ROK WYD. LXVI

ZESZYT 10/2007

1 1

Coraz wi´ksze wymagania stawiane silnikom spa-

linowym ze wzgl´du na ich oddzia∏ywanie na Êro-
dowisko przyczyniajà si´ do rozwoju metod badaƒ
silników [1 – 8]. Rozwój ten nast´puje nie tylko
w odniesieniu do silników samochodowych [4 – 6],
lecz tak˝e i silników spalinowych o innych za-
stosowaniach [1 – 8], m.in. do maszyn roboczych.
Szczególnà wag´ ze wzgl´du na ochron´ Êrodowiska
przywiàzuje si´ do emisji zanieczyszczeƒ szkodli-
wych dla zdrowia ludzi. Emisja zanieczyszczeƒ z sil-
ników spalinowych jest silnie zale˝na od warunków,
w jakich si´ te silniki znajdujà [9]. Warunki pracy
silników spalinowych mogà byç okreÊlone w usta-
bilizowanym stanie cieplnym procesami pr´dkoÊci
obrotowej i wielkoÊci charakteryzujàcych obcià˝enie,
najcz´Êciej procesem momentu obrotowego [1 – 3,
9 – 11]. Emisja zanieczyszczeƒ z silników spalinowych
zale˝y silnie od statycznych stanów pracy, okreÊ-
lonych wartoÊciami momentu obrotowego i pr´dkoÊci
obrotowej [1, 3, 10, 11], oraz od wyst´powania
w warunkach pracy silnika stanów dynamicznych [9].
Z tych powodów sà rozwijane metody badaƒ silni-
ków spalinowych ze wzgl´du na emisj´ zanieczysz-
czeƒ i to zarówno statyczne, jak i dynamiczne.

Badania emisji zanieczyszczeƒ z silników spali-

nowych rozpocz´∏y si´ od testów statycznych. Na
poczàtku badaƒ emisji zanieczyszczeƒ z silników
spalinowych stosowano tylko testy statyczne [1, 2,
9 – 11]. Za takim rozwiàzaniem przemawia∏a przede
wszystkim mniejsza trudnoÊç przeprowadzania ba-
daƒ i mniejsze wymagania techniczne w stosunku
do sprz´tu badawczego, stanowiàcego wyposa˝enie
hamowni silnikowej [1 – 4]. Testy statyczne do bada-
nia silników spalinowych sà okreÊlone przez po-
danie wartoÊci wspó∏rz´dnych faz w punktach na
p∏aszczyênie: pr´dkoÊç obrotowa – moment obrotowy
oraz udzia∏ów (wspó∏czynników wagowych) tych faz
w ca∏ym teÊcie [1 – 3, 9 – 11].

Testy dynamiczne sà okreÊlone przez przebiegi

pr´dkoÊci obrotowej i momentu obrotowego. Do ich
realizacji jest wymagane wyposa˝enie hamowni sil-
nikowej, umo˝liwiajàce obcià˝anie silnika w wa-
runkach dynamicznych. Jest to zwiàzane z koniecz-
noÊcià stosowania uk∏adów automatycznej regulacji
do sterowania zasilania silnika zgodnie z wymaga-
nym przebiegiem pr´dkoÊci obrotowej dla za∏o˝o-
nego wymuszenia w postaci przebiegu momentu
obcià˝ajàcego silnik [9]. Dodatkowo testy dynamicz-
ne cz´sto zawierajà stany ujemnego momentu obro-
towego, odpowiadajàce hamowaniu silnikiem, co
wymaga nap´dzania silnika. Stawia to dodatkowe
wymagania przed hamulcem i uk∏adem jego ste-

rowania. Z tych powodów testy dynamiczne badania
silników sà rozwijane dopiero w ostatnich latach.
Pierwsze testy dynamiczne wprowadzono w Stanach
Zjednoczonych Ameryki w 1985 r. (HDDTT – Heavy
Duty Diesel Transient Test oraz HDGTT – Heavy Duty
Gasoline Transient Test) [1, 4 – 6, 9]. W Europie
pierwszy test dynamiczny do badania silników spa-
linowych wprowadzono w 2000 r. (ETC – European
Transient Cycle), ale jest on stosowany jako obo-
wiàzujàcy w procedurach homologacyjnych dopiero
od 2005 r. [2, 4, 6].

