Высококачественное диагностическое оборудование для проведения мощностных и экологических испытаний требует некоторых базовых условий для того, чтобы быть в состоянии выдавать точные и воспроизводимые результаты испытаний в сочетании с приемлемым уровнем эксплуатационной безопасности.

Конструкционные условия для установки современных колесных мощностных стендов могут быть столь же различны, как и различны их возможные применения. В самом простом варианте, динамометр состоит из одного роликового агрегата, который крепится к полу в испытательном помещении без каких-либо дополнительных структурных изменений (напольный монтаж стенда).

Для заезда не стенд должны быть предусмотрены соответствующим образом сконструированные рампы (пандусы). Напольные динамометры с одним роликовым агрегатом могут быть сравнительно легко интегрированы в существующую среду. Поэтому они пригодны для пользователей, которые, например, хотят оставаться гибкими с точки зрения пространства или по другим причинам желают избежать дополнительных затрат на изготовление фундамента для динамометра.

Для монтажа мощностных стендов вровень с полом необходима подготовка фундамента. В зависимости от конструктивных условий, выбор установки динамометра вровень с полом, помимо более высоких капитальных затрат, также требует долгосрочного планирования.

В обоих случаях, рынок дает возможность адаптировать динамометр к конкретным требованиям, не требуя дорогостоящих индивидуальных конструкций с помощью подходящей комбинации готовых компонентов. Возможности для индивидуальных решений, однако, не имеют практически никаких ограничений и, в частности, в промышленном секторе, часто приводят к дорогим нестандартным решениям. Здесь универсальные структурные требования могут быть сформулированы очень ограниченно.

В любом случае, функционирование динамометра будет действительно разумным и логичным, если пользователь понимает, что для таких видов измерения нужно не только установить динамометр -  что профессиональная работа с современными процедурами мощностных и экологических испытаний означает, что взаимодействие между динамометром и транспортным средством следует рассматривать в качестве взаимозависимой термодинамической системы, т.е. температура в диагностическом помещении имеет большое значение для получения качественных результатов испытаний.

Адекватная система вентиляции, а в некоторых случаях и кондиционирования помещения, где установлен динамометр, может легко удвоить бюджет инвестирования. Однако, было бы  контрпродуктивно пренебрегать этим чрезвычайно важным аспектом. Это происходит потому, что, как уже было подчеркнуто во многих опубликованных работах и материалах, современные системы управления двигателем очень чувствительны к условиям окружающей среды во время мощностных измерений. Обратите внимание на расположенный рядом образец распечатки мощностных испытания двигателя, работающего по циклу Отто, ясно представляющий описываемую проблему.

Первый тест (тонкая линия) проводилась при особо неблагоприятных условиях: температура в помещении, где проводилось испытание, была относительно высокой, и интеркулер работал не  идеально. В результате, температура всасываемого воздуха поднялась с 48 ° C до 62 ° C во время испытания. Система управления двигателем активировала защитные компоненты и тем самым снизила мощность двигателя. На распечатке это показано ясно видимым снижением мощности почти во всем диапазоне оборотов и реальным падением мощности примерно с 5000 об/мин. Второе испытание, при улучшенных температурных условиях (температура интеркулера от 25 ° C до 52 ° С), показывает, соответственно, другие результаты.

Половина дела: мощностные испытания без вентиляции

Неоптимальные температурные условия оказывают значительное негативное влияние на профессиональное мощностное испытание современной автомобильной техники и могут даже сделать его невозможным. Этот аспект мощностных испытаний нельзя игнорировать.  Поэтому пояснения касающиеся вентиляции имеют решающее значение для качества результатов испытаний.

В любом случае, пользователи, которые используют свои динамометры без соответствующей системы вентиляции иногда или только для измерения старых транспортных средств должны спросить себя, действительно ли такое применение оборудование дает правильные результаты с учетом сделанных инвестиций. Это очень важный вопрос, который нельзя игнорировать.

