1. Interpretacja fizyczna niesprawności i uszkodzeń silnika spalinowego oraz uszkodzenia jego podstawowych układów i węzłów konstrukcyjnych.

Uszkodzenia – osiągnięcie wartości granicznej parametrów stanu technicznego, przy którym dalsza eksploatacja agregatu jest niemożliwa ze względu na utratę zdolności do wykonywania pracy lub też praca tego agregatu nie jest efektywna w aspekcie ekonomii.

Niesprawność – w odróżnieniu od uszkodzenia nie powoduje ona utraty zdolności do wykonywania pracy, ale może zagrażać bezpieczeństwu pracy oraz może sprzyjać pojawieniu się uszkodzeń. Przykład: stuki na zaworach i w łożyskach, utrudniony rozruch silnika, niestabilna jego praca na biegu luzem, wycieki oleju, paliwa, cieczy chłodzącej, przedmuchy spalin w układzie wylotowym, zmniejszone ciśnienie oleju w układzie olejenia, itp.

Uszkodzenia dzielimy na natychmiastowe i stopniowe. Natychmiastowe to skutek właściwości warunków eksploatacji, bądź wynik stopniowego rozgromadzenia się uszkodzeń zmęczeniowych i stopniowego naruszania wzajemnego położenia poszczególnych detali. Stopniowe to skutek zużycia, korozji, naprężeń mechanicznych i cieplnych.

Podstawowe niesprawności i uszkodzenia grupy cylindrowo – tłokowej to: zwiększenie luzów promieniowych tłok – cylinder, luzy na pierścieniach tłokowych, zużycie cylindra, utrata sprężystości lub pęknięcia pierścieni uszczelniajacych i zgarniających.

Zużycia te charakteryzują się zwiększeniem luzów w połączeniach: tłok – cylinder, w zamkach pierścieni tłokowych, między pierścieniem a rowkami pod pierścieniem. Luzy te powodują zwiększenie przedmuchów splain do skrzyni korbowej, pogarsza się jakość tworzonej mieszanki palnej, jej spalanie, zwiększenie zużycia paliwa i zadymienia spalin.

Niesprawnością układu olejenia jest obnżenie ciśneinia w głównej magistrali olejowej. Przyczyna: niski poziom oleju, zużycie w mechaniźmie korbowym, zmniejszenie wydatku pompy oleju, zbyt mała jego lepkość, itp.

Niesprawności mechanizmu rozrządu powodują zmniejszenie mocy silnika, wzrost zużycia paliwa, hałas. Zmniejszenie mocy silnika występuje przy nieprawidłowej regulacji tego mechanizmu, utracie sztywności sprężyn zaworowych. Zwiększone zużycie oleju występuje przy jego upływie przez nieszczelności, złej wentylacji, zużycia pierścieni tłokowych, ich uszczelnienia, itp.

Niesprawności oprzyrządowania elektrycznego i układu zapłonowego prowadzi do zmiany zapłonu mieszanki palnej w cylindrze, przebić na świecach i izolacji przewodów elektrycznych. Mogą też być uszkodzenia: akumulatora, rozrusznika, przewodów i czujników kontroli i sygnalizacji.

Niesprawności w układzie zasilania silników gaźnikowych pogarszają proces mieszanki palnej, co powoduje zwiększenie emisji tlenków węgla i węglowodorów w spalinach. Ustalenie warunków tworzenia mieszanki palnej osiąga się przez regulację układów dozujących paliwo w gaźniku.

Niesprawności i uszkodzenia podstawowych konstrukcji silnika i jego elementów powodowane są zużyciem detali silnika, terciem tych detali (wysokie ciśneinie, temp, duże prędkości przemieszczających się elementów, nierównomierny rozkład oleju na trących się powierzchniach.

Proces zużycia w ogólnym przpadku może zostać przedstawiony graficznie, jako funkcja zmiany wielkości parametru stanu technicznego w zależności od czasu pracy montażowej jednostki silnika.

P_n, P_g – nominalna i graniczna wartość parametru

U₁ – zmiana parametrów w okresie docierania

U_g – graniczna wartość parametru

t – czas pracy elementu

t_M – międzykontrolny czas pracy elementu

Odcinki wykresu:

I – docieranie detali, jest to początkowy okres eksploatacji

II – charakteryzuje normalną eksploatację, np. luz w połączeniu docieranych detali, wzrasta na skutek istnienia sił tarcia, oddziaływania cieplnego i innych czynników.

III – intensywne zużycie lub okresowe uszkodzenia gdy zużycie przekracza dopuszczalne granice.

1. Subiektywne i obiektywne metody diagnostyczne sinlika samochodowego oraz stawiane im wymagania.

Metody diagnostyczne można podzielić na subiektywne i obiektywne.

Subiektywne – nie pozwalają one ilościowo ocenić stan elementów silnika i są stosowane tylko do sprawdzenia odchylenia od stanu normalnego. Realizowane za pomocą różnych zmysłów człowieka (badania organoleptyczne):

• Wizualne – wg barwy spalin wylotowych, przeciek wody i oleju, paliwo, itp

• Nasłuchu – istnienie stuku i poziom szumu w mechanizmach silników

• Za pomocą węchu i dotyku – nagrzanie detali, zapach spalania izolacji przewodów elektrycznych, inne

Obiektywne – realizowane za pomocą przyrządów kontrolno – pomiarowych, można je przedstawić i podzielić na metody diagnozowania według funkcjonalnych i trwałościowych parametrów które obejmują:

• Metody diagnozowania według parametrów procesów roboczych oparte na potrzymaniu informacji o zmianie tych parametrów doprowadzania paliwa, olejenia, spalania, wymiany czynnika roboczego w zależności od stanu regulacji i zużycia połączeń jednostek montażowych silnika. Procesy robocze w układach zasilania paliwem, spalania, wymiana czynnika roboczego i zapłon przedstawiają sobą okresowo powtarzające się impulsy wyraźne w zadanych fazach pod względem kąta obrotu wału korbowego.

• Metody diagnozowania według parametrów procesów i przejściowych, przy których wykorzystuje się informacje o nieustalonych warunkach pracy obiektu (np. zmiana mocy silnika według przyspieszeń kątowych wału korbowego w warunkach rozpędzania silnika)

• Metody cieplne oparte na pomiarach temp cieczy chłodzącej, oleju, spalin i temp powierzchni detali.

• Metody wibroakustyczne oparte na analizie sygnałów akustycznych i wibracji pojawiających się przy uderzeniach detali podczas pracy mechanizmu.

• Metody spektrograficzne stosowane przy analizie próbek wypracowanego oleju w celu określenia zawartości w nim produktów zużycia oraz przy analizie spalin silnika.

• Metody ultradźwiękowe stosowane przy określaniu obiektu kadłuba, wału kół zębatych, kół zamachowych.

Wymagania:

• Otrzymywanie maksymalnej informacji o technicznym stanie silnika przy minimalnej liczbie kontrolowanych parametrów i stosowanie dynamicznych metod diagnostyki wykorzystujących analizę przejściowych i roboczych procesów oraz procedór wibroakustycznych i cieplnych.

• Zapewnienie dużej wiarygodności diagnozy przy optymalnej dokładności pomiaru stanu technicznego.

• Łatwości realizacji podstawowych operacji diagnozowania.

• Uniwersalność (dostępność dla różnych modeli silników), prostota i wygodność w eksploatacji, duża niezawodność systemów diagnostyki technicznej.

• Wysoka stabilność, wytrzymałość mechaniczna, stabilność cieplna i wibracyjna, odporność na oddziaływanie par i rozprysk wody, benzyny, oleju napędowego i smarnego.

1. Budowa i wymagania stawiane hamowni silnikowej.

Hamownia silnikowa – zespół urządzeń służących do badania silników spalinowych, w tym do sporządzania ich charakterystyk. Jest wyposażona w przyrządy pomiarowe służące do monitorowania ich pracy, stanowi podstawową część każdego działu badań silnika. Typowa hamownia składa się z:

• przepływomierza powietrza

• miernika prędkości obr. silnika

• miernika zużycia paliwa

• miernika temperatury

• miernika ciśnienia

• analizatora do pomiaru zawartości toksycznych składników w spalinach, w tym przyrządu do pomiaru zadymienia spalin oraz zawartości cząstek stałych w spalinach

• zawiesia silnika oraz wał łączący silnik z hamulcem obciążeniowym

Hamownia silnikowa stanowi podstawową część każdego działu badań silników. Przypadku ogólnym w skład hamowni wchodzą następujące układy:

• Wydział przygotowania silnika do badań najczęściej obejmujący magazyn silników oraz stanowisko rozbiórki i montażu;

• Hamownia właściwa obejmująca stanowiska hamowniane i pomieszczenia obsługi;

• Hamownia właściwa obejmująca stanowiska hamulcowe;

• Warsztat hamowni oraz aparatura kontrolno – pomiarowa;

• Warsztat usuwający uszkodzenia badanych silników;

• Pomieszczenia socjalne i sanitarne

BHP określa warunki pracy, które zapewniają bezpieczeństwo osobiste i zachowanie zdrowia personelu zatrudnionego w laboratorium silników. Opracowanie tych przepisów należy do obowiązków służb BHP, które muszą mieć okresowe kontrole i przestrzeganie przepisów pracowników zatrudnionych.

1. Podstawowe instalacje hamowni silnikowej i stawiane im wymagania.

Instalacja paliwowa i olejowa

Dzienne zużycie paliwa przez hamownię może się zawierać w szerokich granicach zależnie od liczby stanowisk, rodzaju prowadzonych badań i mocy badanych silników. Zbiorniki paliwowe nalezy umieszczać ze wzgledu na bezpieczeństwo przeciwpożarowe zgodnie z odpowienimi prezpisami. Powinny być połączone między sobą i z główną magistralą tak, aby można było pobierać paliwo z jednego zbiornika przy jednoczesnym napełnianiu pozostałych. Zbiornik paliwa powinien odpowiadać wymaganiom:

• Umieszczony na wysokości zapewniającej odpowiedni napór hydrauliczny, lub musi mieć poduszkę powietrzną o odpowiednim ciśnieniu

• Umożliwiać po zakończeniu pracy lub w czasie awarii spuszczanie paliwa z powrotem do zbiornika głównego lub awaryjnego

• Wyposażony w samoczynny mechanizm uruchamiający pompy zasilające, gdy poziom paliwa osiągnie poziom poniżej minimum i wyłączający gdy będzie powyżej maksimum

• Przewód nadmiarowy odprowadzony do zbiornika głównego aby zabezpieczyć przed przelaniem paliwa

• Przed zbiornikiem powinien znajdować się odstojnik o małym oporze przepływu

Przewody paliwowe powinny być dobrane tak aby prędkość przepływu benzyny nie przekraczała 1,5 m/s a oleju napędowego 1,0 m/s. Ułożone, tak aby na całej długości miały nachylenie w jednym kierunku i wynoszące minimum 2‰ dla przewodów podziemnych i 5‰ dla wewnętrznych. Należy chłodzić miskę olejową. W hamowniach są stosowane dwa systemy instalacji olejowych: centralne – duże hamownie produkcyjne, indywidualne – wykorzystują oryginalny układ olejenia silnika.

