» tehnika » 

Võimsuse mõõtmine
» Ühikud
» Mootoridünod
» Shassiidünod
» Dünotüüpide võrdlus

Selles artiklis tuleb juttu võimsusest, hobujõududest ja sellest, kuidas ja millistes ühikutes teda eri aegadel mõõdetud on. Kui on huvi selle vastu, mida võimsus ja pöördemoment endast sisuliselt kujutavad, tasub lugeda artiklit Pöördemoment ja võimsus.


Ühikud
 

Kõige korrektsem võimsusühik on vatt ehk siis autode juures pigem kilovatt (kW). Sellele ühikule andis nime mees, kes ise võttis kasutusele hoopis teise ühiku, hobujõu. Paraku ei saada sellest ühikust siiani päris ühtemoodi aru ja seetõttu on eri kohtades ja eri aegadel hobujõude mõõdetud mõnevõrra erinevalt. Esimene vahe tuleb sellest, et hobused ei ole kummalgi pool Atlandit päris sama tugevad; selgub, et Euroopa (välja arvatud Inglise) hobused on natuke nõrgemad, nimelt on üks eurohobu võrdne 735,5 vatiga, USA-Inglise oma aga 745,7 vatiga. Vahe tuleb peamiselt sellest, et hobujõud võimsuse ühikuna sobiks ülejäänud ühikute süsteemi (vastavalt siis meetermõõdustikku ja Inglise-USA süsteemi) lihtsamate kordajatega. Erinevus ei ole siiski väga suur, 100 eurohobust on võrdne umbes 98,6 USA-Inglise omaga.

Nagu mainitud mootoritehnikat käsitlevas artikliseerias, sõltub võimsus ka välistingimustest, sh. õhurõhust, õhuniiskusest ja temperatuurist. Seepärast ongi defineeritud nö. normaaltingimused, milles tuleks võimsust mõõta. Kuna aga sellised normaaltingimused valitsevad väga harva, mootorit on aga vaja testida iga ilmaga, on välja töötatud korrektsioonifaktorid. Näiteks kui mootorit testitakse normaalist suurema õhurõhu juures (mis suurendab võimsust) siis vastavat korrektsioonifaktorit kasutades arvutatakse välja, palju võimsust oleks mootor arendanud normaaltingimustes. Probleem selles, et normaaltingimusi ja korrektsioonifaktoreid on ka eri kohtades erinevalt defineeritud, USAs näiteks on kasutusel SAE (Society of Automotive Engineers) standard, Jaapanis aga kasutati vähemalt mõne aja eest veel JIS-standardit. Siiski on ka standardite erinevusest tulenevad võimsusvahed üsna väiksed.

Suuremad vahed tulevad sisse siis, kui räägitakse bruto- või netovõimsusest (gross või net horsepower). Brutohobujõud olid USA-s kasutusel kuni 1971. aastani, mis sobis hästi kokku üldise võimsussõjaga ja sellega, et oli vaja näidata võimalikult suuri võimsusnumbreid. Võimsuse mõõtmisel kasutati teistsugust väljalaset ja kõrgema oktaaniga bensiini kui tavaliselt, mootoril polnud õhufiltrit ja võimsust söövaid lisaseadmeid (generaator; roolivõimendi ja kliimaseadme pumbad), samuti oli süüde ja küttesegu seadistatud maksimaalse tippvõimsuse saavutamiseks. 72. aastast alates võeti aga kasutusele netohobujõud, mis olid märksa lähemal sellele, mida tehasekorras auto tegelikult välja andis, normaalselt komplekteerituna ja seadistatuna. Sellisel põhimõttel mõõdetakse võimsusi ka tänapäeval.

Mingit konkreetset valemit brutohobujõudude netoks ümberarvutamise jaoks olemas ei ole, võib vaid üldiselt arvestada, et netovõimsus on toodud brutovõimsusest 15-25% väiksem. Nagu öeldud muskelautode ajaloo sissejuhatavas artiklis, olid tehase antud brutovõimsused siiski vahel tegelikust väiksemad ja autod ise seega võimsamad kui eeltoodud arvestus tulemuseks annaks.

