BADANIA SILNIKÓW SAMOCHODOWYCH

Błędy pomiarów ( warunki jednakowe):

1. systematyczne: błędy skal przyrządów, wahania temperatury, personel (b. paralaksy); czesciowo eliminowane przez wkładki kompensacyjne, poprawki;

2. przypadkowe: odkształcenia sprężyste, drgania, wstrząsy, trudne warunki pracy na stanowiskach hamownianych .

Niekiedy wynik cechowania przedstawia się w postaci zależności: Δx=x_w-x_c =f(x_c), stanowi tu poprawkę która należy dodać do wartości zmierzonej przyrządem cechowanym x_c, aby uzyskać prawidłowy wynik.

Metody obliczania błędów pomiarów.

Metoda jest funkcja krotności pomiaru danej wielkości: np. dla i=3 rozkład normalny Gaussa prowadzi do otrzymania fikcyjnie dużej dokładności.

Rozkład Studenta opiera się na założeniach:

Średnia arytmetyczna n kolejnych zmierzonych wartości x₁, x₂,...x
.

Średni błąd kwadratowy średniej arytmetycznej serii pomiarów:
gdzie ( x_i-x) - błędy przypadkowe kolejnych pomiarów. Ostateczny wynik pomiaru U= x ± k*H , gdzie k - zmienna standaryzowana ( bezwymiarowa) odpowiadająca prawdopodobieństwu P występowania błędu. Błąd względny pomiaru: D=k*H/x*100%. Np. dla n=3 przyjmuje się prawdopodobieństwo P np. P=0.95; następnie dla P i n określa się k=4.303 i dla każdej wielkości oblicza się największą i najmniejsza wartości błędu bezwzględnego i względnego dla prawdopodobieństwa ich występowania P, jak również wynik pomiaru tej wielkości. Str 7-9 rozwiązanie przykładowe.

Określenie jednostkowego zużycia paliwa:

A-stała z przeliczenia jednostek masy,

K-stała hamulca;

P- siła na hamulcu;

n- prędkość obrotowa;

c- stała z przeliczenia czasu;

m- miernicza dawka paliwa;

τ- czas spalania mierniczej dawki paliwa.

WARUNKI ODNIESIENIA

b₀=760[mmHg]; 101,3[kN/m²];

t₀=20⁰C; 293K;

ϕ_wzgl=50%; p_n=9[mmHg]; 1,2[kN/m²];

Ne_r=(a-1)Ne [kW], [kM];

;

Gt_r=Gt*Ne_r/Ne [kg/h];

ge_r=ge√Ne_r/Ne [g/kWh]]; [g/kMh];

wykres str 12 : Ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu atmosferycznym

ΔNe,ΔM,Δge}b₀>600mmHg - ZI,ZS 10mmHg → 1,35%;

dla t₀=10-60⁰C : ΔNe,ΔM,Δge} ZI każde 10⁰C →1,8%;ZS każde 10⁰C →2,5%;

próg t₀=20⁰C;b₀=760 mmHg lub b₀-p_n=751 mmHg;

tylko dla ZS ΔG dla t₀=10-60⁰C, każde 10⁰C →1,5%;

ΔNe < 10%

ZS b₀=720 [mmHg],

Δb₀=760 - 720=40[mmHg],

ΔNe_b0=(4 po 10 mmHg)x1,35%=5,4%;

t₀=+40⁰C w hamowni silników

Δt₀=40⁰-20⁰=20⁰C,

ΔNe_t0=(2 po 10⁰C)x2,5%=5,0%

ΔNe=ΔNe_b0+ΔNe_t0=5,4+5,0=10,4%

wykres str15

3.1 ORGANIZACJA PRACY W LABORATORIUM

Żadany efekt w optymalnych warunkach →prawidłowa organizacja, czas, koszty.

Potencjał:

• personel koncepcyjny (kierowanie badaniami i wyciąganie wniosków)

• personel wykonawczy:

1. przygotowanie badań,

2. prowadzenie badań,

3. opracowanie wyników;

• personel pomocniczy i administracyjny,

• stanowiska badawcze + aparatura pomiarowa i rejestracyjna,

• możliwości wykonawcze i badawcze całej instytucji lub kooperacji,

• opanowane metody badawcze, pomiarowe i itp.

Dokumentacja:

Możliwości techniczne i pomiarowe poszczególnych urządzeń

• paszport - dane,

• książka eksploatacji urządzenia - ilość godzin pracy,

• obsługi techniczne, uszkodzenia, naprawy, cechowania.

Technologia typowych badań i metod pomiarowych:

• ułatwia wykonanie pomiarów,

• ułatwia opracowanie wyników.

Kwalifikacje poszczególnych pracowników:

• dyplomy,

• świadectwa,

• kursy,

• staż pracy,

• uprawnienia itp.

Możliwości kooperacji (np. części zamienne do urządzeń), zaopatrzenia (np. nietypowe paliwo), transportu itp.

3.2 DOKUMENTACJA BADAŃ

Program badań:

• szczegółowo określony cel badań,

• rodzaj i liczebność obiektów badfań,

• rodzaj pomiarów, charakterystyk,

• warunki badań, ilość pomiarów, krotność,

• etapy i terminy ich realizacji,

• metody pomiaru jak jest więcej niż jedna,

• sposoby obsługi badanego obiektu,

• sposób opracowania wyników jeżeli odbiega od przyjętego w labolatorium,

• dodatkowe dane na temat osprzętu, paliwa, oleju, warunków atmosferycznych.

Tylko niezbędne pomiary bo koszty badań rosną.!

Dziennik badań.

• karta przeliczeń (nikiedy wspólna z protokołem pomiarów),

• wykresy

• wzory,

• programy maszyn cyfrowych,

• programy komputerowe,

• dane pomocnicze.

Sprawozdanie z badań:

• temat pracy badawczej i jej nr,

• zleceniodawca,

• cel pracy,

• obiekt badań (obiekty)

• program badań,

• dane o aparaturze pomiarowej i rejestracyjnej,

• przebieg badań,

• wyniki w postaci tablic, wykresów, oscylogramów, wydruków komputerowych, itd.

Analiza wyników.

Wnioski.

3.3 PRZYGOTOWANIE SILNIKA I JEGO OSPRZĘTU DO BADAŃ.

WYBÓR OBIEKTU:

Losowy : PN 59/M-08031 „ Statystyczna kontrola jakości” - 30 szt, w praktyce mniej, a wybór to tzw. Liczby losowe.

Świadomy: np. ze względu na bardzo duży przebieg.

Czas silnika na stanowisku lub w pomieszczeniu: 24H w temp. +20⁰C.

Montaż:

- na stanowisku,

- osprzętu,

- aparatury kontrolnej,

- aparatury pomiarowej.

Docieranie:

Prawidłowo 100 mh lub 10000 km.

Norma FIAT 30 mh (tablica) silnik do badań po naprawie głównej (przeważmie) 45'- 2h - silnik po eksploatacji.

Str 22,23 Cykl docierania badanego silnika.

Sprawdzenie: np. silnik ZI.

• ciśnienie sprężania w cylindrze ( 80⁰C ±2 - temp cieczy,Δn = ±2,5%) , np. Fiat 125p 11,5 kg/cm² (1,13 Mpa), minimum 10,5 kg/cm² (1,03 Mpa),

• próba olejowa ~ 4 cm³ - p↑ tłok - cylinder, p ↓ zawory,

• podciśnienie w rurze ssącej:

1. nieszczelność zaworów,

2. stan sprężyn zaworowych,

3. uszczelka głowicy,

4. zawieszenie zaworu,

5. zbyt późny zapłon,

6. brak zapłonu,

7. nieszczelny tłok,

8. zużycie prowadników zaworów,

9. wadliwa praca przerywacza i świec zapłonowych,

10. zatkany tłumnik,

11. itd.

• szczelność zaworów i grupy tłokowej,

• intensywność przedmuchu do skrzyni korbowej,

• ciśnienie oleju ( zużycie panewek) dokładność manometru ±0,2 kg/cm²:

1. pomiar 2 -3 h lub >,

2. metoda izotopów (znaczonych atomów) →{ stopień promieniotwórczości spalin}

• sprawdzenie stanu technicznego aparatury zapłonowej,

• regulacja:

1. zapłonu,

2. gaźnika,

3. luzów zaworowych.

Specjalne wymagania BHP dla laboratoriów silnikowych

• trujące składniki spalin, paliwa

• wirujące elementy

• części o wysokiej temperaturze

• możliwość poparzenia w wyniku wybuchu

• hałas

• możliwość porażenia prądem

4. HAMOWNIA SILNIKOWA

4.1. Ogólna kompozycja hamowni

• przeznaczenie

• ilość równocześnie badanych silników

• rodzaj badań

sposób rozmieszczenia i rozplanowanie hamowni

(na podstawie analizy techniczno-ekonomicznej)

W SKŁAD HAMOWNI WCHODZĄ

• wydział przygotowania silników do badań + magazyn silników + części demontowane + części montażowe

• hamownia właściwa (stanowiska hamulcowe + pomieszczenia obsługi)

• warsztat usuwania uszkodzeń badanych silników

• warsztat hamowni oraz aparatury kontrolno pomiarowej

• pomieszczenia socjalne i sanitarne obsługi

• niekiedy lakiernia silników

STANOWISKA HAMULCOWE MOGĄ BYĆ ROZMIESZCZONE:

• we wspólnym pomieszczeniu (jak w lab. w Dąbrowie)

• w wydzielonych boksach

PERSONEL MOŻE PRZEBYWAĆ:

• na ogólnej hali hamowni (jak w lab. w Dąbrowie) - niebezpiecznie - tanio

• w wydzielonym wspólnym izolowanym pomieszczeniu - bezpieczniej - drożej

• w oddzielnych kabinach sterowniczych obsługujących jedno lub dwa stanowiska - najbezpieczniej - najdrożej

< SCHEMATY >

4.2. Podstawowe instalacje hamowni

4.2.1. instalacja paliwowa i olejowa

1 - wał ochronny ziemny, 2 - zbiorniki paliwa, 3 - punkt odbioru paliwa z cysterny kolejowej lub samochodowej, 4 - pompownia, 5 - zbiornik awaryjny (do spuszczania paliwa z hamowni), 6 - hamownia, 7 - studzienki kontrolne, 8 -rurociągi, 9 - zbiornik naziemny, 10 - odstojnik.

Zbiornik 9 musi zapewniać:

1. Vg=10 min - badania produkcyjne

Vg=2-3 h - eksperymenty badawcze

2. Odpowiedni napór hydrostatyczny paliwa ze względu na opory przepływu w instalacji paliwowej

3. Spust paliwa do 5 lub 2

4. Mechanizm pływakowy do sterowania pompami 4

5. Rurociąg przelewowy do 2

Rurociągi - max:

1,5 [m/s] - benzyna

1,0 [m/s] - olej napędowy

STRATY CIŚNIENIA

1 mb ok. 0,01 - 0,02 [mH₂O]

kolano, trójnik, zawór ok. 0,1 [mH₂O]

1 [mH₂O] = 1,3 [m słupa paliwa]

10 m rury = 1 kolano = 1 zawór = 1 trójnik

• na każdym stanowisku zawór odcinający dopływ paliwa

• zabronione w pobliżu rurociągu spalin

• zabronione w kanałach rurociągu spalin

Korki powietrzne i parowe - spadek

2‰ - pod ziemią

5‰ - nad ziemią

Sprawdzenie rurociągu paliwa

• napełnienie powietrzem - ciś. 3x napór paliwa

• po 15 min obserwacja przez 30 min

• płukanie paliwem - 2-3 min przy V_max przepływu

4.2.2. Instalacja wydechowa

Powinna:

1. zapewniać opory przepływu i warunki rezonansowe jak po zamontowaniu silnika w pojeździe

2. w max. stopniu tłumić hałas wydechu

3. uniemożliwiać przedostawanie się spalin do pomieszczenia hamowni i zabezpieczać obsługę przed poparzeniami

4. umożliwiać odprowadzenie wody kondensującej ze spalin

5. umożliwiać pobieranie próbek spalin do analizy lub pomiaru stopnia ich zadymienia

Z reguły 1 i 2 w badaniach produkcyjnych nie są przestrzegane

TYPY (RODZAJE) INSTALACJI WYDECHOWYCH:

• typ zamknięty 2, 3, 4, 5

obejmuje : rury, kolana, rozprężacze, kondensatory wody

lab. Dąbrowa 1, 2, 3, 4, 5

• typ otwarty 1

obejmuje: oryginalna inst. wydechowa + wentylator w kominie

KANAŁY RUROCIĄGÓW SPALIN:

• pod podłogą

• izolacja cieplna

• wentylacja tych kanałów

• nie mogą tam być przewody paliwowe i olejowe

ilość kondensatu

1 kg paliwa (benzyna, olej napędowy) to teoretycznie 1,3 - 1,5 kg pary wodnej w spalinach;

przy t_spal < 100_­^oC prawie w całości kondensuje na ścianach przewodów wydechowych

np. 10 silników po 150 KM o g_e=200 [g/KMh]

stąd: G_e=10*150*200 = 300 [kg/h]

a: G_kond=(1,3 - 1,5)*300 = 390 - 450 [kg/h]

w tym: związki siarki, nadtlenki azotu, ciężkie węglowodory i inne.