Instalacja wydechowa

Powinna zapewniać:

• Opory przepływu spalin i warunki rezonansowe zbliżone do występujących w przypadku zamontowania badanego silnika w pojeździe

• Tłumienie hałąsu wydechu

• Uniemożliwienie przedstania się spalin do pomieszczeń hamowni i zabezpieczenie obsługi przed poparzeniem

• Umożliwianie odparowania wody kondensującej się ze spalin

• Umożliwianie pobierania próbek spalin do analizy chemicznej oraz wykonania pomiaru stopnia zadymienia spalin

Rodzaje instalacji wydechowych: typu zamkniętego – ruy, kolana, zbiorniki rozprężne, szczelnie połączone między sobą i prowadzące od kolektora wydechowego na zewnątrz pomieszczenia hamowni, typu otwartego – zawierają oryginalny układ wydechowy pojazdu, wymaga dodatkowego wentylatora, źródła sprężonego powietrza lub pary o odpowiedniej wydajności.

Przewody instalacji prowadzone w kanałach pod podłogą powinny mieć instalację cieplną.

Instalacja wodna

Obejmuję instalację chłodzenia silników oraz zasilania hamulców. Ilość ciepła odprowadanego przez układ chłodzenia obliczmy ze wzoru: Q_w = ρ_w*c_w*G_w*ΔT, gdzie:

G_w – wydetek przepływającej wody przez zbiornik w którym jest zanurzona chłodnica [m³/h]

ΔT – różnica temperatur wody odpływającej i dopływającej do zbiornika [K]

c_w – ciepło właściwe wody [J/kgK]

ρ_w – gęstość wody [kg/m³]

Stosuje się systemy zasilania hamulców wodą: grawitacyjny i hydroforowy.

Instalacja elektryczna

• Oświetleniowa – powinna zapewniać dobrą widoczność w pomieszczeniu hamowni. Ze względu bezpieczeństwa należy założyć dwa obwody instalacji z bezpiecznikami i niezależne oświetlenie awaryjne. Sposób prowadzenia przewodu instalacji wyłączników i lamp powinien być zgodny z obowiązującymi przepisami SEP. Aparatura do pomiaru wymaga zasilania prądem o ściśle określonych napięciach, dlatego stosowane są przenośne stabilizatory napięcia włączane do sieci oświeteniowej.

• Siłowa – obejmuje: instalację hamulców elektronicznych lub prądnic, instalację dźwigu, szereg gniazd wtykowych do zasilania urządzeń.

• Prądu stałego (na napięcie 12 – 16 V) – zabezpiecza zasilanie lamp oświetlenia awaryjnego, lamp sygnalizujących i innych. W skład wchodzą: prostownik lub przetwornica o odpowiedniej mocy, sieć przewodu, akumulatory oświetlenia rezerwowego. Gniazda wtykowe tej instalacji muszą mieć wyraźnie zaznaczoną biegunowość.

Instalacja wentylacyjna

Obejmuje instalację nawiewną i wyciągową. Jest odpowiedzialana za wymianę powietrza w hamowni.

1. Rodzaje hamulców stosowanych na hamowni silnikowej i ich charakterystyki.

Hamulce silnikowe – zadaniem hamulca jest wytworzenie momentu hamowania (oporu) obciążajacego badany silnik oraz pomiar tego momentu. W zależności od sposobu wytwarzania momentu hamującego hamulce dzielimy na: cierne (nie stosowane), powietrzne, wodne, elektryczne.

Hamulce powietrzne – stosowane do obciążania tłokowych silników lotniczych, w hamowniach polowych które są przeznaczone do wstępnego obciążenia silników po naprawie.

Hamulce wodne – moment hamujący powstaje w wyniku tarcia elementu wirującego o wodę. Najbardziej znane hamulce to: Froude i Schenck.

Hamulce Froude jest sprzęgłem hydraulicznym z wprowadzonymi zmianami: wirnik sprzęgnięty z obudową sprzęgła, obudowa ułożyskowana na łożyskach współśrodkowych z łożyskami wirnika i połączona ramieniem z dynamometrem, przesłony oddzielające wirnik napędzający od napędzanego regulowane podczas pracy, ciągły przepływ wody o regulowanej intensywności. Wartość momentu obrotowego określa iloczyn wskazań dynamometru i długości ramienia. Moment oporów hydraulicznych wrnika jest proporcjonalny do kwadratu a moc oporów do sześcianu prędkości obrotowej. Natężenie przepływu wody przez ten hamulec owinno wynosić 15 litrów/kMh, wymaga zasilania wodą pod ciśnieniem 2-3 atm. Rzeczywista ch-ka hamulca hydraulicznego umożliwia ocenić zastosowanie tego hamulca do hamowania konkretnego silnika.

Hamulce elektryczne – szeroko stosowane na hamowniach produkcyjnych i doświadczalnych, łatwe do zdalnego sterowania. Dzielą się na: prądnicowe i wykorzystujące prądy wirowe Foucolta (h. wirowe). Jako hamulec można wykorzystywać każdą prądnicę prądu stałego i zmiennego. Zmianę momentu hamującego można uzyskać przez zmianę natężenia prądu w obwodzie oraz zmainę oporu obciążającego.

1. Pomiary prędkości obrotowej wału korbowego silnika.

Badania silników wymagają prawidłowych pomiarów prędkości obrotowej i czasu, te wielkości należy mierzyć jednocześnie i dokładnie, niedysponując nimi nie można wyznaczyć np: energetycznych i ekonomicznych warunków pracy silnika, nie można ustawić stanowiska badawczego na konkretne warunki pracy jeśli brak jest kontroli prędkości wału korbowego lub pomiaru sumarycznej liczby obrotów w dokładnie odmierzonym przedziale czasu. Prędkość kątowa lub częstotliwość obrotów obliczamy wg wzoru: ω = $\frac{\alpha}{t}$, α – przemieszczenie kątowe, przy równomiernej prędkości obrotowej ω = $\frac{\alpha}{t}$ Prędkość obrotową mierzymy w pełnych jednostkach obrotów przypadających na 1 mimutę [obr/min, min^-1]. Można wyrażać w jednostkach 1 sekunda, wtedy wzór ma postać: ω = $\frac{\text{πn}}{30}$ [1/s].

Do pomiaru prędkości obrotowej stosuje się liczniki obrotów, które mogą być: elektromechaniczne, indukcyjne, pojemnościowe, fotoelektryczne. Każdy licznik elektryczny składa się z nadajnika impulsów oraz ich licznika. Obroty wału lub częstości jego obrotu mierzy się przyrządami dwóch typów: tachometrami wskazującymi bezpośrednie liczby obrotów w czasie minuty i licznikami sumującymi liczbę obrotów w czasie określonego przedziału czasu. Stosuje się także tachografy i tachoskopy, w których mechanizmy określenia prędkości obrotowej i czasu są kinematycznie związane i stanowią jedno urządzenie pomiarowe.

1. Rodzaje ciśnień i sposoby ich pomiaru z uwzględnieniem przepływów laminarnych i turbulentnych.

Przyrządy do pomiaru ciśnień według przeznaczenia dzielimy na: manometry paliwa, oleju, wody, powietrza, tlenu, itd., według zasady działania dzielimy na: mechaniczne i elektro – mechaniczne. Doboru przyrządów pomiarowych dokonuje się według ich przeznaczenia, zastosowania, metodyki badań, wymaganego zakresu pomiaru i jego dokładności. Na hamowni są stosowane mierniki ciśnienia przy regulacji i ustawieniu silnika na konkretny warunek pracy, do kontroli pracy układów silnika, pomiaru ciśnienia otoczenia, w urządzeniach mierzących wydatek przepływu cieczy i gazów.

Manometry mierzą nadciśnienie, wakuometry i czujniki piezometryczne - podciśnienie, barometry – ciśnienie otoczenia. Wielkość ciśnienia jest mierzona kG/cm², mm słupa wody, mm sł. rtęci oraz w mm.

Aby efektywnie wykorzystać przyrząd pomiarowy należy prawidłowo zorientować go w przestrzeni i przestrzegać norm jego podłączenia. Ważne jest to przy pmiarze ciśneinia w strumieniach, gdzie mierzy się ciśnienia statyczne. Zakłada się, że ciśnienie na ściance jest takie jak w strumieniu o kierunku prostopadłym do ścianki.

Ciecz manometryczna powinna charakteryzować się: niewielką lepkością, małym współczynnikiem rozszerzalności liniowej, niezmienną gęstością przy parowaniu.

Dla cieczy i gazów decydujące znaczenie ma ciśnienie całkowite (c. statyczne + dynamiczne). C. statyczne – ciśnienie na powierzchni dostatecznie małej, poruszającej się ze strumieniem lub ciśnienia strumienia na ściance wzdłuż której porusza się ten strumień.

C. całkowite – ciśnienie przejmowane przez nieruchome ciało umieszczone w przepływającym strumieniu, w punkcie gdzie prędkość strumienia jest równa 0.

Równnanie Bernouliego – ciśnienie całkowite w przekroju A-A w odniesieniu do 1 kg równa się: P_c = ρ*$\frac{W^{2}}{2}$ +P_stat gdzie: ρ – gęstość płynu, W – prędkość niewymuszonego strumienia w miejscu pomiaru, P_stat – c. statyczne w strumieniu.

Ruch laminarny – przy małych prędkościach lub znacznych lepkościach płynu, gdy porusza się równoległymi strugami, prędkość strug jest stała i skierowana wzdłuż osi strugi. Prędkość zmienia się według paraboli - od 0 do wartości maksymalnej.

1. Pomiary temperatur, rodzaje termometrów i termopar.

Bez pomiarów temperatury otoczenia, stanu cieplnego silnika, zużywanych materiałów eksploatacyjnych nie można otrzymać wiarygodnych wyników badań lub porównywać ich z innymi wynikami. Wybór termometru jest zależny od jego przeznaczenia, wymaganej dokłądności i zakresu pomiaru. Do pomiaru: temp otoczenia, strumieni powietrza i cieczy w przewodach doprowadzających czynnik roboczy do silnika, temp cieczy chłodzącej, oleju silnikowego stosuje się cieczowe termometry rozszerzalnościowe.