Niewielkie wymagania w stosunku do wyposa-

˝enia laboratoriów w celu realizacji statycznych tes-
tów silników spalinowych zdecydowa∏y o rozwoju
tych metod badawczych. Poczàtkowo badania te by∏y
stosowane do silników samochodowych – by∏ to test
trzynastofazowy wg regulaminu nr 49.02 EKG ONZ
(Europejskiej Komisji Gospodarczej) – ECE R 49 [1 – 6,
9]. Z czasem, wykorzystujàc doÊwiadczenia z badaƒ
silników samochodowych, opracowano statyczne
testy do badaƒ silników spalinowych o innych za-
stosowaniach.

Testy statyczne

do badania silników spalinowych

wg ISO 8178–4

Przyk∏adem statycznych metod badaƒ emisji z sil-

ników spalinowych o ró˝nych zastosowaniach sà testy
zawarte w normie ISO 8178–4 [1 – 7, 9]. Testy te sà
okreÊlone we wspó∏rz´dnych wzgl´dnych, odnie-
sionych do wielkoÊci na zewn´trznej charakterystyce
szybkoÊciowej silnika.

Wzgl´dna pr´dkoÊç obrotowa wynosi [1, 2, 9 – 11]:

n

w

=

(1)

gdzie:

n – pr´dkoÊç obrotowa,
n

bj

– minimalna pr´dkoÊç obrotowa biegu

ja∏owego,

n

N

– znamionowa pr´dkoÊç obrotowa.

Wzgl´dny moment obrotowy dla pr´dkoÊci obro-

towej

n jest odnoszony do momentu obrotowego na

charakterystyce zewn´trznej dla tej samej pr´dkoÊci
[1, 2, 9 – 11]:

M

ew

= (2)

gdzie:

M

e

(

n) – moment obrotowy dla pr´dkoÊci

obrotowej

n,

M

ez

(

n) – moment obrotowy na charakterystyce

zewn´trznej dla pr´dkoÊci obrotowej

n.

Analiza testów statycznych do badania emisji
zanieczyszczeƒ z silników spalinowych
o zastosowaniach innych ni˝ samochodowe

EWA MARECKA-CH¸OPEK

n – n

bj

n

N

–

n

bj

M

e

(

n)

M

ez

(

n)

In˝. Ewa Marecka-Ch∏opek jest pracownikiem Instytutu

Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego.

ROK WYD. LXVI

ZESZYT 10/2007

1 2

N

e

(

n)

N

ez

(

n)

Wzgl´dna moc u˝yteczna dla pr´dkoÊci obrotowej

n jest okreÊlona jako stosunek [1, 2]:

N

ew

= (3)

gdzie:

N

e

(

n) – moc u˝yteczna dla pr´dkoÊci obroto-

wej

n,

N

ez

(

n) – moc u˝yteczna na charakterystyce

zewn´trznej dla pr´dkoÊci obrotowej

n.

Podstawà do tworzenia testów do badania silni-

ków o ró˝nych zastosowaniach jest test uniwersalny,
którego wspó∏rz´dne sà zgodne ze wspó∏rz´dnymi
testu wed∏ug regulaminu nr 49.03 EKG. W teÊcie
uniwersalnym przyjmuje si´ wspó∏rz´dne punktów
pomiarowych [4 – 6, 9]:

– bieg ja∏owy z minimalnà pr´dkoÊcià obrotowà;
– znamionowà pr´dkoÊç obrotowà wzgl´dnà z ob-

cià˝eniami o wzgl´dnym momencie obrotowym: 0,1;
0,25; 0,5; 0,75 i 1;

– poÊrednià pr´dkoÊç obrotowà wzgl´dnà z obcià-

˝eniami o wzgl´dnym momencie obrotowym: 0,1;
0,25; 0,5; 0,75 i 1; przy czym poÊrednia pr´dkoÊç
obrotowa –

n

p

spe∏nia warunki:

n

P

= n

M

, gdy

n

M

∈ (0,6 ÷ 0,75) n

N

lub

n

P

= 0,6

n

N

, jeÊli

n

M

< 0,6 (4)

lub

n

P

= 0,75

n

N

, jeÊli

n

M

> 0,75

.