4.2.3. Instalacja wodna

Chłodzenie:

• silników

• hamulców + obc.

• oleju

SYSTEMY INDYWIDUALNE

• Wymienniki ciepła z fabryczną chłodnicą

Q_ch=G_w*Δt [ kcal/h]

Zalety:

1. bardzo szybko i precyzyjnie dokonuje się regulacji w układzie chłodzenia silnika

2. nie ma zanieczyszczenia kamieniem kotłowym

3. do bilansu cieplnego układu chłodzenia

Wady:

1. większy koszt niż układów bez chłodnic

INDYWIDUALNY SYSTEM CHŁODZENIA SILNIKA

(BEZ CHŁODNICY FABRYCZNEJ)

Zalety:

1. prostsza konstrukcja

2. szybkie nagrzewanie silnika przy zamkniętym D.W.Z

Wady:

1. „kamień kotłowy”

2. przy badaniach trwałościowych > 100 mh nawet awaria silnika

ODMIANA SYSTEMU INDYWIDUALNEGO

Zalety:

1. mniejsza ilość kamienia kotłowego lub jego brak

2. mniejsze zużycie wody chłodzącej

3. większa pojemność (przy określaniu charakterystyk silnika)

Wady:

1. większa pojemność powoduje wolniejsze zmiany temp. wody

SYSTEMY WSPÓLNE DLA KILKU SILNIKÓW

1. woda z sieci wodociągowej i odprowadzenie po graniu do kanalizacji

• duże zużycie wody

• możliwość wydzielenia dużej ilości kamienia

2. obieg zamknięty

woda schładzana w chłodni kominowej (lab. w Dąbrowie) lub specjalnym wymienniku ciepła

Nie ma wad ad. 1, ale kosztowna

CIEPŁO ODPROWADZONE PRZEZ UKŁAD CHŁODZENIA SILNIKA

Q_ch=N_e*g_e*W_p*k [kcal/h]

N_e - łączna max moc wszystkich pracujących równocześnie silników

g_e=180 - 200 [g/KMh] = 250 - 270 [g/kWh] - ZS

g_e=220 - 250 [g/KMh] = 300 - 340 [g/kWh] - ZI

W_p=10⁴ [kcal/kg_pal]

k=0,3 - udział ciepła chłodzenia w ogólnym bilansie silnika

Q_ch=(550 - 750)*N_e [kcal/h]

lub G_w=(550 - 750)N_e/Δt [dm³/h]

Δt=10^oC w pojeździe samochodowym

G_w=(55 - 75)*N_e [dm³/h] ; N_e w [KM]

G_w=(75 - 100)*N_e [dm³/h] ; N_e w [kW]

gdy temp. rośnie - G_w spada

CHŁODZENIE HAMULCÓW

Hamulec hydrauliczny wypełniony przepł. wodą o ciśnieniu ok. 0,2 MPa

Cała praca użyteczna z silnika zamieniana jest w ciepło

woda: - do przenoszenia momentu

- do odprowadzania ciepła

w hamulcach elektrowirowych

- do chłodzenia hamulca

Ciepło odprowadzane z hamulca

Q_h=632*N_e [kcal/h]

G_h>632/Δt *N_e [dm³/h]

Δt=30^oC ograniczenia Δt<50^oC

G_h=20*N_e [dm³/h] ; N_e w [KM]

G_h=27*N_e [dm³/h] ; N_e w [kW]

SYSTEMY ZASILANIA HAMULCÓW WODNYCH

1. grawitacyjny (wieża ciśnień)

2. hydroforowy

3. akumulator hydrauliczny

4. pompowy (lab. w Dąbrowie)

CHŁODZENIE OLEJU

silnik unieruchomiony za stanowisku hamownianym - temp. oleju rośnie

UKŁADY (SYSTEMY) OLEJENIA

1. centralny (duże hamownie) - chłodzenie oleju w chłodni, poza silnikami

2. indywidualny

• nadmuch powietrza N_went=1 kW

• natrysk wody na miskę olejową silnika

Q_ol=100*G_e [kcal/h]

G_w=100*G_e/Δt_w [kcal/h]

Δt_w=5^oC

G_w=20*G_e [kg/h]

• wężownica w misce olejowej

Δt=10 - 20^oC

G_w=(5 - 10)*G_e [kg/h]

możliwość pęknięcia - woda w oleju - awaria silnika

• dodatkowa chłodnica oleju

Warunki niezbędne:

• mała pojemność układu chłodzenia

• regulacja tylko na ssaniu

• prawidłowe miejsce poboru oleju w misce olejowej

Δt_ol=f(G_ol, G_w, n_p przy t₁=const)

4.2.4. Instalacja elektryczna

1. oświetleniowa

2. siły

3. prądu stałego

ad 1. 50 luxów na poziomie podłogi

• oświetlenie wybranych elementów silnika i hamulca (lampy, reflektory, lustra, kamery telewizyjne)

• ok. 10 gniazd na stanowisko do lamp przenośnych

• zabezpieczenia (instalacja 2 obwodowa)

• awaryjna (z innego źródła - akumulatory)

NIE WOLNO STOSOWAĆ : jarzeniówki, rtęciówki -> efekt stroboskopowy

ad 2. - instalacja hamulców elektrowirowych lub prądnic wahliwych

• instalacja dźwigu

ad. 3. 12 V lub 24 V z możliwością 48 V

• do oświetlenia awaryjnego

• lamp sygnalizacyjnych

• wyraźny opis napięcia i biegunnowości

1. Instalacja wentylacyjna

1. gazy i pary szkodliwe z nieszczelnego ukł. wydechowego

2. - || - z ukł. odpowietrzania (nie zawsze)

3. parowanie paliwa i oleju

WYMIANA POWIETRZA : 30-krotna w ciągu godziny

• wywiewna

• nawiewna

• nawiewno-wywiewna

Natężenie przepływu : G_p=V_k/120 [m³/s]

4.2.6. Walka z hałasem

HAŁAS - proces akustyczny - rezultat złożonych drgań powietrza o różnym natężeniu i częstotliwości

Źródła hałasu:

• wylot spalin

• drgania części

• przepływ gazów w układzie dolotowym

• proces spalania

Widmo dla sil. spal. 50 Hz do 5 kHz

Najbardziej dokuczliwe - 700-1000 Hz i > 2000 Hz

Intensywność hałasu jest proporcjonalna do prędkość wypływu gazów w 8-mej potędze

Ciśnienie akustyczne - różnica pomiędzy chwilową wartością ciśnienia zmiennego fali dźwiękowej i ciśnienia atmosferycznego, występującego w danym miejscu

Natężenie dźwięku - ilość energii przechodzącej w jednostce czasu przez pow. prostopadła do kierunku rozchodzenia fali dźwiękowej

I=p²/(ρ*c)

p - ciśnienie akustyczne

ρ - gęstość ośrodka

c - prędkość rozchodzenia fali akustycznej

ς_N=1,21*10^-3 [g/cm³] ; C_N=3,43*10⁴ [cm/s]

GŁOŚNOŚĆ - NATĘŻENIE DŹWIĘKU W

JEDNOST. WZGLĘDN.

L=10*lg*I/I_o=20*lg*p/p_o [B]; [dcB]; [dB]

I,p- NAT. DŹW. I CIŚN. AKUST. ROZPATRYW. PROCESU

I_O, p_{o ---------------//------------------------------------} DLA TZW. PROGU

SŁYSZALNOŚCI

I_O=10^-16 [W/cm²]=10^-9[erg/cm²s]

p_o=2*10⁴[dyn/cm²]=2*10^-10[kG/cm²]

SUMOWANIE GŁOŚNOŚCI

L
=L₁+L₂+....+L_N=10*lg*(I₁+I₂+.....I_N)/I_O

L₁=L₂=70 [dB] L
=73,01 [dB]

L₁=60[dcB]; L₂=70[dcB]; L₃=80[dcB]

L
=80,453[dcB]

DLA HAMOWNI SILNIKÓW L_dop< 70[dcB]

Ucho ludzkie rozróżnia głośność rzędu 1 [dcB]

POZIOM GŁOŚNOŚCI - subiektywna ocena

względna:

• natężenie dźwięku

• częstość drgań

MIARĄ POZIOMU GŁOŚNOŚCI jest - FON

Dla dźwięku o częstości 1 kHz poziom głośności

w fonach=liczbowo natęż dźwięku w dcB

CZĘSTOŚĆ - liczba drgań w 1 [s] wyrażona w Hz

lub kHz.

Zakres drgań odpowiadający podwojeniu częstości

nazywamy OKTAWĄ. (praktycznie dla technicz.

akustyki - 7 oktaw w zakresie 32,4096 Hz)

Dopuszczalne wartości poziomu dźwięku

przed budynkiem (np. hamowni silników)

< 70 [dB](A)]: - 1[m] nad podłożem

- 1[m] od ściany budynku

DOPUSZCZALNE WARUNKI POZIOMU DŹWIĘKU

DLA EKSPOZYCJI KRÓTSZEJ NIŻ 8 [h] (w pomieszczeniu)

Czas przebywania		Dopuszczalny poziom dźwięku	Czas przebywania		Dopuszczalny poziom dźwięku
godz	min	A [dB]	godz	min	A [dB]
8		85	1,5		92 -93
6,5		86	1		94
5		87		40	95 -96
4		88		30	97 -98
3		89		15	99 - 100
2,5		90		10	101 -102
2		91		5	103 -105

Pozostały czas roboczy < 80 [dB(A)]

Max. chwilowa wartość poziomu dźwięku < 115[dB(A)]

Podstawowa częstość drgań akustycznych generowanych przez pracujący silnik

spalinowy jest związana z częstotliwością wydechu spalin

f₁=2*n*i/(60*τ) [Hz]

np. n=5000 [obr/min]

i=6

τ=4 (czterosuw)

f₁=2*5000*6/(60*4)=250 [Hz]

Dla maszyn wirnikowych (sprężarki, dmuchawy, wentylatory) i turbin gazowych

f₂=n*i/60 [Hz]

i - liczba łopatek

4.3. STANOWISKO HAMULCOWE (HAMOWNIANE)

1. Fundament

2. Płyta fundamentowa

3. Elementy mocowania silnika

(1,2,3)

• prosta obsługa i wymiana silnika

• możliwość montażu i demontażu elementów stanowiska

• wyeliminowanie możliwości powstawania rezonansu

• bezpieczeństwo budynku hamowni

4. Badany silnik

5. Hamulec

• obciążenia silnika

• pomiar obciążenia silnika
  - VIDE (10)

