Auton säätäminen dynamometrillä
.Tämän jutun tarkoituksena on auttaa auton rakentajaa selviämään säätöreissusta mahdollisimman sujuvasti, edullisesti ja parhaalla mahdollisella lopputuloksella sekä välttämään ne yleisimmät sudenkuopat Ja selventää vähän mitä se säätäjä tekee ja mihin sillä pyritään. Aihe on todella laaja, joten kaikkea ei yhteen blogitekstiin saa järkevästi mahtumaan.
Auton kunto
Monta kertaa autoa dynamometrille tuotaessa on auto saatu ehkä juuri käyntiin, ei välttämättä edes sitä. Joten tuntemattomia asioita juuri rakennetussa autossa on aina useita. Kuinka polttoainelaitteet toimii, mihin asti kipinä riittää, toimiiko ahtopaineensäätö kuten pitää jne. Tässä oikeastaan näitä yleisimpiä ongelmia mihin ensimmäistä kertaa autoa säädettäessä törmää.
Polttoainelaitteet
Kannattaa lukea aikaisempi blogipostaus polttoainelaitteista. Näitä ongelmia on kohdalle sattunut usein. Todennäköisesti yleisin ongelma siellä puolella on ollut että polttoainepumpun / pumppujen tuotto ei ole ollut riittävä moottorin tuottamalle teholle. Eli, koko polttoainejärjestelmän on oltava kykenemään tuottamaan riittävästi polttoainetta, minkä moottori tarvitsee. Liian pieni polttoainepumppu aiheuttaa paineen romahtamisen kiskolla kun moottori imee enemmän polttoainetta kuin sinne tulee. Pitää aina muistaa että paine muodostuu siitä että polttoainetta tulee enemmän kuin menee, ja sitä päästetään sitten hallitusti pois siten että paine pysyy ylhäällä. Jos kaikki polttoaine katoaa ennen kuin pääsee edes paineensäätimelle asti, niin painetta ei voi syntyä.
Toinen yhtä tärkeä on se että polttoainepumpulla on mahdollista imeä sieltä tankista riittävästi. Liian lähellä pohjaa oleva imusuodatin, lytyssä tai puristuksessa olevat polttoaineletkut aiheuttavat sen että pumppu ei saa imettyä niin paljon polttoainetta että se voisi tuottaa riittävästi.
Myös tukossa oleva polttoaineensuodatin, tavalla tai toisella tukkeentuneet polttoainelinjat, kiskot, tms aiheuttavat ongelmia. Ja myös paluupuoli pitää olla siten että virtaus siellä on riittävän vapaata. Esimerkiksi tankin pohjaan tuotu paluupuoli aiheuttaa sen että tankissa oleva polttoainemäärä jarruttaa palaavaa polttoainetta, joka taas aiheuttaa tankissa olevan polttoaineen määrän mukaan vaihtelevan polttoainepaineen. Ja koska polttoainepaine vaikuttaa merkittävästi suuttimista läpi menevään polttoainemäärään, niin tuollaista on mahdotonta säätää niin että se toimisi, vaan kartta muuttuu jatkuvasti.
Myös liian pienet suuttimet on mahdollisesti ongelmia aiheuttava juttu. Niihinkin löytyy hyviä laskureita netistä. Nostamalla polttoainepainetta asiaa voi hieman paikata, mutta yleensä melko vähän. Riittävät suuttimet on sitten ainoa millä saa pysyvästi hyvän lopputuloksen
Sytytyslaitteet
Sytytyslaitteiden määrittäminen riittäväksi onkin sitten haastavampi homma, siihen kun ei ole mitään suoraa laskukaavaa millä riittävyyden voisi laskea. Tässä kannattaa lukea sitten tuo aikaisempi blogi sytytyslaitteista. Mutta hyvät sytytyspuolat, hyvät johdotukset, maadoitukset ja hyväkuntoiset tulpat auttaa jo pitkälle.
Kannattaa myös nakutusanturille tms katsoa paikka valmiiksi. Jos lohkosta löytyy vapaa M8 tai M10 kierre, niin ne kelpaavat kovasti. Se kierre kannattaa avata etukäteen, esimerkiksi rautalohkoisissa se saattaa ruostua suht pahasti umpeen, jolloin pultin ruuvaaminen siihen on haastavaa.
