Leistungsmessung auf Rollenprüfstand

Auf unserem modernen Leistungsprüfstand können Fahrzeuge mit 2-Rad Antrieb sowie Fahrzeuge der VAG Gruppe mit Haldex-Allrad (Beispiel: Golf 6R / Golf 7R / Audi RS3 / TTRS etc.) gemessen werden. Wir empfehlen eine Leistungsmessung vor- und nach dem Tuning. Nur so lässt sich der effektive Leistungsunterschied feststellen. Wir erleben immer wieder, dass andere Tuner Hardware und Software verkaufen und den Kunden irgendeine Leistung versprechen die schlichtweg nicht eingehalten werden kann. Die von uns angegeben Leistungswerte basieren auf Leistungsmessungen und können jederzeit nachvollzogen werden.

Neben dem Messen der Rad- und Motorleistung bietet der Prüfstand auch die Möglichkeit der Datenaufzeichnungen zur Diagnose von komplexeren Störungen.

Wie funktioniert eine Leistungsmessung auf einem Prüfstand?

Vorab möchten wir sagen, dass es mit den heutigen Rollenprüfständen durchaus möglich ist die Leistung eines Fahrzeuges ziemlich genau zu ermitteln. Es gibt allerdings einige Punkte zu beachten!

Bei der Leistungsmessung auf einem Rollenprüfstand wird gemessen, wie schnell das Fahrzeug eine definierte Masse Beschleunigen kann. Die Messung erfolgt in der Regel im zweithöchsten Gang unter Vollgas, wobei von tiefer Drehzahl, im Normalfall ca. 1’500U/min, bis zur Maximaldrehzahl (Drehzahlbegrenzer) mit Vollgas durchbeschleunigt wird. Nach Erreichen der Maximaldrehzahl (Drehzahlbegrenzer) wird in die Neutralposition geschaltet und ohne zu Bremsen gewartet, bis das Fahrzeug bzw. der Prüfstand komplett still steht. Bei der Vollgas-Beschleunigung misst der Prüfstand nun wie schnell das Fahrzeug die definierte Masse beschleunigt, was dann die an den Rädern abgegeben Leistung ergibt. Da in den meisten Fällen von der Motorleistung die Rede ist, muss nun aber noch ermittelt werden wieviel Leistung durch den Antrieb “verloren” geht. Die sogenannte Verlustleistung wird nach Erreichen der Maximaldrehzahl in der Neutralposition bei dem sogenannten Ausrollversuch gemessen. Hier passiert eigentlich das umgekehrte von der Beschleunigungsmessung. Es wird also gemessen wie stark die rotierende Masse durch den Antriebsstrang des Fahrzeuges abgebremst wird. Addiert man nun die gemessene Radleistung mit der jeweiligen Verlustleistung, erhält man die entsprechende Motorleistung. Als Faustregel kann man sagen, dass ein Fahrzeug mit 2WD ca. 13-15%, ein Fahrzeug mit Allradantrieb ca. 23% Verlustleistung hat. Diese Faustregel dient lediglich zur Vorstellung wieviel Leistung eigentlich durch den Antriebsstrang “verloren” geht, sollte aber keineswegs als einfache Umrechnung anstelle der Messung erfolgen.
Messmethoden

Man unterscheidet grundsätzlich zwischen drei unterschiedlichen Messmethoden:

Inertial Messmethode:

Bei dieser Messmethode wird eine fixe Masse, also die Masse der Rollen des Prüfstandes, beschleunigt. Diese Messung ist grundsätzlich am genausten, da die Masse fix definiert ist und keine unkontrollierbaren Verluste der Masse entstehen. Diese Messmethode wird eigentlich immer empfohlen um ein möglichst genaues Messergebnis zu erzielen. Nun kann es aber bei Motoren mit sehr grossen Turboladern dazu kommen, dass die Masse zu gering ist, bzw. diese zu schnell beschleunigt werden kann und dadurch der Turbolader nie den maximalen Ladedruck erreicht. Dies ist jedoch meistens erst der Fall bei Motoren mit über 600PS.