6. Wał łączący silnik z hamulcem

7. Układ sterowania silnika

8. Układ sterowania hamulcem

9. Instalacje i wyposażenie kontrolne

10. Aparatura pomiarowa

STANOWISKO BADAWCZE:

1.silnik, 2.hamulec wodny, 3.analizator spalin MAIHAK, 4. Analizator FID

5. dawkomierz paliwa, 7. Chłodnica paliwa, 8. Chłodnica oleju, 11. Mierniki temp. spalin, 12.mierniki temp. otocz. i paliwa, 13.obrotomierz cyfrowy, 14.mierniki temp. i ciśn. oleju, 15. Miernik temp. powietrza chłodzącego,

16.rejestrator x-y, 17.układ sterowania hamulcem i przepustnicą gaźnika,

18. wilgotnościomierz, 19. Barometr, 20. Zbiornik wody, 21. Układ manometrów do mierzenia podciśnienia, 25. Magnetofon pomiarowy

RÓWNANIE RÓŻNICZKOWE BILANSU SIŁ

m*z''+k*F*z=P*sinωt

ω-częstość kołowa siły wymuszającej

ROZWIĄZANIW OGÓLNE

z=A*sinΩt+ B*cosΩt

Ω - częstość kołowa drgań własnych fundamentu

Ω=
[s^-1]

jeśli m=G/g [(kG*s²)/m]; p=G/F [kG/m²] - nacisk jedn. na podłoże

to liczba drgań na minutę

Χ=30/π*

30*


przeciętnie k=3*10⁶[kG/m³]; p=2*10⁵[kG/m²]

Χ=370 [min^-1]

MOŻLIWOŚĆ REZONANSU

Z pierwszą i szeregiem dalszych harmonicznych składowych siły wymuszającej

Ogólne równanie różniczkowe drgań fundamentalnych:

1. część odpowiadająca drganiom swobodnym- silne tłumienie (drgania szybko gasną),

2. część odpowiadająca drganiom wymuszonym- rozwiązanie szczególne ogólnego równania

z=P*sinωt/((m*(Ω²-ω²))

zakładając ωt=1 otrzymamy:

AMPLITUDA DRGAŃ WYMUSZONYCH

A=a/(Ω²-ω²); gdzie a=p/m przyspieszenie masy m

RÓWN. RÓŻN. DRGAŃ FUNDAMENTU (UWZGL.TARCIA LEPKIEGO)

m*z''+ϕ*F*z'+k*F*z=P*sinωt

ϕ- współczynnik tłumienia- trudne do określenia wartości

ROZWIĄZANIE SZCZEGÓLNE

z=P*sin(ωt+β)/(m*(Ω²-ω²+4*n²ω²)) gdzie n=ϕ*F/(2*m)

β - kąt przesunięcia fazowego.

POŻĄDANE Ω <1/3 (ω_min)

HAMULCE SILNIKOWE:

- cierne

• powietrzne

• wodne

• elektryczne

rys.str.58.

M_o=M_r=P*l; K=716,2/l;

N=(P*n)/K [KM]

N=(M_o*n)/716,2= (P*l*n)/716,2

N=(P*n)/K [KM] ; N=(P*n)/K₁ [KW]

Hamulec hydrauliczny typu FROUDE

1-stojak, 2-łożysko korpusu hamulca, 3.łożysko wirnika,4.korpus, 5.łopatki nieruchome, 6.przesłona regulacyjna, 7.łopatki ruchome (wirnik), 8.wał, 9. uszczelnienie wału

HAMULEC ELEKTROWIROWY firmy SCHENCK : 1 -korpus hamulca zamocowany wahliwie, 2.uzwojenie wzbudzenia, 3.wirnik (tarcza zębata), 4.komory chłodzące, 5.system chłodzenia, 6.złącza, 7.wał hamulca, 8.podpory, 9.podstawa.

HAMULEC HYDRAULICZNY firmy SCHENCK :

1.czujnik impulsowy, 2.dopływ wody, 3. komory pierścieniowe, 4.łopatki statorów, 5.obudowa, 6.wirnik dwustronny, 7.komory wirowe, 8.piasty, 9.podpory, 10. Złącza, 11. Zawór utrzymujący stabilność momentu hamowania, 12.podstawa

Inne firmy produkujące hamulce hydrauliczne to : JUNKERS, HEENAN -FROUDE.

MOC OPORÓW HYDRAULICZNYCH

N_e=a*n³ [KM]

a - współcz. proporc. -zależy od typu hamulca i ustaw.przesłon.

Charakterystyki hamulców hydraul.firmy HEENAN - FROUDE

RYS.STR.63

Porównanie przebiegu zmienności momentu hamulca hydraulicznego i silnika spalinowego

CECHOWANIE HAMULCÓW SILNIKOWYCH:

Moment obrotowy

M_o=P*l

Długość ramienia

L=716,2/K [m]; l=3160/K [m];

Stała hamulca

K [kG obr/(KM min)]; K [kG obr/(kW s)];

RYS. STR.63 Wykres cechowania dynamometru hamulca

1. o liniowej charakterystyce i małej histerezie

2. o znacznej nieliniowości i dużej histerezie

P_d - wskazania dynamometru hamulca,

P_o - obciążenie wzorcowe

Hamulec elektrowirowy:

1.wał, 2. Rura doprowadzająca wodę chłodzącą, 3.uzwojenie, 4.korpus (stator), 5. Wirnik

CHARAKTERYSTYKI HAMULCA ELEKTROWIROWEGO (rys.str.64)

a - o regulacji ręcznej, b- o regulacji automatycznej

A₁B₁,A₂B₂ itd. - zależność mocy od prędkości obrotowej przy niezmiennym położeniu organu ręcznego sterowania (stałym natężeniu prądu w uzwojeniu),

H'L', H''L'' itd. - zależność mocy od prędkości obrotowej przy niezmiennym położeniu organu sterowania automatycznego, OK. - graniczna krzywa automatycznej regulacji, OC - dolna krzywa graniczna, OAB - górna krzywa graniczna.

Prądnica wahliwa:

1. stojak, 2. Łożyska statora, 3. Łożyska wirnika, 4. Wirnik (twornik), 5.ststor, l- ramię.

CHARAKTERYSTYKA HAMULCA PRĄDNICY RYS.STR.65

1,2,3,4,5 - zależność hamowania mocy od prędkości obrotowej dla różnych natężeń prądu wzbudzenia, K,L,P- punkty charakterystyki silnika określone przy natężeniach prądu wzbudzenia odpowiadającym krzywym 2,3,4.

MOCOWANIE SILNIKÓW

Stojaki:

• specjalne - do konkretnego typu silnika

• uniwersalne.

Mocowanie:

• do płyty fundasmentowej

• do fundamentu

Wymagania:

• zapewnienie max. wygody przy:

• mocowaniu

• obsłudze silnika

• duża sztywność

• duża masa (dodaje się ją do masy płyty fundamentowej),najczęściej z żeliwa

• duża powierzchnia stopy stojaka (zapewnia sztywne mocow.)

Pożądane stosowanie między stojakiem a silnikiem elementów tłumiących drgania jak w samochodzie (poduszki gumowe, sprężyny).

SPRZĘGANIE SILNIKÓW :

CZĘSTOŚĆ DRGAŃ WŁASNYCH UKŁADU:

SIOLNIK - WAŁ - HAMULEC

f=(30/π)*
*c [Hz]

I_s - masowy mom. bezwł. wir. części siln. [kG*cm*s²]

I_h - ---------------//------------------------hamulca [kG*cm*s²]

c - sztywność skrętna wału [kG*cm]

4.3.5. APARATURA KONTROLNA

4.3.6. URZĄDZ. STERUJĄCE PRACĄ SILNIKA I HAMULCA

UKŁADY STEROWANIA SILNIKIEM I HAMULCEM

UKŁADY:

• sterowania silnikiem

• sterowania hamulcem

• sterowania równocześnie silnika i hamulca

MIEJSCE STEROWANIA:

• z kabiny lub pulpitu

• bezpośrednio przy silniku

(wymagana możliwość sterowania niezależnie)

WARUNKI STAWIANE UKŁ. STEROWANIA:

• Precyzyjne nastawy

• Możliwość bardzo szybkich zmian ze względów bezpieczeństwa:

• w układzie sterowania

• dodatkowe układy zabezpieczające (np. odcinanie paliwa w wyniku zaniku napięcia)

Rodzaje sterowania:

• mechaniczne

• elektryczne, elektroniczne, elektromagnetyczne, hydrauliczne we wzajemnych konfiguracjach

Rodzaj pracy silnika:

• warunki ustalone

• warunki nieustalone (cykle badawcze)

1. APARATURA POMIAROWA I REJESTRACYJNA:

Pomiar obrotów i impulsów

Liczniki impulsów:

• mechaniczne - jak w pojeździe mech. -dokład. Do 10; 100 lub 1000 [obr]

• elektryczne - część urządz. do pośred. pomiaru prędkości obrotowej.

W skład licznika elektrycznego wchodzi:

• nadajnik impulsów

• licznik impulsów

CZTERY TYPY NADAJNIKÓW IMPULSÓW:

1. mechaniczny, b) indukcyjny, c)pojemnościowy, d) fotoelektryczny, K- krzywka, T₁ -tarcza z materiału paramagnetycznego, M - magnes, G - głowica indukcyjna, T₂ - tarcza z materiału dielektrycznego, C₁ - ruchoma okładka kondensatora, C₂ -nieruchoma okładka kondensatora.

3.1. POMIAR PRĘDK. OBROTOWEJ (OBROTOMIERZE):

• mechaniczne

• elektryczne:

• indukcyjne

• tachometryczne

• impulsowe

• stroboskopowe

• elektroniczne.

MECHANICZNE

• tachoskop:

• sekundomierz

• sumaryczny licznik obrotów

• dwutarczowe

• jednotarczowe o czasie 3,6 lub 10 [s]

• odśrodkowy wielozakresowy dostawny obrotomierz (przeważnie 4 zakresy)

Mechaniczne - dokładność 1-2%

(częsta kontrola - zmiana charakterystyki - od drgań hamulca).

NAJCZĘŚCIEJ W LAB. SILNIKÓW

Dwa zasadnicze typy liczników impulsów

• elektromechaniczne:

• cz. elektryczna - elektromagnes z kotwicą

• cz. mechan. - zestaw liczydeł do 100 Hz

Wyposażenie dodatkowe:

* samocz. Wyłączanie po zliczeniu zadanej liczby,

• start i stop - sterowanie zdalne

• elektroniczne:

• każdy impuls to zapalenie cyfry żarówki neonowej (10 w każdej lampie)

• może być dodatkowo dyskryminator (obcina po progu)

i przełącznik biegunowości

Stosowane do badań drobiazgowych - innych niż zliczanie obrotów.

Opis działania miernika elektr.

Oddziaływanie wzajemne:

• pola wirującego magnesu,

• pola prądów FOUCOLTA wytworzonego w bębnie z mater. niemagnetycznego.

ZASADA:

Jak we wskaźniku prędkości pojazdu dokładność - 2% (wpływ temp. i starzenia się magnesu).

TACHOMETRYCZNE (PRĄDNICE PRĄDU STAŁEGO LUB ZMIENNEGO)

NAPIĘCIE V = f(n) - mierzone woltomierzem wyskalowanym w [obr/min]

Dokładność: od oporności linii, zmian temperatury, duże odległości, oporniki samoregulujące.

NIE ZMIENIAĆ: LINIA + WOLTOMIERZ = KOMPLET

Δt=10⁰C
BŁĄD nawet do 5%.

IMPULSOWE

Źródło impulsów wprost proporcjonalnych do prędkości obrotowej i układu pomiarowego tej częstotliwości

UKŁAD ZAPŁONOWY + GALWANOMETR

ROZWARCIE STYKÓW - ŁADOWANIE KONDENSATORA, KTÓRY WSKAZUJE ŚREDNIĄ WARTOŚC PRĄDU ŁADOWANIA.