Testy zgodne z normà ISO 8178–4 dotyczà za-

stosowania silników spalinowych w nast´pujàcych
typach maszyn i urzàdzeƒ, obejmujàcych szczegó∏owe
kategorie [7]:

1. Typ A – pojazdy samochodowe nap´dzane sil-

nikami o zap∏onie samoczynnym oraz silnikami
o zap∏onie iskrowym zasilane paliwami gazowymi.

2. Typ B – test uniwersalny.
3. Typ C – pojazdy terenowe i urzàdzenia przemy-

s∏owe – kategorie:

– C1 – pojazdy terenowe i terenowe maszyny

samobie˝ne nap´dzane silnikami o zap∏onie samo-
czynnym,

– C2 – pojazdy terenowe i terenowe maszyny

samobie˝ne nap´dzane silnikami o zap∏onie iskrowym
o znamionowej mocy u˝ytecznej wi´kszej ni˝ 20 kW.

4. Typ D – urzàdzenia pracujàce ze sta∏à pr´dkoÊcià

obrotowà – kategorie:

– D1 – si∏ownie,
– D2 – zespo∏y pràdotwórcze o zmiennym obcià-

˝eniu.

5. Typ E – jednostki p∏ywajàce – kategorie:

– E1 – statki o d∏ugoÊci mniejszej od 24 m na-

p´dzane silnikami o zap∏onie samoczynnym (wypro-
wadzony z testu uniwersalnego),

– E2 – statki nap´dzane silnikami wysoko ob-

cià˝onymi o sta∏ej pr´dkoÊci obrotowej,

– E3 – statki nap´dzane silnikami wysoko ob-

cià˝onymi,

– E4 – ∏odzie rekreacyjne o d∏ugoÊci mniejszej od

24 m nap´dzane silnikami o zap∏onie iskrowym,

– E5 – statki o d∏ugoÊci mniejszej od 24 m nap´-

dzane silnikami o zap∏onie samoczynnym pracujàce
na charakterystyce Êrubowej.

6. Typ F – pojazdy szynowe.
7. Typ G – urzàdzenia ogrodnicze, rekreacyjne i inne

niewielkie urzàdzenia – kategorie:

– G1 – urzàdzenia samobie˝ne pracujàce przy

poÊredniej pr´dkoÊci obrotowej,

– G2 – urzàdzenia samobie˝ne pracujàce przy

znamionowej pr´dkoÊci obrotowej,

– G3 – urzàdzenia r´czne pracujàce przy zna-

mionowej pr´dkoÊci obrotowej.

Kategoria C1 obejmuje m.in.:
– przemys∏owe urzàdzenia wiertnicze, spr´˝arki

itp.,

– maszyny budowlane: ∏adowarki ko∏owe, spy-

charki, ciàgniki gàsienicowe, ∏adowarki gàsienicowe,

– ∏adowarki samochodowe, terenowe samochody

ci´˝arowe, koparki hydrauliczne itp.,

– maszyny rolnicze, glebogryzarki,
– ciàgniki leÊne,
– samobie˝ne pojazdy rolnicze (w tym ciàgniki),
– urzàdzenia transportowe,
– wózki wid∏owe,
– maszyny drogowe (równiarki samobie˝ne, walce

