LABORATORIUM TECHNIKI CIEPLNEJ
INSTYTUTU TECHNIKI CIEPLNEJ
WYDZIAA
INŻYNIERII ŚRODOWISKA
I ENERGETYKI
POLITECHNIKI ÅšL
SKIEJ
INSTRUKCJA LABORATORYJNA
Temat ćwiczenia:
BADANIE WYKRESU INDYKATOROWEGO
MASZYN TA
OKOWYCH
Politechnika ÅšlÄ…ska w Gliwicach
Instytut Techniki Cieplnej
G. Przybyła
T. Malkiewicz
WYKRES INDYKATOROWY MASZYN TA
OKOWYCH
Cel ćwiczenia - po zajęciach student powinien:
1) Znać:
- definicję cyklu pracy maszyny tłokowej,
- sposób wyznaczenia wartości mocy wewnętrznej, mocy efektywnej, sprawności
wewnętrznej oraz sprawności mechanicznej silnika i maszyny roboczej,
- metody realizacji pomiaru wielkości szybkozmiennych, oraz możliwości
wykorzystania wyników pomiarowych,
- zasadę działania kompletnego toru pomiarowego na przykładzie układu do
indykacji silników spalinowych.
2) Umieć:
- podać różnice pomiędzy obiegiem rzeczywistym a obiegiem teoretycznym
maszyny tłokowej,
- narysować rzeczywisty oraz teoretyczny obieg silnika spalinowego ZI w układzie
 p v i  p, Ä… ,
- zweryfikować otrzymane wyniki pomiarowe oraz wyznaczyć na ich podstawie
pozostałe parametry stanu czynnika roboczego w cylindrze maszyny tłokowej.
3) Być przekonanym, że:
- wiadomości dotyczące poruszanej tematyki są wykorzystywane przy
rozwiązywaniu zagadnień projektowych, modernizacyjnych oraz
wdrożeniowych maszyn tłokowych,
- nie wszystkie wielkości fizyczne charakteryzujące stan termodynamiczny
czynnika roboczego w maszynie tłokowej można bezpośrednio zmierzyć.
1 Wprowadzenie
Pozyskiwanie lub doprowadzanie pracy z/do jakiejś maszyny w sposób ciągły jest możliwe
jedynie przy doprowadzaniu i wyprowadzaniu energii z tej maszyny. Poza silnikami
elektrycznymi czy prądnicami, jest to realizowane praktycznie poprzez przepływ substancji przez
maszynę, który ponadto może odbywać się w sposób ciągły lub okresowy. W pierwszym
przypadku mamy do czynienia z maszynami wirnikowymi, w drugim z maszynami tłokowymi.
Jeżeli wewnątrz maszyny występuje istotna zmiana temperatury czynnika roboczego, to taką
maszynÄ™ nazywamy maszynÄ… cieplnÄ….
W cieplnych maszynach wirnikowych (takich jak np. turbiny, sprężarki osiowe czy
promieniowe) parametry czynnika zmieniają się w sposób ciągły wraz z przemieszczaniem się
czynnika wewnÄ…trz maszyny. Gdy maszyna znajduje siÄ™ w stanie ustalonym to pomiar
parametrów termodynamicznych czynnika, w trakcie procesu cieplnego zachodzącego w
maszynie, może być realizowany przez pomiar quasistatyczny w odpowiednich miejscach
maszyny.
Maszyny tłokowe pracują cyklicznie, to znaczy, że w stanie ustalonym każdy cykl działania
rozpoczyna się każdorazowo od takich samych parametrów a końcowe parametry
termodynamiczne czynnika po każdym cyklu są identyczne. W cieplnych maszynach tłokowych,
znajdujących się w stanie ustalonym, jako quasistatyczne możemy traktować tylko pomiary
parametrów czynnika roboczego na dopływie i odpływie z maszyny. Miejsca pomiarowe
powinny znajdować się w takiej odległości od cylindrów maszyny, aby wpływ cyklicznych
zmian parametrów (głównie ciśnienia) był pomijalnie mały. Wszystkie pomiary mające na celu
określenie zmian parametrów w czasie jednego cyklu działania (pracy) maszyny muszą być
dostosowane do szybkości zmian tych parametrów i odbywać się w sposób ciągły bez opóz
nień
czasowych. Rejestracja wyników pomiarów musi zapewniać ich wiarygodne odtworzenie dla
analizy procesów zachodzących w czasie pojedynczego cyklu. Szybkozmienny charakter
parametrów wyklucza w zasadzie pomiar przebiegu temperatury czynnika w czasie pojedynczego
cyklu maszyny. Brak jest czujników o odpowiednio małej bezwładności cieplnej i nie ma
możliwości, w odpowiednio krótkim czasie, doprowadzenia do stanu równowagi cieplnej
czujnika i czynnika roboczego (wymóg Zerowej Zasady Termodynamiki). Niejednorodność pola
temperatury wewnątrz cylindra maszyny tłokowej również eliminuje pomiar tego parametru i
jego przydatność do określania stanu termodynamicznego czynnika w cylindrze. Jedynymi
mierzalnymi parametrami czynnika roboczego zamkniętego wewnątrz cylindra jest jego ciśnienie
oraz objętość w chwili pomiaru.
