Как работает динамометр?

ПРИМЕЧАНИЕ: в следующем примере предполагается, что мощность измеряется в фунт-футах и лошадиных силах. Динамометры также могут измерять крутящий момент в ньютон-метрах или киловаттах, а также в любых других единицах измерения крутящего момента и мощности.

Для начала давайте договоримся о терминах. Если говорить о транспортных средствах, то существует два основных типа динамометров: для двигателя и для шасси.

Динамометр для двигателя (сокращённо динамо) измеряет крутящий момент, создаваемый коленчатым валом двигателя. Вот более крупный динамометр для двигателя с установленным на нём двигателем:

Судя по всему, к нему прикреплён двигатель Detroit Diesel. Обратите внимание, что двигатель соединён с динамометрическим стендом только через выходной вал (закрыт жёлтой деталью).

Шасси-динамометр измеряет крутящий момент двигателя, передаваемый на шины. Вот один из таких динамометров, установленный на земле, с автомобилем сверху:

На фотографии вы видите большой цилиндр под задними (ведущими) колёсами автомобиля. К большому цилиндру прикреплено измерительное устройство для данной конкретной модели.

Динамометрический стенд предназначен для измерения крутящего момента в заданной точке (на коленчатом валу двигателя или на колесах, в зависимости от модели) и частоты вращения, при которой измеряется крутящий момент. Для этого (например, в случае с динамометрическим стендом для двигателя) двигатель устанавливается (или, как говорят некоторые, «прикрепляется") на подставку. Эта подставка находится рядом со стендом, и оператор может установить между ними соединительный элемент. Затем к двигателю подключаются все электрические, топливные и охлаждающие системы. Кроме того, подключаются все имеющиеся датчики, чтобы оператор мог контролировать работу двигателя и убедиться, что он функционирует должным образом, или отключить его, если возникнут проблемы. После этого запускается двигатель, и динамометрический стенд измеряет крутящий момент, создаваемый двигателем.

Чтобы измерить крутящий момент двигателя, динамометрический стенд должен создать определённое сопротивление, а затем измерить его. Это сопротивление передаётся на компьютер, который вычисляет величину крутящего момента на заданной скорости и на основе этих данных может рассчитать мощность в лошадиных силах. Существует два основных способа создания сопротивления для двигателя.

В динамометрическом стенде жидкостного типа используется устройство, похожее на гидротрансформатор в автоматической коробке передач. Разница в том, что сопротивление соединительного устройства можно регулировать для контроля скорости двигателя.

Другой тип динамометрического стенда — вихретоковый. Вместо гидромуфты для управления частотой вращения двигателя используются вихревые токи. Представьте себе гигантский генератор, который может создавать нагрузку, генерируя ток, который снижает частоту вращения двигателя.

И гидродинамические, и вихретоковые динамометры называются тормозными динамометрами, потому что в них используется тот или иной метод создания тормозного усилия, которое контролирует работу двигателя. Совершенно другой метод измерения крутящего момента с помощью динамометра — это инерциальный динамометр, который вычисляет, с какой скоростью двигатель или шины могут разогнать известную массу. Этот метод основан на совершенно иной предпосылке, чем тормозной динамометр. Поэтому результаты измерений могут отличаться.

Когда двигатель работает на динамометрическом стенде, он создаёт крутящий момент. К динамометрическому стенду подключены датчики, которые могут определять величину движения (фактическое скручивание самого устройства), создаваемого муфтой. Эта сила преобразуется в величину создаваемого крутящего момента. Во время тестирования двигатель работает на полностью открытой дроссельной заслонке (WOT). Динамометрический стенд оказывает сопротивление двигателю при увеличении числа оборотов. Чтобы измерить величину крутящего момента, сопротивление должно быть достаточным для удержания двигателя на заданной частоте вращения, но при этом не перегружать двигатель (не препятствовать его работе в диапазоне оборотов). По мере увеличения частоты вращения двигателя датчик выполняет свою функцию и считывает величину создаваемого крутящего момента.

Шасси динамометрического стенда работает примерно так же (как с жидкостным, так и с вихретоковым динамометром), но измерения проводятся на колесах (шинах), когда они соприкасаются с поверхностью вращающегося барабана. На шины оказывается сопротивление, и измеряется крутящий момент. При измерении на шинах крутящий момент/мощность всегда меньше, чем при измерении на коленчатом валу, из-за потерь в трансмиссии. Потери в силовой передаче — это потери, возникающие при передаче мощности через трансмиссию, карданный вал (при его наличии), при изменении направления движения через дифференциал, через оси и шины. Как правило, при использовании механической коробки передач потери составляют около 15 %, а при использовании автоматической — 18–20 %.

Рассчитать лошадиные силы (л. с.) несложно, в основном потому, что это просто математическое уравнение, которое даёт нам результат. Чтобы рассчитать л. с., просто выполните следующие действия:

P = (T * N) / constant

Где:

P = Power (hp)

T = Torque (lb-ft)

N = Rotational Speed (rpm)

C = Constant (5252)

ПРИМЕЧАНИЕ: Константа 5252 — это округлённое значение (33 000 фут-фунтов в минуту)/(2π рад/об)

Поскольку это чисто математическая задача, компьютер может на лету вычислить точное количество лошадиных сил, если ему известно, с какой скоростью работает двигатель и какой крутящий момент он создаёт на этой скорости.