4.1. Вентиляция

Помещение, в котором установлен мощностной стенд  должно соответствовать требованиям, установленным законодательством для автообслуживающих предприятий. Кроме того, достаточный приток свежего воздуха и вентканалы соответствующих размеров, в частности, имеют большое значение - не только для здоровья обслуживающего персонала, но и, прежде всего, для получения качественных результатов измерений. Как уже было отмечено выше, регулирующие устройства современных автомобилей автоматически уменьшают мощность двигателя в случае высокой температуры всасываемого воздуха, чтобы защитить чувствительные компоненты. Этот процесс может быть инициирован даже при температуре 50 ° С в непосредственной близости от датчика температуры всасываемого воздуха. Мощностное испытание в теплые летние дни без эффективной системы кондиционирования воздуха также может быть проблематичным для современных транспортных средств.

Грубая оценка теплового баланса помещения диагностики выявляет суть проблемы. Основным решающим фактором является энергия топлива. Возьмем энергию топлива за 100% и представим ее расход следующим образом:

P1 29% = мощность двигателя (механическая)

                Эффективность во всем диапазоне частот вращения

P2 23% = тепловые потери через блок и компоненты двигателя

P3 20% = тепло, отводимое теплоносителем (передается через систему охлаждения автомобиля)

Р4 14% = отвод тепла от поверхности выхлопной системы автомобиля

P5 14% = тепло, отводимое выхлопными газами

Поскольку P1 превращается в тепловую энергию с помощью электродинамического тормоза, то она, как правило, выбрасывается в помещение диагностики; в то время как Р5, с другой стороны, удаляется с помощью системы удаления выхлопных газов, количество тепла выделяемого в помещении равно P1 + P2 + P3 + P4. Мощность двигателя, подлежащего испытанию, как правило, известна. Если принять ее за единицу, мы получаем следующие факторы:

P1 мощность двигателя                                                                             1

P2 тепловой поток поверхности блока цилиндров двигателя       0,8

P3 система охлаждения                                                                             0,7

P4 выхлопная система                                                                                0,5

В таком случае количество тепла, выделенное в помещение диагностики, составляет: 0,8 + 1 + 0,7 + 0,5 = 3.  Следовательно, количество энергии, произведенной двигателем, троекратно аккумулируется в виде выделенного тепла.

Пример 1

P1 мощность двигателя                                                                             = 100 кВт

P2 тепловой поток поверхности блока цилиндров двигателя       0,8 · 100 = 80 кВт

P3 система охлаждения                                                                             0,7 · 100 = 70 кВт

P4 выхлопная система                                                                                0,5 · 100 = 50 кВт                                                                                                          _____________________________________________________________________

Тепловая нагрузка в помещении                                                             = 300 кВт

Если организовать отдельную  схему отвода тепла от электродинамических тормозов (энергия P1), объемная тепловая нагрузка может быть значительно снижена. Таким образом, количество тепла в помещении диагностики будет 0,8 + 0,7 + 0,5 = 2. В таком случае будет происходит двойное накопление энергии, выработанной двигателем, в виде тепла.

Пример 2

P2 тепловой поток поверхности блока цилиндров двигателя       0,8 · 100 = 80 кВт

P3 система охлаждения                                                                             0,7 · 100 = 70 кВт

P4 выхлопная система                                                                                0,5 · 100 = 50 кВт                                                                                                          _____________________________________________________________________

Тепловая нагрузка в помещении                                                             = 200 кВт

Типичный режим измерения максимальной мощности на стенде с беговыми барабанами длится в среднем 1,5 минуты для легковых автомобилей и от 3 до 4 минут для грузового транспорта. Затем, как правило, следует перерыв, в течение которого производятся регулировки и т.п. и автомобиль остывает.

