Diagnozowanie układu napędowego zadymienie spalin (3)

Transkrypt

1 Diagnozowanie układu napędowego zadymienie spalin (3) data aktualizacji: W poprzednich częściach opisano metody pomiaru stopnia zadymienia spalin, stosowane jednostki pomiarowe, warunki techniczne i przebieg pomiaru zadymienia spalin, kryteria oceny stanu technicznego silnika na podstawie stopnia zadymienia spalin, rodzaje i zasadę działania dymomierzy. Obecnie zostaną przedstawione rozwiązania konstrukcyjne wybranych dymomierzy oraz możliwości pomiaru zawartości cząstek stałych. Przykładowe rozwiązania konstrukcyjne dymomierzy W dalszej części przykładowo przedstawiono wybrane dymomierze absorpcyjne o częściowym przepływie spalin różnych firm. MDO 2 (MDO 2 LON) firmy Maha Dymomierz MDO 2 (rys. 1) składa się z dwóch części: modułu pomiarowego (komory pomiarowej) i przenośnego terminala ręcznego połączonych ze sobą przewodem. Dymomierz ma zwartą obudowę metalową i osłonę z tworzywa sztucznego. Elementy mające kontakt ze spalinami (komora pomiarowa, sonda poboru spalin) wykonane są ze stali nierdzewnej. Urządzenie charakteryzuje się wysoką wydajnością i szybkim nagrzewaniem komór pomiarowych oraz prostą obsługą. Przyrząd umożliwia pomiar chwilowy (test swobodnego przyspieszania) lub ciągły (współpraca z hamownią podwoziową). Do połączenia z komputerem PC lub innymi urządzeniami służy złącze RS 232. Zaletą urządzenia jest możliwość zasilania z gniazda zapalniczki (12/24 V) lub z instalacji (230 V). Konstrukcja dymomierza pozwala na jego wykorzystanie w warunkach stacjonarnych i mobilnych. Terminal ręczny wyposażony jest w mikroprocesor, wyświetlacz LCD, klawiaturę i wewnętrzną drukarkę. Wyniki pomiaru mogą być wyświetlane oraz drukowane w formie graficznej i liczbowej. Można graficznie przedstawić zadymienie w funkcji prędkości obrotowej silnika. Przyrządem steruje się za pomocą przyjaznego dla użytkownika menu obsługowego. Modułem dymomierza steruje się z terminala ręcznego lub z komputera zewnętrznego. Czujniki (sondy) do pomiaru temperatury oleju i prędkości obrotowej silnika mogą być łączone do komory pomiarowej lub terminala ręcznego. Wersja MDO 2 LON, dzięki zastosowaniu systemu modułów funkcyjnych, stwarza dodatkowe możliwości rozbudowy urządzenia oraz przyłączenia dodatkowego oprzyrządowania zgodnie z wymogami użytkownika. Pozwala to na wykorzystanie dymomierza w systemie pomiarowym linii

2 diagnostycznej (sieć Eurosystem lub ASA). Przez zastosowanie wspólnej z wieloskładnikowym analizatorem spalin koncepcji technicznej i konstrukcyjnej, stworzono możliwość konfiguracji kompleksowego stanowiska diagnostycznego do badania spalin zarówno silników o zapłonie iskrowym, jak i samoczynnym. Wielofunkcyjne stanowisko firmy Maha (rys. 2) składa się z: analizatora spalin (MGT 5), dymomierza (MDO 2 LON), jednostki komputerowej z monitorem i drukarką oraz mobilnego wózka. Takie stanowisko przystosowane jest do: rozbudowy i zmiany konfiguracji, adaptacji procedur pomiaru do nowych przepisów, dostarczania danych niezbędnych do wykonania pomiaru, wyświetlania wyników pomiaru i śledzenia przebiegu procesu pomiarowego, wydruku wyników pomiaru oraz archiwizacji wykonanych badań. [center] [gallery][img] Rys. 1. Dymomierz absorpcyjny MDO 2 z przenośnym terminalem ręcznym i sondą poboru spalin (źródło: Maha). none[/img][/gallery] [gallery][img] Rys. 2. Wielofunkcyjne stanowisko diagnostyczne firmy Maha do badania spalin silników ZS i ZI (dymomierz MDO 2 LON, analizator