Kuigi juttu on netovõimsusest, ei tähenda see seda, et kogu niimoodi saadud võimsus ka maani jõuab, võimsust (täpsemalt pöördemomenti, võimsus arvutakse sellest valemiga võimsus=pöördemoment*pöörded/5252, kui tegemist on naeljalgadega) mõõdetakse mootori väntvõllilt ja seega ei arvestata kadusid, mis tekivad käigukastis, peaülekandes ja kogu ülejäänud jõuülekandes. Väntvõllilt momenti mõõtvaid seadmeid nimetatakse mootoridünamomeetriteks (lühem oleks mootoridüno, ingl. k. engine dyno). Vaatame, kuidas nad täpselt töötavad.

 

Mootoridünod
 

Esmapilgul on kõik lihtne. Kinnitame väntvõlli otsa külge tala, mis võiks olla meetri pikkune (kui tahame tulemust njuutonmeetrites). Siis võtame keskkooli füüsikatundidest tuttava vedrudünamomeetri ja kinnitame selle ühe otsa tala otsa külge, teise otsa aga kindlalt lakke või põrandasse, olenevalt mootori pöörlemissuunast. Kui meetrise tala otsas on jõud 10 njuutonit, teame, et pöördemoment on 10 Nm. (Kuna pöördemoment on reaalsel mootoril paarkümmend korda suurem, peaks tegelikult dünamomeetri vedru ka vastavalt jäigem olema. Kaastunne neile, kes lõiku lõpuni ei lugenud ja oma vedru lootusetult välja venitasid).

Probleem selles, et mootor peaks nagu mõõtmise ajal töötama, selline süsteem aga ei laseks mootorit üldse ringi käia. Seega tuleks mootorit kuidagi teisiti koormata ja sealjuures veel nii, et see mõõdetav oleks. Selle jaoks ühendatakse mootori väntvõlli külge kas otse või vajadusel hammasülekande kaudu pump. Pumba korpus aga kinnitatakse teljele, millel ta veidi pöörduda saab. Ja lõpuks selle pumba korpuse külge kinnitatakse siis eelpool kirjeldatud tala (torque arm), mille otsast mõõdetakse mõjuvat jõudu. Seda ei tehta tänapäeval vedrudünamomeetriga vaid vastava elektroonilise anduriga. Pumba väljalaskeava otsas on klapp, mida saab vastavalt vajadusele rohkem või vähem sulgeda.

Kui nüüd mootor käima panna, siis hakkab pump tööle, pumbates vett või mõnel juhul ka õli. Kuna meid huvitab mootori maksimumvõimsus, peaks mootorit testima täisgaasil. Et mootor end täisgaasil lihtsalt tükkideks ei pööritaks, ongi vajalik talle sobiv koormus anda. Selleks keeratakse eelmises lõigus nimetatud väljundklappi vajalikul määral kinni, mis teeb pumba ringiajamise raskemaks, kuni mootor täisgaasil just testijat huvitaval pöörlemiskiirusel töötab. Ja oh rõõmu, mootor saabki nüüd pöörelda ja ühtlasi üritab ta pumba korpust väänata just selle pöördemomendiga, mida ta parajasti arendab. Seda momenti saab aga korpuselt juba mõõta. Üks variant oleks mõõta ka pumba tekitatavat rõhku, kuid seda kasutatakse harvemini.

Testimine näebki tavaliselt välja nii, et kõigepealt tehakse mootor tühikäigul ilma koormuseta soojaks, siis vajadusel töötatakse komponendid mingi aja jooksul väikse koormusega sisse ning siis suurendatakse koormust ning antakse juurde gaasi kuni mootor töötab täisgaasil pöörete juures, millest soovitakse testi alustada. Kui mootor on stabiliseerunud, saabki pumba korpuselt võtta esimese näidu. Siis vähendatakse koormust niipalju, et mootori pöörlemiskiirus jõuaks järgmisse mõõtmispunktini, ja võetakse uuesti pöördemomendi näit. Niimoodi minnakse näiteks 100, 200, 250 või 500 p/min sammudega mootori suurima lubatud töökiiruseni või nii kaugele, kui testija parajasti tahab. Sellise nn. step testi tulemusena saadaksegi tuttav pööremomendi graafik, millest saab arvutada ka võimsuse graafiku.

Kui vanematel dünodel toimus koormuse seadistamine käsitsi ja iga moment tuli vahepeal paberile üles kirjutada, siis uuemates arvutiga süsteemides tuleb vaid mootor esimeses punktis stabiliseerida ning anda testi lõppkiirus ja samm - süsteem muudab ise koormust ja salvestab tulemused. See on märksa kiirem ja ühtlasi tervislikum ka mootorile, kuna ta peab vähema aega täisgaasil rabama.

