ИЗМЕРЬТЕ МОЩНОСТЬ ПОДВЕСНОГО МОТОРА: на стенде или мулинеткой

Какую мощность стал развивать мотор после переборки или ремонта, модернизации или форсировки? Какова потеря мощности, вызванная износом?

На эти и многие подобные вопросы наиболее точный ответ дают только испытания, в процессе которых может быть получена внешняя скоростная характеристика (рис. 1), - зависимость развиваемой двигателем мощности от числа оборотов при максимальном открытии дроссельной заслонки.

Непосредственно мощность двигателя не может быть измерена, и определяется косвенным путем - посредством замера крутящего момента и числа оборотов коленчатого вала с последующим расчетом по известной формуле:

Крутящий момент измеряют на специальных тормозных стендах. (Его можно установить для коллективного пользования на любой лодочной стоянке.) Основная и самая сложная его часть - собственно тормоз с весовым механизмом, с помощью которого можно измерять и регулировать задаваемую двигателю нагрузку (тормозной момент).

Существует много типов механических, гидравлических и электрических тормозов, но самый простой и доступный для самостоятельного изготовления - колодочный (механо-фрикционный) тормоз. Испытательный стенд с таким тормозом состоит (рис. 2) из жесткой стальной (например, сварной из уголка) рамы с "транцевой" доской для навешивания мотора, щитка для закрепления тахометра и силоизмерителя (динамометра), тормозного барабана и колодочного тормоза.

Колодочный тормоз (рис. 3) состоит из чугунного тормозного барабана, насаженного на гребной вал мотора вместо винта, нижней колодки тормоза, жестко связанной с рычагом, и верхней - свободно вращающейся на пальце. Винтом, который изменяет силу натяжения колодок, регулируется тормозной момент. Рычаг подсоединен к силоизмерительному устройству - динамометру. Для гашения колебаний рычага в плоскости вращения тормозного барабана к этому же концу рычага в горизонтальной плоскости приварена стальная пластина.

Перед замером мощности стенд устанавливается в резервуар с водой или прямо на дно водоема так, чтобы обеспечивалось нормальное заглубление "ноги" мотора. Можно вместо рамы сварить прямоугольный бак и наполнять его водой до необходимого уровня.

Мотор запускают с включенным ходом "вперед" при полностью отпущенных колодках тормоза. Следя за тахометром, постепенно увеличивают обороты и так же постепенно затягивают колодки, добиваясь, чтобы двигатель развил максимальное паспортное число оборотов при полностью открытом дросселе (положение ручки "полный газ"). Этот момент - начало измерений. Производится первая запись: показания тахометра в об/мин и показания динамометра в кг. Затем колодки вновь подтягиваются так, чтобы обороты двигателя снизились на 200-300 об/мин, после чего вновь записываются показания приборов. Так ступенями (ручка газа все время в положении "полный газ") через приблизительно равные интервалы снижается число оборотов, и на каждой ступени производится запись показаний тахометра и динамометра. Тормозить двигатель достаточно до 3000-3500 об/мин. После этого производится такое же ступенчатое отпускание колодок с записью показаний приборов и испытание заканчивается, когда обороты двигателя вновь достигнут своего номинального значения.

Крутящий момент (а он равен по абсолютной величине тормозному) вычисляется по формуле:

Вычисляя мощность, необходимо учитывать передаточное отношение редуктора, так как число оборотов измерялось у коленчатого вала, а тормозной момент на гребном валу.

По этой формуле вычисляется значение мощности на гребном валу, т. е. с учетом всех механических потерь в передаче. После подсчета мощности по всем точкам замера строится график зависимости N_e=ƒ(n) (рис. 1).

При использовании тахометра с ценой деления 100 об/мин, динамометра с ценой деления 0.2 кг (и принимая погрешность замера длины рычага ±1 мм) погрешность замера мощности будет лежать в пределах 2 - 2,5%, то есть при мощности мотора 20 л. с. абсолютная погрешность будет равна ±0.5 л. с. Для практических целей такая точность вполне достаточна.

Можно построить график зависимости мощности от оборотов и не прибегая к испытаниям на стенде. Для этого нужно воспользоваться тарированным лопастным гидравлическим тормозом (мулинеткой). На рис. 4 показана мулинетка, рассчитанная для применения на моторах мощностью 20-25 л. с., а на рис. 5 ее тормозная характеристика - зависимость потребляемой мощности от числа оборотов. При вращении мулинетки, установленной вместо гребного винта, вся мощность мотора расходуется на преодоление сил сопротивления вращению. Поэтому сам процесс измерений очень прост - мулинетка устанавливается вместо гребного винта, запускается мотор (установленный прямо на транце лодки) и при включенном ходе "вперед" на полном газу замеряется число оборотов коленчатого вала. Далее с учетом передаточного отношения редуктора по тормозной характеристике мулинетки определяется мощность, развиваемая мотором на гребном валу при данном числе оборотов. Таким образом находится одна точка внешней скоростной характеристики мотора. Для получения всей скоростной характеристики в интересующем нас диапазоне чисел оборотов необходимо воспользоваться эмпирическими зависимостями (рис. 6 и 7), установленными на основании обработки статистического материала и многократно проверенными автором на практике.

Мощность двигателя внутреннего сгорания (и, в частности, двухтактного) зависит от рабочего объема и числа цилиндров, числа оборотов, теплоты сгорания горючей смеси и ряда безразмерных коэффициентов, характеризующих рабочий процесс.