Jednostką temp jest 1 K. Termodynamiczna skala Kelwina pokrywa się za skalą termometru gazowego zapełnionego gazem doskonałym. Według skali Kelwina absolutna skala temp określa stopień odchylenia stanu cieplnego systemu od jego stanu przy zerze absolutnym.

Można wyróżnić skale temperatur: skala bezwzględna, Celsjusza, Fahrenheita, Reomiura, Rankine’a oraz praktyczną.

Temp absolutna – to parametr termodynamiczny, zgodnie z II zasadą termodynamiki określany jest niezależnie od własności jakiegokolwiek ośrodka.

Termopary dzielą się na termopary wykonane:

• z metali szlachetnych – np. platyna - platynord, platyna – iryd – platyna, do pomiaru wysokich temperatur, są one drogie.

• ze zwykłych metali – np. chrom – aluminium, chrom – kopel, miedź – kopel, nikiel – chrom – konstantan, żelazo – nikiel.

• z przewodów metalowych zespawanych z przewodami niemetalowymi – termopary z elektrodami wykonanymi z: molibdenu, tytanu, wolframu oraz elektrody ze związków niemetalicznych: grafit, karbid. Służą do pomiaru temp do 2000^oC.

Pomiary temp w objętościach i strumieniach – wyniki pomiarów zależą od właściwości przyrządów rejestrujących, od tego na ile można przybliżyć temp czujnika do rzeczywistej temp mierzonego ośrodka w pojemności lub strumieniu. Należy stosować możliwie duże zanurzenie czujnika w badany ośrodek i ustawić go przeciwnie do przepływającego ośrodka.

Pomiar temp spalin – są utrudniane przez to, że strumień spalin ma nieustalony pulsacyjny charakter przy dużych wahaniach temp i ciśnień. Zależnie od celu badań należy wyznaczać nie tylko średnią temp spalin ale także jej wartości chwilowe.

Pomiar temp detali silnika – dużą wagę przywiązuje się do badań stanu cieplnego mechanizmu tłokowo – korbowodowego i mechanizmu rozrządu. Pomiaru tech części dokonuje się za pomocą róznych termopar i termometrów oporowych instalowanych na powierzchniach detali lub w nich wmontowanych, w szczególnych przypadkach stosuje się nakładanie na powierzchnię farb termoczułych. Aby błędy pomiarów były mniejsze część termopary (zamykającą gorący spaw pomiarowy znajdujący się na powierzchni pomiarowej) należy sytuować na niej, zapewniając przy tym dobry styk.

1. Sposoby pomiaru wydatku powietrza doprowadzanego do silnika.

Pomiar wydatku powietrza z zastosowaniem dławienia strumienia – stosuje się pomiarowe zwężki normalne, dysze i zwężki Wenturiego instalowane w przewodach przepływowych, przy przepływie powietrza następuje zwiększenie prędkości i zmniejszenie ciśneinia.

Bilans energetyczny strmienia odniesiony do 1kg masy przy braku tarcia i dodatkowego doprowadzenia energii zgodnie z równaniem Bernouliego: $\frac{W^{2}}{2}\ $+$\ \frac{p}{\text{ρ\ \ }}$ +U +Z = const, gdzie:

$\frac{W^{2}}{2}$ – energia kinetyczna strumienia gazu o prędkości W [m/s],

$\frac{p}{\text{ρ\ \ }}$ - potencjalna energia ciśnienia przy p [N/m²] i gęstości ρ [kg/m³],

U – energia wewnętrzna gazu zależna od temp bezwzględnej,

Z – energia potencjalna położenia, zależna od różnicy połozenia strugi i gęstości przepływającego ośrodka, wielkość ta jest pomijana dla gazu.

Pomiar wydatku powietrza z zastosowaniem nasadek o swobodnym wlocie – stosuje się nasadki konoidalne. Swobodny wlot powietrza do nasadki wykonuje się w postaci leminiskaty, jej równanie: r² = a₂² *cos2α, gdzie a₂ = (0.6 – 0.8)d_nasadki Charakteryzują się dostateczną równomiernością rozkładu prędkości w przekroju strumienia i cylindryczną częścią, współczynnik przewężenia strumienia powietrza ε=1, współczynnik wydatku μ=0.98, błąd pomiaru nie przekracza 1%. Stosowane do badań gaźników, filtrów i innych węzłów silnika.

Wydatkomierze wykorzystujące stałą różnicę ciśnień – powietrze napływa przez nasadki, a odpływa przez króciec, pojemnik jest zbiornikiem powietrza, jedna jego ściana jest wykonana w postaci elastycznej wstawki, jej celem jest tłumienie pulsacji strumienia powietrza. Wydatek powietrza jest równy sumie wydatków powietrza przez działajace nasadki: m_pow = 0,465*$\frac{p_{0}}{t + 273}$*ΣV_i, gdzie: V_i – objętościowy wydatek pracujących nasadek [m3/h], p₀ – ciśnienie powietrza [mm sł. Hg], t – temp powietrza [^oC].

Termoanemometry – działają na zasadzie wykorzystanie zależności wymiany ciepła między przewodem ogrzewanym prądem (nicią) i strumieniem powietrza (gaz, ciecz) chłodzącym tą nić. Im więcej nić oddaje ciepła tym niższa jest jej temp, mniejszy opór. Zależność pomiędzy ilością ciepła oddawanego przez nić znajdującego się w temp t_p wyższej od temp powietrza t_pow i prędkością W opływającego powietrza jest: Q_t = λl(t_p – t_pow)(1+k$\sqrt{\frac{W}{\lambda}}$), gdzie:

k = $\sqrt{2\pi\rho C_{p}d}$ – współczynnik, λ,ρ – współczynniki pzewodności ciepła i gęstości powietrza, C_p – ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu, d,l – średnica i dłudość przewodu (nici).

1. Sposoby i przyrządy stosowane do pomiaru zużycia paliwa przez silnik.

Najprostszą metodą pomiaru zużycia paliwa jest metoda objętościowa. Urządzenie do pomiaru składa się z naczynia, które zawiera kilka szklanych pojemników o różnych objętościach połączonych cienkimi rurkami. Pomiarowe objętości paliwa są znane, więc znając ich czas zużycia można wyznaczyć godzinowe zużycie paliwa: G_h = 3,6$\ \frac{{V\rho}_{\text{pal}}}{\tau}$ [kg/h], gdzie: V - objętość pomiarowa [cm³], ρ_pal – gęstość paliwa [g/cm³], τ- czas zużycia paliwa zawartego w zbiorniku pomiarowym [s].

Dla silników z wtryskowymi układami zasilania metoda ta nie jest odpowiednia, gdyż może doprowadzić do zapowietrzenia układu paliwowego, nie może być stosowana w przypadku pompowtryskiwaczy.

Zużycie paliwa przez silniki o ZS mierzy się metodą wagową, nie wymaga ona mierzenia gęstości paliwa i wprowadzania poprawki z nią związanych. Zasada działania przyrządu do pomiaru masowego zużycia paliwa firmy AVL: na lewym ramieniu wagi znajduje się zbiornik, na prawym ciężarki pomiarowe. Po odłączeniu jednego z ciężarków ramię wagi odchyla się na lewo i włącza fotokomórkę oraz liczenie czasu. Gdy odpowiednia ilość paliwa zostanie zużyta ramię wagi odchyla się w prawo , liczenie czasu zostaje zakończone.

Bezpośrednią wartość natężenia przepływu paliwa wskazują przepływomierze (fluometry) i rotametry.

Fluometr – do jego komory pływakowej wpływa ze zbiornika paliwo, które jest utrzymywane samoczynnie na jednym poziomie. Z komory paliwo napływa do rurki 2, następnie przez dyszę do rurki 3 i dalej przewodem do silnika. Na skutek oporów przepływu poziom paliwa w rurce 2 będzie niższy niż w komorze pływakowej i wyższy niż w rurce 3. Różnica ta jest zależna od oporów i natężenia przepływu. Największe opory występują podczas przepływu przez dyszę, znaczna część spadku ciśneinia nastąpi między rurkami 3 i 2. Natężenie przepływu paliwa określa: m = A*ρ$\sqrt{\Delta h}$ [g/s, kg/h], gdzie: A – stała przyrządu pomiarowego, ρ – gęstość paliwa, Δh – różnica poziomów paliwa.

Rotametr – paliwo przez filtr dopływa do stożkowego naczynia, w jego wnętrzu jest umieszczony pływak spełniający rolę wskaźnika. Ciężar pływaka jest tak dobrany, że jego średni ciężar właściwy jest nieco wiąkszy od ciężaru właściwego przepływającej cieczy. Płynące paliwo unosi pływak odsłaniając szczelinę pomiędzy krawędziami i ścianami stożka. Powstaje różnica ciśnień paliwa pod tarczą i nad nią. Ciśnienie nad tarczą jest mniejsze o wartość spadku ciśnienia na pokonanie oporów przepływu w szczelinie. Im większe jest natężenie przepływu tym wyżej podniesie się pływak, wskaźnik pozwala odczytać natężenie przepływu na skali.

Pomiar zużycia sprężonego i skroplonego paliwa gazowego

Pomiarów można dokonać przyrządami stosowanymi do pomiaru wydatku powietrza. W czasie pomiaru należy zważyć zbiornik z gazem przed i po pomiarze, zużycie można obliczyć za pomocą wzoru: m_g = 3.6*$\frac{{\Delta m}_{g}}{\tau}$ [kg/h], gdzie: Δm_g – różnica masy zbiornika z gazem przed i po dokonaniu pomiaru, τ – czas trwania pomiaru. Przy pomiarze zużycia gazu należy zmierzyć jego temp i ciśnienie, godzinowe zużycie gazu należy wyznaczać – zredukować do warunków standardowych T=293K, p=1atm=760mmHg. V_st = $\frac{293}{760}$*$\frac{p}{T}$*V [m³/s], V = $\frac{\Delta m_{g}*R_{g}*T}{p*\tau}$ [m³/s], gdzie: τ – czas pomiaru zużycia gazu, p – ciśnienie w mmHg.

11. Definicje i rodzaje wskaźników pracy TSS.

Są to wielkości opisujące charakterystyczne właściwości pracy silnika określone konkretną wartością liczbową. Wskaźniki pracy silnika dzielimy na: operacyjne, ekologiczne, porównawcze. Spośród wskaźników operacyjnych wyróżnia się energetyczne i ekonomiczne.

Wskaźniki operacyjne charakteryzują właściwości energetyczne i ekonomiczne silnika, na które może oddziaływać poprzez sterowanie procesami zachodzącymi w cylindrze.