Indykacja silnika spalinowego lub sprężarki tłokowej polega na pomiarze sygnału
szybkozmiennego ciśnienia w cylindrze lub układach dolotowym i wylotowym silnika w funkcji
kąta obrotu wału korbowego. Pierwszy przyrząd do pomiaru zmiennego ciśnienia wewnątrz
cylindra maszyny cieplnej opracował James Watt w 1970 roku. Był to odpowiednio zbudowany
manometr mechaniczny w skład, którego wchodził cylinderek oraz tłoczek obciążony sprężyną
(rysunek 1).
C  cylinder indykowanej maszyny
Z  zawór odcinający
M  manometr pomiarowy
S  sprężyna manometru
R  rysik do wykreślania przebiegu
ciśnienia
T  tarcza do archiwizacji wykresu
indykatorowego
Rys. 1 Indykator mechaniczny James a Watt a.
Ruch tłoczka wywoływany zmiennym ciśnieniem w mierzonym cylindrze, poprzez układ
dzwigni, przenoszony był na rysik kreślący przebieg ciśnienia na obrotowym walcu. Sprzęgnięcie
ruchu walca za pomocą linki z ruchem wału maszyny umożliwiało uzyskanie wykresu zmian
ciśnienia względem położenia tłoka (funkcji zmiany objętości czynnika roboczego) w cylindrze.
Napięcie wstępne i sztywność sprężyny oraz średnica tłoczka musiały być dobrane indywidualnie
do mierzonego zakresu ciśnień. Bezwładność ruchomych części, tarcie wewnętrzne oraz wąskie
pasmo przenoszonych częstotliwości ograniczało możliwość stosowania tego typu układów.
Póz
niejsze rozwiązania zespołu pomiarowego wyposażonego w sprężynę prętową (np.
firmy Maihak) wykazywały lepsze własności częstotliwościowe. Urządzenia te pozwalały
indykować maszyny pracujące z prędkościami do ok. 2500 obr/min [4]. Jednym z pierwszych
badaczy, który posłużył się tą techniką pomiarową w silniku spalinowym był Nikolaus August
Otto. Zarejestrował on 18 maja 1876 roku przebieg zmian ciśnienia w cylindrze opracowanego
przez siebie czterosuwowego silnika spalinowego ZI [5]. Pomiar i rejestracja ciśnienia
przeprowadzane były w sposób ciągły, dzięki czemu otrzymano wykres indykatorowy.
Planimetrowanie wspomnianego wykresu umożliwiało wyznaczenie mocy wewnętrznej silnika
spalinowego.
2 Metodyka pomiarowa
Obecnie pomiar szybkozmiennego ciśnienia dokonywany jest również w sposób ciągły,
lecz za pośrednictwem czujnika piezoelektrycznego (piezokwarcowego) wraz z odpowiednim
osprzętem. Analogowy sygnał ciśnienia pochodzący z czujnika, jest próbkowany z wysoką
częstotliwością poprzez kartę pomiarową. Znacznym utrudnieniem podczas badań maszyn
tłokowych jest szybkość zmian ciśnienia w cylindrze. Dla przykładu, silniki spalinowe stosowane
w komunikacji mogÄ… pracować z prÄ™dkoÅ›ciami maksymalnymi rzÄ™du 8000÷13000 obr/min.
