Общество инженерно-технической трезвости (bmwservice) wrote,
Общество инженерно-технической трезвости
bmwservice

Модификаторы трения часть II: методики (v 0.6beta)

>>>>>Это заготовка крупной статьи, материал выкладывается постепенно. Итоговый вариант и FAQ будет опубликован по результатам обсуждения<<<<

Автомобильный двигатель работает по системе "пуш-пулл" - энергия очередной вспышки толкает соседние цилиндры, именно по этой причине равномерное вращение ДВС электромотором - всего лишь некоторая степень приближения к реальности вычисления потерь на трение. Таскать за собой автомобиль на веревочке ровным волочением, или же резкими короткими подергиваниями-импульсами - разные вещи, даже если автомобиль уже набрал некоторую скорость (инерцию).

В реальном двигателе постоянно присутствуют импульсные ускорения, которые сглаживает энергетический аккумулятор - маховик. Равномерное вращение двигателя электромотором без внутренних скачков давления - это допустимо приемлемая, но не идеальная аналогия для изучения реальных потерь.

Весь нижеследующий материал (в отличие от первой части статьи) посвящен реально возможным методикам контроля работающего двигателя.


Самое ожидаемое и очевидное среди "живых" методик - измерять выбег на торможении двигателем, скорость разгона, прохождения контрольного участка, максимальную скорость и некоторые другие сопряженные с динамикой величины. Такая работа уже была проделана ранее по моей просьбе читателем блога.

Разумеется, среди возможной и неизбежной погрешности таких измерений, нужно уметь выделять общую тенденцию.

Пример сравнительных измерений динамики авто подручными средствами, при последовательном использовании разных модификаторов трения:


Скорость выхода из 1000 м дистанции:


Усреднение расхода топлива при установившемся режиме движения:


График с измерением расхода топлива приведен специально, чтобы проиллюстрировать невозможность оценки модификации трения в установившемся режиме движения. Это все равно как оценивать сравнительную динамику разных авто при постоянной скорости в 60 км/ч, или комфорт подвески на прямой и идеально ровной дороге. Все попытки оценить "эффективность" в режиме установившегося движения тонут в погрешности измерений.

Если вы хотите оценить снижение расхода от модификации трения, схема сравнения должна включать длительную работу на холостом, разгоны и так далее - целый испытательный цикл. Проехать по трассе 1000 км в максимально спокойном режиме совершенно бестолку - " потерь на трение" в таком движении минимум, поэтому график мало коррелирует с первыми двумя.

Полный вариант отчета можно скачать по ссылке.

Сопуствующих вариантов измерения динамики очень много, существует великое разнообразие доступных программ и аппаратных комплексов:






На самом деле, подобные "живые испытания" безусловно одни из самых показательных, но в то же время являются емкими и сложными. Выделить из них чистый вклад модификации трения можно, но также трудоемко. Кроме того, подобные методики являются неоригинальным вариантом рассмотрения этой задачи - им сто лет в обед.

Поэтому перейдем к более простым и технологичным.

Существуют методики непосредственно связанные с проприетарным программным обеспечением, что не позволяет назвать их общедоступными. Эта методика потребует специализированный или универсальный сканер с поддержкой фирменного протокола диагностики. Сейчас, на самом деле, это тоже не так дорого, было бы желание.

Датчик положения коленвала позволяет отслеживать параметры ускорений поршней. Казалось бы - вот он, отличный параметр для контроля равномерности работы, косвенной оценки потерь на трение. Вкладка программы так и называется - "равномерность" (или "неравномерность?!"). Но довольно-таки легко отметить сложность абсолютного контроля данного параметра:


Он все время "дергается" и даже высчитываемые для всех цилиндров разом значения также не могут быть названы стабильными, подходящими для контроля:


По какой-то причине, более показательных величин, высчитываемых из сигнала датчика коленвала, ни одна известная мне программа не отображает. Очевидно потому, что весь смысл данного критерия при диагностике - выявить неисправный цилиндр. Побочных функций контроля этот алгоритм никто не вкладывал и не собирался. В случае, если для каких-то марок автомобилей или типов программ существуют более наглядные критерии, высчитанные по этому параметру, прошу сообщить.

Допустимый выход из положения предлагаю такой: просто отключаете один цилиндр (или даже несколько) и смотрите на "заторможенный" параметр - теперь двигатель просто "таскает" этот цилиндр за собой и значение его ускорений гораздо нагляднее в абсолютных величинах - почти не прыгает. После введения модификатора трения, ловить разницу в этом случае, будет гораздо проще:



Еще возможен вариант контроля одного из главных и специфических параметров двигателя - контроль передаваемого момента через современные средства диагностики АКПП. Все современные коробки "ZF" позволяют высчитывать и отображать момент передаваемый на коробку от двигателя. И если авто "не едет", это прекрасно видно по абсолютному значению достигнутого крутящего момента:


Можно также построить график разгона по реально передаваемому коробке крутящему моменту:


То есть - из коробки можно вытащить реальный крутящий момент и саравнивать его "до" и "после" любых манипуляций с маслами.

Всем известной альтернативой этой методики является т.н. Stall test - зная номинальные нагрузочные обороты затормаживания гидротрансформатора, вы получаете возможность оценить характеристику двигателя.

