История развития мощностных измерений

В любом случае, это означало, что уже была необходима единица измерения мощности.   Первое определение метрической единицы л.с. (лошадиной силы) восходит своими корнями также к Джеймсу Уатту.

Спустя 200 лет, новая единица мощности была названа именем изобретателя: Ватт и сейчас является унифицированной единицей измерения мощности. Старая добрая метрическая лошадиная сила была отменена с введением системы СИ (Система Интернациональная) и, в соответствии с официальными правилами,  допускалась к применению только в качестве дополнительной единицы измерения.

Победный марш парового двигателя задал направление развития прогресса: железные дороги и локомотивы с паровыми двигателями были еще одной вехой на пути к индустриальному обществу.  За 80 лет до появления первого автомобиля, в конце 80-х годов 19 века первый паровой локомотив уже двигался по железной дороге, и это направление промышленности развивалось чрезвычайно быстро.  Локомотивы были быстрые, тяжелые и, конечно же, дорогие. Для контроля  и, по возможности,  для снижения  грандиозных операционных расходов при эксплуатации этих монстров необходимо было измерять их эффективность. Для этих целей сначала использовали специальные измерительные тележки, которые цеплялись к локомотивам. 

Гидромеханические измерительные устройства и пружины передавали силу с валов этих «лабораторий»  на автоматические приборы измерений внутри тележек.  Совместно с другими измерительными системами это позволяло измерить постоянное тяговое усилие, работу, мощность, скорость движения и другие параметры с разрешением до 0,1 с.  Эти измерительные тележки заложили важный фундамент для финансово – успешного  производства и развития железнодорожной сети по всему миру. 

Во избежание нарушений плотного графика железнодорожного движения длительными  тестовыми заездами локомотивов с измерительными тележками, а также для того, чтобы сделать измерения независимыми от погодных условий, были созданы стационарные измерительные системы.  Это были гигантские залы с  внушительными роликовыми динамометрами, установленные на них локомотивы можно было испытывать под различными нагрузками с любой длительностью.  В тот же момент получили развитие, в соответствии с возможностями современных технологий измерений, системы оценки выхлопных газов и измерения расхода топлива, что также было обусловлено необходимостью оптимизировать эффективность паровых локомотивов в целом.  В этих динамометрах все еще использовали большие, относительно простые водяные тормоза под каждым приводным колесом для обеспечения различных нагрузок. Такие гидравлические динамометры были доступны для коммерческого применения, начиная с 1881 года после их изобретения Вильямом Фродом (William Froude). 

Пионеры автомобильной промышленности уже могли заимствовать опыт железнодорожной индустрии для тестирования своих двигателей и транспортных средств. Однако такие масштабные испытания не всегда были доступны только зарождающейся автомобильной промышленности. Приходилось сталкиваться со множеством сложностей начального периода развития в попытках увеличить общественное признание данного вида транспорта.

Также следует отметить тот факт, что вплоть до 1928 года, в соответствии налоговым законодательством Германии, для клиента более важным, чем фактическая мощность транспортного средства, была, так называемая, «налоговая лошадиная сила». Величина налоговой лошадиной силы (н.л.с.) рассчитывалась не от фактической мощности двигателя, а с помощью простой математической формулы, основанной на размерах цилиндра (одну налоговую лошадиную силу «выдавал» четырехтактный двигатель с рабочим объемом 261,8 см³). 

В начале ХХ века налоговая лошадиная сила была достаточно близка к реальной лошадиной силе (л. с.); с развитием же двигателей внутреннего сгорания реальная лошадиная сила стала больше, чем н. л. с. в десять и более раз. Данная практика делала не актуальным вычисление реальной лошадиной силы, поэтому часто она исчислялась неточно или просто выдавалась производителем. Так, например, производитель заявлял следующие характеристики Audi 18/70 PS 1925-го года (M-type выпускалась с 1924 по 1927, один из самых дорогих автомобилей того времени): автомобиль с 18 налоговыми лошадиными силами оснащен двигателем с объемом  4,5 литра и эффективной мощностью в 70 лошадиных сил. Действительно ли эти 70 лошадиных сил были достижимы данным автомобилем, оставалось скорее на совести маркетологов, нежели инженеров, хотя эффективную мощность даже в то время можно было измерить с достаточной точностью. 