Natężenie prądu jest proporcjon. Do liczbyzwarć w jednostce czasu, a więc do „n”.

ELEKTRYCZNE

DOKŁADNOŚĆ „n” 0,01%

Praktycznie wystarcza 0,3%

PN - mniej od 35 (dopuszczalny błąd pomiaru)

STROBOSKOPOWE

Znak, synchronizacja, efekt nieruch. znaku - ODCZYT—

ELEKTRONICZNE

MIERNIK ŚREDNIEJ PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ

1. Nadajnik impulsów, 2. Licznik obrotów, 3. Licznik impulsów czasu, 4. Generator impulsów szpilkowych o częstotliwości 10 Hz, 5. Blok sterowania

Z - sterowanie zewnętrzne,

O - wyłączanie samoczynne po okręślonej liczbie obrotów,

T - wyłączanie samoczynne po określonym czasie

BARDZO DUŻA DOKŁADNOŚĆ

POMIAR ZMIENNEJ PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ

Prądniczka tachometryczna + rejestrator o małej bezwładności

lub + oscylograf pętlicowy

3.2.1. Pomiar natężenia przepływającej cieczy i gazów.

• paliwa przez układ zasilania

• cieczy w układzie chłodzenia

• oleju w układzie olejenia

• powietrza zassanego przez silnik

• powietrza przetłaczanego przez wentylator lub dmuchawę przy powietrznym układzie chłodzenia

• spalin w układzie wylotowym

• gazów w układzie odpowietrzania skrzyni korbowej.

3.2.2. Pomiar zużycia paliwa.

• metoda objętościowa

• metoda wagowa

Przepływomierze:

• fluometr

• rotametr

• przepływomierz tłokowy

• elektroniczny dawkomierz paliwa płynnego

• flo-tron.

Zużycie paliwa.


[cm³/s] lub
[g/s]

V_d [cm³] - objętość mierniczej dawki paliwa


-[s] -czs spalania mierniczej dawki paliwa


- [g/cm³] - masa właściwa paliwa w temp. podczas pomiaru.

Godzinowe zużycie paliwa

G_e =
[kg_pal/h]

m [g] - miernicza dawka paliwa


[s] - czas spalania tej dawki

Jednostkowe zużycie paliwa.

g_e =
[g/kMh]; [g/kWh]

Natężenie przepływu paliwa


[g/s]; [kg/h]

A - stała przyrządu pomiarowego


- [g/cm³] - masa właściwa paliwa


- [cm] - różnica poziomów paliwa

M = k*
lub M = K*


Pomiar zużycia paliwa w warunkach nieustalonych

Rys.

3.2.4. Pomiar natężenia przepływającej cieczy w układzie chłodzenia.

• przepływomierze objętościowe (jak do wody pitnej)

• przepływomierze turbinkowe.

3.2.5. Pomiar natężenia przepływu oleju.

• przepływomierze objętościowe

• przepływomierze turbinkowe.

3.2.6. Pomiar natężenia przepływu gazów:

1. powietrza zassanego przez silnik

2. spalin

3. gazów (odpow. skrzyni korbowej)

4. w układzie chłodzenia powietrzem

• zwężki pomiarowe (kryzy, dysze) (a,b,c)

• kryza: G = 0,0039986*
  [kg/h]

lub V = 0,0039986*
[m³/h],

• rurki spiętrzające (d) np. pitota

• przepływomierze objętościowe

• przepływomierze turbinkowe

• rotametry (c)

• przepływomierze laminarne (a)

• kolana miernicze (a)

• przepływomierze elektryczne (a,d);

• termoanemometryczne

• termometryczne

Dla ciśnień pulsujących stosować:

• zbiorniki wyrównawcze V = 400÷600 [dcm³/dcm³_poj.silnika]

• kapilary

Przepływomierze objętościowe

Różne konfiguracje elementów ruchomych.

V = f(V₁, i,n) [m³]


[m³/h]; [m³/s]

Przepływomierze turbinkowe


[m³/h]

k - stała przyrządu

przepływomierz turbinkowy do pomiaru przepływu powietrza w układzie chłodzenia silnika

Natężenie przepływu (zależność liniowa od spadku ciśnienia)




k - stała przepływomierza


p - różnica ciśnień w mm H₂O


masa właściwa mierzonego gazu w [g/cm³]

Kolano miernicze




Pomiar temperatury

• otoczenia

• powietrza lub mieszanki

• spalin

• oleju

• cieczy lub powietrza chłodzonego

• części silnika

• gazów w cylindrze w różnych miejscach równocześnie np. temp. w układzie dolotowym:

• wlot do filtra

• prze sprężarką doładowanie

• za sprężarką doładowującą

• za chłodnicą powietrza

• w kanale ssącym głowicy

Dobór i zabudowa termometrów i ich czujników.

• miejsce umieszczenia czujnika

• pojemność i przewodność cieplna

• masa

• materiał

Ciepło do czujnika wskutek:

• przewodności (gaz → Metal)

• Przewodność (Ciecz →metal).

• Promieniowania (Równ. Stefana - Bolzmana)

• Zmniejszyć do min. Straty na skutek przewodzenia i promieniowania)

• W spoczynku

• Średnia temperatura czujnik o dużej bezwładności cieplnej

• W ruchu: t = t_s+t_d ;

t_d =
;

TERMOMETRY:

• rozszerzalnościowe

• manometryczne

• elektryczne

Rozszerzalnościowe

• cieczowe

• rtęciowe minus 38,8 ^oC do plus 300 ^oC wykonanie normalne; do plus 500 ^oC wyk. specjalne; do plus 800 ^oC wyk. ze szkła kwarcowego,

z podziałką : 10;5;2;1;0,5;0,2;0,1;0,05 ^oC.

• alkohole o mniejszych zakresach cieczowe w dwóch odmianach:

• prętowe

• rurkowe

Pyrometry rozszerzalnościowe ( wykorzystujące rozszerzalność ciał stałych)

• prętowe

• sprężynowe

Wady : mała dokładność (duża bezwładność cieplna, histereza)

ZALETA: duża odporność mechaniczna, w badaniach pojazdów jako termometry kontaktowe

PYROMETRY OPTYCZNE stosowane w innych dziedzinach techniki (np. pomiar temp. przy hartowaniu stali).

Termometry manometryczne

Parowe - ciśnienie pary lub gazu od temp.

Cieczowe - całkowicie wypełnione cieczą, wrażliwe na zmianę T dokładność 2 ÷ 5%, jako kontrolne wody i oleju w silniku.

TERMOMETRY ELEKTRYCZNE-TERMOPARY dwa różne przewody zespawane + przewody + galwanometr. Mierzy się nie siłę elektromotoryczną lecz napięcie na zaciskach pomniejszone o spadek napięcia.

Przy kilku termoparach nie może być wspólnej masy.

U = E -



[mV]

I - [mA]

R_t - [
] - opór termopary i przewodów łączących


- jak najmniejsze R_Galw.< 100x od R_t , po cechowaniu nie zmieniać kompletu.

Czujnik termistorowego miernika temperatury: (rys s.103)

1. z jednym termistorem b- z dwoma termistorami

1. termistor 2- korpus 3- izolacja elektryczna 4- elektrody zewnętrzne

Elementy półprzewodnikowe o oporności w bardzo znacznym stopniu zależnej od temperatury:

Tlenki N_i , magnezu i innych +Cu zmielona w celu polepszenia przewodności

Zalety

• małe wymiary

• bardzo duża czułość

Wady

• mały zakres ( do 320 C)

• nieliniowa skala

Do pomiaru

• niewielkich zmian temperatury

• powierzchni metalowych

Zastosowanie termopar w badaniach silników:

• spalin silnika- w osłonie metalowej w rurze wydechowej

• gniazda świecy zapłonowej

• elektrody wewnętrznej świecy

• panewek łożysk, ścianek głowicy, obudowy przekładni itp.

• cieczy w układzie chłodzenia (w osłonie metalowej)

• oleju w poszczególnych punktach jego obiegu

Elektryczne - oporowe

Drut oporowy Ф 0,05 - 0,07 mm lub taśma o przekroju 0,002 - 0,01 mm² i oporze 50- 100 Ω nawinięte na rdzeń ceramiczny + mostek pomiarowy dla określenia oporności czujnika metodą zerową

1. do 500 ⁰C- drut oporowy platynowy

2. do 800 ⁰C- drut oporowy platynowy ale o większym przekroju niż podane poprzednio

3. do 150 ⁰C- miedź

Zaleta Cu + Pt to liniowa zależność ich oporności od temperatury

Schemat połączeń czujnika termometru oporowego z mostkiem pomiarowym: (rys s. 106)

1. opory stałe 2- opór regulowany 3- galwanometr 4- czujnik termometru oporowego

Pomiar ciśnień :

• w określonej przestrzeni silnika ( w komorze spalania, przewód olejowy itp.)

• W postaci różnicy ciśnień - jako parametr pośredni w urządzeniach do pomiaru przepływu

Manometry cieczowe: ( rurki pochyłe, ciągomierze KRALLA U- rurki do pomiaru różnicy ciśnień)

Manometry sprężynowe: (z rurką Bourdona, przeponowe itp.)

Manometry cieczowe i sprężynowe tylko do pomiaru średnich wartości ciśnień pulsujących - po uprzednim stłumieniu pulsacji

Manometry elektryczne: Do pomiaru chwilowych wartości ciśnień szybkozmiennych

Indykatory: ( Mechaniczne, elektro- pneumatyczne, elektroniczne dają nam one dwa sygnały:

• o wartości chwilowego ciśnienia

• o przesunięciu drogi, czasu, kąta (tzw. Przetwornik drogi tłoka)

Niektóre parametry pracy silnika :

1. Ciśnienia

P_i- średnie ciśnienie indykowane

P_e- średnie ciśnienie efektywne [Mpa]

P_n- średnie ciśnienie strat mechanicznych

2. Prędkość obrotowa , częstotliwość obrotów [obr/min] [1/s]

3. Moce

N_i= p_i* V_ss*2*n/τ - moc indykowana [kW] [KM] [W]

N_e= p_e* V_ss*2*n/τ -moc efektywna (użyteczna) [kW] [KM] [W]

N_m = p_m* V_ss*2*n/τ -moc stracona na pokonanie oporów tarcia [kW] [KM] [W]

4. Moment obrotowy

M_o= C*N_e/n [Nm] [kGm]

5. Jednostkowe i godzinowe zużycie paliwa

g_e= C₁*G_e/N_e [g/kWh] [g/kMh]

G_e = g_e * N_e/C₁ [kg/h]

Niektóre współczynniki

1. Współczynnik składu mieszanki ( współczynnik nadmiaru powietrza )

λ=ilość powietrza doprowadzonego do silnika/ ilość pow. potrzebną do spalania zupeł. i całkow. Paliwa

λ= 1 - mieszanka stechiometryczna

λ<1 - mieszanka bogata

λ>1 - mieszanka uboga

Indykatory:

Wykres indykatorowy (rys. s. 115) może być a) zamknięty b) otwarty

Indykator mechaniczny systemu Maihak (rys. 116) : 1- nakrętka mocująca 2- kanał łączący z wnętrzem cylindra 3- cylinder indykatora 4- tłoczek 5- tłoczysko 6- korpus 7- sprężyna 8- ramię pisaka 9- bęben 10- sprężyna powrotna bębna, 11- linka napędu bębna

Indykator stroboskopowy (iskrowy)

Indykator pneumo- elektryczny)