Относительная мощность опредляется по формуле:

Для этого необходимо вначале определить обороты мулинетки с учетом передаточного отношения редуктора i_p, то есть

Последовательно принимая значения меньше единицы (например, 0.95; 0.9; 0.85; и т д.), с помощью графика 6 определяем другие точки внешней характеристики.

Следует сказать, что при равных условиях точность этого метода несколько ниже, чем при испытаниях на стенде. Погрешность его определяется, с одной стороны, погрешностью графиков (которая уже независит от экспериментатора), и с другой - погрешностью измерения числа оборотов при испытаниях.

Для того чтобы общая относительная погрешность конечного результата при определении N_max не превысила 2-2.5%, необходимо измерять число оборотов не грубее, чем ±15 об/мин. К такой точности можно приблизиться, использовав для определения оборотов секундомер и счетчик импульсов, с помощью которых можно определить количество оборотов коленчатого вала за какой-то промежуток времени (не менее 25-30 секунд) и затем подсчитать среднее значение числа оборотов в минуту.

При работе с мулинеткой мотор должен быть заглублен так, чтобы полностью исключалась возможность прососа к ней воздуха; а также обеспечена работа в условиях "безграничной жидкости", т. е. эксперимент должен производиться на глубокой воде и в отсутствие стенок.

Мулинетку можно использовать для сравнительной оценки нескольких однотипных моторов: наибольшую мощность имеет тот мотор, который с той же мулинеткой развивает наибольшее число оборотов.

Графики рис. 5 и 6 могут быть использованы и самостоятельно, когда по каким-либо причинам отсутствует "фирменная" скоростная характеристика. В этом случае с их помощью по паспортным данным мотора N_ном и nном может быть построена характеристика, которая является некоторой средней характеристикой для моторов данной марки.

Замер мощности подвесного мотора с помощью мулинетки, безусловно прост и доступен. Однако мулинетка дает возможность снять только одну точку на внешней характеристике мотора. По ней, правда, можно рассчитать другие точки внешней характеристики, но, на мой взгляд, такой метод слишком приблизителен. Чтобы получить внешнюю характеристику мотора в интересующем диапазоне оборотов, необходимо иметь ряд соответственно подобранных и оттарированных мулинеток. Обычные конструкции мулинеток совершенно не пригодны для этих целей. Малопригодны эти мулинетки и для замеров мощности на двигателях различного уровня мощности. Кроме того, метод построения внешней характеристики двигателя по точке, полученной одним замером, и с использованием некоторой "стандартной" характеристики двигателя пригоден лишь для однотипных двигателей, имеющих отклонения друг от друга только технологического порядка. При переходе от одного типа двигателя к другому или при форсировке двигателя, когда вид внешней характеристики может существенно меняться, данный метод оказывается совершенно не пригодным.

В особенности это относится к специальным гоночным двигателям с настроенными всасывающим и выхлопным трактами и имеющим в силу этого внешнюю характеристику с ярко выраженным пиком в области максимальных оборотов.

Вот уже более десяти лет я использую нагрузочное устройство, позволяющее измерять мощность любого подвесного двигателя, включая гоночные. Нагрузочное устройство представляет собой цилиндрическую ступицу (рис. 1) с завинченными в нее съемными стержнями, т. е. мулинетку с изменяемой тормозной характеристикой.

Подбирая комбинации стержней различной длины, можно нагружать двигатель в очень широком диапазоне оборотов. Нагрузочную мощность для одной пары стержней можно определить расчетом - она пропорциональна кубу оборотов, диаметру самого стержня и четвертой степени диаметра мулинетки - круга, ометаемого концами стержней:

При установке двух, трех и более пар стержней мощность, поглощаемая мулинеткой, определяется как сумма мощностей, поглощаемых каждой парой, увеличенная приблизительно на 10%, что учитывает увеличение крутящего момента при близком расположении каждой пары стержней друг от друга, то есть:

При проведении замеров удобнее, если стержни изготовлены из прутка одного диаметра, например 10 мм. Для таких стержней поглощаемая мощность одной пары в зависимости от числа оборотов может быть определена по графику (рис. 2). Для моторов мощностью до 10-12 л. с. ("Москва", "Ветерок") достаточно двух пар стержней, для более мощных - четырех.

Для предотвращения вибрации мулинетки следует тщательно следить, чтобы и сама пара стержней и выступающие концы после завинчивания их в ступицу были одинаковой длины, а стержни длиной более 100 мм желательно изготовить из легкого сплава (Д16Т или АМГ). После завинчивания в ступицу стержни должны быть попарно законтрены проволокой.

Замер мощности следует начинать. с установки в ступицу максимального количества пар стержней наибольшей длины. Произведя замер числа оборотов коленчатого вала, которые разовьет двигатель при оптимальной регулировке, следует при каждом следующем замере уменьшать количество пар стержней или устанавливать стержни меньшей длины вплоть до достижения оборотов, превышающих номинальные на 10-15%. Таким образом выполняется 5-6, а лучше 8-10 замеров и строится внешняя характеристика. При замерах в каждой точке необходимо добиваться максимальных оборотов регулировкой опережения зажигания и карбюратора.

При расчетах следует помнить, что графики и формулы относятся к числу оборотов гребного вала, то есть замеры чисел оборотов должны быть пересчитаны с учетом передаточного отношения редуктора мотора.