Gebremste Messmethode mit dynamischer Last:

Diese Messmethode ist sehr ähnlich wie die Inertial Messmethode, jedoch wird bei dieser Messung die Masse der Rollen durch grosse Wirbelstrombremsen zusätzlich erhöht. Diese Messmethode hat den Vorteil, dass bei Fahrzeugen mit sehr grossen Turboladern eine grössere Masse simuliert werden kann, wodurch der Turbolader den maximalen Ladedruck erreicht. Diese Messmethode bringt aber auch einige Nachteile mit sich. Einerseits haben die Wirbelstrombremsen Verluste bzw. eine gewisse Toleranz in der Bremsleistung, was sich auf die Messgenauigkeit negativ auswirkt. Durch die erhöhte Masse wird der Messvorgang verlängert, was wiederum zu thermischen Problemen des Motors führen kann. Durch die steigende Ansauglufttemperatur verringert sich die Motorleistung durch die verringerte Effizienz des Motors einerseits, andererseits regeln moderne Motorsteuergeräte die Leistung ab einer gewissen Ansauglufttemperatur zum Schutz des Motors automatisch zurück. Dies kann zu massiven Abweichungen in den Messresultaten führen!

Gebremste Messung mit konstanter Drehzahl:

Diese Messmethode wird für die Ermittlung der Motorleistung grundsätzlich nicht verwendet. In der Entwicklung lassen sich damit aber interessante Datenaufzeichnungen und Auswertungen erstellen. Bei dieser Messmethode setzt der Prüfer diverse Drehzahlpunkte. Der Prüfstand lässt den Motor nun bis zu dem ersten definierten Punkt hochdrehen und bremst den Motor dann für ganz kurze Zeit so stark ab, dass dieser nicht mehr weiter hochdreht. Hierbei wird gemessen wieviel Bremskraft aufgewendet werden muss, um den Motor bei dieser Drehzahl “festzuhalten”. Nach Erreichen des ersten Drehzahlpunktes lässt die Bremswirkung wieder nach, bis der Motor den nächsten vorher definierten Drehzahlpunkt erreicht usw. Die Leistung bei der jeweiligen Drehzahl wird dann anhand der benötigten Bremswirkung berechnet. Wie bereits am Anfang erwähnt wird diese Messmethode aufgrund der hohen Messtoleranz für die typische Leistungsmessung, bei der es darum geht die Motorleistung möglichst genau zu bestimmen, nicht angewandt.

Messnormen

Übliche Normen und Anwendung im Grundsatz:
Um die Leistungsmessung von unterschiedlichen Orten und bei unterschiedlichen Wetterbedingungen miteinander vergleichen zu können, sind Korrekturnormen erforderlich. Bereits in den 50er Jahren wurde daher die DIN Norm eingeführt. Wird beispielsweise eine Leistungsmessung auf Meereshöhe und eine auf 2`000m ü.M. gemacht, so wird sich die Messung im Ergebnis stark voneinander unterscheiden. Dasselbe passiert wenn man eine Messung bei 0°C und eine bei 35°C macht. Der Unterschied in dem Ergebnis kommt daher, dass bei grösserer Höhe der Luftdruck sinkt, was zu einem schlechteren Füllungsgrad des Motors führt, wodurch die Leistung sinkt. Dasselbe passiert bei höherer Umgebungstemperatur.

DIN70020
Bei der DIN Norm wird die gemessene Leistung auf 1’013 mbar Luftdruck und 20°C Umgebungstemperatur umgerechnet. Die Luftfeuchtigkeit wird dabei nicht berücksichtigt. Das heisst “Normleistung DIN PS = Motorleistung gemessen * Korrekturfaktor”. Der Korrekturfaktor wird wie folgt errechnet:

K = (1’013 mbar / Luftdruck [mbar]) * ((273 + Lufttemperatur Umgebung [° C]) / 293)

EWG80/1269
Heutzutage wird meistens die EWG Norm angewandt. Auch die Fahrzeughersteller geben die Leistung meistens korrigiert nach EWG an. Bei EWG wird als Bezug 25°C und 990 mbar Luftdruck genommen. Ausserdem wird bei EWG auch die Luftfeuchtigkeit in die Korrektur miteinbezogen. Desweitern unterscheidet EWG bei der Errechnung des Korrekturfaktors zwischen unterschiedlichen Motortypen (Benzin, Diesel, Sauger, Turbo oder Kompressor).