spalin MGT 5, komputer, monitor, drukarka i wózek). none[/img][/gallery] [gallery][img] Rys. 3. Dymomierz absorpcyjny (z częściowym poborem spalin) Oliver D 60 firmy Arcon. none[/img][/gallery] [gallery][img] Rys. 4. Dymomierz absorpcyjny AT 605 firmy Actia Atal: a moduł dymomierza z sondą poboru spalin none[/img][/gallery][/center] Oliver D 60 firmy Arcon Często spotykany w krajowych stacjach kontroli pojazdów dymomierz Oliver D 60 (rys. 3) należy do grupy urządzeń absorpcyjnych z częściowym poborem spalin. Jest przyrządem o zwartej konstrukcji, prostym w użyciu, zautomatyzowanym w działaniu. Sterowany mikroprocesorem. Został wyposażony w wewnętrzną drukarkę i jest przystosowany do współpracy z komputerem zewnętrznym PC. Próbka gazów spalinowych pobierana jest sondą ze stali nierdzewnej i kierowana przewodem elastycznym do optycznej komory pomiarowej. Po przejściu przez część pomiarową spaliny są kierowane na zewnątrz. Stopień zadymienia spalin wyrażany jest za pomocą współczynnika pochłaniania światła K. Urządzenie może być zasilane z wbudowanego akumulatora (napięcie 12 V) lub z sieci 230 V (przez zasilacz). Komora pomiarowa dymomierza znajduje się w szafce umieszczonej na wózku. Przenośny terminal sterujący z wyświetlaczem i przyciskami umożliwia zdalne, przewodowe sterowanie przyrządem (z miejsca kierowcy). Dymomierz jest wyposażony w złącze szeregowe RS 232 umożliwiające połączenie z komputerem PC i zewnętrzną drukarką. Do urządzenia można podłączyć sondy do pomiaru prędkości obrotowej i temperatury silnika. Charakterystyka dymomierza Oliver D 60: - umożliwia pomiar zadymienia w całym zakresie prędkości obrotowych silnika, - jednoosobowa obsługa, - krótki czas nagrzewania i automatyczna kalibracja, - automatyzacja cyklu pomiarowego z informacją o kolejnych etapach, - terminal sterujący został wyposażony w czytelny wyświetlacz ciekłokrystaliczny i funkcjonalne przyciski, - wbudowana drukarka umożliwia otrzymanie protokołu z badań zawierającego wyniki pomiaru, datę i czas pomiaru oraz dane stacji kontroli pojazdów. W skład wyposażenia uzupełniającego wchodzą sondy (czujniki) do pomiaru prędkości obrotowej silnika i temperatury oleju silnikowego. Wyniki tych pomiarów można odczytać na wyświetlaczu, mogą być także wydrukowane. Zapamiętane wyniki wszystkich pomiarów mogą być przekazane do zewnętrznego komputera. Firma Arcon wytwarza obecnie kolejną wersję Oliver D 65 tego dymomierza. [center][gallery][img] Rys. 4. Dymomierz absorpcyjny AT 605 firmy Actia Atal: b komputer zewnętrzny (laptop) niezbędny do współpracy z dymomierzem. none[/img][/gallery] [gallery][img] Rys. 5. Bezprzewodowy dymomierz absorpcyjny DS2 firmy Premier Diagnostics (moduł dymomierza, przenośny wyświetlacz i mobilna stacja bazowa). none[/img][/gallery] [gallery][img] Rys. 6. Kompleksowe stanowisko DGA 1500

3 Combi firmy Sun do badania spalin silników o zapłonie iskrowym i samoczynnym. none[/img][/gallery] [gallery][img] Rys. 7. Moduł dymomierza absorpcyjnego OPA-100 firmy Brain Bee w postaci przystawki do analizatora spalin. none[/img][/gallery][/center] AT 605 firmy Actia Atal Firma Actia Atal opracowała nowoczesny dymomierz absorpcyjny o częściowym poborze spalin AT 605 (rys. 4a). Przyrząd jest przystosowany do dwóch trybów pracy, to jest: ciągłego pomiaru zadymienia spalin lub pomiaru chwilowego (podczas testu swobodnego przyspieszania). Urządzenie może mierzyć prędkość obrotową silnika na podstawie tętnienia napięcia w instalacji