Indykator elektro- pneumatyczny: 1- komora czujnika 2- przepona 3- elektroda zewnętrzna 4- zawór upustowy 5- zawór regulacyjny 6- zbiornik sprężonego powietrza 7- cewka indukcyjna 8- wyłącznik 9- akumulator 10- kondensator 11- bęben 12- papier grafitowany 13- iskiernik 14- listwa kontaktowa 15- sprężyna 16- tłoczek 17- cylinder iskiernika

W skład indykatora elektronicznego wchodzi:

• oscyloskop dwustrumieniowy

• 4 wzmacniacze

• generator podstawy czasu

• 2 przedwzmacniacze

• przetwornik drogi tłoka

• komplet czujników i przewodów

• wyposażenie dodatkowe

Pomiar zadymienia spalin:

Dymomierz typu SCHWEITRERA (rys s.120)

P= (I_o-I_s/ I_o)* 100%

I_o- natężenie prądu w obwodzie przy przepływie powietrza

I_s­- natężenie prądu w obwodzie przy przepływie spalin


Dymomierz typu BOSCHA: 1- urządzenie do zwalniania zatrzasku tłoka 2- rękojeść tłoka 3- tłok z urz. zatrzaskowym 4- kaseta bibuły filtrującej 5- otwory poboru spalin 6- uchwyty centrujące sondę

Dopuszczalne stopnie zadymienia spalin:

Umowne natężenie przepływu spalin Gs [ dm^3/s]	Zadymienie w warunkach ustalonych Nu [%]
42 i poniżej	60
50	57
75	51
100	46
150	40
200 i powyżej	35
Dla wartości pośrednich interpolacja wg zasady proporcjonalności

G_s= (V_ss* n)/60 *τ

τ - współczynnik =1 dla ZS τ=2 dla ZI

Pomiar zadymienia spalin w warunkach ustalonych

1. przygotowanie silnika i przyrządu

2. praca silnika wg char. prędkościowej zewnętrznej ά= 100% wg PN- 71/M-34000

3. zerowanie po każdym pomiarze

4. czas pomiaru t_p< 1 min

5. wynik pomiaru- sred. Arytmetyczna 3 pomiarów

6. dopuszczalne odchyłki +- 2%

pomiar zadymienia spalin w czasie przyspieszeń:

1. silnik nagrzany

2. pr. Obrotowa od n_min do n_max

3. przejście przez prędkość n_min

4. gwałtowne przyspieszenie do n_max

5. odczyt wartości max. Zadymienia

6. po powrocie wskazówki przyrządu do pozycji wyjściowej proces przyspieszania powtórzyć 10 X

7. czas łączony 10 pomiarów nie może być > 2 min.

8. Przed i po pomiarach sprawdzić położenie zerowe przyrządu

9. Wynik pomiaru stanowi średnia arytmetyczna z 5 pomiarów z tolerancją 4 %

Paliwo silnikowe :

Mieszanina węglowodorów o budowie łańcuchowej lub pierścieniowej ~ 85% C ; ~14% h ; ~ 1% s

C_xH_y+(x+y/4)O₂→ x*CO₂+y/2*H₂O +Q

CO₂, H₂O, N₂- zawarty w powietrzu atmosferycznym biorącym udział w spalaniu paliwa

Dodatkowo w spalinach CO, C_xH_y, NO_x- tlenki azotu, C_xH_yO₂- aldehydy, związki siarki substancje rakotwórcze (ZI - związki ołowiu ; ZS- sadza jako nośnik substancji rakotwórczych

Wyznacza się : stężenie, emisja godzinowa, emisja jednostkowa, emisja na jednostkę zużytego paliwa, toksyczność całkowita, toksyczność jednostkowa.

Wskaźniki zagrożenia naturalnego środowiska: emisja toksycznych składników, zadymienie spalin, hałaśliwość silnika

Typowy skład spalin ZI (rys.1 s.126)

Typowy skład spalin ZS (rys. 2 s 126)

Zmniejszanie emisji podstawowych szkodliwych składników spalin można uzyskać najczęściej na drodze:

1. zmiany parametrów regulacyjnych:

-współczynnika składu mieszanki,

-kąta wyprzedzenia zapłonu,

2. zmian konstrukcyjnych:

-kształtu komory spalania,

-stopnia sprężania,

-systemu wytwarzania mieszanki,

-intensywności zawirowania ładunku,

-obniżenia szczytowej temperatury spalania,

c) zastosowania dodatkowych urządzeń:

-dopalaczy katalitycznych utleniających,

-dopalaczy katalitycznych redukujących,

-dopalaczy katalitycznych trzyfunkcyjnych,

-dopalaczy termicznych,

-układów recyrkulacji spalin,

3. zmiany własności paliw:

np. dodatek wody do paliwa, zmianę zasilania z benzyny na zasilanie gazem

i inne.

Analiza chemiczna spalin

Znajomość skł. chem. spalin pozwala określić:

1-współczynnik składu mieszanki

2-straty niezupełnego spalania paliwa

3-stopień toksyczności spalin

Ad.1) Średni skład (współczynnik) mieszanki





;

G_pow [kg pow/h] ; G_pal [kg pal/h]; L_o [kg pow/kg pal.]

g_c ; g_h ; g_o ; g_{s -} udziały masowe

Skład mieszanki w poszczególnych cylindrach jedynie na drodze analizy spalin.

Ad.2.) Strata niezupełnego spalania

Zależność półempiryczna

ΔW_p=14600(1-λ) [kcal/kg]


Ad.3.) Wskaźnik toksyczności spalin

V_co - dopuszcz. Zawart. CO w spalinach,

V_{i -} dopuszcz. Zaw. Składnika „i” w spalinach,

g_i - zawart.skład. „i” [mg/dcm³]

Jednostkowy wskaźnik toksyczności

[mg/kMh]

V_ss [dcm³] ; Ne [kM] ; η_{v ;}

N [obr/min] ; τ=2 (2S) ; τ=4 (4S)

Metody chemicznej analizy spalin: chemiczne,

wskażnikowe i pośrednie

Analizatory spalin

1.Analizatory chemiczne

Aparat Orsata- absorpcja oznaczanego składnika w przeznaczonej do jego pochłaniania spłuczce.

-pracochłonne metody,

-mała dokładność,

-brak selektywności poniżej 0,5%

2.Kalorymetry

Dobór związku selektywnie reagującego z wybranymi składnikami spalin i zmieniającego w wyniku tej reakcji zabarwienie. Określenie zmian zabarwienia przy pomocy fotometru. Dawniej do określania stężenia NO_x (metoda Saltzmanna).Obecnie do oznaczania aldehydów.

Ponadto w warunkach drogowych : rurki do określania trzeźwości kierowców.

3. Elektryczne.

Zmiana oprności rezystora umieszczonego w kanale przepływowym gazu. Najczęściej CO+H₂ - kontrolne. Analizatory te wykorzystują określone cechy fizyczne danego składnika gazu.

4. Niedyspersyjne analizatory promieniowania

Pochłanianie promieniowania podczerwonego o określonych częstotliwościach (długościach fali) CO; Co₂; NO; teraz rzadziej C_nH_m lub jeden CH; dwukuwetowe (starsze konstrukcje)

5.Analizatory płomieniowo - jonizacyjne

ΣC_nH_m - licznik atomów węgla

Zasada działania

„Zliczone” atomy węgla - przeliczone na ich udział w wybranym węglowodorze np. jako C₃H₈. Bardzo duża dokładność tych przyrządów.

6. Analizatory paramagnetyczne

7. Analizator do tlenu - sonda lambda

8. Analizatory chemoluminescencyjne

Do reaktora o ciśnieniu pracy 5-7 mmHg dopływają spaliny oraz ozon. Następuje utlenianie NO do NO₂ i wysyłane jest promieniowanie elektromagnetyczne zamienione w fotopowielaczu na sygnał elektryczny. Urządzenie posiada równolegle zabudowany konwerter o temp. pracy ~650°C, w którym rozkłada się NO₂ na NO. Dlatego możliwy jest pomiar:- NO₂ oraz ΣNO + NO₂.

9.Chromatografy gazowe

Rozdział gazu badanego na poszczególne składniki lub grupy składników, a następnie ich identyfikacja i określanie ilości. Np. do wyodrębniania poszczególnych CH.

Urządzenia rejestrujące

- rejestratory pisakowe-sygnał elektryczny „y” powoduje proporcjonalne przesuwanie pisaka mechanicznego + obrót bębna (przesuw taśmy) powoduje powstanie wykresu y=f(x) np. M_o=f(n)

- rejestratory fotograficzne

• aparaty fotograficzne,

• kamery fotograficzne

- oscyloskopy

Osc. Katodowy umożliwia otrzymanie wykresu na ekranie lampy oscyloskopowej. Powstaje on w wyniku odchylenia strumienia elektronów [rzez działo elektronowe. Odchylenie jest proporcjonalne do wielkości sygnału (napięcia) przyłożonego do płytek odchyl. poziomego i pionowego. Może współpracować z rejestr. fotograficznymi.

- oscylografy

Osc. Pętlicowy - odmiana rejeastratora, gdzie mech. urządz. piszące zastąpiono promieniem światła padającym na materiał światłoczuły. Wyeliminowano wpływ bezwładności - szczególnie istotny przy pomiarach zmiennych.

- magnetofony pomiarowe,

- magnetowidy, kamery wideo

- komputery

Przetwarzanie informacji

Każdy prosty jak i złożony system elektroniczny posiada zespoły funkcjonalne służące do:

-pomiaru sygnałów wejściowych (czujniki) lub wprowadzenia ich przez człowieka (zadajniki)

-przetwarzania informacji

-oddziaływania na obiekt sterowania (elementy wykonawcze) lub wyprowadzania informacji (wskaźniki)

Pomiędzy nimi znajdują się układy dopasowujące (interface), które zależnie od obranej konwencji przetwarzania informacji:

-zmieniają poziom sygnału analogowego

-przekształcają sygnał analogowy na cyfrowy i odwrotnie

-zmieniają postać sygnału cyfrowego

PRACA SILNIKA NA STANOWISKU HAMOWNIANYM (HAMULCOWYM)

Warunki pracy silnika o ZI

Dla warunków ustalonych parametry (wskaźniki) pracy silnika wyrażają się funkcjami:

Ne=C₁*f₁(p_e, n)

M_o=C₂*f₂(p_e)

Przy T_x=const.

Dla warunków nieustalonych

Ne_y=f₃(ω,ε,α,β)

Mo_y=f₄(ω,ε,α,β)

Różniczki zupełne tych funkcji wyrażają równania:

dNe_y=± δNe_y/δω*dω ± δNe_y/δε*dε ± δNe_y/δα*dα ± δNe_y/δβ*dβ

dMo_y=± δMo_y/δω*dω ± δMo_y/δε*dε ± δMo_y/δα*dα ± δMo_y/δβ*dβ

Przyrost momentu obrotowego dla przybliżonego wyliczenia:

ΔMo_y=± δMo_y/δω*Δω ± δMo_y/δε*Δε ± δMo_y/δα*Δα ± δMo_y/δβ*Δβ

W stanie [początkowym:

ε = 0 ; β = 0

zaś

Δ ε = ε -0 = ε = dω/dt

Δ β = β -0 = β = dα/dt

wówczas

ΔMo_y= ± δMo_y/δω*Δω ± δMo_y/δε* dω/dt ± δMo_y/δα*Δα ± δMo_y/δβ* dα/dt

W stanie początkowym moment obrotowy wynosi Mo₁, to chwilowa jego wartość:

Mo_y = Mo₁± ΔMo_y lub

Mo_y= Mo₁± (δMo_y/δω*Δω + δMo_y/δε* dω/dt + δMo_y/δα*Δα + δMo_y/δβ* dα/dt) (1)

Dla warunków:

dω/dt =0 i dα/dt =0 równanie dla warunków nieustalonych upraszcza się do równania dla warunków ustalonych:

Mo_y = Mo₁± (δMo_y/δω*Δω + δMo_y/δα*Δα ) = Mo (2)

Przedstawia ono moment obrotowy w wrunkach ustalonych przy różnych prędkościach obrotowych i położeniach przepustnicy mieszanki

Po podstawieniu (2) do (1) otrzymamy

Mo_y = Mo ± (δMo_y/δε* dω/dt + δMo_y/δβ* dα/dt)

oznaczając:

δMo_y/δε = a ; δMo_y/δβ = b otrzymamy:

Mo_y = Mo ± a* dω/dt ± b* dα/dt (3)

Wykorzystując zależność

M = N/2*π*n , moc efektywną można wyrazić

Ne_y = Ne ± a₁*n* dω/dt ± b₁*n* dα/dt (4)

Równania (3) i (4) określające Mo_y i Ne_y podczas zmian położenia przepustnicy mieszanki są w ogólnym przypadku równaniami dla warunków nieustalonych

Przy stałym położeniu przepustnicy dα/dt =0

A przy zmiennym obciążeniu:

Ne_y = Ne ± a₁*n* dω/dt (5)

Mo_y = Mo ± a* dω/dt (6)

Przy stałej prędkości obrotowej wału korbowego dω/dt =0 (n=const) i zmiennym obciążeniu:

Ne_y = Ne ± b₁*n* dα/dt (7)

Mo_y = Mo ± b* dα/dt (8)

Symulacja warunków pracy silnika na stanowisku hamownianym sprowadza się wiec do sterowania zmiana odpowiednich członów w równaniach (5) i (7).