Dokonanie pomiaru przy wspomnianych prędkościach z rozdzielczością np. "ą = 0,5żOWK
wymaga stosowania aparatury pomiarowej z czasem próbkowania rzÄ™du 6÷10źs (na jednym
kanale pomiarowym). Współczesne karty pomiarowe dysponują bardzo dobrymi parametrami
pracy przetwornika analogowo-cyfrowego, które umożliwiają przeprowadzenie dokładnych
badań maszyn tłokowych w szerokim zakresie prędkości obrotowych wału korbowego. Jako
najważniejsze należy wymienić: wysoką rozdzielczość pomiaru oraz częstotliwość próbkowania
sygnału mierzonego np. 16-bitowy przetwornik A/C, o zdolności próbkowania 600kHz [1].
Współpraca karty pomiarowej z szybkimi komputerami umożliwia precyzyjne oraz dokładne
indykowanie maszyn. Ponadto możliwa staje się archiwizacja uzyskanych wyników
pomiarowych oraz wyświetlanie zmierzonego sygnału na ekranie komputera bezpośrednio
podczas pracy maszyny cieplnej.
Stosowany w układzie do indykacji, piezokwarcowy czujnik ciśnienia charakteryzuje się
zdolnością pomiaru tylko zmian (przyrostów) ciśnienia. Oznacza to, że aby wyznaczyć aktualne
bezwzględne ciśnienie panujące wewnątrz badanej maszyny, należy dysponować dodatkowym
pomiarem tej wielkości dla znanego położenia tłoka w cylindrze (tzw. detekcja linii zerowej).
Dodatkowy pomiar (najczęściej podciśnienia) realizowany jest w kanale dolotowym badanego
cylindra. Prawidłowa orientacja wykresu indykatorowego wymaga ponadto określenia położenia
tłoka w cylindrze, zazwyczaj jest to (GZP) górne zwrotne położenie.
Rodzaje pomiarów ciśnień szybkozmiennych
W zależności od sposobu próbkowania sygnału z czujnika ciśnienia, rozróżnia się dwie
podstawowe metody pomiaru ciśnień szybkozmiennych. Rejestracja wyników pomiarowych
może odbywać się względem następujących wielkości:
1. czasu, uzyskuje siÄ™ funkcjÄ™ p(t)
2. kąta obrotu wału korbowego, uzyskuje się funkcję p(ą)
Pierwsza z metod umożliwia zastosowanie uproszczonej wersji układu pomiarowego oraz
łatwiejsze posługiwanie się narzędziem badawczym. Prowadzi to w zasadzie do krótszych
czasów przygotowania samego pomiaru, jednak wykorzystanie uzyskanych wyników
pomiarowych do rozważania roboczego cyklu pracy maszyny tłokowej jest znaczenie
ograniczone. W metodzie tej występuje brak orientacji mierzonego ciśnienia względem pewnej
wielkości geometrycznej (np. kąta obrotu wału korbowego, chwilowej objętości cylindra).
Praktycznie uniemożliwia to uśrednianie wyników pomiarów wykonanych dla kilku czy
kilkudziesięciu cykli pracy maszyny.
Druga metoda, dzięki zastosowaniu znacznika położenia, umożliwia pomiar ciśnienia
względem kąta obrotu wału korbowego. Pomiary odbywają się zawsze przy tych samych
położeniach wału korbowego i kolejne punkty pomiarowe są zawsze przesunięte względem
siebie o określoną wartość "ą zależną od rozdzielczości przetwornika. Tak otrzymane wyniki z
występujących po sobie cykli pracy maszyny tłokowej można wiarygodnie uśredniać.
Poszczególne elementy składowe układu pomiarowego muszą być dobrane do konkretnego
obiektu badawczego oraz do planowanego przebiegu eksperymentu (rodzaje czujników, zakresy
pomiarowe itp.). Detale kompletnego systemu badawczego determinują sposób prowadzenia
pomiarów, ich zakres oraz dokładność. W skład pełnej aparatury badawczej powinny wchodzić
następujące podzespoły:
czujnik piezoelektryczny do pomiaru szybkozmiennego ciśnienia,
wzmacniacz ładunku generujący sygnał o wartości napięcia proporcjonalnej do
wartości mierzonego ciśnienia,
przewody pomiarowe do transmisji ładunku oraz sygnałów napięciowych o
odpowiednio wysokim poziomie izolacji,
znacznik kąta obrotu wału korbowego (enkoder),
karta pomiarowa wraz z komputerem PC,
 program do komunikacji karty pomiarowej z układem czujnika oraz archiwizacji
danych,
wakuometr do pomiaru średniego podciśnienia w kanale dolotowym lub
piezorezystywny czujnik ciśnienia bezwzględnego.