elektrycznej pojazdu (po przyłączeniu do zacisków akumulatora) oraz temperaturę oleju silnikowego. Z dymomierza przez złącze USB dane przesyłane są do komputera zewnętrznego (rys. 4b), z którym przyrząd musi współpracować w celu przetworzenia, prezentacji, zapisania oraz wydrukowania wyników pomiaru. Minimalne wymagania dotyczące komputera współpracującego z dymomierzem: Windows 2000/XP, napęd CD ROM, HDD 1 GB, RAM 32 MB i dwa złącza USB. Dymomierz stanowi część systemu pomiarowego Multi-Diag. W ofercie firmy Actia Atal znajdują się również kompleksowe komputerowe stanowiska diagnostyczne do badania spalin, tak zwane Stacje Kombi. Wersja AM 705 takiego stanowiska jest najbardziej rozbudowana i składa się z: analizatora spalin (AT 505), dymomierza (AT 605) oraz modułu do pomiaru prędkości obrotowej i temperatury silnika (AT 113). Natomiast odmiana AM 605 Stacji Kombi dostarczana jest bez analizatora spalin. Oprócz tego, każde z tych stanowisk zawiera takie elementy, jak: ergonomiczny wózek z umieszczonym na nim 19-calowym monitorem, komputer PC (odmiana przemysłowa), drukarkę, klawiaturę z myszą oraz bezprzewodowy pilot zdalnego sterowania (na podczerwień). Do włączenia i wyłączenia stanowiska oraz systemu Windows używa się tylko jednego przycisku. Do Stacji Kombi można podłączyć inne urządzenia diagnostyczne wymagające współpracy z komputerem i zainstalować dodatkowe oprogramowanie. DS2 firmy Premier Diagnostics Bezprzewodowy dymomierz DS2 (rys. 5), produkowany przez firmę Premier Diagnostics, jest urządzeniem o interesującej konstrukcji, w pełni nowoczesnym i łatwym w obsłudze. Składa się z modułu dymomierza (komory pomiarowej), przenośnego panelu sterującego z wyświetlaczem i stacji bazowej umieszczonej na wózku. Zastosowano bezprzewodową komunikację między modułem dymomierza i przenośnym panelem sterującym (w odległości do 100 m od stacji bazowej). Moduł dymomierza charakteryzuje się wytrzymałą konstrukcją, małą masą (5 kg), krótkim czasem nagrzewania komory pomiarowej i możliwością pracy w ujemnych temperaturach otoczenia (-15OC). Kalibracja wykonywana jest codziennie w sposób automatyczny. Pomiar zadymienia spalin odbywa się automatycznie (test swobodnego przyspieszania) lub manualnie, co umożliwia wykorzystanie wyników do celów diagnostycznych i regulacyjnych. Przyrząd zasilany jest z sieci o napięciu 230 V. Poręczny panel sterujący z wyświetlaczem umożliwia odczyt wyników badań oraz sterowanie przebiegiem pomiaru. Wprowadzanie danych odbywa się przyciskami. Przenośny panel sterujący umożliwia wykonywanie pomiarów z miejsca kierowcy, co zapewnia jednoosobową obsługę dymomierza. Podstawowe zespoły dymomierza umieszcza się w odpowiednich miejscach mobilnej stacji bazowej, która zawiera także drukarkę, klawiaturę i wózek. W skład wyposażenia wchodzą: sonda poboru spalin oraz sondy prędkości obrotowej silnika i temperatury oleju silnikowego (komunikacja bezprzewodowa). Wytwórca dostarcza również wersję mobilną DS2 R tego dymomierza, która umożliwia badanie zadymienia spalin w warunkach drogowych (Policja, ITD). Ta odmiana urządzenia składa się z: - stacji bazowej zawierającej przenośny terminal sterujący (z wyświetlaczem), ładowarkę, klawiaturę oraz elementy umożliwiające komunikację bezprzewodową (za pomocą fal radiowych), - bezprzewodowego modułu dymomierza z sondą poboru spalin i stacją dokującą, - bezprzewodowego miernika temperatury z sondą pomiaru temperatury oleju, - pakietu akumulatorów (2 x 12 V) z ładowarką.

