Automobilio variklio galia - tai bene daugelio automobilių entuziastų svajonė. Nemaža dalis jų būtent tai įtraukia į automobilio modifikavimo planų sąrašą. Varikliai yra besisukantys įrenginiai, kurių apsisukimų greitis yra matuojamas apsisukimais per minutę. Variklio apsukos yra variklio sūkių skaičiaus matas. Kuo greičiau variklis veikia, tuo daugiau apsisukimų jis atlieka per minutę ir tuo daugiau galios gamina.
Automobiliuose sūkiai matuoja, kiek kartų variklio alkūninis velenas kas minutę padaro vieną pilną apsisukimą, o kartu - kiek kartų kiekvienas stūmoklis pakyla aukštyn ir žemyn savo cilindre. Paspaudus akceleratorių, automobilio variklio apsukų dažnis didėja, kaip ir galia. Variklis nebūtinai sukuria didžiausią galią esant didžiausiam apsukų dažniui. Variklio specifikacijose paprastai nurodomas didžiausias arklio galių skaičius, po kurio nurodomas apsisukimų skaičius, kai jis atsiranda, pvz., 252 AG esant 5600 aps./min.
Arklio galios (AG) sąvoka ir istorija
Pagal tarptautinę SI vienetų sistemą pagrindinis galios matavimo vienetas yra vatas arba kilovatas (W arba kW; 1 kW = 1 000 W). Tačiau vartotojams tradiciškai priimtinesnis yra nuo XVIII a. naudojamas išvestinis dydis - arklio galia (AG). Fiziškai arklio galia apibrėžiama kaip arklio, sugebančio pakelti 75 kg krovinį vieną metrą per sekundę, išvystoma galia. Ši sąvoka atsirado, kai elektros nebuvo plačiai prieinama, ir žmonės lengviau suprasdavo galią, lyginamą su arklio darbo našumu. Nors vėliau, atsiradus elektros prietaisams, buvo pradėti naudoti vatai, arklio galios (AG) išliko populiarus galios matavimo vienetas automobilių pramonėje.
Atkreipsime dėmesį, kad vakarietiškoje techninėje literatūroje naudojamos galios dimensijos (HP ir PS) taip pat skiriasi. Paklaida - 1,014. Taigi šiais atvejais 1 kW = 1,36 AG.
Galią lemiantys veiksniai
Degant degalams, cilindruose išsiskiria šiluma, kuri paverčiama mechanine energija. Tačiau ne visa išsiskyrusi šiluma ir ne visa energija panaudojama naudingai. Dalis jos sunaudojama vidinei variklio trinčiai nugalėti (velenų slydimo guoliuose, krumpliaratinėse pavarose ir pan.) ir papildomiems energijos vartotojams, pavyzdžiui, generatoriui, pneumatinės stabdžių sistemos ir oro kondicionieriaus kompresoriams, ventiliatoriui, papildomiems alyvos siurbliams/hidrauliniams varikliams sukti ir t. t.
Gamintojai savaeigių mašinų variklių charakteristikose nurodo vadinamąją efektyviąją arba naudingąją galią, t. y. tokią galią, kuri alkūniniu velenu tiesiogiai perduodama transmisijos pirminiam velenui ir GTV sankabai, o ši, - savo ruožtu, toliau į transmisiją ir galines pavaras. Efektyvioji galia visada mažesnė už teorinę arba vidinę variklio galią. Ją sumažina mechaniniai nuostoliai. Vidinė galia dar vadinama indikatorine ir gaunama, cilindruose dujų slėgiui veikiant į stūmoklius (metodiką apibrėžia DIN 1940 norma). Paprastai vidinė galia 10-35 proc. didesnė už efektyviąją galią.
Mechaniniams nuostoliams variklyje įveikti sunaudojama nuo 10 iki 20 proc. galios. Nors nuo Rudolfo Dyzelio sukonstruoto pirmojo dyzelinio variklio praėjo ištisas šimtmetis, bendras šio variklio efektyvumas ir toliau išlieka pakankamai mažas - 30-50 proc.