Wskaźniki energetyczne określają rozdział doprowadzonej energii z paliwem wyzwalanej w cylindrze w postaci ciepława różne składowe, wynikające z celu zużytkowania silnika i zasady jego działania.

Wskaźniki ekonomiczne oceniają efektywność wykorzystania ciepła zawartego w paliwie doprowadzonym do cylindra oraz pozwalają na ekonomiczną ocenę eksploatacji silnika.

Wskaźniki ekologiczne charakteryzują wpływ eksploatacji silnika na naturalne środowisko człowieka.

Wskaźniki porównawcze to wielkość, które pozwalają porównywać silniki. Są one odnoszone do określonych parametrów konstrukcyjnych silnika przez co stanowią one podstawę do porównywania silników należących do tej samej klasy.

Wskaźniki pracy silnika wymienione w poszczególnych grupach są wzajemnie współzależne i wzajemnie się uzupełniają dlatego też nie można przypisać im jednoznacznie do jednej grupy.

11. Podstawowe wskaźniki ekonomiczno-energetyczne TSS.

Średnie ciśnienie indykowane – jest to takie umowne stałe ciśnienie w cylindrze, które działając na tłok w czasie jednego suwu wykona pracę równą pracy indykowanej. Ciśnienie to przedstawia jednostkową pracę cyklu pracy silnika przypadającą na jednostkę objętości cylindra

p_i = L_i/V_s

Moc indykowana dla silnika o liczbie cylindrów c i objętości skokowej V_s przy n [obr/min] wału korbowego:

N_i = p_iV_scn/30τ

Gdzie: τ = 4 dla silników 4-suwowych, τ = 2 dla silników 2-suwowych.

Indykowany moment obrotowy silnika

M_i = 10³p_icV_s/πτ

Średnie ciśnienie efektywne – odpowiada efektywnej pracy silnika (momentowi obrotowemu mierzonemu na wale korbowym i przekazywanemu na sprzęgło); jest to średnie ciśnienie indykowane pomniejszone o średnie ciśnienie strat tarcia w mechanizmie tłokowo – korbowym p_m. p_e = p_i − p_m

Wartość tego ciśnienia zależy od efektywności procesu w cylindrze oraz doskonałości konstrukcji i technicznego wykonania silnika.

Znając wartość p_m moc efektywną silnika można obliczyć:

N_e = p_ecV_sn/30τ

Moment efektywny:

M_e = 10³p_ecV_s/πτ

Sprawność – stosunek mocy wyjścia z układu do mocy wejścia do układu:

η = N_wy/N_we

Sprawność mechaniczna silnika:

$$\eta_{m} = \frac{N_{e}}{N_{i}} = \frac{p_{e}}{p_{i}} = \frac{M_{e}}{M_{i}}$$

Litowa moc silnika oznaczana jest jako N_L (moc z 1 litra pojemności silnika):

N_L = N_e/cV_s

Współczynnik resztek spalin – stosunek ilości moli pozostających w cylindrze w końcu procesu wylotu do ilości moli świeżego ładunku.

Częstość obrotów wału korbowego n:

$$n = \frac{n*60}{\tau_{\text{pom}}}$$

Gdzie: Δn – sumaryczna liczba obrotów zmierzona w czasie pomiaru τ_pom

Gęstość powietrza podczas badań:

$$\rho_{\text{pow}} = 0,465\frac{B_{o}}{t + 273}$$

Gdzie: B_o – ciśnienie barometryczne w mmsłHg, t – temperatura powietrza w czasie badań w °C.

Stopień wzrostu ciśnienia podczas spalania λ_p:

$$\lambda_{p} = \frac{p_{z}}{p_{c}}$$

P_c – ciśnienie w cylindrze w końcu procesu sprężania

Godzinowe zużycie paliwa przez silnik oraz godzinowe zużycie powietrza przez silnik, kg/h

11. Interpretacja fizyczna współczynnika nadmiaru powietrza i stopnia napełnienia cylindra.

Współczynnik nadmiaru powietrza – skład mieszanki paliwowo – powietrznej ocenia się współczynnikiem nadmiaru powietrza λ. Jest to stosunek masy powietrza doprowadzonego do cylindra (rzeczywista ilość powietrza w mieszance palnej przypadająca na cykl pracy silnika do iloczynu teoretycznej koniecznej (stechiometrycznej) ilości powietrza potrzebnej do zupełnego spalenia dawki paliwa doprowadzanego do cylindra w czasie cyklu pracy silnika. Do całkowitego i zupełnego spalenia 1kg benzyny potrzebna jest 14,9kg powietrza, natomiast w przypadku oleju napędowego – 14,4kg powietrza. Dla λ=1 mieszanka stechiometryczna, λ>1 mieszanka uboga, λ<1 mieszanka bogata. Dla silników gaźnikowych λ=0,7-1,2, dla silników Diesla λ=1,2-5.

Stopień napełnienia cylindra η_v – stosunek ilości świeżego ładunku w cylindrze na początku procesu sprężania do tej ilości, która teoretycznie może zapełnić objętość skokową cylindra przy ciśnieniu i temperaturze w układzie dolotowym równym ciśnieniu i temperaturze ładunku przed napływem do cylindra – w układzie dolotowym przed zaworami dolotowymi. W silniku gaźnikowym świeży ładunek składa się z powietrza i paliwa, zaś w silnikach Diesla tylko z powietrza.

11. Charakterystyki prędkościowe TSS i sposoby ich sporządzenia.

Przedstawiają one graficzne zależności zmiany parametrów silnika od prędkości obrotowej walu korbowego silnika. Podstawowymi rodzajami tych charakterystyk są: zewnętrzna charakterystyka, częściowa charakterystyka, charakterystyka biegu luzem, charakterystyka strat wewnętrznych.

Zewnętrzna charakterystyka prędkościowa – w silnikach o zewnętrznym sposobie tworzenia mieszanki charakterystyka ta sporządzana jest przy całkowitym otwarciu przepustnicy, zaś dla silników ZS sporządza się ją przy skrajnym położeniu listwy zębatej pompy wtryskowej odpowiadającego pełnej dawce wtryskiwanego paliwa. Oznacza przedstawienie graficzne granicznych maksymalnych wartości wskaźników energetycznych silnika. W silnikach ZS wskaźniki te leżą poza granicą dymienia kiedy wartość współczynnika nadmiaru powietrza dąży do wartości 1. Jednak przy tej regulacji pompy wtryskowej silnik ZS nie może pracować ze względu na zbyt bogatą mieszankę palną oraz niebezpieczeństwo wyjścia silnika z tej regulacji, co powoduje zwiększenie skłonności silnika do tworzenia nagaru w komorze spalania. Trudno jest także zapewnić pracę silnika na wszystkich warunkach prędkościowych na granicy dymienia. Dlatego skrajne położenie dźwigni zębatej pompy wtryskowej określanej przez producenta należy traktować jako przedział racjonalnej granicy takiego dawkowania paliwa. W związku z tym zewnętrzną charakterystykę prędkościową silników ZS można traktować jako umowną zewnętrzną charakterystykę prędkościową.

Poniżej zewnętrznej charakterystyki prędkościowej usytuowane są częściowe charakterystyki prędkościowe. Rzecz w tym, że granicznie wysokie wartości wskaźników energetycznych silnika ZI można otrzymać tylko przy optymalnych składach mieszanki palnej i optymalnych chwilach przeskoku iskry na świecach, w których nie można zapewnić w szerokim zakresie prędkościowych warunkach pracy silnika. Charakterystyki prędkościowe pozwalają ocenić energetyczne, ekonomiczne i ekologiczne wskaźniki pracy silnika, określają min. prędkość obrotową wału korbowego, prędkość odpowiadającą maksymalnym mocom i momentu obrotowego oraz min. jednostkowemu zużycia paliwa, a także dają pogląd na wartości innych istotnych parametrów pracy silnika, określonych w instrukcji fabrycznej dotyczącej układu zasilania czy też zapłonu.

Zewnętrzną charakterystykę prędkościową silników ZI sporządza się dla zakresu prędkości obrotowej od n_min do n=1,1n_nom, ale przy braku ogranicznika maksymalnej prędkości obrotowej, zaś dla silników ZS sporządza się ją w zakresie od min. prędkości obrotowej do max. prędkości obrotowej.

Sporządzanie zewnętrznej charakterystyki prędkościowej – przy nagrzanym i pracującym silniku zwiększa się ilość doprowadzanej do cylindra mieszanki palnej w silnikach ZI lub dawki wtryskiwanego paliwa w silnikach ZS i jednocześnie obciążamy silnik za pomocą hamulca tak, aby w warunkach pełnego zasilania silnika rozwijał on minimalną ustaloną prędkość obrotową n_min. po dokonaniu koniecznej korekcji stanu cieplnego silnika i utrzymaniu go w stabilnych warunkach pracy przez co najmniej 5min odczytuje się mierzone parametry. Następnie zmniejszamy stopniowo obciążenie silnika uzyskując wzrost prędkości obrotowej wału korbowego silnika o Δn (200-500obr/min) i po osiągnięciu ustalonych warunków pracy znowu dokonuje się pomiaru dopóki wał korbowy nie osiągnie wcześniej ustalonych wartości prędkości obrotowych. W celu otrzymania bardziej wiarygodnej zewnętrznej charakterystyki prędkościowej pomiary powtarza się dokonując kolejnych obciążeń silnika i zmniejszając prędkość obrotową wału korbowego aż do n_min. Minimalną prędkość obrotową przy pełnym obciążeniu silnika pracującego według zewnętrznej charakterystyki prędkościowej określa się drogą hamowania silnika aż do wystąpienia zauważalnego wahania prędkości obrotowej wału, po czym zmniejszamy obciążenie aż do otrzymania ustalonej pracy silnika w czasie 10min. przy sporządzaniu zewnętrznej charakterystyki prędkościowej należy uwzględnić to, że wyznaczone wskaźniki efektywne, zależą od parametrów termodynamicznych otoczenia tj.: ciśnienie, temperatura, wilgotność powietrza. Dlatego porównywanie rożnych badań i charakterystyk silnika można dokonać tylko przy zredukowaniu wyników badań do standardowych warunków atmosferycznych.