Piezokwarcowy czujnik ciśnienia
W budowie przetworników do pomiaru szybkozmiennych ciśnień najbardziej
rozpowszechnił się kwarc (SiO2) głównie z względu na dużą wytrzymałość mechaniczną, dobre
własności izolacyjne oraz liniową charakterystykę w stosunkowo szerokim zakresie temperatur.
Główną zaletą tego typu czujnika jest to, że umożliwia on dokonywanie dokładnych pomiarów
dynamicznych, czyli takich, jakie występują w cylindrze silnika spalinowego (lub innej maszyny
tłokowej). Powstające w nim zjawisko piezoelektryczne polega na pojawieniu się ładunków
elektrycznych na powierzchniach ograniczających niektóre rodzaje kryształów. Konstrukcja
przetworników ciśnienia bazuje zazwyczaj na wykorzystaniu tzw. podłużnego zjawiska
piezokwarcowego (rysunek 2) powstającego podczas działania siły skierowanej wzdłuż osi
elektrycznej kryształu.
Płytki kwarcowe stanowiące element pomiarowy mają kształt walca, których wysokość jest
mniejsza od średnicy. W celu zwiększenia czułości przetwornika buduje się je ze stosu płytek
nakładanych jedna na drugą i połączonych równolegle.
Rys. 2 Schemat powstawania podłużnego zjawiska piezoelektrycznego.
Przetwornik ciśnienia dobiera się ze względu na przewidywany zakres pomiarowy, sposób
oraz miejsce montażu, częstotliwość sygnału mierzonego. Ostatnie kryterium determinuje
dokładność uzyskiwanych wyników pomiarowych. Częstotliwość własna przetwornika musi być
odpowiednio większa od częstotliwości sygnału mierzonego, co wynika z teorii drgań [4]. W
praktyce częstotliwość własna produkowanych czujników wynosi powyżej 80kHz. Przy tej
wartości osiąga się zadowalająco dokładny pomiar ciśnienia z błędem poniżej 1%, także w
okresie spalania stukowego, którego czÄ™stotliwość ocenia siÄ™ na okoÅ‚o 4÷8kHz.
Znacznik położenia wału korbowego
Precyzyjne przyporządkowanie sygnałów pomiarowych konkretnym położeniom tłoka w
cylindrze, umożliwia zastosowanie znacznika kąta obrotu wału korbowego (enkodera). Zadaniem
tego elementu jest generowanie pojedynczych sygnałów elektrycznych, co pewien kąt "ą , które
następnie wyzwalają układ karty pomiarowej powodując pomiar ciśnienia. Najczęściej w
układzie badawczym stosuje się enkoder fotoelektryczny o wymaganej rozdzielczości np. 1024
punkty (impulsy elektryczne) na jeden obrót. Oznacza to, że kolejny pomiar odbywa się, co
określoną wartość kątową wynoszący "ą = 0,352o OWK . Dodatkowo urządzenie to
wyposażone jest w sygnał pojawiający się raz na jeden obrót wału korbowego. Sygnał ten
wykorzystuje się do określania pojedynczych obrotów i lokalizacji tłoka w górnym zwrotnym
położeniu (GZP). Schemat działania oraz uproszczoną budowę fotoelektrycznego znacznika kąta
przedstawia (rysunek 3).
1  układ nadajnika
2  układ odbiornika
3  okno przesłony nadajnika sygnału
położenia tłoka (GZP)
4  okno przesłony nadajnika sygnału
położenia wału
5  tarcza znacznikowa z tworzywa
sztucznego
Rys. 3 Zasada działania znacznika położenia wału korbowego.
Zasada pomiaru w przedstawionym układzie oparta jest o blokowanie strumienia światła. W
zależności od konfiguracji wykorzystuje się metody refleksyjne lub z dodatkowym z
ródłem
światła. Możliwości technologiczne dokładnego wykonania specjalnych tarcz znacznikowych (5)
powodują, że optyczne dekodery położenia kątowego są urządzeniami o wysokiej dokładności
pomiaru przy małych gabarytach. Ważną ich zaletą jest wysoka odporność na zakłócenia
elektromagnetyczne, co jest szczególnie istotne w badaniach silników spalinowych z zapłonem
iskrowym.