Ahtopaineen ohjaus
Tämä on todella yleinen ongelma säädettäessä autoja. Joko hukkaportin letkutus on väärin, tai jouset liian tiukat taikka liian löysät. Tai sitten hukkaportin lähtö on semmoiseen suuntaan että pakokaasu ei löydä sinne. Lähtökohtaisesti sen on syytä olla virtauksen suuntaan. Moottorista tuleva pakokaasu ei halua vaihtaa suuntaa, vaan jos hukkaportin lähtö on eri suuntaan kuin virtaus, niin pakokaasu mielummin jatkaa matkaa sinne ahtimeen, aiheuttaen ns. boost creepiä. Eli ahtopaine jatkaa nousemistaan, vaikka sitä ei enää haluttaisi. Ja tuo boost creep on täysin hallitsematon, eli riippuu kuormasta jne. Eli vaikka dynossa saisikin pitäydyttyä alle toivoitun maksimipaineen, niin ajossa se todennäköisesti kuitenkin ylittyy.
Jouset kannattaa ottaa kaikki mukaan mitä hukkaportin mukana tulee. Esimerkiksi MAC venttiilillä pystytään kyllä nostamaan ahtopainetta, mutta sitä ei pysty nostamaan niin paljon kuin ikinä haluaa, vaan hukkaportin mekaniikka tulee vastaan. Eli jos jousessa ei ole riittävää jäykkyyttä, niin se ahtopaine ei vain nouse vaikka tekisi mitä. Tähän vaikuttavia asioita on paljon, esimerkiksi 4-porttisella MAC venttiilillä yleensä pystyy nostamaan enemmän kuin 3-porttisella. Koska vaikuttavia asioita on paljon, niin esimerkiksi porttien mukana tulevat jouset, joiden ilmoitetaan rajaavan ahtopaineen lukemaan X, eivät ole mitenkään eksakteja, vaan ne rajaavat paineen suunnilleen ilmoitettuun lukemaan.
Paras keino tähän on käyttää laadukkaita osia, miettiä hukkaportin asennus hyvin, ottaa kaikki jouset dynoon mukaan. Ja mielellään asentaa hukkaportti siten että jousen vaihto onnistuu ilman tuntien työtä.
Auton kunto yleensä
Tässä auttaa paljon jos auton saa käyntiin ja käytettyä lämpimäksi muutaman kerran ennen dynamometriin tuomista. Tällöin saa tarkistettua ettei ole öljyvuotoja, polttoainevuotoja, jäähdytysnestevuotoja. Jäähdytysjärjestelmä toimii. Kaikki sellaisia asioita että niitä on paljon mukavampi ratkoa rauhassa kuin hädällä dynamometrissä, jossa kuitenkin kaikki lähtökohtaisesti maksaa enemmän. Taikka lähteä kotiin korjaamaan ja tehdä uusi reissu.
Tehdään oma kirjoituksensa tuosta ensimmäisestä käynnistyksestä ja hyvä tekniikka siihen sitten myöhemmin.
Varsinainen säätötapahtuma
Säätäminen on pääasiassa sen optimoimista mitä moottorin mekaniikasta on saatavilla. Loppujen lopuksi siinä on hyvin vähän taikatemppuja tehtävissä. Turvallinen seossuhde millä välillä voidaan moottori säätää on kuitenkin rajallinen. Sen vaikutus maksimitehoon on hyvin moottorista riippuvainen, mutta usein aika pieni.