Variklio galios didinimo būdai
Variklio galia didinama trimis pagrindiniais būdais:
- didinant darbo tūrį (cilindrų skaičių, jų skersmenis),
- alkūninio veleno sūkių dažnį,
- slėgį (naudojant turbokompresorinį pripūtimą su tarpiniu oro aušinimu).
Tačiau egzistuoja ir kitų galios didinimo priemonių:
- cilindrų pripildymo gerinimas, įrengiant 3 ar 4 vožtuvus kiekviename cilindre,
- įleidimo ir išleidimo kolektorius įrengiant skirtingose variklio pusėse (kad išmetamųjų dujų temperatūra nekeistų įleidžiamo oro temperatūros),
- montuojant tiksliau degalus dozuojančias ir dideliu slėgiu juos įpurškiančias maitinimo sistemas.
Galios matavimas
Variklio galia matuojama mechaniniu, hidrauliniu arba elektriniu stabdymo stendu, esant atitinkamam aplinkos oro slėgiui ir 20°C temperatūrai. Išorinė dyzelinio variklio charakteristika gaunama esant didžiausiam galimam degalų tiekimui. Pasiekus reikiamą sūkių dažnį, variklis stabdymo stendo apkraunamas didžiausiu galimu sukimo momentu, kuris matavimo metu išlaikomas pastovus. Matavimai dažniausiai pradedami nuo 1 000 aps./min iki didžiausio sūkių dažnio (2 100-2 400 aps./min), matuojant atitinkamais intervalais, dažniausiai kas 100 aps./min. Sujungus gautus taškus koordinačių sistemoje virš sūkių dažnio nubrėžiama galios charakteristika.
Būsimam mašinos pirkėjui itin svarbus yra traukos galios dydis. Tai galia, kurią konkrečiomis sąlygomis ir važiuodamas atitinkama pavara išvysto traktorius. Traukos galia mažesnė už efektyviąją galią. Skirtumas sunaudojamas nuostoliams transmisijoje, GTV pavaroje ir šio veleno sukamoms agregatų darbinėms dalims, riedėjimo trinčiai, įkalnių, varančiųjų ratų buksavimui nugalėti, o atskirais atvejais ir greičių skirtumui, perjungiant pavaras, įveikti. Tačiau reikia pastebėti, kad traukos galiai turi įtakos ne tik nuostoliai pavarose, bet ir traktoriaus masė (varančiųjų ratų apkrova), ir atraminis paviršius (ratų geometriniai matmenys ir slėgis padangose).
Traktorių gamintojai nepateikia traukos galios. Ją matuoja specialios institucijos, pvz., DLG ir Nebraskos universiteto (JAV) traktorių bandymų laboratorijos. Pastarajame universitete traukos galia pagal SAE normas matuojama įvairiais transmisijos darbo režimais, nustačius pastovius variklio sūkius. Papildomai pagal OECD normas išmatuojama GTV perduodama galia.
Galios matavimo standartai ir normos
Galia matuojama pagal daugybę normų: CUNA, DIN, ECE, EG, GOST, ISO. Skaitinė galios reikšmė priklauso nuo normos apibrėžtų matavimo sąlygų. Pavyzdžiui, pagal CUNA išmatuota galia 5-10 proc. didesnė už DIN dydį. O SAE normos nuo DIN skiriasi nors ir nedaug, tačiau į mažesnę pusę.
Vakarietiškų traktorių variklių galią galima aptikti išmatuotą pagal 10 skirtingų normų, tokių kaip SAE J 1955 3.1, SAE J 1349 4.2.4, ISO TR14396, ECE R24, DIN 70020, EEC 80/1289, EC 8-0/1269, 97/68/EC, OECD, BS AU 141a: 1971. Atsižvelgiant į tai, skirtingų gamintojų pateiktų galios skaitinių reikšmių lyginti tiesiogiai negalima.
Kai kurių normų aprašymai:
- SAE J 1955 3.1: Bendroji variklio galia, neįvertinanti jokių papildomų įrenginių (energijos vartotojų) poreikio.
- SAE J 1349 4.2.4: Įvertina papildomų įrenginių, išskyrus papildomai montuojamų hidraulinių siurblių ir pneumatinės stabdžių sistemos bei oro kondicionieriaus kompresorių, poreikius.