Karta pomiarowa
Wzmocniony sygnał pomiarowy pochodzący z przetwornika ciśnienia jest zazwyczaj
sygnałem napięciowym o wartości ą10V, który można bezpośrednio podłączyć do karty
pomiarowej. Aby dokonać pomiaru ciśnienia w jednym cylindrze silnika spalinowego karta musi
posiadać, co najmniej dwa kanały pomiarowe, służące do rejestracji: zmian ciśnienia oraz
pojedynczego obrotu wału (umownego występowania GZP).
3. Przebieg ćwiczenia
W ramach niniejszych zajęć laboratoryjnych, pomiar szybkozmiennych ciśnień odbywa się
w cylindrze silnika spalinowego z zapłonem iskrowym, który jest umieszczony na specjalnie
przygotowanej hamowni silnikowej. Stanowisko badawcze (rysunek 4) jest w pełni
zautomatyzowane i w połączeniu z sterownikiem mikroprocesorowym umożliwia pomiar
najważniejszych parametrów opisujących aktualny stan pracy silnika spalinowego (prędkość
obrotową wału korbowego i moment obrotowy na wale łączącym silnik z hamulcem).
Symulacja warunków pracy silnika, jakie mają miejsce w układzie napędowym pojazdu,
odbywa się za pomocą obciążania jego wału poprzez system hamulcowy. Urządzeniem do
odbioru momentu obrotowego silnika spalinowego umieszczonego na stanowisku badawczym
jest hamulec elektrowirowy. Poprawne chłodzenie poszczególnych podzespołów silnika
spalinowego zapewnia system wymienników płaszczowo  rurowych odbierających ciepło z
obiegu pierwotnego. Ponadto układ smarowania posiada własny wymiennik ciepła chłodzący olej
silnikowy. Wybrany punkt pracy silnika spalinowego osiÄ…ga siÄ™ poprzez nastawÄ™ w kasecie
regulacyjno  pomiarowej żądanych wartości prędkości i momentu obrotowego wału silnika.
Wielkości te są monitorowane w sposób ciągły za pośrednictwem:
czujnika tensometrycznego, mierzącego obciążenie silnika (Mo,e, Nm/rad) z dokładnością
do 1 Nm/rad w zakresie 0-100 Nm/rad,
indukcyjnego nadajnika impulsowego, mierzącego prędkość obrotową wału silnika (no,
obr/min) z dokładnością 1 obr/min w zakresie 0-6000 obr/min.
Kaseta Wymiennik
.
Układ
n
regulacyjno-pomiarowa ciepła Qch
t
p
paliwowy
M
Powietrze
Filtr oleju
t a
Chłodnica
.
oleju
Qch
t
w2
Wakuometr
Hamulec
elektrowirowy
Silnik
Wał
Mo,e
splalinowy ZI
połączeniowy
t
ol
t t
w1 w2
no
t
w1
t
wm1
t
wm2
Wymiennik
Miska
ciepła
olejowa
.
Qol
Rys. 4 Stanowisko badawcze warunków hamulcem elektrowirowym.
Zamocowany na hamowni silnik spalinowy, stosowany jest jako jednostka napędowa do
małych samochodów osobowych. Podstawowe parametry pracy oraz dane techniczne silnika
przedstawia tablica 1.
Tablica 1
Dane techniczne badanego silnika spalinowego ZI
Dane typ silnika 170A1.046
z zapłonem iskrowym,
rodzaj silnika
4- suwowy, wolnossÄ…cy
liczba i układ cylindrów 4 cylindry w układzie rzędowym
średnica i skok tłoka 65 x 67,7 mm
pojemność skokowa silnika 0,899 dm3
stopień kompresji (sprężania) 8,8
Zamocowany na stanowisku hamownianym silnik spalinowy wyposażony jest w system
pomiarowy do indykacji ciśnienia w cylindrze. Schematy połączeń poszczególnych elementów w
tym układzie przedstawiono na rysunku 5 [3]. Zestaw pomiarowy umożliwia indykację tylko
jednego cylindra. Podczas przetwarzania wyników pomiarowych przyjmuje się założenie, iż
zjawiska zachodzące w pozostałych (nie indykowanych) cylindrach przebiegają podobnie.