Koormuseks ei pruugi alati olla pump, kasutatakse ka omamoodi generaatori e. induktsiooni põhimõttel töötavaid seadmeid, mis küll ei anna voolu, kuid mille pöörlemistakistust on võimalik muuta, varieerides seadmele rakendatavat pinget. Ühine on igal juhul see, et tegemist on mingi seadmega, mis koormab mootorit, pidurdades selle pöörlemist. Siit näiteks veepumbaga düno inglisekeelne nimetus, water brake dyno. Ja sellest omakorda tuleb vahel kasutatav viis märkida võimsuse ühikuks bhp e. brake horsepower. See 'b' näitab järelikult võimsuse mõõtmise viisi. Kas tegemist on bruto- kui netovõimsusega, nähtub tõenäoliselt mõõtmise ajast, USA autode puhul seega kuni 1972. a. bruto, sealt edasi aga neto. Märkusena veel niipalju, et võimsuse annavad netona autotehased, enamus aftermarket juppide müüjaid ja erialaseid ajakirju kasutavad aga endiselt brutovõimsusi, kuna üldlevinud mootoridünodel komponente testides pole küljes generaatorit ega standardväljalaset, võimalikest roolivõimu ja konditsioneeri pumpadest rääkimata.

 

Shassiidünod
 

Kui meid aga huvitab just see võimsus, mis rataste kaudu reaalselt maha jõuab, tuleb abiks võtta teistsugused mõõtmismeetodid. Selleks tarbeks kasutatakse nn. chassis dyno'sid e. shassiidünosid, mis mõõdavad võimsust auto tagaratastelt (veidi liberaalsemalt väljendudes vedavatelt ratastelt, kuigi neliveoga on asi vist vähe keerulisem, aga siiski võimalik). Mõte seisneb siin selles, et mootorit ei peagi autost välja võtma, vaid masin pannakse kõige täiega stendile, seega lähevad arvesse kõikidest lisaseadmetest ja ka jõuülekandest tulenevad võimsuskaod. Ka mõõtmismeetod on erinev seni käsitletud brake dynodest. Üldjuhul on tegemist nn. inertsdünodega (inertia dyno), kus auto kummagi vedava ratta all on massiivne rull, läbimõõduga meetri kanti või üle ja kaaluga üle tonni. Auto on muidugi paigal ja kui nüüd sellega rullide peal kiirendama hakata, kulub auto jõud rullide pöörlema panemiseks.

Tavaliselt mõõdetakse võimsust otsekäiguga, st. kõigepealt kiirendatakse rullid madalamate käikudega sellise kiiruseni, kus saab otsekäigu sisse lükata, ning siis alustatakse mõõtmist, tallatakse gaas põhja ja kiirendatakse selle käiguga kuni maksimumpööreteni. Tulemused saadakse Newtoni teise seaduse järgi, mille kohaselt rakendatud jõud on võrdeline massi (rullide massi) ja kiirenduse (rullide hetkekiirust mõõdetakse pidevalt) korrutisega. Jõust on kerge leida pöördemomenti ja sellest omakorda võimsust.

Võrreldes selliselt saadud võimsust (rear wheel horsepower, rwhp) mootori netovõimsusega, peaks võimsus tagarattast olema 10-15% väiksem (mõnel pool on väidetud ka kuni 20% vahe võimalikkust), suuremad on kaod tagaveo ja automaatkasti puhul. Võimsus tagarattast on üsna hea näitaja - välja tuleb nii erinevus reitingu ja reaalse võimsuse vahel kui ka sama mootori üksikute eksemplaride vahed.

Esimesena nimetatu kohta on hea näide ajakirja Hot Rod 98. a. mainumbris läbiviidud testimine kümnekonna tehasekorras autoga. Testis osales kolm autot, mille võimsusreiting on 300-305 hj. Esimene neist oli '98 Cadillac Eldorado ETC. Esiratastelt mõõdeti võimsuseks vaid 216 hj. Kuigi Eldo oli kolmest masinast ainsana automaatkastiga, ei ole see piisav seletus niivõrd kehvale tulemusele. Järgmine auto oli '98 Ford Mustang Cobra. Selle võimsuseks tagarattast saadi 257 hj. Selline vahe reitinguga on juba peaagu mõistlike kadude piires, kuigi natuke kurblik siiski. Kolmas auto, mida testiti, oli '98 Pontiac Firebird Trans Am. See andis tagarattast välja 293 hj. Sisuliselt sama mootoriga, aga 345 hj reitinguga '98 Corvette'i võimsus oli 286 hj. See näitab, et GM mängib mootorite reitinguga, andes Corvette'ile kõrgema reitingu, ja alahindab samas päris suuresti Camaro/Firebirdi võimsust. Selguse saabki vaid düno peal testides.