Ahtopaineen rajaa se mitä ahdin pystyy tuottamaan, mihin hukkaportti rajoittamaan ja mitä moottori kestää
Sytytysennakko
Sytytysennakolla on todennäköisesti suurin vaikutus tehoon, mutta sekin vaikutus pienenee mitä lähemmäs optimia mennään. Kaukaa lähdettäessä ensimmäiset asteiden lisäykset saattaa tuottaa useita kymmeniä hevosia lisää, mutta viimeisten vaikutukset on sitten ihan 1-3hp luokkaa. Sytytysennakon säädöllä pyritään saamaan painehuippu sylinterissä sopivaan kohtaan suhteessa moottorin geometriaan. Eli, painehuippu halutaan siihen kohtaan moottorin kiertoa että paine painaa mäntää alaspäin siinä kohtaa jossa se painaa sitten kiertokangen kautta kampiakselia mahdollisimman tehokkaasti. Karkeasti tämä kohta on yleensä jossain 15-20 asteen välissä YKK jälkeen, mutta varsinaiseen arvoon vaikuttaa kampikoneiston geometria. Jos painehuippu halutaan YKK jälkeen, niin miksi sitten kipinä annetaan ennen YKK? Sylinterissähän ei tapahdu välitöntä räjähdystä, vaan kyseessä on palotapahtuma. Ja paineennousulle joudutaan antamaan aikaa. Alla olevassa PLEX Combustion analyzerin esittelyivideossa näkyy hyvin tuo painekäyttäytyminen sylinterissä
Eli koska oikea painehuipun kohta on riippuvainen kampikoneiston geometriasta, niin mitäs sitten jos painehuippu ei osu lähelle optimia? Liian myöhäinen pyrkii tekemään painehuipun vasta kun mäntä jo karkaa alta pois. Tämä selittää myös sen että miksi lähestyttäessä optimia se asteen lisääminen ennakkoon on merkitykseltään pienempi kuin asteen lisääminen siellä kauempana optimista.
Liian aikainen ennakko sitten “pyrkii painamaan kampiakselia lohkosta läpi”, eli kiertokanki on sellaisessa kulmassa että voima ei suuntaudu pyörittämiseen vaan mekaaniseen rasitukseen. Käytännössä kiertokangen laakerit yleensä ensimmäisenä ottavat itseensä. Tämä siis moottorissa joka ei ole nakutusrajoitteinen, eli ennakon lisääminen ei vielä aiheuta nakutusta. Monta kertaa E85 polttoaineena käyttävät moottorit ovat tällaisia, eli suurin mahdollinen teho saavutetaan ennen kuin nakutusta aiheutuu. Mutta tämä on täysin moottoririippuvainen kysymys.
Moottori saattaa tuottaa enemmän tehoa vielä nakuttaessaankin, eli teho saattaa lisääntyä vaikka nakutusta esiintyy, mutta turvallista se ei tietenkään ole. Ja sama toisin päin, eli jos moottori ei ole nakutusrajoitettu, niin teho ei enää kasva, vaikka nakutusraja on vielä kaukana. Näin ollen myöskään moottorin säätäminen siihen asti että nakutusta esiintyy ei ole turvallista, eikä järkevää. Teho saattaa jo laskea ja moottorin rasitukset kasvaa
Nakutus / esisytytys
Esisytytys tapahtuu jos polttoaine-ilma seos syttyy ennen kuin kipinä annetaan. Yleensä jostain hehkuvasta, kuten esimerkiksi liian kuumana käyvästä sytytystulpasta. Tämä on hyvin vaarallinen palotapahtuma ja pahimmillaan johtaa moottorin täystuhoon hyvin nopeasti. Pienempiä oireita asiasta saattaa olla esimerkiksi kadonneet sytytystulpan sivuelektrodit tai vastaavat mekaaniset vauriot. Tämän välttämiseksi tärkeää on moottorille sopivan lämpöarvon sytytystulpat ja sellainen seos ettei se aiheuta reilua karstoittumista. Kilpa-auton moottorissa karstoittuminen on harvoin ongelma, katukäytössä olevassa paljon mahdollisempi. Nakutuksentunnistus ei välttämättä pysty esisytytykselle mitään, koska
Nakutus taas tapahtuu vasta kipinän sytyttämisen jälkeen, ja yleensä nimenomaan siellä palotapahtuman / paineennousun loppupuolella. Tätä kutsutaan moottorinohjauksissa yleensä nakutusikkunaksi, eli ajaksi sytytyshetken jälkeen jolloin nakutusta yleensä ottaen voi esiintyä. Nakutus syntyy kun kipinästä lähtenyt palorintama nostaa painetta ja lämpötilaa sylinterissä, niin se sytyttää palorintaman ulkopuolella olevan seoksen puristussytytyksellä. Miksi sitten aikaisempi sytytys aiheuttaa tämän helpommin? Myöhäisellä sytytyksellä suurinta paineennousua rajoittaa se jo edeltä paremmin pakenevassa oleva mäntä. Entä sitten liian laiha seos ja sen aiheuttama nakutus? Laiha seos nostaa palolämpöjä sylinterin sisällä, ja tämä aiheuttaa sitten taas sitä palorintaman ulkopuolista syttymistä.