- ISO TR14396: Nurodo bendrą galios dydį, neįvertinus papildomo energijos suvartojimo (net ventiliatoriaus) poreikio.
- BS AU 141a: 1971: Didžiojoje Britanijoje galiojanti bendrosios galios matavimo norma, neįvertinanti papildomo energijos poreikio.
- DIN 70020 ir ECE R24: Pateikiama variklio galia su papildomos energijos poreikiais, tarp jų su oro valytuvu ir prijungtu skysčio siurbliu.
- EC 8-0/1269: Nurodo variklio galią, įvertinus papildomos energijos suvartojimo poreikius, tačiau jie veikia be apkrovos.
- EEC 80/1289: Nurodo variklio galią su visu papildomos energijos poreikiu, išskyrus hidraulinius siurblius/variklius.
- OECD 1-ojo ir 2-ojo kodo normos: Matuojama ne variklio alkūniniu velenu, o GTV perduodama galia.
Verta atsiminti, kad galia, išmatuota pagal ISO TR14396 normą, yra iki 8 proc. didesnė už ECE R24 normos skaitinę galios reikšmę. Panašus skirtumas yra ir tarp 2000/25/EC bei ECE R24 normų.
Variklio galios vertinimas
Geriausiai variklio konstrukcijos tobulumą nurodo lyginamasis masės ir galios santykis. Kuo jis mažesnis, tuo variklis, o kartu ir mašina, techniškai pažangesnė. Kuo didesnė variklio litrinė galia, tuo mažesnis šios galios jėgos agregato darbo tūris, gabaritai ir masė. Tai apibūdina variklyje naudotų technologijų ir montuojamų sistemų pažangumą. Didesnę litrinę galią nulemia didesnis slėgis cilindruose ir didesnis stūmoklių judėjimo greitis, t. y. faktoriai, apibūdinantys variklio šiluminį ir dinaminį režimus. Slėgį ir stūmoklio greičius galima didinti ribotai, nes padidinama mechaninė alkūninio-stūmoklinio mechanizmo apkrova.
Maždaug iki 1 000 aps./min efektyvioji galia nevaizduojama, nes iki šios ribos variklio mechaniniai ir šiluminiai nuostoliai labai dideli. Didėjant sūkių dažniui, efektyvioji galia didėja tolygiai, kol pasiekia didžiausią vertę. Toliau didėjant alkūninio veleno sūkiams, ji pradeda mažėti. Taip nutinka dėl pablogėjusio cilindrų pripildymo ir labai padidėjusių mechaninių nuostolių.
Vertinant galią (vardinę ar didžiausią), reikia atsižvelgti ne tik į jos dydį, bet ir atkreipti dėmesį į pastovios galios aikštelę. Pastaroji reiškia, kad tam tikrame sūkių diapazone (moderniame variklyje 500-650 aps./min ribose), kuris yra ne mažesnis už darbinių sūkių diapazoną (1 600-2 000 aps./min), variklio galia yra ne mažesnė už vardinę.
Antras svarbus vertinimo kriterijus yra norma, pagal kurią išmatuojama galia. Skirtumai tarp pagal skirtingas normas išmatuotų variklio galingumų gali siekti 8 ir daugiau procentų. Šis skirtumas tuo didesnis, kuo didesnė variklio galia.
Trečiasis svarbus kriterijus - galios skaidymas į srautus ar jos sumavimas (John Deere, Case IH/New Holland, Landini, McCormic, Valtra). Dominuojant pagrindiniams darbams ir taikant intensyvaus žemės dirbimo technologijas, svarbiausia yra tik ta galia, kuri perduodama transmisijai. Nemažai gamintojų dalį papildomos galios perduoda GTV. Tai racionalus sprendimas, jei dirbama kombinuotais sėjos agregatais, frezomis arba traktorius naudojamas transporto darbams atlikti. Tačiau visais likusiais atvejais - ariant, skutant, sėjant (jei nenaudojamas GTV) ir nevažiuojant didesniais greičiais - galios padidėjimas neturi reikšmės. Gamintojui toks galios padidinimas naudingas dėl geresnių lyginamųjų rodiklių (masės ir galios, litrinės galios, kainos santykio su galios vienetu).
Ketvirtas kriterijus yra susijęs su optimalia galios atsarga. Racionalu traktorių rinktis atsižvelgiant į daugiausiai energijos reikalaujančio agregato poreikius. Svarbiausia įvertinti darbo sąlygas ir apimtis. Nepadarysite klaidos, jei traktorių pasirinksite su 10 proc. vardinės galios atsarga.
Kaip nustatyti tikrąją variklio galią?
Tiksliausias būdas nustatyti variklio galią yra matavimas ant specialaus dinamometrinio galios matavimo stendo (Dyno stendo). Dyno stendas apkrauna variklį ir matuoja sukimo momentą, kurį variklis generuoja, priešindamasis apkrovai. Išmatuotą sukimo momentą stendas apskaičiuoja maksimalų galingumą, kuris nusakomas kW arba arklio galiomis (AG). Galingumas apskaičiuojamas pagal formulę: kW = Nm * 3,14 * rpm / 30000, kur kW - galia, Nm - sukimo momentas niutonmetrais, rpm - variklio sūkiai per minutę.
Norint tiksliai perteikti variklio dinamiką, naudojami galingumo matavimo grafikai. Tokių grafikų pagalba matoma detali variklio dinamika pilname sūkių diapazone - nuo mažiausių iki didžiausių sūkių. Tokiu būdu matomi sukimo momento ir galios pikai, kurie ir nurodo maksimalius variklio pajėgumus - trauką ir galią.
Kaip veikia variklio dinamometras
Dinamometrinių stendų patikimumas
Net ir išmatavus variklio galią ant Dyno stendo, ji vis tiek ne visuomet bus tiksli, kadangi vienas stendas tam pačiam automobiliui gali parodyti geresnį galios vienetų skaičių, o kitas stendas - prastesnį. Tai priklauso nuo daugelio faktorių, tokių kaip aplinkos būsena (temperatūra, drėgnumas, slėgis) ir volų rotacinė masė. Dažnai šie parametrai prieš atliekant variklio galios matavimą ant stendo gali būti suvedami „iš lempos“ arba paliekami pagal nutylėjimą, žinant kokie jie turi būti stendui veikiant idealiomis sąlygomis. Jeigu automobilis priešintųsi didesniam volų sukuriamam svoriui, negu jis privalo būti konkrečiam automobiliui, tai jo variklio galia būtų išmatuota didesnė, negu yra iš tikrųjų.
Daugumai pigių stendų gamintojų yra per brangu nustatyti volų rotacinės masės rodiklį, todėl jo korekcijos leidžiamos programos operatoriui. Didžioji dauguma mūsų šalyje naudojamų galios matavimo stendų neturi hidrometeorologinių stotelių, fiksuojančių aplinkos duomenis, jie yra savadarbiai arba be kokybės sertifikatų, o tai reiškia, kad su jais nepavyks pasiekti tikslumo.
Europoje žinomi „SuperFlow“, „Piper“, „Maha“, „V-tech“, „DynoDynamics“, „Dynojet“ dinamometrinių stendų gamintojai. Vokietijoje „Maha“ variklių galios matavimo stendą naudoja tokie tiuningo specialistai kaip „Hamann“, „MTM“, „ABT“ ar „PP Performance“. Šiuo stendu pasitiki ir automobilių gamintojai „Mercedes-Benz“, „BMW“, „Volkswagen“, „Audi“, „Škoda“, „Seat“, „Porsche“. „Maha“ kompanija savo veiklą yra pradėjusi dar 1968 metais ir yra plačiai žinoma visame pasaulyje. Lietuvoje modernią vokišką „Maha“ kompanijos aparatūrą bei įrangą naudoja techninių apžiūrų centrai, Vilniaus Gedimino technikos universitetas (VGTU) ir Kaune įsikūrusios variklių galios tobulinimo dirbtuvės „Startline“.
„Startline“ dirbtuvėse Kaune naudojamas itin modernus „Maha LPS 3000 PKW 4x4“ dinamometrinis stendas gali matuoti variklio galingumą tiek dvejais, tiek visais keturiais ratais varomiems automobiliams. Jis turi naujausią programinę įrangą, o hidrometeorologinė stotelė, stebinti aplinką, yra šio stendo sudedamoji dalis. Klientams rezultatų suvestinėje pateikiamos ne tik galios kreivės, kilovatų ir niutonmetrų skaičius, bet ir visi tikslūs aplinkos duomenys, pagal kuriuos buvo atlikti variklio galios matavimai. Be to, į variklį įsiurbiamo oro temperatūros duomenis „Maha“ galios matavimo stende esantis daviklis per OBD jungtį ima iš paties automobilio kompiuterio.
| Paslauga | Kaina |
|---|---|
| Variklio galios matavimas | 30 € |
| Grupėms nuo 5 iki 10 automobilių | 20 € |
| Grupėms virš 10 automobilių | 15 € |
Pastaba: Galingumas matuojamas arklio galiomis į alkūninį veleną. Stendas taip pat pamatuoja galingumo praradimą per transmisijos agregatus. Automobiliai su dygliuotomis padangomis nematuojami.
Variklio galios didinimas perprogramavimu: mitai ir realybė
Automobilio galios didinimas perprogramuojant variklio valdymo kompiuterį (chiptuningas) apipintas įvairiausiais mitais. Nemažai žmonių į tokį dalyką žiūri atsargiai, tikėdami, kad padidėjęs galingumas gali pakenkti varikliui, sumažinti resursą ar sutrikdyti sistemų veikimą. Svarbu pabrėžti, kad galios didinimas perprogramuojant variklio valdymo kompiuterį nėra būtinybė, o dažniausiai naudojasi tie, kurie nori pagerinti automobilio dinamines savybes.
Skeptikai teigia, kad tokie pakeitimai sumažina variklio resursą ir kenkia ne tik jo ilgaamžiškumui, bet ir kitiems svarbiems elementams, pavyzdžiui, turbinai. Specialistai pabrėžia, kad gamintojas siekia sukurti optimaliai veikiantį variklį, todėl mėginimai „patobulinti tobulą dalyką“ gali tik pabloginti, o ne pagerinti. Dažnai deklaruojamas galios prieaugis po perprogramavimo nebūna pasiektas, o degalų sąnaudos gali pakisti į neigiamą pusę. Be to, ekologiniai parametrai, atliekant variklio valdymo kompiuterio perprogramavimą, dažnai nėra kruopščiai analizuojami.
Padidėjęs variklio galingumas gali pakenkti ne tik pačiam varikliui, bet ir kitiems elementams. Jeigu galia padidinama, o transmisija tam nepritaikoma, ji gali neatlaikyti. Todėl būtina atsižvelgti ir į tai. Gedimus, atsiradusius po galios didinimo, gali nulemti ir blogai atlikti programavimo darbai, naudojant netinkamas priemones.
Prieš pradedant darbus, visuomet kritiškai svarbu atlikti automobilio diagnostiką važiuojant su juo gatvėje ir stebint momentinius parametrus. Dažnai galios didinimo pageidauja klientai, kurių automobilis dėl gedimų nebevažiuoja taip, kaip anksčiau. Natūralu, kad tokio automobilio variklio ir aplink jį esančių komponentų nusidėvėjimo lygis yra didelis, todėl didesnė apkrova gali sukelti gedimus.
Galios prieaugis labai priklauso nuo automobilio variklio būklės. Jei viskas gerai, dažniausiai gaunamas rezultatas yra apie 25-30 proc. prieaugis nuo esamos galios. Jei automobilio variklis bei jo komponentai yra tvarkingi, resursui absoliučiai jokios įtakos tai neturi, nes didžioji dalis parametrų keičiasi tik per 5-8 proc. Sėkmingų atvejų, kai apynaujas automobilis po galios didinimo nuvažiuoja 300 ar 400 tūkstančių kilometrų be problemų, pasiekiama dėl geros automobilio priežiūros. Todėl gedimus, dažnu atveju, lemia ne galios padidėjimas, bet netinkama priežiūra. Variklio galios didinimu perprogramuojant variklio valdymo kompiuterį užsiimantys specialistai teigia, kad viskam yra ribos ir jeigu jų laikomasi - rezultatas nenuvils.
Variklio galios sumažėjimo priežastys
Laikui bėgant, beveik kiekvienas vidaus degimo variklis praranda galią. Nerimą kelia staigus variklio galios sumažėjimas, jaučiamas važiuojant. Staigaus ar laipsniško variklio galios sumažėjimo priežastys gali priklausyti nuo daugelio gedimų, kurie dyzeliniuose ir benzininiuose varikliuose gali būti skirtingi.
Bendrosios priežastys
- Prastos kokybės degalai: Užteršti arba mažos energinės vertės degalai gali pabloginti oro ir degalų mišinio uždegimą, o per mažo oktaninio skaičiaus benzinas gali sukelti variklio valdymo bloko perjungimą į avarinį režimą ribojant galią.
- Užsikimšęs oro filtras: Neleidžia varikliui gauti pakankamai deguonies, todėl nebus įmanoma generuoti maksimalios galios. Būtina reguliariai keisti filtrą (kas 20-30 tūkst. km, dažniau važinėjant sunkiomis sąlygomis).
- Užterštas oro srauto matuoklis: Ant platininės jutiklio vielos nusėdus teršalams, jo rodmenys gali būti netikslūs, dėl to mažėja variklio galia, variklis dirba netolygiai ir gęsta veikdamas tuščiąja eiga.
- Užstrigęs EGR vožtuvas: Jei EGR vožtuvas neužsidaro variklio maksimalios apkrovos momentu, variklis pradeda dusti.
- Pažeistas degalų siurblys: Užsikimšęs degalų filtras (ypač žiemą dėl ledo ar parafino) arba pažeistas degalų siurblys gali sukelti galios sumažėjimą, o visiškai užstrigus siurbliui, variklio paleisti bus neįmanoma.
- Netinkamas deguonies jutiklio veikimas: Netinkamas signalas iš deguonies jutiklio gali sukelti per liesą arba per riebų oro ir degalų mišinį, dėl ko sumažėja variklio galia.
- Nesandari įsiurbimo sistema: Žarnų, tiekiančių orą varikliui, nesandarumas gali lemti variklio veikimo pablogėjimą dėl neteisingo oro kiekio nustatymo.
- Maža kompresija: Variklio galia didžiąja dalimi priklauso nuo kompresijos. Maža kompresija viename cilindre gali sukelti netolygų variklio veikimą ir virpesius. Priežastys: vožtuvų įstrigimas, vožtuvų lizdų išdegimas, stūmoklio žiedų susidėvėjimas arba įstrigimas, paskirstymo mechanizmo išsiderinimas.
- Susidėvėjęs turbokompresorius: Negali generuoti tinkamo slėgio, veikia delsdamas, variklis negali tolygiai generuoti galios. Garsus švilpimas greitėjant - nerimą keliantis požymis.
- Pažeistas oro aušintuvas: Aušina turbinoje suslėgtą orą. Kai oro aušintuvas yra pažeistas arba užsikimšęs, į variklį patenka karštas oras ir variklio galia sumažėja.
- Įpurškimo sistemos gedimas: Užsikimšę arba išsikalibravę degalų purkštuvai neužtikrina idealios oro ir degalų mišinio proporcijos, todėl prasčiau vyksta degimo procesas. Rekomenduojama pilti degalus tik patikimose degalinėse ir reguliariai keisti degalų filtrą.
- Prikibę stabdžiai: Variklio galios sumažėjimo pojūtis gali būti susijęs ne su varikliu, o su padidėjusiu pasipriešinimu dėl prikibusių stabdžių stūmoklių arba pažeisto rankinio stabdžio.
Benzininių variklių specifinės priežastys
- Uždegimo sistemos efektyvumas: Susidėvėjusios uždegimo žvakės, aukštosios įtampos laidai ir ritės negali generuoti kibirkšties, efektyviai uždegančios oro ir degalų mišinį.
Jei variklis pradeda gesti, trūkčioti arba netolygiai greitėti, verta nedelsiant kreiptis į mechaniką, kadangi tai gali būti rimtų problemų požymis.
tags: #kodel #automobilio #variklio #galingumas #matuojamas #ag