В современной интерпретации также возможен точный электронный контроль оборотов по тахометру и развиваемого момента (для тех АКПП, где существует контроль этого параметра - см. выше). Хотя даже "на глаз" у читателя блога все отлично получилось:

До модификатора трения:



После модификатора трения:


Идем далее.

Показательный для испытаний двигателя режим эксплуатации - холостой ход. Бесполезного трения тут максимум (по отношению к полезной работе), а инерционных сил накоплено минимум.



Ну а самое для нас интересное - режим смазывания граничный - давление масла в системе также находится на самом минимуме. Если и ловить показательное снижение трения "от свойств масла" в установившемся режиме вращения - стоит ловить его именно в таком режиме:

Современные двигатели управляются электронно - поддержание оборотов на холостом исключительно точное. Требования экологии заставляют дозировать смесь идеально, чему способствует также и качество исполнительных механизмов - дозирование смеси за цикл в таком режиме может составлять пару десятков микрограмм. Следовательно, откликаться на любое изменение подобная замкнутая система должна достаточно показательно. Снизьте внутренние потери и потребный расход горючего должен также пропорционально снизиться.

Вижу, что сам собой напрашивается сотни раз повторенный многими эксперимент - наблюдение за показаниями бортового компьютера - мгновенным расходом топлива, как показателем нагрузки (внутренних потерь).


Увы, но большинство таких индикаторов имеют загрубленный порог - производится округление до десятых (см. фото выше). Эффективность метода целиком зависит, попали ли ваши достижения в области снижения трения в производителем заложенный алгоритм интегрирования (округления). В значительном количестве случаев, вы будете наблюдать те же самые значения.

Кроме того, такой метод чаще всего не подходит для бортовых компьютеров т.н. "старой школы", но не только в виду объективно низкого качества реализации системы обратной связи.
Дело не только в железе и электронике.

Даже если все основные компоненты системы аналогичны современным (никаких полумеханических моновпрысков), подвести могут не только датчики, но и железные составляющие - моторы старого поколения не столь совершенны в ГРМ - никаких оптимизаций фаз, для столь неудобного режима холостого хода, в них нет. Расход у таких моторов "плавает" за оборотами - они прыгают заметно больше, чем в современных ДВС. Вот посмотрите на типичный образчик 90-х - его расход нестабилен, вылавливать прыгающие значения будет непросто даже при округлении до десятых.

Несмотря на то, что BMW электронный бортовой контроль параметров двигателя применила одной их первых в мире, аж в 83-85 г.г., а массовым стал, можно сказать, года так с 87... Но до двигателей поколения самого конца 90-х, увы, со сканером там делать почти нечего...



Отсюда выводим первый критерий: для успеха нам желателен автомобиль если и не первой свежести, но точно не старше 2000-го года, с разъемом стандарта OBD-II, который позволит работать с этими параметрами с заметно большей точностью.

Адаптеры OBDII на микросхеме ELM327 сегодня общедоступны и крайне недороги. Существует бесчисленное множество бесплатных и условно бесплатных программ для компьютеров, телефонов и планшетов и именно они способны предоставить требуемые параметры с большей точностью:

Расход топлива до модификатора трения:


Спустя некоторое время:


Величина расхода топлива вычисленная, так что не менее показательными могут быть и другие вычисляемые по датчикам расхода воздуха и времени впрыска параметры, например комплексная относительная и абсолютная "величина нагрузки" на двигатель:

До модификатора:


После модификатора:


Нагрузку в абсолютном значении можно заметно увеличить, включив мощные потребители типа компрессора кондиционера,
но эффект модификации трения будет отлично заметен и в этом случае:


После добавления модификатора:


Все эти величины стандартны для всех автомобилей последних годов выпуска - средства контроля и диагностики доступны каждому желающему, кто готов потратить пару тысяч рублей на адаптер ELM327.

Теперь напомню экспериментально полученные цифры из предыдущей части статьи:


Из чего следует, что на оборотах холостого хода суммарные потери на трение для типичного четырехцилиндрового двигателя составляют величину около 300 Вт.

Теперь выясним снижение потерь в процентах "было/стало" по очевидной пропорции, например вот так:


Обычно, какие бы величины вы не использовали, реальное абсолютное их снижение при модификации трения составит примерно от 5 до 10%.

Найдем дополнительную нагрузку в автомобиле, которая примерно аналогична полученному снижению. Например, в качестве эквивалента нагрузки можно пробовать моторчик вентилятора в максимальном режиме обдува - установите его в предельное положение:


Известно, что большинство электромоторов вентилятора автомобилей компактного класса имеют мощность около 100-150 Вт,


в данном случае, это оказалось почти точным эквивалентом снижения потерь, так как значения вернулись на прежний уровень:


Сводим все полученные цифры воедино и утверждаем, что:

5% снижения нагрузки для данного двигателя сравнимы с величиной потерь примерно 100-150 Вт. А это, в свою очередь, составляет до 30-40% от абсолютных потерь на трение.

Подобная методика позволяет выделить и оценить "чистый" вклад потерь на трение. При аккуратном выполнении простых условий, она также позволяет однозначно оценить относительную и даже абсолютную эффективность примененного смазочного материала.


Какие методики применимы для каких модификаторов трения и почему - в окончательной редакции статьи в самое ближайшее время.

>>>>>Это заготовка крупной статьи, материал выкладывается постепенно. Итоговый вариант и FAQ будет опубликован по результатам обсуждения<<<<
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 22 comments