E85 on tässä kohtaa paljon helpompi polttoaine, sen nakutuskestävyys on suurempi ja koska sitä syötetään se 30-35% enemmän sylinteriin, niin se syötetyn polttoaineen määrä jo jäähdyttää palotapahtumaa merkittävästi
Nokka-akselit
Nokka-akseleiden ajoitusta säädettässä rajusti yksinkertaistettuna kyse on siitä että mihin kohtaan kierrosaluetta haetaan sitä maksimi vääntöä. Vähän ehkä turhankin raju yksinkertaistus, mutta siis oikeastaan juurikin sitä moottorin käyttöaluetta ja minkälainen se on. Alla 4AGE Garagen erinomaisen selkeä video aiheesta Jos nokka-akseleita on mahdollista säätää, niin tärkein tieto tässä on se että paljonko niillä on mahdollista säätyä. Eli missä kohtaa venttiili ottaa mäntään kiinni, sitä ei ole syytä viedä liian lähelle.
Polttoaineseos
Oikea polttoaineseos on sekä kestävyyden että tehontuoton kannalta ehdottoman tärkeä. Tasaisessa kiihdytyksessä, tasaisessa ajossa jne tämä on helppoa. Haaste tulee sitten kun kaasuläpän asentoa muutetaan nopeasti. Suuressa osassa moottorinohjauksia kiihdytysrikastus tehdään vain rikastamalla määrä X kaasuläpän liikkeen mukaan, eri määrä eri kierroksilla. Ja tämä toimii aivan hyvin. Mutta itse tapahtuma imukanavassa on huomattavasti monimutkaisempi, ja oikeastaan ainoa moottorinohjaus johon tuota on mallinnettu on Megasquirt. Eli aina kun polttoainetta suihkutetaan suuttimesta, osa siitä tarttuu imukanavan seinämiin ja sitten ilman virratessa siitä ohi, haihtuu ilmavirtauksen mukaan. Seinämiin tarttuva polttoaineen määrä myös luonnollisesti vaihtelee ilmavirtauksen määrän, ja syötettävän polttoainemäärän mukaan. Suurin osa valmistajista ei ole lähtenyt tuota mallintamaan, koska tuo kaasuläpän asento toimii riittävän hyvin ja on helpompi säätää, mutta oikein toteutettuna X-tau tyyppinen kiihdytysrikastus on parempi / tarkempi kuin perinteinen. Eikä se niin kovin vaikea ole säätääkään. En sukella aiheeseen tässä sen syvemmin, koska ei ole nopea ja lyhyt selittää hakusanoilla X-Tau ja Wallwetting tietoa löytyy kyllä.
Lambda
Lambda arvo itsessään on jäännöshapen määrä pakokaasussa, mutta koska jäännöshapen määrä riippuu palotapahtuman polttoaineseoksesta, niin tästä pystytään näkemään seossuhde. Vanhemmissa autoissa käytetty niin sanottu kapekaistainen lambda on hieman kärjistettysti vain katkaisija joka vaihtaa asentoa lambda 1 kohdalla. Joten säätämisessä sillä ei tee mitään. Säätämiseen tarvitaan laajakaistalambda, esimerkiksi AEM 30-0300 Siitä ulostuleva signaali on lineaarinen seossuhteen mukaan, joten sillä säätäminen eri seosuhteille onnistuu.
Lambda mittarit näyttävät joko seossuhdetta tai lambda-arvoa. Tämä on oikein hyvä, niin kauan kuin polttoaine on bensa. Mutta, lambda mittari mittaa nimenomaisesti lambda-arvoa. Se näytettävä seossuhde on sitten laskennallinen arvo siitä, eli bensan tapauksessa koska stokiometrinen seossuhde on noin 14.7, niin lambda 1 lasketaan olevan 14.7. Mutta, jos vaihdetaan polttoaine E85:seksi, niin stokiometrinen seossuhde on 9.85. Lambda siinä kohtaa on edelleen 1, mutta laajakaista näyttää edelleen sen laskennallisen arvon 14.7, vaikka todellinen seossuhde on ihan jotain muuta. Siksi ehdottomasti käytännöllisempää on käyttää säätämisessä lambda-arvoa, joka on sama riippumatta polttoaineesta. Vähentää ihmettelyä paljon.