В соответствии с правилами, действующими в Германии в настоящий момент, кратность обмена воздуха должна быть в пределах 10-15 раз в час для помещений с площадью до 100 м2  от 5 до 8 раз в час в помещениях площадью более 100 м2. Для этого требуется организовать воздушный поток мощностью около 5000 м³/ч для площади 100 м2.
7.jpg

С учетом рассмотренного теплового баланса помещения диагностики, однако, этих величин определенно недостаточно. Наряду с размером помещения, в расчетах, безусловно, необходимо учитывать тепловую энергоемкость стен и других строительных конструкций.  Кроме того очень большую роль играют естественно, мощность тестируемых двигателей, а также интенсивность и частота проведения испытаний. Что касается критической температуры всасываемого воздуха, оператор еще на стадии планирования должен также определить допустимое увеличение температуры в помещении.

Опыт показывает, что при полностью открытой дроссельной заслонке может быть достигнута мощность более чем 25000 м³/ч и скорость 90 км/ч охлаждающего потока воздуха. Также необходимо учесть, что из-за теплового излучения от выхлопной системы автомобиля, необходимо обеспечить достаточный поток охлаждающего воздуха под его днище.
8.jpg

Для целенаправленного охлаждения отдельных компонентов в подкапотном пространстве рекомендуется применять дополнительные мобильные вентиляторы, создающие узконаправленные воздушные потоки. Такие устройства особенно полезны при задне- или среднемоторной компоновке автомобилей, когда фронтально расположенный вентилятор охлаждения не достаточен для обеспечения нужного температурного режима для, например, турбин.

Если, однако, именно такие автомобили планируется тестировать по большей части, то надо сразу при планировании помещения диагностики учитывать особенности системы вентиляции.

4.2 Система удаления отработанных газов

Уровень выбросов в мощностных испытаний зависит от проверяемого транспортного средства. Наиболее важными влияющими факторами являются объем двигателя и частота вращения, а также метод горения (принудительное зажигание или самовоспламенения).

Приведем общепринятую выражение для определения размеров систем удаления выхлопных газов:

V = 1,2 · Vh · 0,0363 · n

V = требуемый объем удаления (м³/ч)

Vh = объем двигателя автомобиля (л)

n = частота вращения испытуемого двигателя (мин-1)

0,0363 = коэффициент

1,2 = доля свежего воздуха составляет 20%

Обычно применяемые в автосервисах без динамометров системы удаления отработанных газов  предназначена только для обычных экологических испытаний и сервисных работ и, поэтому, не подходят для мощностных испытаний. На практике они, как правило, рассчитываются следующим образом:

Пример расчетов по приведенной выше формуле:

Пример 1

Легковой автомобиль с двигателем объемом 3,0 л,

Сервисные работы со средним оборотами

до 3000 мин-1

V = 3,0 · 3000 · 0,0363 · 1.2

V = 392,04 м³/ч

Пример 2

Тяжелый грузовой автомобиль с двигателем объемом 12,0 л,

Сервисные работы со средним оборотами

до 1500 мин-1

V = 12,0 · 1500 · 0,0363 · 1,2

V = 784,08 м³/ч

При мощностных испытаниях двигатели работают под большими нагрузками на высоких оборотах. Соответственно высока температура выхлопных газов и воздуха. Выхлопные газы, в основном, могут быть удалены с помощью шланговой системы с производительностью более 3000 м³/ч или при помощи встроенной подземной системы с подъемными газозаборными кожухами с производительностью около 10000 м³/ч. Поэтому для более точного расчета системы удаления отработанных газов при мощностных испытаниях применяют следующее выражение:

Vt = Vht (в ° C: 273 Кельвинов) · λ

λ = объемная эффективность, принимает значение от 0,85 (без турбонаддува) до приблизительно 1,9 (В зависимости от двигателя и производителя)