K= (990 mbar / Luftdruck [mbar])^x  * ((273 + Lufttemperatur Umgebung [°C]) / 298)^y

Für X bzw. Y sind je nach Motorentyp folgende Werte einzusetzen:

Darüber hinaus kommen noch zusätzliche Korrekturfaktoren für die Luftfeuchtigkeit sowie einen Korrekturwert für den Motorfaktor hinzu. Hierbei handelt es sich aber um kleine Anpassungen des Korrekturwertes, weshalb wir diese hier vernachlässigen.

DIN vs. EWG

Alleine aufgrund der unterschiedlichen Bezugswerte (20°C bei DIN / 25°C bei EWG bzw 1’013 mbar bei DIN / 990 mbar bei EWG) ergibt sich bereits eine Abweichung von mehreren Prozenten.

Beispiel:
Motorentyp: Benzinmotor
Motorleistung gemessen: 300PS
Temperatur: 27°C
Luftdruck: 980 mbar

DIN
K =  300 * (1’013 mbar / 980 mbar) * ((273 + 27) / 293) = 1.0583

P_Norm = P_Motor * K = 300 * 1.0583 = 317.49 PS DIN

EWG
 K= (990 mbar /  980 mbar)^1.2  * ((273 + 27) / 298)^0.6= 1.0163

P_Norm = P_Motor * K = 300 * 1.0163 = 304.89 PS EWG

Welche Korrekturnorm ist richtig?

Grundsätzlich gibt es nicht richtig oder falsch. Das Beispiel oben zeigt aber deutlich auf wie unterschiedlich die Ergebnisse eben ausfallen können. Wir bekommen immer wieder Leistungsdiagramme von anderen Tunern gezeigt, auf denen die Eingangsmessung nach EWG und die Ausgangsmessung nach DIN korrigiert wurde. Das ist wohl die einfachste Art und Weise mittels “Tuning” oder besser gesagt mittels einer manipulierten Messung eine Leistungssteigerung zu erzielen. Grundsätzlich kann man aber sagen, dass DIN die ältere Norm ist und die Serienangaben der Fahrzeughersteller bei neueren Modellen sich meistens auf EWG beziehen. Bei neueren Fahrzeugen stellt sich sogar die Frage, ob es überhaupt richtig ist, wenn man das Messergebnis auf irgendeine Art, egal ob DIN oder EWG, korrigiert. Neuere Motorsteuergeräte korrigieren Luftdruckunterschiede ohnehin über den Ladedruck und die Umgebungstemperatur ist bedingt ausschlaggebend bzw. korrigierbar, da die Ansaugtemperatur nach dem Ladeluftkühler ohnehin weit von jeder Norm abweicht und sehr stark von dem jeweiligen Kühlgebläse abhängt. Da die Motorsteuergeräte ab einer gewissen Ansaugtemperatur zum Schutz des Motors die Leistung reduzieren, kann dies auch mit keiner Norm mehr zurück korrigiert werden.

Fazit

Rollenprüfstände bieten eine sehr gute Möglichkeit die Leistung des Motors zu ermitteln. Es ist allerdings ganz wichtig, dass der jeweilige Prüfer etwas von dem Thema Leistungsmessung versteht und so Messfehler vermeiden kann. Es kann unter Umständen schwer sein Diagramme von unterschiedlichen Prüfständen miteinander zu vergleichen. Wir empfehlen daher immer eine vorher-/nachher Messung auf demselben Prüfstand durchführen zu lassen. Dabei sollte auch darauf geachtet werden, dass die Bedingungen in etwa gleich sind. Es macht wenig Sinn ein Diagramm welches bei 5°C erstellt wurde mit einem Diagramm bei 35°C zu vergleichen. Besonders wichtig ist eben auch, dass Messungen nach der gleichen Korrekturnorm miteinander verglichen werden. Zu den Korrekturnormen kann man generell sagen, dass diese angewandt werden können, sofern sich der Korrekturfaktor zwischen 0.93 und 1.07 liegt. Ist der Korrekturfaktor ausserhalb dieses Fensters, ist der Fehler der Korrekturrechnung zu gross. Ebenfalls sehr wichtig ist, dass wenn möglich das Inertial Messverfahren angewandt wird und der Motor sowie die Ansaugluft mittels einem ausreichend starken Kühlgebläse gekühlt wird.