Pyöräteho, napateho, koneteho
No dynamometri näyttää teholukemia. Hämmennyksen lisäämiseksi yksi näyttää pyörätehoa, toinen napatehoa ja kolmas moottoritehoa. Kaikki samasta autosta mutta eri numerot. No miksi näin? Jos moottoria ei irroiteta autosta ja mitata suoraan kampiakselin päästä tehoa, niin se ilmoitettu moottoriteho on aina laskennallinen. Eli jos mittaus tapahtuu navoilta, niin siitä lasketaan voimansiirron häviö pois, ja sillä saadaan laskennallinen moottoriteho. Mitattaessa pelkkää napatehoa, tuota häviötä ei lasketa vaan kerrotaan se teho mikä sieltä navalta on mitattavissa, eli moottoriteho - voimansiirron häviöt. Ja koska voimansiirron häviöt ovat erilaiset moottorijarrussa ja veto päällä, niin laskennallinen moottoriteho on parhaassakin tapauksessa arvio.
Pyöräteho sitten taas nimensä mukaisesti mitataan autosta siten että renkaat on kiinni ja rullan päällä. Tässä tehohäviö lisääntyy napatehoon nähden merkittävästi, koska mukaan tulee erittäin suuri numeroita pienentävä tekijä - renkaan muodonmuutos. Tällä on suurempi vaikutus numeroihin kuin sillä voimansiirtohäviöllä. Usein kuulee väitteitä että voimansiirtohäviö olisi jopa 15-20%, mutta tämä pitää oikeastaan paikkaansa ainoastaan silloin kun kyseessä on myös renkaan muodonmuutos. Pelkästään vaihteiston ja perän aiheuttama häviö on merkittävästi pienempi. Vähän lähteestä riippuen 5-10%, josta 10% on todennäköisesti yläkanttiin. Puhuttaessa siis manuaalivaihteisesta autosta, automaattivaihteinen saattaa hukata merkittävästi enemmän.
Mittaustavan merkitys
Mikä merkitys sitten tuolla mittaustavalla on säädettäessä? Hyvin vähäinen. Tärkeintä on mittauksen toistettavuus ja se että työkalu on tuttu säätäjälle. Ainoastaan siinä vaiheessa kun tehoa on niin paljon että rengas alkaa luistamaan rullalla, niin tuota toistettavuutta ei voida pitää luotettavana. Eli säätäjä kaipaa nimenomaan sitä että kahden vedon välinen ero ei ole suuri (ilman muutoksia säätöihin) vaan ne vedot vastaavat toisiaan. Napadyno yleensä mahdollistaa jarruttamisen hieman rajummin, koska “pito” on parempi, mutta rullilla ajaminen taas mahdollistaa tiellä ajamisen simuloinnin realistisemmin. Tämäkään toki ei ole yksiselitteinen totuus, vaan dynovalmistajien välillä saattaa olla eroja. Tuo yllä mainittu ero on semmoinen yleinen ero, joka riippuu dynamometrin rakenteesta. Niin kuin aina, täydellistä ratkaisua ei ole olemassa, kaikissa on hyvät ja huonot puolensa. Kuten sanottua, tärkeintä on että säätäjä tuntee työkalunsa, mihin sillä pystyy ja miten se käyttäytyy
Dynojen kalibroinnissa on myös eroja, ja suuren osan dynoista saa myös kalibroitua siten “pieleen” että se esimerkiksi näyttää todellista suurempia “myynti” lukemia. Yleisesti voi todeta että jos dynossa tulee suurempia lukemia kuin missään muualla, niin todennäköisesti kalibrointi on tehty väärin. Yleensä tästä ei tietenkään ole haittaa, kunhan tulokset on toistettavissa, mutta joissain tilanteissa se voi hankaloittaa ongelmien havaitsemista kun dyno näyttää ihan hyviä lukemia, mutta todellisuudessa joku on pielessä. Varsinkin sitten kun mennäänkin syystä tai toisesta toiseen dynoon ja siellä lukemat on reilusti alle edellisen ja sitten ihmetellään että mihin tehot ovat kadonneet.
Ja vaikka siinä väärin kalibroidussa tulisi suuremmat numerot, niin auto ei kulje niillä numeroilla yhtään kovempaa.