4 Urządzenie po uruchomieniu może pracować nieprzerwanie około 6,5 godzin (bez doładowywania). Ponadto, może być zasilane z akumulatora samochodowego. Firma Premier Diagnostics wytwarza również inne odmiany tego dymomierza, to jest: DS2 D wersja kompaktowa oraz DS2 PC wersja do współpracy z komputerem zewnętrznym (PC lub laptop). [center][gallery][img] Rys. 8. Sposób prezentacji wyników pomiaru zadymienia na ekranie monitora (źródło: Brain Bee). none[/img][/gallery] [gallery][img] Rys. 9. Miernik cząstek stałych MPM-4 firmy Maha. none[/img][/gallery] [gallery][img] Rys.10. Zasada działania miernika cząstek stałych MPM-4 (źródło: Maha). none[/img][/gallery][/center] DGA 1500 Combi firmy Sun Oferta firmy Sun zawiera moduł dymomierza DSS 3, który wykonany jest jako przystawka do wielogazowego analizatora spalin. Moduł dymomierza jest zgodny z ISO Wymienione urządzenia wchodzą w skład wielofunkcyjnego stanowiska diagnostycznego o nazwie DGA 1500 Combi (rys. 6) zawierającego również wyświetlacz, drukarkę oraz wózek jezdny. Stopień zadymienia spalin wyrażany jest w jednostkach współczynnika pochłaniania światła K. Przed rozpoczęciem pomiaru następuje automatyczna kalibracja i zerowanie. Modułem dymomierza można sterować wykorzystując klawiaturę analizatora spalin lub z komputera zewnętrznego. Stanowisko jest standardowo wyposażone w sondy do pomiaru temperatury oleju i prędkości obrotowej silnika. Wyposażenie dodatkowe (opcja Bluetooth) umożliwia bezprzewodową komunikację dymomierza z analizatorem oraz bezprzewodowy pomiar prędkości obrotowej i temperatury oleju przez złącze OBD. Takie samo rozwiązanie konstrukcyjne kompleksowego stanowiska do badania spalin silników o zapłonie iskrowym i samoczynnym dostarcza też firma Capelec pod nazwą CAP OPA-100 firmy Brain Bee Firma Brain Bee do badania zadymienia spalin silników o ZS dostarcza moduł dymomierza OPA-100 (rys. 7), który jest przystawką do analizatora spalin AGS-688. Modułem dymomierza można sterować wykorzystując klawiaturę analizatora spalin lub za pomocą zewnętrznego komputera PC. Urządzenie może być zasilane z sieci o napięciu 230 V lub 12 V (opcja), co pozwala również na wykonywanie pomiaru w warunkach drogowych (Policja, Inspekcja Transportu Drogowego). Zadymienie spalin mierzone jest metodą absorpcyjną po pobraniu próbki spalin z rury wydechowej silnika. Przyrząd ma małe wymiary i masę oraz automatycznie wykonuje takie czynności, jak: kalibracja, zerowanie i monitorowanie stanu filtrów. Urządzenie standardowo wyposaża się w dwie sondy poboru spalin (do pojazdów osobowych i ciężarowych) oraz sondę piezoelektryczną do pomiaru prędkości obrotowej silnika. Wyposażeniem dodatkowym jest uniwersalny miernik prędkości obrotowej silnika i temperatury oleju MGT 300R (komunikacja bezprzewodowa). Miernik umożliwia pomiar prędkości obrotowej silnika na podstawie tętnienia napięcia w instalacji elektrycznej pojazdu lub przebiegu drgań silnika (czujnikiem wibracyjnym). W ofercie firmy Brain Bee znajduje się także kompleksowe stanowisko, które składa się z wielogazowego analizatora spalin AGS-688 i modułu dymomierza OPA-100 wraz z niezbędnym wyposażeniem oraz mobilnego wózka. Takim uniwersalnym stanowiskiem diagnostycznym można wykonać analizę spalin silników o ZI (zasilanych etyliną lub paliwami alternatywnymi) oraz pomiar zadymienia spalin silników o ZS. Przykład prezentacji wyników pomiaru zadymienia spalin na ekranie monitora przedstawiono na rys. 8. Pomiar zawartości cząstek stałych w spalinach Współczesne silniki o zapłonie samoczynnym, między innymi dzięki zastosowaniu filtrów cząstek stałych, charakteryzują się niższym poziomem zadymienia spalin niż silniki starszej generacji (z pompami wtryskowymi rzędowymi i rozdzielaczowymi). W tych silnikach stosuje się bardzo wysokie ciśnienia wtrysku paliwa. Spaliny nowoczesnych silników wysokoprężnych zawierają jednak więcej bardzo małych cząstek stałych (o wielkości około 0,001 mm). Dotyczy to również silników o zapłonie iskrowym z wtryskiem bezpośrednim benzyny, które spalają mieszanki ubogie. Specyficzne warunki przygotowania i spalania ubogiej mieszanki oraz wzrost ciśnienia spalania powodują powstawanie bardzo niewielkich cząstek stałych. Sumaryczna masa cząstek stałych