Пока производство автомобилей еще не стало массовым, и процессы производства не отвечали более поздним индустриальным стандартам, каждый произведенный двигатель испытывался  и измерялась его мощность. Такие измерения производились при помощи упомянутого ранее динамометра с водяным тормозом.  Альтернативные средства были довольно устаревшими конструкциями со сравнительно примитивными датчиками силы, например, с простыми ленточными тормозами. Эта и последующие разработки, например тормоз де Прони (de Prony), имели в основе сухое трение, поэтому не подходили для автомобильной индустрии, по крайней мере для инженерного применения.  Электрификация технологий на рубеже веков имела решающее значение для зарождающейся автомобильной индустрии. Двигатель внутреннего сгорания занял лидирующие позиции по сравнению с паровым и электрическим двигателями.

Электродвигатели переменного, постоянного тока и электромагнитные индукционные тормоза начали использовать в динамометрических стендах  для автомобильной индустрии для применения значительно позже, где-то в 1930-х годах.

И даже после Второй мировой войны такие динамометры были доступны и использовались исключительно для исследований и разработок промышленного масштаба. Параллельно, еще до войны в Америке, в среде автомобильного спорта и механиков–энтузиастов начали зарождаться традиции измерений мощности автомобилей.  Относительно дешевые гидравлические тормоза, используемые в этих гаражах, стали широко распространенными в Америке.

Широкое распространение автомобилей порождает первые уличные состязания “на скорость”.  Любители гонок начинают перестраивать свои автомобили. Чаще всего это были массовые модели Ford в кузове родстер, из-за его меньшего веса, отсюда появился термин hot rod, сокращение от hot rodster. C 1949 года ведет свою историю Национальная Ассоциация гонок серийных автомобилей (NASCAR - National Association of Stock Car Auto Racing). Именно тогда Билл Франс-старший решил объединить проводившиеся на юго-востоке США полулюбительские гонки на серийных машинах в один чемпионат. Ни одна автоспортивная организация не взялась санкционировать это соревнование, и Франс основал санкционирующую организацию сам. Все это стало предпосылкой, чтобы североамериканские производители автомобилей обратили на характеристики мощности автомобилей свое пристальное внимание. 

Для обычных же автосервисов было довольно таки мало интереса инвестировать в такое диагностическое оборудование. Важные действия в этом направлении начались только в 1970-х годах, когда в США были определены первые экологические стандарты, описанные в  Федеральных законах о качестве воздуха и о качестве вод.  

Данное регулирование произвело настоящий бум спроса на функциональные динамометры для диагностики транспортных средств, особенно когда во многих странах законами стало предписано проводить экологические измерения под нагрузкой. Долгое время в Европе технологии измерений мощности и экологических показателей оставались прерогативой автопроизводителей и профессионального автоспорта. Но и здесь, параллельно с введением экологических стандартов в Америке, развивающееся законодательство стало требовать применения простых роликовых динамометров.  В последующие годы экологические стандарты во всем мире становились все жестче. Угроза загрязнения воздуха, нефтяной кризис и возрастающее внимание к экологии в развитых странах сильно повлияли на развитие автомобильной промышленности.

Не важно, изобретались ли полноприводные технологии, электронные системы управления или каталитические нейтрализаторы отработанных газов, процедуры измерений мощности и экологических показателей должны были идти в ногу с техническим прогрессом в автомобилестроении.

В Германии в 1985 году была введена предписанная законом специальная ежегодная проверка токсичности отработанных газов (ASU - Abgas-Sonder-Untersuchung), которая действовала вплоть до 1993 года. И хотя он распространялся только на бензиновые двигатели, но диагностическим оборудованием сразу же были оборудованы автосервисы по всей стране. Это произошло, потому что те, кто не мог провести диагностику согласно узаконенным нормам, сразу же вытеснялись с рынка конкурентами.  С декабря 1993 года закон о ежегодной проверке отработанных газов, известный теперь как «AU», так же стал распространяться и на дизельные двигатели.  Принцип действия опациметра (или дымомера -  оптического прибора для измерения дымности выхлопных газов дизельных двигателей) не изменился до сегодняшнего дня. Дизельные же двигатели претерпели большие изменения, как это повлияло на измерения, будет освещено в последующих статьях.

Относительно недавно (с 1 декабря 2008 года) для всех автомобилей, зарегистрированных после 1 января 2006 года начала действовать так называемая Директива 4 (Leitfaden 4 / Guideline 4). В настоящий момент полным ходом идет бурная дискуссия вокруг этой Директивы и заявлений автомобильной индустрии о замене традиционных технологий экологического контроля «из выхлопной трубы» на контроль отвечающих за экологию компонентов посредством OBD. Тем не менее, этот динамический интернациональный процесс уже неопровержимо определил: развитие современных  технологий измерения мощности и экологических показателей не завершено и будет продолжаться еще долгое время.