KURZUS: Járműdiagnosztika I.

MODUL: Elmélet

2. hét: Teljesítménymérés diagnosztikai eszközökkel: Gépjárművek teljesítmény mérése (rendszerezés)

| A lecke célja: A hallgató ismerje meg a gépjárművek teljesítménymérésének eszközeit, méréstechnikai alapelveit és módszereit. Legyen képes azokat a gyakorlatban is alkalmazni.
Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 90 percre lesz szüksége.
Kulcsfogalmak:
a teljesítmény fogalma, indikált teljesítmény, effektív teljesítmény, kerékteljesítmény, a teljesítmény mérési lehetőségei, teljesítménymérő padok,
A teljesítménymérés alapjai
Bevezetés
Európában már a 18. században több országban folytak a kísérletek a munkagépek teljesítményének meghatározására. E korszak kiemelkedő fizikusainak ebben a témában az skót James Wattot és a francia Gaspard de Prony-t tekinthetjük.
James Watt a 18. század végén foglalkozott azzal, hogy az általa feltalált gőzgép teljesítményét lemérje. Ehhez szüksége volt egy etalon egységre, amely a ló ereje lett. Egy bányában dolgozó ló teljesítményét hasonlította össze a bányában dolgozó gőzgéppel. Ezzel megszületett a mai is sok esetben használt lóerő (LE, horsepower, hp). (http://jameswatt.atw.hu/)
Gaspard de Prony 1821-ben alkotta meg a Prony féket, amely gőzgépek és motorok teljesítménymérésére szolgált. Lényege, hogy a forgó tengelyre fékkel ellátott kart helyeznek, melynek végére annyi súlyt kell tenni, hogy a kar mérlegállásban (egyensúlyban) legyen (1. ábra). (http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/~history/Biographies/De_Prony.html)
Prony fék
1. ábra
A Prony-fék megalkotása után felgyorsult a teljesítménymérés fejlődése, amelynek főbb állomásai:
1. | 1838. autók és vonatok teljesítmény és vonóerő mérésére alkalmas vizsgálópad, Charles Babbage angol mérnök (http://www.egs.edu/library/charles-babbage/biography/)
2. | 1877. az első hidraulikus (vízfékes) próbapad, William Froude, Anglia (http://www.froudehofmann.com/about/index.html)
3. | 1921. a lovak pontos húzásteljesítményének meghatározása, EV Collins, Iowa (http://www.farmcollector.com/farm-life/dynamometer-horses-pulling-power.aspx)
4. | 1931. az első örvényáramú fékgép, Anthony Martin Winther, dán mérnök (http://www.dynamometerguides.com/dynamometer-history.php)
A teljesítménymérés fizikai háttere
A Nemzetközi Mértékegység-rendszer (SI) származtatott egységei az SI-alapegységek hatványainak szorzataként vagy hányadosaként képezhetők a megfelelő mennyiségekre vonatkozó fizikai egyenletek alapján. A teljesítmény is ebbe a csoportba tartozik. A továbbiakban áttekintjük a teljesítmény-számításhoz szükséges összefüggéseket:
Forgó mozgás esetén:
P=M⋅ω
Ahol: M a nyomaték [Nm] (vektormennyiség) ω a szögsebesség [1/s] (vektormennyiség) P a teljesítmény [W] két vektormennyiség (skaláris szorzata)
Ha a kifejtett erő és a sebesség szorzataként is meghatározhatjuk a teljesítményt:
P=F⋅v
P teljesítmény [W] skalármennyiség F kifejtett erő [N] vektormennyiség v sebesség [m/s] vektormennyiség
Fékgépek kialakítási változatai
A teljesítmény és nyomaték mérésére fékpadokat alkalmaznak melyek fékerejét különböző módon biztosítják. Erre az alábbi lehetőségek állnak rendelkezésre:
hidraulikus, örvényáramú, mágnes poros, légfékes, mechanikus-dörzsfékes, egyenáramú, váltóáramú.