drogowe, asfalciarki),

– p∏ugi Ênie˝ne,
– pomocnicze wyposa˝enie lotnisk,
– podnoÊniki masztowe,
– ˝urawie samobie˝ne.
Kategoria C2 to m.in.:
– wózki wid∏owe,
– pomocnicze wyposa˝enie lotnisk,
– urzàdzenia transportowe,
– maszyny drogowe,
– maszyny rolnicze.
Kategoria D1 to m.in.:
– si∏ownie,
– pompy do urzàdzeƒ nawadniajàcych.
Kategoria D2 obejmuje m.in.:
– spr´˝arki,
– zespo∏y pràdotwórcze o zmiennym obcià˝eniu,
– kosiarki,
– obcinarki,
– odÊnie˝arki,
– kultywatory.
Kategoria G1 obejmuje m.in.:
– kosiarki rotacyjne lub listwowe sterowane przez

osoby piesze,

– kosiarki z przednim lub tylnym mechanizmem

tnàcym,

– glebogryzarki,
– obcinarki kraw´dziowe,
– glebogryzarki do trawników,
– urzàdzenia do usuwania odpadków,
– opryskiwacze,
– urzàdzenia do odÊnie˝ania,
– wózki golfowe.
Kategoria G2 to m.in.:
– przenoÊne zespo∏y pràdotwórcze, pompowe,

spawalnicze i spr´˝arkowe,

– urzàdzenia do piel´gnacji trawników i ogrodów,

których silniki pracujà przy znamionowej pr´dkoÊci
obrotowej.

Kategoria G3 obejmuje m.in.:
– obcinarki kraw´dziowe,
– kosiarki strunowe,
– dmuchawy,
– urzàdzenia pró˝niowe,
– pi∏y ∏aƒcuchowe,
– traki przenoÊne.
Schematy testów badawczych zgodnych z ISO

8178–4 przedstawiono na rysunkach 1 – 15. Pole

ROK WYD. LXVI

ZESZYT 10/2007

1 3

powierzchni poszczególnych kó∏ jest proporcjonalne
do udzia∏u danej fazy w ca∏ym teÊcie. Testy E3, E4
i E5 – w odró˝nieniu od pozosta∏ych testów – majà
punkty niewyprowadzane z testu uniwersalnego,
tylko znajdujàce si´ na charakterystyce Êrubowej

silnika, co wynika ze specyfiki charakteru pracy roz-
patrywanych silników.

Ju˝ samo graficzne przedstawienie testów do ba-

dania silników zgodnie z normà ISO 81278–4 wska-
zuje na znaczne ró˝nice testów. Testy te zosta∏y opra-

Rys. 1. Test typu A – ECE R 49

Rys. 2. Test uniwersalny typu B

Rys. 3. Test typu C1

Rys. 4. Test typu C2

Rys. 5. Test typu D1

Rys. 6. Test typu D2

Rys. 7. Test typu E1

Rys. 8. Test typu E2

ROK WYD. LXVI

ZESZYT 10/2007

1 4

cowane zgodnie z zasadà apriorycznà, tzn. zgodnie
z kryterium podobieƒstwa warunków badaƒ i pracy
silnika. Znaczne zró˝nicowanie testów odpowiada
znacznemu zró˝nicowaniu warunków pracy silników
o ró˝nych zastosowaniach.

Porównanie testów statycznych

wg ISO 81278–4

Synteza statycznych testów do badaƒ silników

o ró˝nych zastosowaniach wed∏ug normy ISO
81278–4 jest przeprowadzana zgodnie z zasadà
podobieƒstwa dwuwymiarowej g´stoÊci prawdopo-
dobieƒstwa procesów pr´dkoÊci obrotowej i mo-
mentu obrotowego w warunkach: pracy i badaƒ
silnika [1 – 3, 9 – 11]. Ró˝nym dwuwymiarowym
g´stoÊciom prawdopodobieƒstwa pr´dkoÊci obro-
towej i momentu obrotowego w warunkach pracy
silnika odpowiadajà zatem ró˝ne struktury testów
badawczych. Struktury poszczególnych testów mogà
byç scharakteryzowane przy u˝yciu charakterystyk

zerowymiarowych (punktowych). Najprostszymi cha-
rakterystykami punktowymi sà wartoÊci Êrednie
wspó∏rz´dnych punktów testu z uwzgl´dnieniem
wspó∏czynników wagowych poszczególnych faz.
Innymi charakterystykami sà np. wariancje i wspó∏-
czynniki zmiennoÊci rozpatrywanych zbiorów punk-
tów. W niniejszej pracy – ze wzgl´du na obj´toÊç