Częściowa charakterystyka prędkościowa – sporządzona przy pewnych pośrednich stałych położeniach przepustnicy dla każdej charakterystyki lub stałego pośredniego położenia dźwigni sterującej dawką paliwa pompy wtryskowej, odpowiadającego pośredniej wielkości dawki wtryskiwanego paliwa. Podobnie jak i zewnętrzne charakterystyki prędkościowe, charakterystyki te pozwalają ocenić podstawowe parametry pracy silnika w przypadku jego pracy na obciążeniach częściowych. Sposób sporządzania częściowych charakterystyk prędkościowych w zasadzie nie różni się od sporządzania zewnętrznej charakterystyki prędkościowej. Różnica polega na wyborze dowolnego ustalonego położenia przepustnicy lub dźwigni pompy wtryskowej, różnego od całkowitego otwarcia lub położenia pośredniego.

Charakterystyka biegu luzem – przedstawia graficznie godzinowe zużycie paliwa przy pracy silnika bez obciążenia. Dla silników gaźnikowych, często przedstawia się ją również w postaci wykresu podciśnienia w przewodzie dolotowym. Przy sporządzaniu charakterystyki biegu luzem hamulec jest odłączony i zmianę prędkości obrotowej wału korbowego dokonuje się przez wybór położenia przepustnicy lub dźwigni sterującej pompy wtryskowej. Charakterystykę tą sporządza się dla silnika nagrzanego i w zakresie prędkości obrotowej od n_min=0,5n_nom, dokonując ustalonej regulacji układu zasilania i zapłonu.

Dla silników ZS charakterystykę tą sporządza się od n_max na biegu luzem do minimalnej prędkości obrotowej.

Od stabilności tej charakterystyki w znacznym stopniu zależy toksyczność spalin. Minimalną prędkość obrotową biegu luzem określa się drogą stopniowego przymykania przepustnicy lub zmniejszania dawki wtryskiwanego paliwa do chwili wystąpienia niestabilnego prędkościowego warunku pracy, po czym prędkość obrotową wału korbowego zwiększamy aż osiągnie się ustaloną pracę silnika w czasie 10min.

Charakterystyka strat wewnętrznych – przedstawia ona moc traconą na pokonanie oporów tarcia w mechanizmach silnika i idącą na napęd osprzętu silnika przy zmianie prędkości obrotowej wału korbowego, oprócz napędu wentylatora, sprężarki, pomp hydraulicznych. Do strat mocy silnika zaliczamy także moc traconą na realizację procesów wymiany czynnika roboczego (moc suwów pompowych). Charakterystykę strat mechanicznych sporządza się poprzez obracanie wału korbowego za pomocą silnika elektrycznego pracującego w zakresie obrotów od n_min do n_nom przy odłączeniu doprowadzania paliwa. Oprócz mocy strat mechanicznych na charakterystykę tą nanosi się wykresy umownego ciśnienia strat mechanicznych i sprawności mechanicznej. Średnie ciśnienie strat mechanicznych jest różnicą między sumą umownych średnich ciśnień indykowanych wszystkich cylindrów i średnim ciśnieniem efektywnym silnika.

11. Charakterystyki obciążeniowe TSS i sposoby ich sporządzania.

Charakterystyki obciążeniowe przedstawiają zależność zmiany wielu parametrów silnika w zależności od zmiany obciążenia przy zadanej stałej prędkości obrotowej wału korbowego. Podczas zdejmowania charakterystyk obciążeniowych silnik należy nagrzać do normalnego stanu cieplnego i doprowadzić go do zadanego warunku prędkościowego i następnie stopniowo zwiększając otwarcie przepustnicy w silnikach gaźnikowych lub przemieniając dźwignię pompy wtryskowej w silnikach ZS od położenia odpowiadającego pracy silnika na biegu luzem przy danym warunku prędkościowym do pełnego otwarcia przepustnicy lub też położenia pośredniego, zachowują zadany warunek prędkościowy drogą obciążania (odciążania) silnika za pomocą hamulca. Jako parametr niezależny zaleca się w tym przypadku przyjmować moc rozwijaną przez silnik. Niezależnymi (zmiennymi) parametrami mogą być: średnie ciśnienie efektywne, wskazania dynamometru hamulca, godzinowe zużycie powietrza, względne otwarcie przepustnicy lub przemieszczenie dźwigni pompy wtryskowej (silniki ZS) i inne parametry charakteryzujące obciążenie silnika. Dla silników ZI wygodnym parametrem jest ciśnienie w przewodzie dolotowym, ponieważ w zależności od tego ciśnienia proporcjonalnie zmienia się napełnienie cylindra świeżą mieszanką palną. Zwykle charakterystyki te przedstawiają wykresy godzinowego i jednostkowego zużycia paliwa, charakteryzujących zmianę tych wielkości wg jednej ze wskazanych wyżej zmiennej niezależnej. W razie konieczności wykresy te można uzupełnić podciśnieniem w układzie dolotowym, współczynnikiem nadmiaru powietrza, kątem wyprzedzenia zapłonu i innymi parametrami.

Charakterystyki te zdjęte dla szeregu prędkości obrotowych pozwalają ocenić zależności godzinowego zużycia paliwa od obciążenia, ujawnić minimalne jednostkowe zużycie paliwa, moment włączenia się ekonomizera w gaźniku oraz wyznaczyć moc maksymalną silnika w tych warunkach prędkościowych. Oprócz tego umożliwiają określenie początku widocznego dymienia silnika ZS, sporządzić charakterystyki regulacyjne ze względu na ciśnienie w układzie dolotowym i wylotowym silnika. Poglądowość graficznego przedstawienia charakterystycznych parametrów silnika jest nieco utrudniona, kiedy mamy do czynienia z dużą serią charakterystyk. Aby uniknąć tych utrudnień, celowym jest sporządzanie wieloparametrycznej charakterystyki.

Charakterystyka warstwicowa – w przypadku ogólnym charakterystykę tą sporządza się we współrzędnych X i Y według wyników obróbki serii charakterystyk wyjściowych, przedstawiając zależność obserwowanego parametru Z od zmiennej wartości X przy różnych stałych wartościach Y. Ponieważ każdy punkt charakterystyki warstwicowej odpowiada tylko jednej parze wartości X i Y, to można mu przypisać określoną wartość Z wyznaczoną wg pomocniczych charakterystyk. Wówczas charakterystykę warstwicową otrzymuje się przez połączenie punktów mających jednakowe wartości Z. Linie te pokazują charakter zmiany wielkości Z przy dowolnie możliwych wartościach X i Y.

Linie jednakowego zużycia paliwa g_e naniesione na charakterystykę ogólną dają pełny obraz ekonomiczności silnika w całym zakresie możliwych jego prędkości i obciążeń oraz pokazują strefę warunków najbardziej ekonomicznych. Na tą charakterystykę nanosi się również linie stałych wartości innych wskaźników pracy silnika.

16. Charakterystyki regulatorowe tłokowych silników spalinowych.

Charakterystyki te sporządza się według warunków prędkościowych odpowiadających Me max i słatemu położeniu organu sterowania regulatorem przy stopniowym zwiększaniu obciążenia od warunków biegu luzem do obciążenia pełnego.

Jeżeli regulator ustawiony jest na częściowe odprowadzenie paliwa, to otrzymuje się częściowe charakterystyki regulatorowe.

Charakterystyka regulatorowa pokazuje zależność prędkości obrotowej wału korbowego od rozwijanej mocy przy stałym położeniu dźwigni streującej regulator. Na charakterystykę nanosi się też wykres godzinowego zuzycia paliwa Ge i jednostkowego zużycia paliwa. Według tej charakterystyki wyznacza się stopień nierównomierności regulatora :

$\delta = \frac{n_{x.\text{xmax}} - \ n_{x}}{n_{sr}}$, gdzie: n_r – prędkość obrotowa silnika odpowiadająca początkowi działania regulatora, n _x.xmax – maksymalna prędkość obrotowa biegu luzem dopuszczalna przez regulator, n _śr = ½ (n_r + n _x.xmax).

17. Charakterystyki regulacyjne TSS, cel i sposoby ich sporządzania.

Charakterystyki regulacyjne wykorzystuje się do doboru regulacji układu zasilania i układu zapłonowego w celu zapewnienia długotrwałej pracy silnika w ciężkich warunkach, bez jego przegrzewania i detonacji. Podstawą tych charakterystyk jest zużycie paliwa i kąt wyprzedzenia zapłonu lub wtrysku paliwa oraz wydatek powietrza przy niezmienianym obciążeniu lub proporcjonalny do wydatku powietrza w określonej strefie kolektora dolotowego.

Charakterystyki te pozwalają określić składy mieszanek palnych i optymalne chwile ich zapłonu, przy których w określonych warunkach najlepiej wykorzystane jest ciepło doprowadzone z paliwem lub tez zapewnione jest otrzymywanie możliwie dużych mocy z litra pojemności silnika. Niezależnie od sposobu doprowadzenia paliwa, charakterystyki regulacyjne zdejmuje się przy doskonaleniu nowych silników i układu zasilania oraz w celu uściślenia regulacji, zbadania rozdziału mieszanki palnej do cylindrów, itd.

Charakterystyka regulacyjna składu mieszanki palnej:

Sposób wykonania:

Silnik nagrzewa się i doprowadza do zdalnej prędkości obrotowej, którą utrzymujemy stałą przy wszystkich zmianach mocy silnika Ne. W tym celu stopniowo zwiększa się otwarcie przepustnicy do wymaganej wielkości i jednoczesnie za pomoca hamulca zwiększa się obciążenie silnika, tak aby n=idem. Zdejmowanie charakterystyki można rozpocząć dla bogatych i ubogich składów mieszanki palnej.

Drugi sposób:

Przez zmianę przekroju przelotowego otworka dozującego paliwo w rozpylaczu paliwa za pomocą iglicy regulacyjnej lub zmiany ciśnienia w komorze pływakowej lub tez w inny możliwy sposób zmniejszając doprowadzenie paliwa do pojawienia się powrotów płomienia do gaxcnika spowodowanych zbyt duzym zubożeniem mieszanki palnej. Następnie wzbogacamy nieco mieszankę palną w celu ustalenia stabilnej pracy silnika, bez powrotów zarodków płomienia do gaźnika. Na skutek zubożenia mieszanki palnej obroty wału korbowego i moc silnika maleją. Wówczas należy silnik odciążyć i doprowadzić do zdalnej n = idem przy najwygodniejszym kącie wyprzedzenia zapłonu. Przy ustalonym zużyciu paliwa, utrzymuje się silnik na przyjętym warunku pracy do wyrównania jego stanu cieplnego i po dokonaniu ostatecznej korekcji liczby obrotów wału korbowego i kąta wyprzedzenia zapłonu przeprowadza się pomiary parametrów.