A gyakorlatban a hidraulikus és az elektromos fékezési lehetőségek a terjedtek el a leginkább:
Hidraulikus vagy víz fékpadok: A hidraulikus fékpadoknál a pad hajtott tengelyével kötjük össze a motort tengelykapcsolón keresztül. A forgórész zárt, folyadékot is magában foglaló házban forog. A folyadék mennyiségét változtatni lehet. A fékező nyomatékot a folyadék által felvett mozgási energia szolgáltatja. Az energia-felvétel miatt a folyadék melegszik, ezért folyamatos hűtéséről gondoskodni kell. Víz esetében a hőmérséklet nem haladhatja meg a 75 °C-ot, mert felette a vízgőzképződés, a vízkövesedés és a kavitáció elkerülhetetlen. Örvényáramú fékpad: Felépítésüket tekintve ezek a legegyszerűbb fékpadok. Az örvényáramú fékgép előnye, hogy a nyomaték-fordulatszám görbe tetszőlegesen szabályozható, így a mérés könnyen automatizálható. A villamos örvényáramú fékgépnél a fékező nyomatékot a forgórész és az állórész közötti mágneses hatás hozza létre. Az állórész gerjesztő tekercsekből áll, amelyekben egyenáram folyik. A forgórész egy tárcsa, amelyet forgatva az állórészben örvényáram indukálódik. Ez az örvényáram fékező mágneses erőteret hoz létre a tárcsán. Ez természetesen hőképződéssel járó folyamat, ezért az állórész tekercseit hűteni kell.
A jármű motorjának kiszerelése összetett, időigényes folyamat. Emiatt a fenntartóiparban, diagnosztikai célokra a fékpadi mérés nem terjedt el. Ezekben az esetekben a járművön (beépített motorral) végzünk méréseket.
Teljesítménymérés járművön
Diagnosztikai (minimális szerelési munkával járó) teljesítménymérést általában:
görgős járműfékpadon, illetve ROTOTEST berendezéssel vagy az OBD adatok alapján
végezhetünk.
A görgős fékpadok legfőbb előnye, hogy a jármű megbontása, átalakítása nélkül, közvetlenül a hajtott keréken mérhető a teljesítmény (igaz, ez nem azonos a motor effektív teljesítményével). A teljesítményen kívül egyszerűen mérhető a hajtáslánci veszteség is.
A görgős fékpadok felépítési változatai:
egygörgős fékpad (2. ábra) A görgő átmérője nagy, akár 3000 mm is lehet. Ebben az esetben a kerék a görgő tetején áll ami nem stabil állapon, ezért nagyon fontos a gépkocsi rögzítése. Ez a kialakítási változat főként autógyárakban használatos. kétgörgős fékpad (3. ábra) A görgők átmérői kicsik, mintegy 250-400 mm értékűek. Ennél a típusváltozatnál a kerék két görgő közé ékelődve hajt, ami statikailag stabil állapotot jelent. Természetesen rögzítésre ebben az esetben is szükség van. Ezt a változatot főként a járműfenntartó, javító és tuningolással foglalkozó cégek használják.
Egygörgős fékpad
2. ábra
Kétgörgős fékpad
3. ábra
Teljesítményt a hajtó féltengely csonkján is mérhetünk. Ebben az esetben bizonyos mértékű megbontással (a hajtott kereket le kell szerelni) számolni kell. Ez némi hátrányt jelent a görgős paddal szemben. Ez a teljesítménymérő egyszerű kialakítású, kompakt szerkezet, amelynek jelentős előnye, hogy nem igényel telepítést (4. ábra).
ROTOTEST fékpad
4. ábra
További lehetőség a teljesítmény-mérésre, hogy felhasználjuk a fedélzeti diagnosztikai rendszer (OBD) lehetőségeit.