Rys. 9. Test typu E3

Rys. 10. Test typu E4

Rys. 11. Test typu E5

Rys. 12. Test typu F

Rys. 13. Test typu G1

Rys. 14. Test typu G2

Rys. 15. Test typu G3

ROK WYD. LXVI

ZESZYT 10/2007

1 5

artyku∏u – ograniczono si´ do analizy wartoÊci Êred-
nich wspó∏rz´dnych punktów testu.

Na rysunkach 16 – 18 przedstawiono zbiór w po-

szczególnych testach: Êredniej wzgl´dnej pr´dkoÊci
obrotowej, Êredniego wzgl´dnego momentu obro-
towego i Êredniej wzgl´dnej mocy u˝ytecznej.

Na rysunkach tych jest wyraênie widoczne, jak

znaczne sà ró˝nice wartoÊci Êrednich wzgl´dnych
wielkoÊci: pr´dkoÊci obrotowej, momentu obroto-
wego i mocy u˝ytecznej dla silników o ró˝nych za-
stosowaniach. Na rys. 19 i 20 przedstawiono zbiory
punktów dla poszczególnych testów we wspó∏rz´d-
nych: Êrednia wzgl´dna pr´dkoÊç obrotowa – Êredni
wzgl´dny moment obrotowy oraz Êrednia wzgl´d-
na pr´dkoÊç obrotowa – Êrednia wzgl´dna moc
u˝yteczna.

Silnikami spalinowymi pracujàcymi z najwi´kszym

Êrednim obcià˝eniem i przy najwi´kszych Êrednich
pr´dkoÊciach obrotowych sà silniki stosowane do
nap´du: urzàdzeƒ r´cznych, pracujàcych przy zna-
mionowej pr´dkoÊci obrotowej, statków o d∏ugoÊci
mniejszej od 24 m (z silnikami o zap∏onie samo-
czynnym) oraz statków z silnikami wysoko obcià-
˝onymi o sta∏ej pr´dkoÊci obrotowej. Najmniejsze
Êrednie obcià˝enia i Êrednie pr´dkoÊci obrotowe
wyst´pujà dla silników pojazdów szynowych, silni-
ków o zap∏onie iskrowym do pojazdów terenowych,
silników urzàdzeƒ samobie˝nych pracujàcych przy
poÊredniej pr´dkoÊci obrotowej oraz silników stat-
ków o d∏ugoÊci mniejszej od 24 m i ∏odzi rekrea-
cyjnych.

Charakter pracy najbardziej zbli˝ony do silników

samochodowych (test A) – ze wzgl´du na wartoÊci
Êrednie wzgl´dnej pr´dkoÊci obrotowej i wzgl´dnego
momentu obrotowego – majà silniki: urzàdzeƒ sa-
mobie˝nych pracujàcych przy poÊredniej pr´dkoÊci
obrotowej oraz ∏odzi rekreacyjnych i statków o d∏u-
goÊci mniejszej od 24 m.

Podsumowanie

Statyczne testy do badania silników spalinowych

ze wzgl´du na emisj´ zanieczyszczeƒ i zu˝ycie pali-
wa, mimo ˝e nie odzwierciedlajà rzeczywistych
w typowym u˝ytkowaniu dynamicznych warunków
pracy, stanowià êród∏o wartoÊciowej wiedzy. Oczy-
wiÊcie wiedza ta nie mo˝e zastàpiç informacji uzys-
kanych w warunkach dynamicznych, ale – dzi´ki
symulacji warunków pracy w dziedzinach obcià˝e-
nia i pr´dkoÊci obrotowej – mo˝na przy u˝yciu sto-
sunkowo prostych Êrodków przeprowadzaç bada-

Sprostowanie
Na proÊb´ pana Piotra Borala informujemy, ˝e wspó∏-

autorami artyku∏u pt. „Zastosowanie nowoczesnych tech-
nologii i technik pomiarowych do odtwarzania kszta∏tów
uzwojeƒ stojana” (Przeglàd Mechaniczny nr 5/2007. Suple-
ment, s. 29) byli: Piotr Boral, Grzegorz Brzezina, Krzysztof
Pieprzyca, Andrzej Piotrowski.