Charakterystyka regulacyjna przy stałej mocy:

Sposób:

Zdejmowanie charakterystyki przy Ne = idem, nagrzany silnik doprowadza się do zdalnej prędkości obrotowej wału korbowego. Stopniowo otwiera się przepustnicę i jednocześnie przyhamowuje się silnik do odpowiedniego stopnia obciążenia przy najwygodniejszym kącie wyprzedzenia zapłonu. Nieco wzbogacając mieszankę palną w stosunku do zwykłej regulacji, a zmniejszające się warunki pracy silnika ustalamy za pomocą przepustnicy. Po koniecznym wytrzymaniu silnika w tym stanie w celu wyrównania stanu cieplnego silnika. Następnie zubożając mieszankę palną przechodzimy do kolejnego pomiaru zachowując powyższą kolejność, dopóki nie nastąpi niestabilna praca silnika powodowana zbyt dużym zubożeniem mieszanki . Nie trzeba regulować hamulcem obciążenia.

Charakterystyka regulacyjna według kąta wyprzedzenia zapłonu:

Silnik wyposażony w urządzenie pozwalające zmieniać i zaznaczać chwilę przeskoku iskry nagrzewamy. Następnie otwieramy przepustnicę i jednocześnie regulujemy obciążenie silnika za pomocą hamulca i doprowadzamy do silnik do zadnych warunków badan. Zmniejszając kąt wyprzedzenia zaplonu aż do zauważalnego spadku mocy silnika, które powoduje także zmniejszenie prędkości obrotowej wału korbowego. Aby ustalić założony prędkościowy warunek pracy silnik obciążamy i po korekcji stanu cieplnego dokonujemy pomiar. Nastepnie zwiększamy wartość α_wz o 3 – 5 ^o OWK i silnik doprowadzamy do zadanych warunków pracy, przestrzegając warunków kolejnych pomiarów .

18. Charakterystyki specjalne w tym toksyczności tłokowych silników spalinowych.

Charakterystyka detonacyjna - sporządza się przy pełnym obciążeniu silnika i przy czterech warunkach prędkościowych włączając minimalne i nominalne prędkości obrotowe wału korbowego oraz przy pracy silnika na mieszankach wzorcowych mających różne LO.

Według wyników badań sporządza się wykresy według których określa się pierwotne charakterystyki detonacyjne przedstawiające zależność α_wz odpowiadające początkowi detonacji.

Charakterystyka toksyczności silnika przedstawia zawartości toksycznych składników w spalinach, tj. w pierwszej kolejności emisję CO, HC, NOx a dla ZS dodatkowo emisję cząstek stałych PM i zadymienia spalin.

19. Cel i sposób redukowania sporządzonych charakterystyk silnika do warunków standardowych.

Wyniki otrzymywane przy badaniu jednego i różnych silników w różnym czasie można porównać tylko po odpowiedniej obróbce i zredukowaniu ich do jednego tzn warunku standardowego. Dla pewnych warunków pracy silnika, stopień porównywalności wyników badań całkowicie określany jest wyborem parametrów według których ustala się potrzebny warunek i kontroluje się jego zbieżność podczas wykonywania badań.

Bez spełnienia wskazanych warunków trudne jest porównywanie między sobą wyników poszczególnych jednoimiennych badań. Przyczyną jest to, że wskaźniki silników oprócz zależą od parametrów otoczenia (od ciśnienia, temperatury, wilgotności) powietrza atmosferycznego, które mogą się zmieniać od pomiaru do pomiaru. Przy pracy silnika częściowo obciążonego pojawiają się trudności z zapewnieniem potrzebnych warunków badań.

Redukowanie mocy efektywnej do standardowych warunków atmosferycznych:

Proces ten nie różni się już od wyżej rozpatrzonego kiedy Ne zmienia się proporcjonalnie do wielkości Ni. W takich przypadkach do wzoru redukującego wystarczy w miejsce Ni podstawić wartość Ne. Uwzględniając że ϕoP_H20 = 9 mmsł Hg i to = 20^oC otrzymujemy:

N_eo= N_e$\frac{751}{Bl - *\text{PH}20}\ $_* $\sqrt{\frac{273 + t}{293}}$

Wielkość ϕ*P_H2O - dobiera się z tablic nomogramu lub tez oblicza się ze wzoru (mm sł Hg) ϕ*PH₂O = PH₂O - C(O_such - t_wil)$\frac{\text{Bt}}{760}$, gdzie: t_suchi t_wil – wskazania termometru dla suchego i wilgotnego powietrza ^oC, C = 0,5 - współczynnik przyjmuje się dotąd dopóki wilgotna warstewka jest na baloniku z rtęcią termometru wilgotnego w przypadku ogólnym moc zredukowana N_eo=A_o*Ne, gdzie: A_o- współczynnik redukcji do warunków standardowych. W badaniach uwzględnia się poprawkę (mm sł Hg) na zredukowanie wysokości sł Hg barometru wg wzoru: B = B_t - ΔB, gdzie: B_t - wskaznia barometru rtęciowego przy danej temp t^oC mm, ΔB poprawka na zredukowanie o stopni Celcjusza (^oC) wielkość B_t, ΔB = 0,000163B_t t

Przedstawione wyżej wzory do dokonywania redukcji stosowane sa tylko dla warunków pracy silnika przy pełnym obciążeniu kiedy moc tarcia jest nie wielka w porównaniu z mocą rozwijaną przez silnik i moc efektywna jest prawie proporcjonalna do masy indykowanej.

Redukowanie zuzycia paliwa do standardowych warunkow atmosferycznych - przy zmiane temperatury powietrza o każde 10^oC w zakresie od 10 do 60^oC i niezmiennym położeniu dźwigni sterującej pompy godzinowe zuzycia paliwa G_e zmienia się o 1.5%. Dla przypadku kiedy t > 20^oC, zmierzone zużycie paliwa wzrasta o poprawkę i odpowiednio maleje jeżeli t < 20^oC. Zgodnie z normami wskaźniki czterosuwowych silników o ZS stosowane w ciagnikach rolniczych zarówno wolnossących jak i doładowanych, zredukowane do warunków standardowych z uwzględnieniem temperatury i gęstości paliwa przy stałej jego dawce na nominalnych warunkach prędkościowych i w warunkach pełnej mocy, powinny być zredukowane do warunków standardowych.

20. Rodzaje rzeczywistych wykresów indykatorowych i sposoby ich sporządzania.

Wykres indykatorowy zawiera informacje sygnału opisującego przebieg zmian ciśneinia w cylindrze, pozwala na wyznaczenie wskaźników oceniających jakość cyklu pracy silnika.

Znajomość rzeczywistego wykresu indykatorowego oraz innych podstawowych parametrów pozwala wyznaczyć wielkości: średnie ciśnienie indykowane, moc i moment indykowany, sprawność indykowana i mechaniczna, jednostkowe indykowane zużycie paliwa, „twardość” pracy silnika, przebieg zmiany temperatury czynnika roboczego, okres opóźnienia zapłonu i samozapłonu, inne. Analiza rzeczywistego wykresu indykatorowego umożliwia wyznaczenie charakterystyk wydzielania ciepła podczas procesu spalania. Z rzeczywistego wykresu indykatorowego w podwójnej skali logarytmicznej można odczytać średnie wartości wykładnika politropy sprężania i rozprężania jako wartości tangensa kąta nachylenia prostych przedstawiających te procesy w takim układzie współrzędnych.

Indykowanie silnika jest to pomiar i badanie przebiegu zmiany ciśnienia w cylindrze podczas realizacji cyklu roboczego w funkcji czsu wyrażonego kątem obrotu wału korbowego (otwarte wykresy indykatorowe) lub w zależności od przemieszczeń tłoka (zamknięte wykresy indykatorowe). Celem indykowania silnika jest dostarczenie wartości pomiarowych wykorzystywanych do obliczeń symulacyjnych różnych modeli matematycznych procesów spalania oraz kontroli jakości tych obliczeń.

Obszary zastosowań indykacji silnika:

*Analiza termodynamiczna przebiegu procesu sapalnia

• Wyznaczenie sprawności indykowanej i mechanicznej

• Wyznaczenie optymalnego punktu zapłonu lub wtrysku

• Azaliza i ocena wymiany ładunku z uwzględnieniem kanałów dolotowych i wylotowych

• Analiza przebiegów wysokiego ciśnienia podrzas spalania

• Wyznaczanie mechanicznych i ciedplnych obciążeń silnika

• Badanie powstawania i emisji hałasu spalania

• Analiza powtarzalności realizowanych cykli pracy silnika

• Porównanie jakości spalania w różnych cylindrach

• Badania wypadania zapłonów lub istnienia spalania stukowego

*Wyznaczania wartości wielu parametrów opisujących przebieg spalania takich jak:

• Maksymalne ciśnienie spalania

• Ciśnienie sprężania przy braku zapłonu lub wtrysku paliwa

• Szybkości narastania ciśnienia w czasie spalania

• Czas (kąt) opóźnienia zapłonu od chwili wyładowania iskrowego na elektrodach świecy lub początku wtrysku paliwa do wystąpienia wzrostu ciśnienia powodowanego spaleniem

• Czas (kąt) wystąpienia maksymalnego ciśnienia spalania

• Średnie ciśnienie indykowane

Poza indykacją wysokociśnieniową jest stosowana indykacja niskociśnieniowa, która polega na pomiarze ciśnień w kanałach dolotowych i wylotowych wykorzystywanych do analizy wymiany ładunku w cylindrze. Do indykowania silnika stosowane są czujniki zabudowy w komorze spalania i czujniki zabudowane w świecach. Sposób instalacji czujnika w silniku powinien być staranny i umieszczony blisko oraz prostopwdle do powierzchni komory spalania. Jeśli czujnik jest połączony z komorą spalania to kanał powinien być krótki, co spowoduje minimialne skażenienie mierzonego ciśnienia.

21. Rodzaje i wymagania stawiane czujnikom ciśnienia stosowanym do indykowania silnika

• czujniki z piezokryształem o efekcie wzdłużnym

• czujniki z piezokryształem o efekcie poprzecznym

• świece pomiarowe

Wymagania

• duża częstotliwość drgań własnych, wynosząca od 10 do 20 kHz przy pomiarze przebiegu zmiany ciśnienia i powyżej 40 kHz przy pomiarach spalania stukowego.

• odporność termiczną do 200^oC przy zabudowie w głowicy i znacznie większą przy zabudowie w kanałach wylotowych,

• odporność na wstrząsy i drgania

• wytrzymałość mechaniczna na maksymalne naprężenia,

• stabilność pomiarów bez konieczności ponownej kalibracji.