WARUNKI NIEUSTALONE

Testy dla silników spalinowych mogą być realizowane na stanowiskach hamownianych:

• przy stałej prędkości obrotowej

• przy zmiennej prędkości obrotowej

Test przy n = const. Składa się z czterech 9-cio fazowych cykli.

Cykl pracy silnika o ZI przy n = const.

Faza	Podciśnienie w kanale dolotowym (mmHg)	Czas (s)		Współczynnik udziału WF
					Fazy	łączny
1	Bieg jałowy	70	70	0,232
2	406	23	93	0,077
3	254	44	137	0,147
4	406	23	160	0,077
5	483	17	177	0,057
6	406	23	200	0,077
7	76	34	234	0113
8	406	23	257	0,077
9	Bieg przy n = 2000 (obr/min)	44	300	0,147

Badania hamwniane podstawowe

Oprócz klasycznych badań prowadzonych w celu otrzymania różnego rodzaju charakterystyk prowadzi się szereg innych, a między innymi takie jak:

1. pomiar oparów mechanicznych

2. próba rozruchu

3. rozdział mieszanki na poszczególne cylindry

4. stopień niepowtarzalności kolejnych obiegów pracy

5. określenia współczynnika składu mieszanki

6. indykowanie

Ad1. Pomiar oparów mechan.

Moc oparów mechanicznych


[kM] i [kW]

-metoda wyłączania kolejnych cylindrów

-metoda napędu obcego

Stopień nierówności rozdział mocy na poszczególne cylindry




Obcy napęd

Silnik elektroniczny lub spalinowy

• wyłączenie dopływu paliwa ZS,ZI

• ZI- pełne otwarcie przepustnicy

• Pomiar w czasie < 1 min. od chwili zatrzymania nagrzanego silnika

BADANIA ROZRUCHU

Obejmują

• pomiar momentu potrzebnego do obracania wału korbowego w funkcji prędkości obrotowej

Moment statyczny potrzeby ruszenia wału z miejsca do prędkości 150% prędkości obrotowej, rozruchowej przewidzianej przez wytwórcę silnika, ale musi być określona

• temperatura silnika

• rodzaj oleju

• Próba rozruchu

Norma zależności od strefy geograficznej np. su ( wyjątek z normy)

- silnik daje się uruchomić w 3 próbach po 10 s. i 15 s. (ZS)

z przerwami co 1 min. , jeżeli

• akumulatory są naładowane 75% ,

• temperatura otoczenia- 15⁰C dla ZI i 10⁰C dla ZS

Jeżeli oleje specjalne to dodatkowo o 5⁰C jeszcze niżej.

Niezależnie od poniższego daję się uruchomić od +50­­­­­⁰Cdo 40⁰Cjeżeli ciecz chłodzi na = 100^0­­C i inne : o podgrzewaczach, warunkach arktycznych , itd.

ROŹDZIAŁ MIESZANKI

I >1 ; warunki dopływu mieszanki do poszczególnych cylindrów są nie jednakowe:

• L przewodów ssących

• Stopień podgrzewania mieszanki

• Oddziaływanie wzajemnie cylindrów

- zjawiska gazodynamiczne w przewodach ssących (gdy „n” duże i duże kąty równoczesnego otwarcia zaworów wydechowych i ssących tzw. „ kąty pokrycia”- magom upływać zjawiska gazodynamiczne w przewodach wydechowych)

Gdy ilość gaźników = ilość cylindrów to niema trudności pomiarowych. Dla zasilania silników i>1 ale jednym gaźnikiem - zgubione przybliżenie: napełnienie cylindrów wprost proporcji do mocy indywidualnej określanej np. metodą wyłączania kolejnych cylindrów, ale pod warunkiem:

• E_i jest jednakowe

• Jednakowe zawirowanie nadpływającej mieszanki

• jednakowy kąt wyprzedzenia zapłonu dla poszczególnych cylindrów

Jest to praktycznie nie możliwe

Skład mieszanki w poszczególnych cylindrach można określić na drodze bezpośredniej przez analizę spalin z poszczególnych kanałów wydechowych

Metoda B. dokładna ,ale:

• pracochłonna

• kosztowna

Metoda pośrednia:

Średnia temp. obiegu lub spalin =
λ
)

Temp. elektrody świecy i- tego cylindra jako
λ
)

Ponieważ λ
jest wprost proporcjonalny do czasu T, to:

t₁=f₁(T)

Dla poszczególnych cylindrów oznacza czas T_i, któremu odpowiada maksimum temperatury t₁

Współczynnik składu mieszanki w i-tym cylindrze

λ_i=λ_Σ


gdzie:




Max. wartość stopnia rozrzutu składników mieszanki




a wartość średnia:




W sprawozdaniu bezzwłocznie podać:

Miejsce i sposób pomiaru temperatury.

Stopień niepowtarzalnych, kolejnych obiegów

- zmiany kąta wyprzedz. zapłonu:

• drgania skrętne układu napędowego aparatu zapłonu,

• luzy w łożyskach

• luzy międzyzębne ( wyciągnięty łańcuch)

• zmiany napełnienia i składu mieszanki:

• zjawiska gazodyn. w powietrzu

• zjawiska gazodyn. w spalinach

• w 2-5 - „czterotaktowanie”- wypadanie zapłonów, duże

Powinny być porównane całe pola wykresów, ale to trudneze względów pomiarowych i próbki wyniku.

Prościej:

• pomiar ciśnień sztytowych

Różne mogą być:

• ilość i skład mieszanki

• zawirowanie

• kąt wyprzedzania zapłonu

Stopień niepowtarzalności kolejnych przebiegów silnika




n- liczba rozpatryw. kolejnych obiegów

n=40 - 50

a nawet n = 100

k	pz	(pz)k-( pz)k-
1 2 3 4 5 6	50 44 52 48 52 46	- 6 8 4 4 6








Ponieważ jest to rozkład normalny (ciśnień szczytowych)

miernikiem niepowtarzalności jest dyspresja lub wariacja (faktycznie wartość oczekiwanej wariacji)




Lub odchylenie standardowe




Względnie współczynnik zmienności




Oscylogram zagęszcz. otw. wykr. indyk .→ stopień niepowtarz. kolej. obiegów → dowolny miernik J/W→

→ S²; S; w.

Bez rejestracji wykresów indykator.

Stosować:

- dyskryminator wielkość sygnału+ licznik impulsów

↓

Wyznaczanie liczby obiegów w S², po wykorzystaniu

założonym czasie, których miało → S, cyfrow. nasz. matematyczne lub

wartość większą niż z góry założona w komputera

Pomiar stopnia napełnienia i składu mieszanki


lub


m_e - [kg/s] - natężenie przepływu zasysanego powietrza

V_ss - [dcm³] - poj. Skokowa silnika

n - pr. obrotowa

τ - liczba suwów

γ_o - [kg/m³] masa właść. Pow. otocz.

Wpływ otwarcia przepustnicy mieszanki na przebieg krzywej napełnienia na charakterystyce predkościowej

Moment obrotowy


[kGm]

W_p-[kcal/kg]- wart. opałowa paliwa

γ_o- [kg/m³] cięż. właściwy pow. otoczenia

L_o- [kg/kg pal]-stała stechiometryczna

η_i - spr. indyk. , m- spr. mech.

V_ss- [dcm³] - obj. skokowa

τ- liczba sumów; - współ. skł. miesz.

po uwzgl. stałych siln. i war. Badań


[kGm]




współcz. Składu mieszanki





[kmol/kg]


- współ. Charakt. paliwa

λ - można obliczyć 21 różnymi metodami

Skład elementarny paliwa

Dla benzyn

% g_c= 74,7 + 14,6*γ_p

% g_Hz= 25,3 - 14,6*γ_p

dla olejów napędowych

% g_c= 74,2 + 14,5*γ_p

% g_Hz= 25,8 - 14,5*γ_p

Skład spalin zależy między innymi od:

• temp. reakcji spalania

• (średni) współ. skł. mieszanki

• stopień jednorodności i intensywności jej zawirowania,

• intensywność oddawania ciepła ścianom komory spalania

W zależności od warunków spalania:

• część węgla spala się na CO

• względnie część może być wydzielana w postaci sadzy

Jeżeli







wtedy:


[kmol/kg pal]


[kmol/kg pal]


[kmol/kg pal]


[kmol/kg pal]




[kmol/kg pal]


[kmol/kg pal]

Ilość spalin mokrych




[kmol/kg pal]

Ilość spalin suchych




[kmol/kg pal]

Procentowy skład spalin suchych




Przy spalaniu bez wydzielania sadzy procentowe zawartości suchych spalin spełniają równanie:




Rów. to stosuje się do kontroli poprawności wykonania analizy ale:- różnica prawej i lewej strony <0,5.

• jest to warunek konieczny

• jednak nie wystarczający, poprawności analizy spalin.

Max. CO­₂ przy spalaniu zupełnym mieszanki stechiometrycznej x=1

Gdy Xco=0 i Xo₂=0


[%]

gdy λ<0 lub λ>0 to Xco₂

Ilość węgla spalanego na CO




Natomiast bez wydzielania sadzy




% udział węgla w paliwie wydzielanego jako sadza:




dla λ>1 i λ<1 można określić




elementarny skład paliwa


;
;


Wykres Oswalda

Miernik składu mieszanki („Richesse”)

Rys 200

Oscylogram wykresu indykatorowego silnika o ZS uzyskany przy użyciu czujnika piezokwarcowego i indykatora produkcji Politechniki Gdańskiej

a - znaki położenia wykorbienia /korby/ b - prędkość narastania ciśnienia dp/dt c - ciśnienie w cylindrze, d - znacznik wtrysku paliwa, e — znaki czasu

POMIAR VDRGAŃ SILNIKA LUB ZESPOŁU NAPĘDOWEGO

Pomiar polega na określeniu amplitud przemieszczeń lub odpowiadających im przyśpieszeń, w miejscu podparcia silnika dwoma zasadniczymi metodami:

- za pomocą czujników bezwładnościowych mocowanych na łapach /w punktach podparcia silnika/

- przez tensometryczny pomiar naprężeń występujących w łapach /podporach/

W praktyce / niecałkowite wyrównoważenie / siły wymuszające działające w kierunku równoległym do osi cylindrów są wynikiem działana:

• Oporów bezwładności 1 rzędu

• Oporów bezwładności 2 rzędu

• Sił odśrodkowych mas wirujących

• Momentu oporów bezwładności 1 rzędu

• Momentu oporów bezwładności 2 rzędu

• Momentu sił odśrodkowych

• Momentu reakcyjnego

tok postępowania przy obróbce wyników pomiarów:

- analiza harmoniczna — ze względu na złożoność przebiegów w zasadzie niewykonalna ani na drodze rachunkowej ani graficznej /trudny rozkład na składowe harmoniczne/

-wykonanie charakterystyk częstotliwościowych A = f/f/

1. zakresy prędkości obrotowych silnika

2. zakresy rezonansowe n_r<n_bj lub n_bj<n_r <n_min

3. rozkład obciążeń podpór przednich i tylnych /od Mpb dociążanie przodu, odciążenie tyłu/

4. rozkład obciążeń podpór lewych i prawych / od momentu reakcyjnego/

5. możliwość zmiany rozmieszczenia podpór

6. możliwość zmiany sztywności podpór /ale suma sztywności stała/

DRGANIA AKUSTYCZNE SILNIKA

źródła powstawania:

--drgania elementów silnika na wskutek odkształceń sprężystych

/duże sztywności - wysokie częstości drgań własnych/

--kadłub i głowica-- na wskutek przenoszenia drgań akustycznych

/proces spalania, wymiany Ładunku, stuki na wskutek luz6w/

Sporządzona charakterystyka widmowa pozwala na wysunięcie wniosków odnośnie źródeł wymuszeń.