1  Badany silnik spalinowy ZI
2  Czujnik ciśnienia zintegrowany z świecą zapłonową
3  Wzmacniacz Å‚adunku
4  Układ zasilania 220/24/5V
5  Czujnik położenia tłoka oraz wału korbowego
6  Układ we/wy
7  Karta pomiarowa umieszczona zainstalowana komputerze
8  Komputer wraz z oprogramowaniem pomiarowym
9  Układ przeciwzakłóceniowy
10  Wakuometr
11  Zbiornik tłumiący pulsacje w układzie dolotowym
Rys. 5 Stanowisko badawcze do indykacji silników spalinowych ZI.
W układzie tym pomiar ciśnienia wewnątrz cylindra silnika spalinowego dokonywany jest
za pośrednictwem czujnika firmy Kistler (typ 6117BF17), którego konstrukcja oraz podstawowe
dane techniczne zaprezentowano na rysunku 6.
1  czujnik ciśnienia
2  trzpień z membraną
3  nakrętka z kanałem
gazowym
4  korpus świecy
zapłonowej
5  osłona metalowa
6  nasadka elektrody
7  złącze BNC
8  przewód o wysokim
stopniu izolacji
DANE TECHNICZNE
Czujnik ciśnienia firmy KISTLER typ. 6117BF17
Zakres Pomiarowy 0& 20MPa
Chwilowe maksymalne ciśnienie przeciążenia czujnika 25MPa
CzuÅ‚ość dla temp. 200°C -15,9pc/bar
Częstotliwość własna 130kHz
(czujnik wraz z adapterem świecy zapłonowej)
Robocza temperatura pracy d"300°C
Rezystancja izolacji czujnika w temperaturze:
20°C >1013&!
200°C >1011&!
Pojemność elektryczna czujnika z 1m przewodu pomiarowego 110pF
Rys. 6 Czujnik ciśnienia stosowany do indykacji silnika ZI.
Czujnik ten poprzez wzmacniacz ładunku (3) podaje analogowy (napięciowy) sygnał
ciśnienia, który jest następnie próbkowany z odpowiednio wysoką częstotliwością. Wartość
wspomnianej częstotliwości zależy od prędkości obrotowej wału korbowego silnika oraz
współpracującego z nim enkodera. Układ karty pomiarowej wyzwalany jest 1024 razy na jeden
obrót wału korbowego. Wzmacniacz ładunku oraz znacznik położenia wału korbowego
wymagają zewnętrznego z
ródła zasilania (4). Przekazywany sygnał ciśnienia poprzez układ
we/wy dociera do ustroju pomiarowego karty. Zastosowana w układzie karta pomiarowa (7)
firmy Data Translation DT 304 wyposażona jest w 12 bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy z
maksymalną częstotliwością próbkowania wynoszącą 400kHz. Ponadto układ wejściowy oparty
jest na 16-kanałowym elemencie multiplekserowym. Pomiar podciśnienia w kanale dolotowym
realizowany jest wakuometrem wskazówkowym.
Przed przystąpieniem do indykacji silnika spalinowego należy w pierwszej kolejności
przeprowadzić kalibrację toru pomiarowego. Następnym krokiem jest określenie poprawki
wyznaczania GZP [2]. Dopiero po wykonaniu tych czynności można rozpocząć planowany cykl
badań. Czynności te zostaną szczegółowo omówione w trakcie zajęć laboratoryjnych.
Obsługa aplikacji pomiarowej
Elektronicznym systemem pomiarowym zarzÄ…dza specjalna aplikacja skonfigurowana w
programie DT Measure Foundry firmy Data Translation. Uruchomienie skrótu
 Indykacja_ZI.dtx , znajdujÄ…cego siÄ™ na pulpicie systemu Windows wyzwala program
pomiarowy. Na rysunku 7 pokazano okno pojawiajÄ…ce siÄ™ zaraz po uruchomieniu programu.
Widoczne dwa charakterystyczne monitory, posiadają zdolność wyświetlania wartości wielkości
mierzonych przez kartę pomiarową. W tym przypadku są to: sygnał umownego znacznika GZP
(górny monitor) oraz sygnał z przetwornika ciśnienia (dolny monitor). Edycja zaawansowanych
ustawień tych elementów odbywa się poprzez podwójne użycie lewego klawisza myszy, podczas
gdy jej wskaz
nik znajduje się na oknie dialogowym monitorów (dowolne miejsce okna).
