θα σας ξενίσει? Οποιοδήποτε μηχανουργείο μπορεί εύκολα να κατασκευάσει ένα τέτοιο φρένο. Χοντρά-χοντρά, ένα φρένο για 400-500 άλογα έχει διάμετρο στο τύμπανο περίπου 35-40cm και μήκος περίπου 25cm. Το φρένο αυτό απορροφά την ισχύ και την μεταφέρει σαν θερμότητα στο νερό, που κυκλοφορεί στο τύμπανο. Το νερό αυτό προέρχεται από ένα κλειστό συνήθως κύκλωμα, που περιλαμβάνει κάποιο τρόπο ψύξης του νερού, ένα καζάνι, αντλία, τις σωληνώσεις και δύο βάνες, μία στην είσοδο και μία στην έξοδο του φρένου. Αυτές οι δύο βάνες είναι και ο βασικός τρόπος δημιουργίας και ελέγχου του φορτίου που φρενάρει το μοτέρ.

Πώς δουλεύει?

Η αρχή λειτουργίας του φρένου είναι απλή. Πρόκειται για ένα δίσκο που περιστρέφεται μέσα σε κλειστό τύμπανο. Το τύμπανο έχει μία είσοδο και μία έξοδο για το νερό, εκεί που είναι οι δύο βάνες. Ο δίσκος μπορεί να είναι διάτρητος ή να έχει πτερύγια. Με άδειο τύμπανο (χωρίς νερό δηλαδή), ο δίσκος περιστρέφεται χωρίς καμία αντίσταση από το μοτέρ μας, αυτό που θέλουμε να δυναμομετρήσουμε. Όταν αρχίσει να γεμίζει με νερό, ο δίσκος βρίσκει αντίσταση στην περιστροφή του και αρχίζει η …κόντρα. Όσο πιο πολύ νερό κυκλοφορεί στο τύμπανο, τόσο πιο πολύ κοντράρει ο δίσκος. Σ’ αυτήν την ιστορία παράγεται και αρκετή θερμότητα, που θερμαίνει το νερό και πρέπει να φύγει από το οποιοδήποτε σύστημα ψύξης χρησιμοποιείται. Η ποσότητα του νερού στο τύμπανο ελέγχεται από τις δύο βάνες. Όταν το μοτέρ γκαζώνει για να ανεβάσει στροφές, αυξάνουμε το νερό στο τύμπανο, οπότε βρίσκει περισσότερη αντίσταση ο δίσκος και κοντράρει το μοτέρ. Όπως καταλαβαίνετε, η διαδικασία αυτή είναι λίγο αγχωτική και φυσικά χρειάζεται πάνω από ένα άτομο για να γίνει η δουλειά. Αυτή ήταν και η πρώτη «έκδοση» του δυναμόμετρου νερού και ήταν σε χρήση μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του ’60. Η δεύτερη «έκδοση» αυτού του δυναμόμετρου διέθετε ηλεκτροβάνες για τη ρύθμιση του νερού (του φορτίου δηλαδή) και η τρίτη έκδοση, που χρησιμοποιείται ακόμα και σήμερα, προσέθεσε ηλεκτρονικό έλεγχο στο σύστημα, με αποτέλεσμα να γίνεται πολύ πιο γρήγορα η όλη διαδικασία της δυναμομέτρησης.

Καλά όλα αυτά, αλλά πώς μετράει τα …άλογα? Το τύμπανο έχει ένα βραχίονα, ο οποίος πιέζει απλά μία ζυγαριά ακριβείας. Όταν λοιπόν ο δίσκος κοντράρει στο νερό, τείνει να περιστραφεί και το τύμπανο, οπότε ο βραχίονας πιέζει τη ζυγαριά. Αν, λοιπόν, θυμάστε από τη φυσική, ροπή είναι δύναμη επί την απόσταση. Αν επομένως στη ζυγαριά βλέπουμε 30kg και ο βραχίονας έχει μήκος μισό μέτρο, τότε η ροπή, που εφαρμόζεται στο τύμπανο, είναι 15 χιλιογραμμόμετρα=15kgm. Τα άλογα βγαίνουν πολλαπλασιάζοντας τη ροπή επί τις στροφές που την παράγουν και διαιρώντας δια 726. Στην περίπτωσή μας, δηλαδή, αν τα 15kgm παρατηρήθηκαν στις 6.000rpm, έχουμε (15x6000)/726=124 άλογα. Όσον αφορά την ακρίβεια αυτού του αποτελέσματος, τα πάντα εξαρτώνται από την ακρίβεια της ζυγαριάς και του στροφόμετρου. Και τα δύο είναι πολύ εύκολο να ελεγχθούν, οπότε μιλάμε για καθαρά νούμερα ισχύος, χωρίς άγνωστες απώλειες κλπ παραμύθια. Η ζυγαριά με το μεγάλο στρογγυλό καντράν, που υπήρχε στις πρώτες γενιές αυτού του δυναμόμετρου, αντικαταστάθηκε με το ηλεκτρονικό πιεζοηλεκτρικό στοιχείο (load cell), που δίνει πλέον ψηφιακή ένδειξη της ροπής στην οθόνη του συστήματος. Με τη διάχυση των υπολογιστών, το δυναμόμετρο αυτό εμπλουτίσθηκε και απέκτησε πολύ χρήσιμες δυνατότητες, όπως είναι η αυτόματη ρύθμιση στροφών και φορτίου, στοιχεία απαραίτητα για την πλήρη καταγραφή της καμπύλης ισχύος και ροπής. Και, βέβαια, υπάρχει και πληθώρα αισθητήρων για έλεγχο και καταγραφή θερμοκρασιών, πιέσεων, αναλογίας αέρος-καυσίμου κλπ. Δεν είναι λίγοι αυτοί που έχουν φτιάξει δικό τους δυναμόμετρο νερού, όχι εδώ βέβαια. Σχέδια υπάρχουν στο διαδίκτυο και, όπως είπα και πιο πάνω, είναι εύκολη δουλειά για ένα μέσο μηχανουργείο. Προσωπικά, αγαπώ πολύ αυτά τα δυναμόμετρα, γιατί είναι και τα μόνα με τα οποία είχα ασχοληθεί σε κάποιο βαθμό, όταν …υπήρχαν! Δυστυχώς σήμερα έχουν εξαφανισθεί και τα δύο τελευταία που ήξερα. Ο φίλος μου ο Γιώργης έχει πάρει ένα εδώ και αρκετά χρόνια, να δούμε αν θα το μοντάρει ποτέ να δουλέψει για … «να ανατινάξουμε και κάνα μοτέρ», όπως συνηθίζει να λέει! Άντε μάστορααααα, περνάν τα χρόνια και θα ‘μαστε για χαμομήλι σε λίγο και οι δύο έτσι που το πας! Πες του κι’ εσύ κάτι, ρε Φονσέ, που κάνεις την πάπια, έλα να ζωντανέψουμε λίγο! Για την Ελλάδα ρε γαμώτο! Λοιπόν, αυτό το μήνα είδαμε με κάποια λεπτομέρεια το μοναδικό τρόπο που μετράμε τα αληθινά άλογα στο μοτέρ, χωρίς φρου-φρου και αρώματα. Στον επόμενο, θα δούμε τους υπόλοιπους και πιο σύγχρονούς τύπους δυναμομέτρων για να μάθουμε και τι γίνεται κάτω απ’ το εργαλείο μας, όταν του πίνουμε το αίμα στα καρούλια!