Rys. 16. WartoÊç Êrednia wzgl´dnej pr´dkoÊci obrotowej

Rys. 17. WartoÊç Êrednia wzgl´dnego momentu obrotowego

Rys. 18. WartoÊç Êrednia wzgl´dnej mocy u˝ytecznej

Rys. 19. Zbiór punktów dla testów wg ISO 8178 we wspó∏-
rz´dnych: Êrednia wzgl´dna pr´dkoÊç obrotowa – Êredni
wzgl´dny moment obrotowy

Rys. 20. Zbiór punktów dla testów wg ISO 8178 we wspó∏-
rz´dnych: Êrednia wzgl´dna pr´dkoÊç obrotowa – Êrednia
wzgl´dna moc u˝yteczna

ROK WYD. LXVI

ZESZYT 10/2007

1 6

nia o charakterze porównawczym. Z tych powodów
– mimo znacznego rozwoju metod badaƒ silników
spalinowych w warunkach dynamicznych – nale˝y
w dalszym ciàgu upatrywaç celowoÊci prowadzenia
prac nad statycznymi testami badawczymi.

LITERATURA PRZEDMIOTU

1.

Ch∏opek Z., Marecka-Ch∏opek E.: Ocena w∏aÊciwoÊci sil-
ników spalinowych maszyn roboczych ze wzgl´du na emi-
sj´ zanieczyszczeƒ. Przeglàd Mechaniczny nr 6/2007, s. 20.

2.

Ch∏opek Z., Marecka-Ch∏opek E.: Synteza testów sta-
tycznych do badania silników spalinowych o zastosowa-
niach innych ni˝ samochodowe ze wzgl´du na emisj´
zanieczyszczeƒ i zu˝ycie paliwa. Przeglàd Mechaniczny nr
9/2007, s. 35.

3.

Ch∏opek Z.: Ocena ekologicznych w∏aÊciwoÊci silników
spalinowych o ró˝nych zastosowaniach – problemy pro-
cedur badawczych. Ogólnopolska Konferencja Naukowa
KONSSPAL 2000.

4.

Ch∏opek Z.: Pojazdy samochodowe – Ochrona Êrodowiska
naturalnego. WK¸, Warszawa 2002.

5.

Merkisz J.: Ekologiczne problemy silników spalinowych.
T. 1 i 2. Wydawnictwo Politechniki Poznaƒskiej, Poznaƒ 1998.

6. Emission Test Cycles. http://www.dieselnet.com/standards/

cycles/.

7. ISO 08178: „Reciprocating internal combustion engines –

Exhaust emission measurement – Part 4: Test cycles for
different engine applications”.

8. SAE Recommended Practise: Test Procedure for the

Measurement of Gaseous Exhaust Emissions from Small
Utility Engines. SAE J1088; February 1993.

9.

Ch∏opek Z.: Modelowanie procesów emisji spalin w wa-
runkach eksploatacji trakcyjnej silników spalinowych. Prace
Naukowe. Seria „Mechanika” z. 173. Oficyna Wydawnicza
Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1999.

10.

Ch∏opek Z.: O kryteriach równowa˝noÊci warunków eks-
ploatacji i warunków badaƒ silników spalinowych. Fourth
International Symposium on Combustion Engines in
Military Applications. Jurata 1999.

11.

Ch∏opek Z.: Synteza statycznych testów badawczych sil-
ników spalinowych. PAN Oddzia∏ w Krakowie. Teka Komi-
sji Naukowo-Problemowej Motoryzacji. Zeszyt 18. Kra-
ków 1999.