DRGANIA SKRĘTNE WAŁU KORBOWEGO

a.Pomiar masowego momentu bezwładności

- metoda trójsznurowa I₀= ^t_pi^*t*_*^G*_l^r*r

l,r w metrach

G w kG

t w sekundach /półokres wahań/

l/r > 10

fi<45

metoda analityczna




z - zespół koło zam+ wał korb.

k - koło zamachowe w - wykorb. bez korbowodu. n - ilość wykorbień m_d - masa dodatkowa

b)Pomiar częstości drgań własnych wału Korbowego

W zakresie proporcjonalności /słuszności prawa Hoocke'a/

Częstość drgań własnych wału

F=(a/b)*F /Hz/ k>=10 a,b>20mm

a - odległość odcinka na wykresie odpowiadająca k okresom czasu b - odległość odcinka dla k okresów drgań wału

F - częstość znaków czasu /Hz/ (dla a )

Częstotliwość drgń własnych wału= Częstotliwość drgń własnych napięcia

Pomiar drgań skrętnych wymuszonych

Pomiar skrętnych drgań wymuszonych polega na określeniu przebiegu zmienności kąta skręcenia wału w funkcji czasu.

Pomiar drgań tulei cylindrowych Mokre tulejo cylindrowe pobudzane są podczas pracy silnika do drgań przez:

- gwałtowne zmiany ciśnienia w okresie spalania

- uderzenia tłoka o cylinder w wyniku zmiany działania bocznej i przesunięcia tłoka w ramach luzu w cylindrze,

• okresowo zmienną siłę boczną.

Czujnik indukcyjny do pomiaru drgań tulei cylindrowej

1- tuleja cylindrowa, 2- kołek stalowy wkręcany w tuleję, 3-ściana kadłuba, 4- rdzeń cewki, 5" .cewka, 6- śruba strojenia, 7- uszczelka.

Bardzo duża częstość drgań tulei.

Używane czujniki!

- INDUKCYJNE, dla których sygnał elektryczny jest proporcjonalny do chwilowej wartości szybkości ruchu względnego części drgającej w stosunku do układu odniesienia najczęściej jest nim kadłub silnika, ale przecież on też drga/ Nie stosowane ze względu na możliwość powstania bardzo dużych błędów. Stosuje się do określania możliwości powstania KAWITACJI. Zjawisko występowania KOROZJI KAWITACYJNEJ - głównie w płaszczyźnie działania siły bocznej/ pod kołnierzem górnym lub w połowie odległości między miejscami zamocowania

-PIEZOkWARCOWE, dla których sygnał elektryczny jest proporcjonalny do chwilowej wartości przyspieszenia przekazywanego masie sejsmicznej czujnika. Kłopotliwe ze względów technologicznych umocowanie czujnika - krótki gwintowany otwór, opaski, uchwyty sprężyste. Ponadto zniekształcenia wyników /możliwe są/.

• TBNSOMETRYCZNE, które pozwalają na pomiar wielkości pośrednio związanej z przebiegiem drgań - naprężenia w drgającym elemencie.

Schemat połączeń tensometrów naklejonych bezpośrednio na tulei cylindrowej

a- rozmieszczenie tensometrów oporowych, b- połączenie szeregowe/średnie dla całego obwodu/, o- połączenie indywidualne/pomiar lokalny/, d - połączenie tensometrów naprzemian /ległych - w płaszczyźnie siły bocznej, e- połączenie szeregowe pary sąsiednich tensometrów.

Sporządza się oscylogram drgań. Stosuje się układ różniczkujący, a powstający przekształcony oscylogram przedstawia prędkość przemieszczania. Interesująca jest wartość ekstremalna.

POMIAR OBCIĄŻEŃ CZĘŚCI SILNIKA

Doświadczalne określenie rzeczywistych obciążeń, względnie rzeczywistych naprężeń przez następujące rodzaje badań:

• statyczne ,

• dynamiczne przy użyciu pulsatorów i symulatorów obciążeń,

• dynamiczne na silniku pracującym, względnie napędzanym przez obce źródło napędu.

Metody pomiarowe dla 2-ch pierwszych:

• metoda kruchych pokryć,

• tensometria oporowa,

• metody pomiaru odkształceń.

Względna zmiana oporności tensometru:

ΔR/R=k*ε; gdzie k - współczynnik czułości odkształceniowej 9stała tensometru), ε- względne wydłużenie odcinka pomiarowego w zakresie proporcjonalności prawa Hooke'a: ε=σ/E; gdzie σ- naprężenie, E - moduł sprężystości podłużnej ( Younga) ostatecznie:

ΔR/R=kσ/E; dla tensometru - 60% Cu+ 40% Ni k = 2,0 do 2,15;

dla stali konstrukcyjnych E = 2,1*10⁶ kg/cm²; wówczas ΔR/R= σ*10^-6, a wyrażając ten stosunek w promilach ( najczęściej produkowane mostki tensometryczne) ΔR/R= σ*10^-3.

Względna zmiana oporności ΔR/R wyrażona w promilach jest liczbowo równa naprężeniu w tonach na centymetr kwadratowy.

Str 210 układy tensometryczne

OBCIĄŻENIE POŁĄCZEŃ ŚRUBOWYCH.

W warunkach zmiennego obciążenia skuteczności działania połączenia gwintowanego zależy od prawidłowego doboru wstępnego.

Naciąg rośnie to rośnie trwałość i rośnie dopuszczalna amplituda zmian obciążenia, ale rosną wymagania jednorodności naciągu wstępnego wszystkich śrub złącza.

• śruby mocujące głowice,

• śruby korbowodu.

Siła naciągu wstępnego głównie zależy od :

• momentu dokręcania śruby, a ponadto,

• gładkości i dokładności wykonania gwintu,

• rodzaju smaru pokrywającego gwint,

• tarcia pomiędzy łbem (nakrętką) a powierzchnią dociskaną.

Rozrzut naciągu do~20%.

• ilość dokręceń ( ale częściowych) - rosną siły naciągu,

• smarowanie złącza gwintowego - - „ - - „ -,

• oksydowanie + smar + ilość - - „ - - ” -,

• miedziowanie rośnie a potem maleje siła naciągu.

Pomiar obciążenia łożysk głównych.

Wał korbowy obciążony jest siłami wynikającymi z :

• nacisku gazów,

• oporami bezwładności mas o ruchu posuwisto-zwrotnym i mas o ruchu obrotowym,

• dodatkowe obciążenie wynikłe z niewspółosiowości:

1. błędy wykonawcze,

2. błędy montażowe,

3. odkształcenia cieplne.

Najczęściej mierzy się w podporze składową pionową obciążenia.

Schematy

POMIAR PARAMETRÓW RUCHU ZAWORU.

x= f₁(t), v=f₂(t)=dx/dt; j=f₃(t)=dv/dt= d²x/dt².

Metoda potencjometryczna pomiaru drogi zaworu: schematy.

Str 214 wykresy przyspieszeń zaworu.

BADANIA UKŁADÓW ZASILANIA.

Badania wtryskowego układu zasilania:

Układ ten musi spełniać 5 warunków;

1. ilość paliwa dostarczona do każdego z cylindrów silnika w każdym cyklu powinna odpowiadać chwilowemu obciążeniu i wynosi: q=16,7 Ne*ge/i*n_p*γ_p[mm³/obieg]; gdzie

• Ne [kM] - moc silnika

• Ge [g/kMh] - jednostkowe zużycie paliwa,

• i - liczba cylindrów

• n_p [obr/min] - prędkość obrotowa wału pompy,

• γ_p [g/cm³] - masa właściwa paliwa,

Dawka jednostkowa (q odniesione do Vss)

q_v=η_vγ₀10³/λl₀γ_p [mm³/dm³cykl]

• l₀ - stała stechiometryczna paliwa (teoretyczne zapotrzebowanie powietrza)

• γ₀ - masa właściwa powietrza otoczenia.

Przy orientacyjnych obliczeniach:

γ₀=1,21 g/dm³, l₀=15 [kg pow/kg paliwa],

wówczas q_v= 83,5 η_v/λγ_p [mm³/dm³cykl],

• η_v - stopień napełnienia silnika,

• λ - współczynnik składu mieszanki.

2. Doprowadzenie paliwa do cylindra (wtrysk) powinno odbywać się w określonej części obiegu pracy ( korelacja to odpowiedni kąt wyprzedzenia wtrysku).

Przebieg doprowadzenia paliwa określony jest przez charakterystykę przebiegu wtrysku paliwa.

Wykres charakterystyk

dm/dϕ=f(ϕ), m=F(ϕ) lub dV/dϕ=f₁(ϕ) , V=F₁(ϕ)

3. W silnikach wielocylindrowych dawki paliwa doprowadzane w ustalonych warunkach pracy do poszczególnych cylindrów powinny być jednakowe i wtryskiwane przy identycznych kątach wyprzedzenia wtrysku. Charakterystyki wtryskiwania powinny mieć jednakowy przebieg w praktyce, stopień rozrzutu dawkowania: σ=2*(q_max-q_min)/(q_max+q_min)*100%. Rozrzut wartości kątów wyprzedzenia wtrysku paliwa oceniany jest największą bezwzględną wartością różnicy:Δϕ_w= | ϕ_wi-ϕ_w|_max<±0,5⁰ Owpompy, ϕ_w - znamionowy kąt wyprzedzenia wtrysku; ponadto różnica przepustowości rozpylaczy jednego silnika < ±2%.

4. Wtryskowy układ zasilania powinien zapewnić powtarzalność kolejnych wtrysków ( przy niezmienionej regulacji).

5. Aparatura wtryskowa powinna odznaczać się dostatecznie długim okresem pracy ( żywotnością0, a z reguły 4000 - 5000 h.

Str 220 Metody pomiaru czasu

NATĘŻENIE WYPŁYWU CIECZY PRZEZ NIESZCZELNOŚCI PARY PRECYZYJNEJ.

DV/dt=0,083*bλ³Δp/l*η [mm³/s];

• t [s] - czas wypływu,

• b [mm] - szerokość szczeliny,

• λ [mm] - grubość szczeliny,

• l [mm] - długość szczeliny,

• η [kg*s/m^-2] - lepkość dynamiczna cieczy,

• Δp [kg/cm^-2] - różnica ciśnień, V [mm³] - objętość wypływającej cieczy

Np. wg norm SU ciecz użyta do tych badań powinna mieć:

• lepkość kinematyczną 10,4 ±0,5 cSt (co odpowiada 1,83 - 1,92 stopnia Eulera) przy 20⁰C i stałym ciśnieniu 200 ±0,5 [kg/cm²].

Schemat

OKREŚLANIE CHARAKTERYSTYK HYDRAULICZNEJ ROZPYLACZY I ZAWORÓW.

Natężenie wypływu cieczy z otworu o przekroju f przy różnicy ciśnień Δp:

dV/dt=μ*f*√2gΔp/γ , [cm³/s], μ - współczynnik wypływu; g=981 cm/s², γ - G/cm³; Δp- G/cm².

Str 223,224,225 charakterystyki hydrauliczne

OKREŚLANIE CHARAKTERYSTYK DAWKOWANIA

Charakterystyka dawkowania wtryskowego układu zasilania nazwano wielkość dawki paliwa od prędkości wału pompy paliwa przy ustalonym położeniu organu sterującego: dawkowaniem pompy lub jej regulatora Q=f(n) lub q=f(n).

Najczęściej dawka określana jest:

Q [mm³/cykl] - dawka w jednostce objętości,

G_śr= [G/skok] - dawka w jednostce masy,

W_u [cal/skok] - dawka w jednostce ciepła.

Ze względów pomiarowych określa się przeważnie nie pojedynczą dawkę, lecz sumaryczną ilość przypadającą na kilkaset lub więcej kolejnych wtrysków.

Dawka jednostkowa:

q= η_vγ₀/λl₀ [g/dm³obieg]

q= pe*ge/27 [g/dm³obieg]

OKREŚLENIE CHARAKTERYSTYKI PRZEBIEGU WTRYSKU

Metody: - analityczna (skomplikowana i pracochłonna) i tak szereg współczynników wyznaczonych doświadczalnie,

1.doświadczalna.

1. Metoda elektrostatyczna.

- izolowany odcinek przewodu,

- wykorzystywanie powstawania ładunków elektrycznych przy przepływie produktów naftowych,

- natężenie powstałego prądu wprost proporcjonalne do natężenia przepływu paliwa;

2. Metoda pomiaru naporu hydrostatycznego

- paliwo np. z wtryskiwacza wtryskuje się na membranę z tensometrami po przeciwnej jej stronie

- dalej wykorzystuje się tensometrię;

3. Metoda pośrednia pomiarowo-obliczeniowa.

- pomiar tensometryczny ciśnień pulsujących i obliczenia rachunkowe

4. Metoda wtrysku zamkniętej komory.

- wykorzystuje się zależność, że przyrost ciśnienia w komorze zamkniętej jest wprost proporcjonalny do ilości doprowadzonego paliwa,

- otrzymujemy funkcję p lub po zróżniczkowaniu dp/dt;

5. Metoda wtrysku do otwartego przewodu.

• z dynamiki cieczy wykorzystuje się zależność; przyrost prędkości ruchu w przewodzie jest proporcjonalny do amplitudy fali ciśnienia spowodowanej przez ten przyrost,

• wyznacza się impedancję akustyczną dla danego paliwa (iloczyn prędkości dźwięku i gęstości) oraz wiąże z wymiarem ( przekrojem przewodu)

• uzyskuje się zależność dp/dϕ=f( C,p,n_p),

• wykorzystując tensometrię mierzy się ciśnienie na zewnątrz przewodu pomiarowego.

Natężenie prądu powstałego w wyniku przepływu ładunków elektrostatycznych jest proporcjonalne do natężenia przepływu paliwa przez pomiarowy odcinek izolowanego elektrycznie przewodu wysokiego ciśnienia dq_x/dt = k*I, k - współczynnik proporcjonalności.

METODY POMIARU STRUGI ROZPYLONEGO PALIWA.

WPŁYW NA PRZEBIEG TWORZENIA MIESZANKI MAJĄ;

• kształt strugi paliwa,

• jej zasięg,

• stopień rozpylenia.

Metoda określania kątów rozpylenia paliwa przez rozpylacze:

1. czopikowe,

2. wielootworkowe symetryczne,

3. wielootworkowe niesymetryczne.

METODY POMIARU STRUGI ROZPYLONEGO PALIWA.- schemat

BADANIE STOPNIA ROZPYLENIA WTRYSKIWANEGO PALIWA.

Duże trudności techniczne:

• małe rozmiary kropel - od paru do kilkudziesięciu μm,

• olbrzymia ilość kropel - kilkaset tys do kilku mln,

• krótki czas wtrysku - 1-5 ms,

• parowanie kropel, promieniowanie gorących ścianek,

• próba przy ciśnieniu atmosferycznym i temperaturze ~20⁰C nie jest porównywalna z warunkami w komorze spalania: >500⁰C przy ~ 40kg/cm².

Dlatego badania metodami uproszczonymi:

1. wtrysk parafiny 80 - 100⁰C do naczynia z alkoholem - 10 - 30⁰C (zbliżona lepkość w tej temperaturze parafiny do oleju napędowego),

• kropelki krzepną i nie zlepiają się,

• co najmniej kilkadziesiąt kropel pod mikroskop i pomiar ich średnicy.

2. wtrysk oleju napędowego na szklaną płytkę pokrytą warstwą sadzy o grubości kilku dziesięciu mm i warstwą tlenku magnezu o grubości kilku μm,

• krople uderzając w płytkę tworzą ślad ich średnicy z dokładnością 3%,

• pomiar pod mikroskopem.

Obie metody pracochłonne.

Ostateczny wynik pomiarów to charakterystyka rozpylania.

l- liczba kropel o d<d_k,

i_c - całkowita liczba kropel,

di/dr - względna liczba kropel o rozmiarach różniących się nie > niż o jednostkę.

Można także określić średnicę zastępczą (średnią) kropli:

I kryterium: d`_z=Σdi/k - k - k kropel ze średniej arytmet. wszystkich kropel

II kryterium d``_z=³√Σd_i³/k - k kropel w objętości całej dawki

III kryterium d```_z=Σd_i³/Σd_i² - k kropel ze stosunku objętości do powierzchni.

BADANIA GAŹNIKOWYCH UKŁADÓW ZASILANIA

• na stanowisku bezsilnikowym,

• bezpośrednio na silniku - w wyniku wprowadzonych modyfikacji czy regulacji określa się ich wpływ na:

1. przebieg charakterystyki prędkościowej ( N_znam, M_max, k),

2. przebieg warstwic na charakterystyce ogólnej,

3. rozdział ilościowy i jakościowy mieszanki do cylindrów,

4. temperaturę świec i temperaturę spalin.

Stanowiska bezsilnikowe zapewniają pomiar:

• natężenia przepływu powietrza,

• oporu przepływu powietrza,

• zużycia paliwa,

• podciśnień, ciśnień statycznych i dynamicznych w poszczególnych miejscach przelotu powietrza i kanałach paliwa,

• temperatur powietrza, paliwa, mieszanki w różnych miejscach gaźnika.

Charakterystyka techniczna silnika

1. Marka, model silnika.

2. Rok produkcji

3. Producent. Fabryka lub zakład opracowujący konstrukcję

4. Przeznaczenie silnika

5. Gabarytowe i montażowe wymiary silnika

6. Usytuowanie silnika w podwoziu

7. Typ silnika

8. Liczba suwów

9. Liczba i kolejność numeracji cylindrów. Kolejność pracy cylindrów

10. Usytuowanie cylindrów

11. Usytuowanie i liczba zaworów w cylindrze. Kierunek obrotu wału korbowego, rozmieszczenie kanałów rozrządu w silnikach dwusuwowych.

12. Pojemność skokowa silnika w l.

13. Średnica cylindra w mm.

14. Skok tłoka w mm

15. Stopień sprężania

16. Moc nominalna w KM.

17. Liczba obrotów przy nominalnej mocy.

18. Maksymalne efektywne średnie ciśnienie w kN/m²

19. Nominalne średnie ciśnienie efektywne w kN/m²

20. Max moment obrotowy w Nm

21. Nominalny moment obrotowy w Nm.

22. Liczba obrotów przy max momencie obrotowym

23. Liczba obrotów biegu jałowego

24. Gatunek paliwa ( zalecany i zamienniki)

25. Masa silnika w kg - masa silnika z miską olejową, prądnicą, pompą wspomagania hydraulicznego, filtrem paliwa, aparaturą paliwową, kołem zamachowym, itp.

26. Stosunek skoku tłoka do średnicy cylindra.

27. Stosunek długości korbowodu do promienia korby.

28. Średnia prędkość tłoka przy nominalnej liczbie obrotów

29. Objętościowy wskaźnik mocy

30. Minimalne jednostkowe zużycie paliwa (wg charakterystyki zewnętrznej )

31. Minimalne jednostkowe zużycie paliwa (wg charakterystyki obciążeniowej )

32. Jednostkowa masa silnika w kg/l

33. Jednostkowa masa silnika w kg/KM

34. Blok cylindrów i miska olejowa silnika (materiał, typ)

35. Tuleje cylindrowe (typ, materiał)

36. Głowica cylindrowa (liczba, materiał)

37. Typ komory spalania i sposób powstawania mieszanki

38. Tłoki (typ, materiał)

39. Pierścienie tłokowe uszczelniające i zgarniające ( liczba, materiał, powłoki)

40. Sworzeń tłokowy ( typ, materiał, przesunięcie osi sworznia w stosunku do podłużnej osi tłoka)

41. Łożysko łba korbowodu ( typ, materiał)

42. Łożysko główki korbowodu (typ, materiał)

43. Wał korbowy (typ, materiał, liczba podpór, przeciwwagi)

44. Panewki łożysk głównych ( typ, materiał)

45. Typ tłumika drgań skrętnych

46. Fazy rozrządu ze wskazaniem stanu cieplnego silnika: ssania (początek, koniec), wydech ( początek, koniec)

47. Wał rozrządu ( liczba, usytuowanie, liczba podpór, napęd, materiał)

48. Zawory: ssący i wydechowy (materiał, wysokość unoszenia, luz)

49. Liczba sprężyn na jeden zawór.

50. Popychacze (typ, materiał)

51. System zasilania paliwem

52. Typ i usytuowanie pompy wtryskowej

53. Gaźnik (model, typ i regulacja)

54. Liczba gaźników

55. Typ filtrów paliwowych w silnikach gaźnikowych

56. Filtr powietrza (typ, liczba)

57. System podgrzewania mieszanki paliwowej

58. Istnienie i typ ogranicznika obrotów

59. Typ aparatury paliwowej silnika wysokoprężnego (typ pompy wtryskowej, regulatora liczby obrotów, regulatora przestawiacza chwili wtrysku, rozpylacza, wtryskiwacza, pompy podającej

60. Ustawiony kąt wyprzedzenia wtrysku, minimalne i nominalne ciśnienie początku wtrysku.

61. Typ filtrów paliwowych silników wysokoprężnych : oczyszczania wstępnego, zgrubnego i dokładnego

62. Doładowanie

63. Typ dmuchawy

64. Podgrzewanie powietrza

65. Punkty smarowane pod ciśnieniem

66. Pompa olejowa (typ, usytuowanie i napęd)

67. Ciśnienie oleju przy nominalnych obrotach

68. Filtry olejowe (typ i liczba )

69. Chłodnica oleju ( typ, usytuowanie)

70. System wentylacji miski olejowej

71. Pojemność układu olejenia w litrach ilość oleju potrzebna do wymiany

72. Typ układu chłodzenia

73. Płyn chłodzący

74. Typ termostatu

75. Pompa wodna ( typ, usytuowanie i napęd)

76. Urządzenie rozruchowe (typ i usytuowanie0

77. Wentylator ( typ, usytuowanie i napęd)

78. Pojemność wodnego układu chłodzenia

79. Prądnica (typ)

80. Napięcie nominalne

81. System zapłonu

82. Przerywacz- rozdzielacz (typ, usytuowanie i napęd )

83. Cewka zapłonowa (liczba i miejsce mocowania)

84. Świece zapłonowe

85. Rozrusznik (typ i sposób włączania)

86. Urządzenia ułatwiające rozruch
















---