Az OBD Dyno (http://www.whoopsie.de/home/doku.php?id=software:obddyno) a járművek teljesítmény jelleggörbéjét egyszerűen és látványosan képes előállítani. Az ehhez szükséges adatállományokhoz a járművek OBD-csatlakozóján keresztül férhetünk hozzá, a VCDS (korábban VAG-COM) diagnosztikai program segítségével. Az OBD Dyno ingyenesen hozzáférhető és használható szoftver. A méréshez csupán az alábbiakra van szükség:
laptop, Microsoft Windows szoftverrel és installált JAVA környezettel, VCDS (Ross-Tech) diagnosztikai programra, OBD diagnosztikai kábelre, a mérendő járművön OBD diagnosztikai csatlakozóra.
A mérés során az OBD Dyno program (5. ábra) két mérési fázisban (gyorsítás és kifuttatás) méri a sebességet, a motorfordulatszámot és az adatgyűjtési időpontokat. A mérés során a járművet kis fordulatszámról 1:1 sebességváltó áttétellel (5-fokozatú váltó esetén 3. fokozat, 6-fokozatú váltó esetén 4. fokozat) gyorsítjuk teljes terheléssel ("padlógáz"), egészen a névleges motorfordulatszámig. Ennek elérésekor oldjuk a tengelykapcsolót és hagyjuk kigördülni a járművet a kezdeti járműsebesség eléréséig. (A mérésnek görgőspadi változata is létezik.) A mérés eredményeként a motor effektív teljesítményét és nyomatékát kapjuk (6. ábra).
LaptopDyno rendszer
5. ábra
OBD Dyno szoftverrel felvett motor teljesítmény és nyomaték görbék
6. ábra

| Önellenőrző kérdések
1. Milyen egység a teljesítmény az SI szerint? Jelölje meg a helyes választ!
| Alapegység
| Származtatott egység
| Technikai mértékegység
2. Hogyan számítjuk ki a teljesítményt forgó mozgás esetén?
| A P=M⋅ω összefüggéssel (Ahol M a nyomaték, ω a szögsebesség).
| Csak bonyolult differenciál egyenlettel tudjuk kiszámítani.
| A P=F⋅v összefüggéssel (Ahol F az erő, v a sebesség)
3. Honnan származik a lóerő mint mértékegység?
| James Low nevének magyarosításából.
| James Watt egy bányában dolgozó ló teljesítményét hasonlította össze a bányában dolgozó gőzgépével.
| James Watt nevéből.
| De Prony ("póni") nevéből.
4. Ki alkotta meg az első örvényáramú fékgépet?
| James Irwin (örvény) angol mérnök.
| Charles Babbage angol mérnök.
| Anthony Martin Winther, dán mérnök.
| James Watt.
5. Hogyan származtatja az SI a teljesítményt?
| A nyomaték és a szögsebesség, illetve az erő és a sebesség skaláris szorzatából.
| A nyomaték és a szögsebesség, illetve az erő és a sebesség vektori szorzatából.
| Két skaláris mennyiség szorzatából.
| Két komplex szám szorzatából.
6. A motor fékteremben történő teljesítmény mérése járműdiagnosztikai módszernek számít?
| Igen, mert a motor átalakítása nélkül történik.
| Igen, mert a motor főtengelyére csatlakozunk, a motor megbontása nélkül.
| Nem, mivel a motor kiszerelése nem kis mértékű megbontás.
7. Milyen eljárásokkal végezhetünk diagnosztikai teljesítménymérést?
| Motorindikálással.
| Elektromos meghajtással és nyomatékméréssel.
| Görgős járműfékpad, ROTOTEST, OBD.
8. Járműfékpadi stacioner méréssel lehet-e motor effektív teljesítményt mérni?
| Nem, csak keréken leadott értéket.
| Igen, keréken leadott effektív teljesítményt.
| Igen, a motor műszaki leírásokban szereplő értéket.
9. Az alábbi módszerek közül melyik alkalmas a járműbe épített motor effektív teljesítményének mérésére?
| ROTOTEST.
| Görgős járműfékpadi stacioner mérés.
| Motorindikálás.
| OBD Dyno.
10. Mi a ROTOEST előnye?
| Egyszerű kialakítású, kompakt szerkezet, amelynek jelentős előnye, hogy nem igényel telepítést.
| Egygörgős kialakítású.
| Kétgörgős kialakítású.