22. Podstawy analizy rzeczywistych wykresów indykatorowych.

Wykres indykatorowy zawiera w sobie dużą zawartość informacyjną sygnału opisującego przebieg zmiany ciśnienia w cylindrze, pozwalającą na wyznaczenie licznych wskaźników oceniających jakość cyklu pracy silnika np zachodzącego podczas trwania procesu spalania. Pomimo wielu zalet sygnału zawartego w wykresie indykatorowym nie są jeszcze produkowane seryjne układy sterowania pracą silników wykorzystujące te wykresy indykatorowe. Jedną z przyczyn takiego stanu jest między innymi brak niezawodnego i trwałego czujnika ciśnień. Dzięki wykresowy indykatorowemu możemy wyznaczyć:

• średnie ciśnienie indykowane,

• moc i moment indykowany

• sprawność indykowaną i mechaniczną

• jednostkowe indykowane zużycie paliwa

• twardość pracy silnika określona szybkością narastania ciśnienia w cylindrze

• przebieg zmiany temperatury czynnika roboczego,

• okres opóźnienia zapłonu i samozapłonu

• charakterystyka wydzielenia ciepła podczas procesu spalania.

23. Metody stosowane do badań procesów spalania w silnikach spalinowych.

Metody fotograficzne

• fotografia bezpośrednia – rejestracja obrazu za pośrednictwem kamery do szybkich zdjęć lub kamery wideo, wady : konieczność zapewnienia dostępu optycznego do komory spalania poprzez okno wykonane w głowicy lub przedłużonym tłoku, metoda tylko do wykonywania zdjęć płomienia i ciekłego paliwa

• ultraszybka fotografia – liczba klatek na sekundę dochodzi tu do 1,25 miliona , stosowana do badania procesu wtrysku paliwa

• fotografia stroboskopowa – do rejestracji wtrysku paliwa

• mikrofotografia – obserwacja rozwoju płomienia w komorze spalania oraz zmiany w strudze rozpylonego paliwa

• metoda fluorescencyjna – wykorzystująca właściwości fluoryzacji pewnych substancji rozpuszczonych w rozpylonej cieczy , powodujących zwiększenie promieniowania kropel w porównaniu ze zwykłym odbiciem światła od ich powierzchni.

Metody laserowe – są podobne do fotografii bezpośredniej z tą różnicą, że do oświetlenia stosuje się światło laserowe o określonej długości fali, stosuje się je do badania strugi paliwa i obserwacji par paliwa.

Metoda chemiluminescencyjna – polega na określeniu intensywności światła powstającego podczas pewnych reakcji chemicznych , stosowana w badaniach zapłonu i początkowej fazy spalania.

Holografia – umożliwia rejestrację trójwymiarowego obrazu, uzyskuje się to za pomocą układu rozszczepiającego wiązkę światła na wiązkę oświetlającą i na wiązkę odniesienia , która dociera na płytkę holograficzną z opóźnieniem w stosunku do wiązki podstawowej. Jest to proces dwustopniowy . najpierw następuje rejestracja na płytce holograficznej obrazu interferencyjnego tworzonego przez dwie spójne fale elektromagnetyczne zawierające informacje o rozkładzie amplitudy i fazy. Metoda ta wykorzystywana jest do badania koncentracji paliwa w rozpylonej strudze.

24. Diagnozowanie układu zasilania silników o zapłonie wymuszonym.

Układ zasilania silnika o ZI składa się z podukładu doprowadzania paliwa i układu zapłonowego. Diagnozowanie układu zasilania oparte jest na analizie przebiegu sterujących sygnałów elektrycznych. Do pomiaru i obserwacji tych sygnałów wykorzystuje się multimetry, oscyloskopy i diagnoskopy. Zadaniem układu zasilania silnika jest doprowadzenie paliwa i powietrza do komory spalania cylindra oraz zapewnienie tworzenia mieszanki paliwowo-powietrznej. Obecnie stosowane gaźniki lub wtryskiwacze są sterowane elektronicznie. Niewłaściwy kształt przebiegu impulsów sterujących może wskazywać na uszkodzenie układu sterującego , uszkodzenie przewodów i złączy , brak ruchu np. iglicy lub zwarcie w uzwojeniu cewki.

25. Diagnozowanie układu zasilania silników o zapłonie samoczynnym.

Zadaniem układu wtryskowego silnika o zapłonie samoczynnym jest dostarczenie do cylindrów właściwej dawki paliwa odpowiednio rozpylonego w określonym czasie . stan techniczny tego układu decyduje o jakości procesu tworzenia mieszanki palnej i jej spalania w cylindrach, oraz przebiegu zmiany ciśnienia przedstawionego na wykresie indykatorowym.

Z cylindrem współczesnego silnika o ZS mogą być zespolone mechanicznie i/lub hydraulicznie następujące elementy:

• pompa wtryskowa, przewód i wtryskiwacz

• pompowtryskiwacz

• szyna zbiorcza (zasobnik paliwa) i wtryskiwacz (układ Common Rail)

Ponieważ diagnozowanie układu wtryskowego w oparciu o przebieg zmiany ciśnienia spalania jest ograniczone, dokonuje się pomiarów innych sygnałów. W praktyce wykorzystuje się sygnały mierzone w funkcji kąta obrotu wału korbowego takie jak:

• przemieszczenie iglicy wtryskiwacza,

• ciśnienie działające na iglicę wtryskiwacza

• drogę lub prędkość tłoczka pompy wtryskowej

• natężenie prądu doprowadzonego do zaworu elektromagnetycznego

• emisję akustyczna i drgania głowicy

Ciągle brak jest efektywnych metod i środków do diagnozowania układu tłokowo- korbowego silnika. Większość stosowanych metod umożliwia jedynie jakościową ocenę stanu technicznego silnika. Nowe metody badań diagnostycznych silników oparte są na systemach mikrokomputerowych.

26. Zakres i sposób badań gazowych instalacji silników spalinowych.

Wymagane warunki techniczne, którym powinien odpowiadać samochód przystosowany do zasilania gazem określane są przede wszystkim właściwościami fizyko-chemicznymi paliwa gazowego. Diagnosta tych samochodów powinien posiadać wiedzę i umiejętności umożliwiające nie tylko ocenę prawidłowości budowy aparatury zasilającej, ale także ocenę bezpiecznego i poprawnego jej działania. Samochody te podlegają obowiązkowi corocznych badań technicznych w stacji kontroli pojazdów. Wymagania stawiane tym samochodom zależą od daty ich pierwszej rejestracji i daty uzyskania adnotacji w dowodzie rejestracyjnym samochodu zasilanym gazem.

Zakres kontroli samochodu zasilanego gazem, ze względu na swoją specyfikację można podzielić na grupy:

• sprawdzenie dokumentacji zbiornika gazu,

• kontrola poprawności doboru elementów instalacji gazowej,

• ocena stanu ogólnego instalacji gazowej,

• sprawdzenie poprawności montażu instalacji w pojeździe,

• kontrola szczelności instalacji gazowej,

• kontrola prawidłowości działania instalacji.

Badanie instalacji gazowej obejmuje sprawdzenie dokumentacji zbiornika gazu dotyczącej ważności protokołu i decyzji wydanej przez Transportowy Dozór Techniczny (TDT) oraz kontroli poprawności doboru elementów instalacji gazowej.

Kontrola poprawności doboru elementów instalacji gazowej obejmuje:

• kompletną instalację oraz sposób jej połączeń i umieszczenia w pojeździe, które powinny odpowiadać wymaganiom określonym w świadectwie homologacji,

• oznaczenia wymagane na elementach instalacji gazowej tzn. czy elementy mają oznakowanie homologacyjne,

• dobór zbiornika i zaworu bezpieczeństwa, przy czym zbiornik powinien być homologowany razem z zaworem, możliwe konfiguracje zbiornika z osprzętem określa producent w dokumentacji zbiornika. Muszą być one homologowane razem.

Kontrola ogólnego stanu instalacji gazowej – polega na sprawdzeniu:

• zbiornika czy nie nosi śladów przeróbek,

• przewodów metalowych wysokiego ciśnienia, czy są prawidłowo ukształtowane bez załamań i otarć,

• przewodów elastycznych, czy nie wykazują pęknięć, uszkodzeń lub śladów zestarzenia,

• przewodów niskiego ciśnienia i wentylacyjnych, czy na ich końcach znajdują się odpowiednio zaciśnięte metalowe opaski,

• czy w instalacji zasilanej gazem ziemnym przed reduktorem znajduje się funkcjonujący wskaźnik ciśnienia gazu o pośrednim przenoszeniu wskazań,

• przewodów elektrycznych doprowadzających prąd do elektrozaworów.

Podczas sprawdzania poprawności montażu instalacji w pojeździe należy zwrócić uwagę, że:

• zdalnie sterowany zawór dozujący – nie może być otwarty (zasilany napięciem), jeżeli silnik nie pracuje, nawet przy włączonym zapłonie,

• niedopuszczalne jest podłączenie masy cewki zdalnego zaworu odcinającego (na zbiorniku, wielo-zaworze) do obudowy zbiornika, tylko wymagane jest połączenie dodatkowego przewodu masowego (dotyczy to także wskaźników poziomu gazu i rezerwy),

• wymagany jest co najmniej jeden bezpiecznik zabezpieczający instalację elektryczną przed przeciążeniem,

• elementy mocowania oraz części pojazdu przylegające do zbiornika (butli) powinny być oddzielone od niego podkładką elastyczną nieabsorbującą wilgoci,

• przy łączeniu zbiorników należy stosować zawory jednokierunkowe,

• przewody miedziane powinny być na całej długości zabezpieczone osłoną gumową lub z tworzywa sztucznego,

• w celu uzyskania wymaganej emisji spalin w pojazdach wyposażonych w katalizator i sondę lambda konieczne jest stosowanie dodatkowych elektronicznych układów sterujących ilością gazu współpracujących z sondą lambda (zapobiega to uszkodzeniu katalizatora).

Sprawdzenie szczelności instalacji zasilania gazem za pomocą elektronicznego detektora gazu dotyczy miejsc połączeń przewodów i elementów instalacji, gniazda zaworu bezpieczeństwa i zaworu napełniania oraz elektrozaworu gazowego. Niedopuszczalne jest pojawienie się wskazań na detektorze sygnalizującym wypływ gazu, zarówno przy pracującym, jak i nie pracującym silniku. Kontrola szczelności obudowy zbiornika i obudowy zaworów obejmuje:

• pokrycie preparatem pieniącym miejsca połączeń,

• wprowadzenie końcówki urządzenia kontrolującego do otworu przewodu wentylacyjnego (jeśli są dwa otwory, to drugi otwór powinien być szczelnie zatkany),

• doprowadzenie sprężonego powietrza pod ciśnieniem 0,01 MPa.

Nie dopuszczalne jest pojawienie się pęcherzyków gazu ani widocznych odkształceń elementów.

Sprawdzenie prawidłowości funkcjonowania zespołów instalacji obejmuje kontrolę działania reduktora, elektrozaworu gazowego, elektrozaworu paliwa bazowego oraz – dla instalacji zasilania gazem LNG – kontrolę działania systemu detekcji gazu (w przedziale zbiornika LNG), dodatkowego zaworu bezpieczeństwa i automatycznego zaworu odcinającego paliwo.

Sprawdzenie emisji spalin podczas pracy silnika – polega na sprawdzeniu czy wartości emisji zanieczyszczeń gazowych spalin nie przekracza dopuszczalnych i to zarówno przy zasilaniu gazem, jak i paliwem bazowym.

27. Rodzaje badań emisji szkodliwych składników spalin silników spalinowych i najczęściej stosowane testy jezdne pojazdów samochodowych na hamowni podwoziowej.

Badania pojazdów klasy M1 i N1, czyli o masie całkowitej mniejszej niż 3500 kg z silnikami o ZI i o ZS wykonuje się na hamowni podwoziowej, realizując różnego rodzaju testy jezdne odpowiadające typowym warunkom jazdy. Ponieważ symulowane opory jazdy zależą od parametrów badanego pojazdu, konieczne jest dostrajanie charakterystyki momentu oporu hamulca do tych parametrów poprzez próbę wybiegu na drodze.

Badania na hamowni podwoziowej wykorzystywane są jako analiza:

• wartości uśrednionych w testach jezdnych,

• modalna,

• ciągła.

Analizę wartości uśrednionych w testach jezdnych realizuje się przez badanie spalin zebranych w czasie całego testu, a zatem wartością uśrednioną względem czasu jest natężenie emisji. W wyniku tej analizy otrzymuje się wartość średnią emisji drogowej badanych substancji.

Analiza modalna – wykorzystywana jest do badania emisji w pewnych warunkach pracy silnika i pojazdu np. bieg jałowy silnika, jazda ze stałą prędkością, przyspieszeniem lub hamowaniem. Najbardziej szczegółowe wyniki badań emisji uzyskiwane są na podstawie analizy ciągłej, którą stosuje się w badaniach naukowych i rozwojowych.

Najczęściej używane testy jezdne dla pojazdów klasy M1 i N1 o masie całkowitej mniejszej od 3500 kg przedstawiono poniżej:

• ECE 15 – cykl jazdy miejskiej składający się z 4-ch powtórzeń cyklów Urban Drive Cycle i jednego cyklu jazdy pozamiejskiej EUDC (Extra UDC),

• Cykl FTP-75 – stosowany w USA do oceny ekologicznych właściwości samochodów osobowych i dostawczych, składa się z cyklu miejskiego FTP-72 i dodatkowo cyklu US06 agresywnej jazdy na autostradzie rozgrzanym i mocno obciążonym silnikiem.

• Cykl HWFET – test do oceny zużycia paliwa

• Japen 10 Mode

• ARTEMIS – projekt europejski cyklu jezdnego, 52 – minutowy składający się z trzech części, które mogą być realizowane oddzielnie tj. miasto (urban), droga krajowa (road) i autostradą (motorway) z trzema nożnymi prędkościami maksymalnymi: 130 km/h, 150 km/h, 162 km/h. W teście tym rozpoznano istotny wpływ punktów zmiany biegów na wynik pomiarów emisji substancji.

• Test NEDC – punkty przełączania biegów nie korespondują w żadnym z rzeczywistością.

28. Metody fotograficzne i wizualizacja procesu spalania w silniku.

Wizualizacja procesu spalania

Doskonalenie wskaźników energetycznych oraz zmniejszenie emisji toksycznych składników spalin silników spalinowych wymagają coraz bardziej precyzyjnej organizacji przebiegu procesu wtrysku i spalania paliwa. Do bezpośredniej oceny procesu wtrysku paliwa i sposobu tworzenia mieszanki palnej oraz jej spalania niezbędna staje się możliwość wizualizacji tych procesów. Związana jednak jest ona z pokonaniem szeregu istotnych problemów, do których należą: wysoka temperatura i ciśnienie oddziaływujące na elementy optyczne aparatury pomiarowej, brak wystarczającego miejsca w głowicy nowoczesnych silników, optyczny dostęp do wnętrza cylindra oraz bardzo duża szybkozmienność rejestrowanych zjawisk. Optyczne metody badawcze procesu spalania można podzielić na: metody fotograficzne i metody laserowe.

Metody fotograficzne

Jedną z tych metod jest fotografia bezpośrednia. Rejestrację obrazu dokonuje się tu z wykorzystaniem kamery do szybkich zdjęć lub kamery wideo. Wadą tej metody jest konieczność zapewnienia dostępu optycznego do komory spalania poprzez specjalnie wykonane okno w głowicy lub przedłużonym tłoku. Metoda ta może być zastosowana tylko do wykonania zdjęć płomienia i ciekłego paliwa. Ruch ładunku w cylindrze można rejestrować tylko przy zastosowaniu pierwiastków posiewu.

Jedną z odmian fotografowania jest ultraszybka fotografia – gdzie liczba klatek na sekundę dochodzi tu do 1,25 miliona. Można ją zastosować do badania wtrysku paliwa.

Jedną z odmian szybkiej fotografii jest fotografia stroboskopowa, którą też można zastosować do rejestracji wtrysku paliwa.

Inną odmianą szybkiej fotografii jest mikrofotografia. Umożliwia ona obserwację rozwoju płomienia w komorze spalania oraz zmiany w strudze rozpylonego paliwa.

Kolejną metodą szybkiej fotografii jest metoda fluorescencyjna wykorzystująca własności fluoryzacji pewnych substancji rozpuszczonych w rozpylonej cieczy, powodujących zwiększenie promieniowania kropel w porównaniu ze zwykłym odbiciem światła od ich powierzchni.

Wadą wszystkich metod wykorzystujących kamerę do szybkich zdjęć jest to, że poprawność rejestracji można stwierdzić dopiero po wywołaniu filmu – co trwa pewien czas. Przebieg badanego procesu może być obserwowany bezpośrednio (on-line) lub może być zapisany na taśmie wideo (system analogowy) lub na dysku komputera (system cyfrowy) i później odtwarzany.

29. Metody laserowe i holografia stosowane w badaniach silników samochodowych.

Metody laserowe podobne są do fotografii bezpośredniej z tą różnicą, że do oświetlenia stosuje się światło laserowe o określonej długości fali. Może być ona stosowana do badania strugi paliwa i obserwacji par paliwa. Kolejną metodą jest metoda chemiluminescencji polegająca na określeniu intensywności światła powstającego podczas pewnych reakcji chemicznych. Stosowana jest ona w badaniach zapłonu i początkowej fazy spalania.

Holografia umożliwia rejestrację trójwymiarowego obrazu. Uzyskuje się to za pomocą układu rozszczepiającego wiązkę światła na wiązkę oświetlającą inną wiązkę odniesienia, która dociera na płytkę holograficzną z opóźnieniem w stosunku do wiązki podstawowej. Jest to proces dwustopniowy. W pierwszym etapie następuje rejestracja na płytce holograficznej obrazu interferencyjnego tworzonego przez duże spójne fale elektromagnetyczne zawierające informacje o rozkładzie amplitudy i fazy. Metoda ta wykorzystywana jest do badania koncentracji paliwa w rozpylonej strudze.

Najczęstszym pomiarem towarzyszącym wizualizacji przebiegu procesu wtrysku paliwa i jego spalania jest pomiar przebiegu zmiany ciśnienia w cylindrze, ciśnienie paliwa w instalacji wtryskowej oraz przemieszczenie iglicy wtryskiwacza w funkcji kąta obrotu wału korbowego silnika.

30. Badania zadymienia i emisji cząstek stałych oraz toksycznych składników spalin na hamowni silnikowej.

Badanie zadymienia na hamowni silnikowej może odbywać się jedną z metod:

• metodą bezpośrednią polegającą na filtracji określonej objętości spalin, a następnie ważenie zatrzymanej sadzy,

• metodą pośrednią wykorzystującą zależność pomiędzy zawartością sadzy i tlenku węgla w spalinach,

• metodą analogiczną do pierwszej, ale oceniając zadymienie spalin stopniem zaciemnienia bibuły filtracyjnej,

• metodą bezpośredniej oceny stopnia przezroczystości spalin.

Metoda pierwsza jest stosowana bardzo rzadko i to wyłącznie w warunkach laboratoryjnych.

Powszechnie stosowane są dwie metody: optyczna i filtracyjna.

Metoda optyczna – polega ba pomiarze stopnia pochłaniania promieniowania przechodzącego przez spaliny, w związku z czym na wynik pomiarów wpływ mają czynniki: gęstość cząstek stałych, ich skład chemiczny, struktura, kolor itp. Pomimo nieścisłych zależności pomiędzy ilością sadzy w spalinach, a zawartością PM metoda ta znalazł szerokie zastosowanie. Na tej metodzie oparta jest zasada działania dymomierza Hartridge’a. Dymomierz ten jest dwukanałowym urządzeniem optycznym, gdzie w jednym kanale pomiarowym znajdują się spaliny wchodzące tam przez oddzielacz wilgoci i lotnych popiołów, a w drugim kanale porównawczym znajduje się czyste powietrze dostarczane za pomocą wentylatora. Przez prześwietlenie obu kanałów żarówką, w fotoelemencie wytwarza się prąd, który po przejściu przez układ regulacyjny jest odczytywany na mikroamperomierzu. Skala posiada 100 działek w jednostkach stopnia zadymienia Hartridge’a (1 jedn. odpowiada osłabieniu światła o 1%).

Metoda filtracyjna – polega na przepuszczaniu spalin pobranych z układu wylotowego silnika przez filtr (najczęściej bibułę filtracyjną), która zatrzymuje znaczną część sadzy i drobnych kropel cieczy zawartych w spalinach. Stopień zadymienia spalin jest następnie określany drogą pomiaru zaczernienia powierzchni bibuły lub zmniejszenia jej przezroczystości. Najczęściej stosowanymi urządzeniami tego typu jest dymomierz Boscha. Działanie jego polega na zassaniu określonej objętości spalin z układu wylotowego silnika za pomocą specjalnej pompy, przez bibułę filtracyjną. Odczyt stopnia zaczernienia bibuły pada na fotokomórkę, a wytworzony prąd mierzony jest mikroamperomierzem. Skala zaczernienia wyznaczona jest od 0 do 10, przy czym 0 odpowiada białej bibule filtracyjne, natomiast 10 bibule całkowicie zaczernionej, nie powodującej refleksji światła.