Пример 1

Легковой автомобиль, двигатель 5,547 л, 5000

мин-1, температура 500 ° С,

λ = 1,0

Vt = 5547 · 5000 · 0,0363 · 1.2

· 500: 273 · 1,0

Vt = 2212,71 м³/ч

Пример 2

Грузовой автомобиль, двигатель 18,273 л,

2300 мин-1, температура 500 ° С,

λ = 1,5

Vt = 18273 · 2300 · 0,0363 · 1.2

· 500: 273 · 1,5

Vt = 5029,49 м³/ч

Кроме того, система удаления отработанных газов должна соответствовать индивидуальным требованиям владельца стенда. К основным критериям здесь можно отнести, например, особенности конструкции здания, назначение и интенсивность использования мощностного стенда. Следует всегда уделять внимание соответствующей температурной стойкости элементов системы, в особенности ее гибких элементов – шлангов: резиновые шланги, применяемые в обычном сервисе не могут справиться с высокими температурами ОГ при мощностных испытаниях. Запрещается объединять системы удаления ОГ с системами удаления сварочных газов,  подсоединять их к общему вытяжному вентилятору, так как в этом случае могут быть созданы огне- и взрывоопасные газовые смеси.

4.3 Звукоизоляция

При проведении мощностных испытаний на динамометрах создается значительный уровень шума. Часть времени автомобиль работает при полностью нажатой педали газа и перегазовках, также и шум, производимый шинами на роликах динамометра, значительно громче, чем на дороге и подвижные части самого динамометра тоже создают дополнительный шум. В силу всего сказанного, чтобы исключить нанесение вреда здоровью, при мощностных испытаниях следует применять устройства защиты органов слуха, одобренные для уровня шума 120 дБ (А) и выше.

Меры эффективной шумоизоляции необходимо рассматривать и применять уже на стадии проектирования и монтажа динамометра. Решения необходимо принимать на базе рассмотрения и анализа широкого спектра вопросов: Какова конструкция здания? Какие технические решения необходимы, и какие из них могут быть реализованы? Например, создаваемый двигателем шум может передаваться через систему вентиляции или шум от вибрации конструкций может распространяться через фундамент.  Поэтому существует большая разница, например, в каком здании расположен динамометр – бетонном или из металлоконструкций, или нужна ли шумозащита находящихся по соседству офисов или жилых помещений – все эти моменты необходимо принимать во внимание.  Динамометр всегда должна быть абсолютно устойчиво установлен в своем фундаменте, поэтому он может быть акустически не изолирован при помощи виброамортизаторов или других похожих устройств. В связи с этим решающее значение на процессы передачи вибраций и корпусного шума на прочие конструкции здания приобретает материал, из которого сделаны фундамент и пол в помещении. Может быть, в некоторых случаях необходимым решением станет собственный фундамент для динамометра.

Идеальным местом для динамометра является отдельное здание с  шумоизоляцией и системой удаления отработанных газов с достаточного размера глушителями. Наилучшим образом организованное рабочее место оператора – отдельная комната с возможностью управлять работой стенда и звукоизолированным окном в тестовое помещение.

4.4 Безопасность автомобиля

Переднеприводные и полноприводные автомобили закрепляют в передней и задней части; автомобили с задним приводом, в основном закрепляют сзади.

Для закрепления обычных легковых автомобилей применяют ремни с тяговым усилием не менее  2000 даН, которые устанавливаются на стандартные буксировочные устройства автомобиля.  На монороликовых динамометрах автомобили должны фиксироваться за жесткие неподвижные части осей.

Удерживающие стропы должны иметь достаточное натяжение, но при этом не тянуть автомобиль вниз.  Ремней с открытыми крючками следует избегать, поскольку они могут ослабнуть при проведении измерений. Не оставляйте свободными концы ремней, поток охлаждающего воздуха может затянуть их под колеса или в ролики стенда.

Ремни также могут быть повреждены горячими выхлопными газами или частями глушителей, поэтому необходимо при выборе места установки ремней нужно предусмотреть достаточное безопасное расстояние. На монороликовых стендах автомобили должны быть установлены очень точно и надежно, поэтому для фиксации в задней части применяют только стальные цепи или тросы, а спереди - мощные ремни. Для крепления строповочной системы к полу помещения уже на стадии проектирования необходимо определить оптимальное расположение анкерных точек с учетом расстояния до точек фиксации на автомобиле.  Для динамометров с приводом на одну ось расположение точек фиксации для передне- и заднеприводных автомобилей отличается на несколько метров (см. чертеж ниже).