Podstawową czynnością przed rozpoczęciem pomiaru jest określenie ilości cykli pracy
maszyny tłokowej, które mają zostać zapisane na dysku twardym komputera. Liczba cykli
determinuje ilość zarejestrowanych punktów pomiarowych (w omawianym systemie, 1cykl =
2048 punkty pomiarowe). Przejście do edycji  bufora przechowywanej ilości sygnałów
pomiarowych pokazano na rysunku 8.
Monitor pomiaru sygnału GZP
Monitor pomiaru ciśnienia w cylindrze
Zapis na dysk Pomiar
Rys. 7 Widok okna programu pomiarowego zaraz po uruchomieniu.
Należy wpisać ilość próbek zmierzonego
sygnału ciśnienia, które mają podlegać
archiwizacji.
Przejście do edycji kolejnych wielkości
Rys. 8 Edycja wielkości bufora próbek sygnału mierzonego.
Wartość sygnału mierzonego
V
Prezentowana aplikacja umożliwia archiwizację wyników w plikach tekstowych. Zapisany
plik składa się zawsze z trzech kolumn. Pierwsza dotyczy czasu i związana jest z częstotliwością
próbkowania sygnału. Druga zawiera informację o GZP, natomiast w trzeciej kolumnie zapisane
są wartości mierzonego ciśnienia. Liczba wierszy zdeterminowana jest określoną przez
użytkownika ilością punktów pomiarowych plus jeden stanowiący nagłówek z nazwami
wielkości mierzonych (wiersz pierwszy).
Zasadniczy problem podczas interpretacji uzyskanych wyników pomiaru stanowią znaczne
odchylenia przebiegów ciśnień w następujących po sobie cyklach pracy silnika spalinowego ZI.
Główny wpływ na kształt kolejnego obiegu ma charakter zjawisk zachodzących w cylindrze
silnika spalinowego, oraz stabilność zadanych parametrów operacyjnych (stabilność punktu
pracy no, Moe, stabilizacja temperatur mediów smarno - chłodzących). Odpowiednio wysoka
ilość archiwizowanych cykli roboczych (co najmniej 50 kolejno występujących po sobie cykli)
oraz wykorzystanie metod statystycznych umożliwia wyznaczenie uśrednionego cyklu
reprezentatywnego dla danego punktu pracy silnika spalinowego
Sprawozdanie z przeprowadzonego ćwiczenia laboratoryjnego należy opracować według
następującego porządku:
1. Charakterystyka obiektu przeznaczonego do badań łącznie ze szkicem oraz opisem
stanowiska badawczego wraz z układami pomiarowymi.
2. Opis metodyki badawczej. Sposób postępowania podczas pomiaru, wartości
zastosowanych nastaw urządzeń pomiarowych.
3. Prezentacja wyników badań. Ta część powinna zawierać informacje o stanie
parametrów pomocniczych w trakcie przeprowadzania eksperymentu. Należą do nich;
parametry otoczenia (temp. ciśnienie, wilgotność względna), parametry mediów
współpracujących z elementami silnika spalinowego (temp. płynu chłodzącego oraz
oleju smarującego silnik), wyniki analizy składu spalin - jeżeli została sporządzona,
strumień zużywanego paliwa przez silnik.
4. Interpretacja graficzna opracowanych wyników pomiarowych. Wykorzystując
zależności matematyczne, które zostaną podane przez prowadzącego zajęcia należy
wykonać stosowne obliczenia oraz wykresy.
5. Wnioski.
[1] HOHENBERG G.,: Beiträge 1. Darmstädter Indiziersymposium, Darmstadt, Mai 1994
[2] POLANOWSKI S.,: Wyznaczanie GMP na wykresie indykatorowym ze spalaniem.
Konstrukcja, Badania, Eksploatacja, Technologia Pojazdów Samochodowych i Silników
Spalinowych, PAN Kraków 1999
[3] PRZYBYA
A G., POSTRZEDNIK S., PIERNIKARSKI D.,: Analiza czynników mających
wpływ na poprawę procesu konwersji energii w silnikach spalinowych, 30th International
Scientific Conference on Internal Combustion Engines KONES 2004 Zakopane - Materiały
Konferencyjne.
[4] SERDECKI W.,: Badania silników spalinowych  laboratorium, Wydawnictwo Politechniki
Poznańskiej, Poznań 2001
[5] WIMMER A., GLASER J., PIERNIKARSKI D.,: Indykowanie silnika, AVL List GmbH,
Graz 2002, Wydanie polskie: Instytut Zastosowań Techniki, Warszawa 2004