LS1 mootoritele on 280-290 rwhp võimsusi mõõdetud mujalgi; umbes 10 rwhp-lisest kõikumisest aga nähtub, et kuigi tegemist seeriatoodanguga, võib jõuallikate võimsus ikka teatud määral juhuslikult erineda, aga nii suured vahed võivad näiteks veerandmiilil anda juba täiesti mõõdetava eelise.

 

Dünotüüpide võrdlus
 

Nagu varem rõhutatud, on shassiidüno eelisteks see, et ta näitab reaalselt maha jõudvat võimsust ja et mootorit ei pea testimiseks autost välja võtma, mis teeb testimise lihtsaks ja mõeldavaks ka neile, kes just professionaalsed võidusõitjad/mootoriehitajad pole.

Paraku on sellisel dünol ka puudusi. Üks nendest on see, et tulemus sõltub kasutatavast käigust ja mingil määral ka rehvidest, mistõttu võib vahel võrreldavate tulemuste saamine raskendatud olla. Teised puudused tulenevad aga sellest, et mootor jääb testimise ajaks autosse. See tähendab seda, et kiire komponentide vahetus võrdlustestideks on raskendatud; samuti on keeruline mitmesuguste mõõtmiste tegemine, mis mootoridüno puhul tavalised on, näiteks väljalaske temperatuur, täpne kütusekulu jne.

Veel üks puudus tuleb sellest, et kuna koormus on shassiidüno puhul konstantne, siis praktiliselt ongi võimalik testida vaid maksimumvõimsust täisgaasiga kiirendamisel. Mootoridüno puhul on aga võimalusi rohkem. Lisaks alguses mainitud step testile on võimalik teha ka nn. sweep teste, kus mootorit kiirendatakse mingi konkreetse koormuse vastu (sarnaseim meetod inertsdünole, ainult koormust saab vabalt muuta, inertsdüno rullide massi aga naljalt mitte) või muudetakse koormust nii, et mootor kiirendaks mingi konkreetse kiirusega, näiteks 100 p/min sekundis. See võimaldab täpsemini näha, millist võimsust arendab mootor sellises olukorras, milles ta reaalselt töötama hakkab. Mõistagi tuleb kiirendus ka vastav valida, 100 p/min sekundis on ehk omasem ringrajaautole, veerandmiili jaoks optimeeritud lühemate käikudega auto mootori tööle vastab aga võib-olla paremini suurem kiirendus, näiteks 600 p/min sekundis. Tuleb tähele panna seda, et sweep testil saadav moment ja võimsus on väiksemad kui step testiga saadav ja vahe on seda suurem, mida suurema kiirendusega test toimub, kuna mootor peab pidevalt kiirendama ja seega komponentide inertsile vastu töötama. Step testi puhul aga mootor stabiliseeritakse iga kiiruse juures, mis tähendab, et inertsi ei pea mootor enam ületama. Stabiliseerimine võib kesta ka niikaua, et ühtlasele tasemele jõuaksid ka muud mõõdetavad suurused, näiteks väljalaske temperatuur. Tavaliselt on sammudevahelised pausid siiski paari sekundi suurusjärgus.

Veel üks asi, mida inertsdüno koormuse konstantsuse tõttu üldjuhul ei võimalda, on testimine osagaasi juures konkreetsetel pööretel. See on aga sageli vajalik, et näiteks EFI-mootori puhul kõik süüte- ja kütusetabelid paika saada.

Praeguseks on dünotüüpide osas juba mõningast segunemist, näiteks on olemas inerts-tüüpi mootoridünosid ja samas on ka shassidünodele hakatud lisama pidureid, et võimaldada testimist ja seadistusi osagaasi juures.

 
 
muskelautod | kiirendusvõistlused | tehnika | üritused | autoesitlused | foorum | sõnastik | kalkulaatorid
tqhq'st | sisukaart | e-mail
© tqhq.ee 2000 - 2017. Loe meie materjalide linkimisest ja kopeerimisest.