5 w spalinach nowych odmian silników jest niewielka, ale dla układu oddechowego człowieka te małe cząstki są groźniejsze od większych cząstek emitowanych przez starsze silniki, ponieważ wnikają do płuc na większą głębokość. Z tego powodu nowo wprowadzane normy ekologiczne emisji cząstek stałych są coraz bardziej rygorystyczne. Podstawową metodą badania zawartości cząstek stałych w spalinach silników o zapłonie samoczynnym był i jest nadal pomiar zadymienia spalin. Należy jednak podkreślić, że współczesne silniki wysokoprężne (zwłaszcza z filtrami cząstek stałych) charakteryzują się bardzo niskimi wartościami zadymienia spalin, które są wielokrotnie niższe od obowiązujących norm prawnych. Na przykład, standardowa wartość współczynnika pochłaniania światła K dla pojazdów z filtrem cząstek stałych wynosi około 0,02 m-1, co jest poza zakresem dokładności pomiarowej obecnie używanych dymomierzy optycznych (absorpcyjnych). Z tego powodu pomiar zadymienia spalin nie jest dla tych silników najbardziej odpowiednią metodą diagnostyczną. Badanie zadymienia spalin jest pośrednim sposobem określania w spalinach zawartości cząstek stałych. Z danych udostępnionych przez firmę Maha, po porównaniu wyników pomiarów zadymienia spalin i emisji cząstek stałych dla kilkuset autobusów wynika, że nie ma jednoznacznej korelacji między zadymieniem spalin a zawartością cząstek stałych. [img_full] Tabela 1. Dane techniczne przyrządu MPM-4 firmy Maha do kontroli w spalinach masowego stężenia cząstek stałych. left[/img_full] Kontrola sprawności działania filtra cząstek stałych podczas eksploatacji pojazdu jest obecnie niezadowalająca i mało dokładna. Dotyczy to nie tylko oceny za pomocą pomiaru zadymienia spalin, ale także z wykorzystaniem pokładowych systemów diagnostycznych, które nie mierzą bezpośrednio składu spalin (wykorzystują dane z układu sterowania silnikiem i wyniki wykonanych testów kontrolnych, tzw. monitorów). Do prawidłowej oceny zdatności filtra cząstek stałych należy zatem zastosować przyrządy umożliwiające bezpośredni pomiar zawartości cząstek stałych w spalinach. W ostatnim okresie firma Maha opracowała przyrząd MPM-4 (rys. 9) umożliwiający pomiar stężenia masowego cząstek stałych w spalinach silników. Charakterystykę techniczną tego urządzenia przedstawiono w tabeli 1. W urządzeniu MPM-4 do pomiaru w spalinach masowego stężenia cząstek stałych zastosowano laser. Spaliny z układu wydechowego silnika są pobierane w sposób tradycyjny, za pomocą sondy. Po ogrzaniu strumień spalin wpływa do przewodu prowadzącego (rys. 10). Koncentrację cząstek stałych mierzy się wykorzystując światło laserowe, które kierowane jest na strumień spalin, prostopadle do jego osi. Cząstki stałe znajdujące się w spalinach powodują rozproszenie światła laserowego. Jego natężenie będzie więc zależało od zawartości cząstek stałych w spalinach. Sygnał z detektora światła rozproszonego jest przesyłany do wzmacniacza i przeliczany na masowe stężenie cząstek stałych w miligramach na metr sześcienny (mg/m3). Takie rozwiązanie konstrukcyjne przyrządu umożliwia pomiar cząstek stałych o wielkości nawet 0,001 mm. Wyniki pomiaru mogą być prezentowane w różny sposób: - bezpośrednio na wyświetlaczu urządzenia, - na ekranie monitora po ich przesłaniu do komputera zewnętrznego PC oraz zainstalowaniu odpowiedniego oprogramowania, - za pomocą zewnętrznych urządzeń pomiarowych, po podłączeniu ich do miernika MPM-4 (złącza analogowe, złącze RS 232). Urządzenie firmy Maha może mierzyć zawartość cząstek stałych w spalinach silników zasilanych różnymi paliwami: etyliną, olejem napędowym, gazem i paliwami alternatywnymi. Producent zapewnia, że zawartość cząstek stałych w spalinach mierzona miernikiem MPM-4 jest porównywalna z wynikami pomiaru uzyskanymi metodami laboratoryjnymi. Należy dodać, że nie jest możliwe bezpośrednie porównanie masy cząstek stałych otrzymanej w mg/m3 z wynikami pomiaru uzyskanymi w homologacyjnych testach drogowych (w g/km). Z tego powodu zastosowanie tego urządzenia w stacjach kontroli (obsługi) pojazdów i warsztatach naprawczych będzie wymagało opracowania specjalnej metody pomiarowej, wraz z określeniem dopuszczalnych zawartości cząstek

6 stałych w spalinach silników badanych tą metodą. dr inż. Kazimierz Sitek Źródło: