Zapewnienie ciągłości procesu logistycznego w aspekcie eksploatacyjnych zmian zadymienia spalin silnika o ZS

Transkrypt

1 CHMIELEWSKI Zbigniew 1 Zapewnienie ciągłości procesu logistycznego w aspekcie eksploatacyjnych zmian zadymienia spalin silnika o ZS WSTĘP Realizacja zadań logistycznych w zakresie transportu ładunków wymaga zapewnienia środków transportu o parametrach konstrukcyjnych optymalnych do planowanych zadań. NaleŜy przez to rozumieć zarówno parametry trakcyjne pojazdów, w tym dopuszczalną ładowność, jak równieŝ podatność obsługowo-naprawczą oraz trwałość. Miarą trwałości jest resurs pojazdu do osiągnięcia stanu granicznego według wybranego kryterium. W eksploatacji pojazdu weryfikacja jego stanu technicznego jest obligatoryjna i wynika z wymagań ustawodawcy zawartych w [6]. Jednym z parametrów podlegających kontroli w trakcie przeprowadzanego badania technicznego pojazdu, wyposaŝonego w silnik z zapłonem samoczynnym, jest zadymienie spalin. Uzyskanie wyniku pomiaru poniŝej dopuszczalnej wartości mierzonego parametru pozwala, po spełnieniu innych warunków, na dopuszczenie pojazdu do ruchu. Konieczność kontroli zadymienia spalin w procesie eksploatacji silnika ZS wynika stąd, Ŝe zachodzące w silniku procesy zuŝywania, w tym proces zuŝywania tulei cylindrowych, powodują wzrost zadymienia spalin. Dzieje się to równieŝ w przypadku zapewnienia naleŝytej obsługi aparatury wtryskowej silnika [5]. Zaniedbania w tym zakresie powodują intensyfikację wzrostu zadymienia spalin w eksploatacji. Przekroczenie dopuszczalnej wartości zadymienia spalin silnika ZS, stwierdzone w czasie okresowego badania technicznego, moŝe skutkować koniecznością nagłego wycofania pojazdu z eksploatacji. Tym samym zaplanowane zadania logistyczne nie zostaną zrealizowane, a proces logistyczny zostanie zaburzony. Istnieją przesłanki by przypuszczać, Ŝe w przypadku silnika o ZS, który według kryterium technicznego dopuszczalnego zuŝycia tulei cylindrowych, nie osiągnął jeszcze stanu granicznego kwalifikującego do wycofania z eksploatacji, zmierzona wartość zadymienia spalin przekracza wartość dopuszczalną [7]. W przeprowadzonych badaniach eksploatacyjnych silników 359, eksploatowanych w samochodach cięŝarowych STAR 1142, podjęto próbę oszacowania, czy istnieje ryzyko przekroczenia dopuszczalnej wartości zadymienia spalin uŝytkowanych silników przed osiągnięciem przez nie dopuszczalnego zuŝycia kwalifikującego do wycofania z eksploatacji. PoniŜej przedstawiono wyniki przeprowadzonego eksperymentu. 1. METODYKA BADAŃ W przypadku silników samochodów cięŝarowych o duŝej trwałości, a więc i długim czasie eksploatacji do oceny zmian wybranego parametru moŝna wykorzystać co najmniej dwie metody. Najczęściej zmiany takie ocenia się w oparciu o badania grupy samochodów z danym typem silnika zawierającej egzemplarze o moŝliwie duŝym zróŝnicowaniu przebiegów. Wyniki pomiarów analizuje się w funkcji przebiegu samochodów (rzadziej czasu eksploatacji). Metoda ta pozwala w krótkim czasie ocenić wpływ czasu eksploatacji samochodu na obserwowany parametr. Wadą tej metody jest to, Ŝe o zmianach danego parametru wraz z przebiegiem naleŝy wnioskować w oparciu o wyniki uzyskane na róŝnych egzemplarzach silników. Jest to szczególnie niedogodne w przypadku parametrów, które charakteryzują się duŝym rozrzutem w zaleŝności od egzemplarza silnika i silnie zaleŝą od jakości obsług oraz warunków eksploatacji, a takim parametrem jest zadymienie spalin. 1 Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu, Wydział Mechaniczny Radom, ul. Chrobrego 45. Tel: , zbigniew.chmielewski@uthrad.pl. 1011

2 Inną metodą jest śledzenie zmian obserwowanego parametru w funkcji przebiegu dla danego egzemplarza silnika. Wadą tej metody jest długi czas badań, równy czasowi eksploatacji samochodu do uzyskania Ŝądanego przebiegu. Zaletą jest moŝliwość zapewnienia obsługi technicznej na wysokim poziomie oraz rejestracja parametrów eksploatacyjnych pojazdu (prędkość, obciąŝenie, ilość i temperatura rozruchów). Tym samym moŝna zapewnić optymalne, pod względem technicznym, warunki eksploatacji pojazdu. Zaprezentowana w artykule analiza zmian zadymienia spalin w eksploatacji przeprowadzona została na podstawie wyników badań uzyskanych tą metodą Obiekt badań, sposób prowadzenia pomiarów Badania przeprowadzono na pięciu silnikach 359M zamontowanych w samochodach Star 1142 eksploatowanych pod nadzorem w powtarzalnych warunkach. Silnik 359M jest sześciocylindrowym, wolnossącym silnikiem o zapłonie samoczynnym z bezpośrednim wtryskiem paliwa i osiągach: moc znamionowa 110 kw przy 2800 obr./min, maksymalny moment obrotowy 440 Nm w zakresie obr./min. Oprócz zadymienia spalin obserwowano równieŝ inne parametry diagnostyczne, takie jak ciśnienie spręŝania czy natęŝenie przedmuchów spalin do skrzyni korbowej. Pomiary wykonywane były okresowo. Do osiągnięcia przez samochód przebiegu 100 tys. km pomiary wykonywano co ok. 15 tys. km. Po przekroczeniu 100 tys. km pomiary wykonywano co ok. 50 tys. km. Częstość przeprowadzanych badań związana była z ich połączeniem z okresowymi przeglądami technicznymi silników. Pozwoliło to ograniczyć ilość czynności obsługowych oraz zminimalizować zakłócenia w eksploatacji samochodu. Aby zmniejszyć błąd niepowtarzalności, pomiary wykonywane były przez te same osoby, z wykorzystaniem tych samych przyrządów i w tym samym miejscu. Zadymienie spalin mierzono absorpcyjnym dymomierzem Hartridge MK3. Pomiary wykonywano metodą swobodnych przyspieszeń silnika od prędkości biegu jałowego do maksymalnej prędkości obrotowej zgodnie z wymaganiami [6]. Przed pomiarami sprawdzane były wtryskiwacze i kąt wyprzedzenia wtrysku (w razie potrzeby wymieniano końcówki wtryskiwaczy i regulowano kąt wyprzedzenia wtrysku) oraz, co 50 tys. km, sprawdzano na stole probierczym i ewentualnie regulowano pompę wtryskową i przestawiacz wtrysku. Obowiązującym w Polsce przepisem limitującym zadymienie spalin jest [6]. Zgodnie z tym Rozporządzeniem zadymienie pojazdu z silnikiem o zapłonie samoczynnym, mierzone przy swobodnym przyspieszaniu silnika w zakresie od prędkości obrotowej biegu jałowego do maksymalnej prędkości obrotowej, wyraŝone w postaci współczynnika pochłaniania światła, nie moŝe przekraczać dla silników wolnossących 2,5 m -1 (co w przybliŝeniu odpowiada 67 HSU Hartridge Smoke Unit). 2. WYNIKI BADAŃ Uzyskane wyniki wykazały, Ŝe istnieją znaczne róŝnice w zadymieniu spalin pomiędzy poszczególnymi samochodami oraz, Ŝe dla danego samochodu zadymienie nie zawsze zmienia się monotonicznie wraz z jego przebiegiem. Jako przykład na rysunku 1 przedstawiono wyniki pomiarów metodą swobodnych przyspieszeń dla dwóch samochodów charakteryzujących się najmniejszym i największym średnim zadymieniem spalin. Aby wychwycić ogólne trendy zmian zadymienia w dalszej części opracowania zastosowano metody statystyczne i wyniki zaprezentowano na dwa sposoby. W pierwszym, czas obserwacji silników podzielono na sześć okresów (zakresów przebiegów kilometrowych samochodów). Dla kaŝdego z tych okresów wyznaczono podstawowe parametry statystyczne wyników pomiarów diagnostycznych (tabela 1, rysunek 2; ze względu na ograniczoną ilość miejsca zaprezentowano tylko przykładowe rysunki - dla wybranych warunków pomiarów). W drugim sposobie przedstawiono wyniki pomiarów zadymienia w funkcji przebiegu samochodu, dla przebiegu powyŝej 25 tys. km, i wyznaczono odpowiednie proste regresji (tabela 2). ZałoŜono, Ŝe 1012

3 D dop [km] Rys. 1. Wyniki pomiarów zadymienia spalin metodą swobodnych przyspieszeń dla dwóch samochodów o największym i najmniejszym średnim zadymieniu (D dop wartość dopuszczalna zadymienia wg [6]) pierwsze 25 tys. km przebiegu to okres docierania. Następnie wyznaczono przedziały ufności dla prostych regresji na poziomie istotności α = 0,05 ze wzoru (1): 2 _ SY 1 r 2 2 y = y ± t p, k S X + ( x x) (1) S X n 2 gdzie y = ax + b równanie prostej regresji, t p,k kwantyl rzędu p = 1 α/2 rozkładu t-studenta z k = n 2 stopniami swobody, S x, S y błędy standardowe zmiennych x i y. Tab. 1. Parametry statystyczne zadymienia spalin w poszczególnych przedziałach przebiegów samochodów Warunki pomiaru [obr./min] swob. przysp. Parametr statystyczny wart. średnia 1570 wart. średnia 1880 wart. średnia 2200 wart. średnia 2800 wart. średnia Zakres przebiegu [tys. km] ,3 5,8 64,0 4,6 54,4 3,7 40,5 7,4 45,4 9,0 42,7 9,6 62,7 10,3 52,9 6,9 33,8 7,2 44,5 11,3 Tab. 2. Wartości współczynników a i b prostych regresji zadymienia spalin względem przebiegu samochodu Warunki pomiaru zadymienia spalin Współczynnik regresji liniowej a Wyraz wolny b [ o HSU] [ o HSU/km] Swobodne przyspieszenia silnika 9,998E-05 40,03 Pełne obciąŝenie i 1570 obr./min 9,395E-05 59,19 Pełne obciąŝenie i 1880 obr./min 11,983E-05 48,38 Pełne obciąŝenie i 2200 obr./min 19,442E-05 26,13 Pełne obciąŝenie i 2800 obr./min 10,195E-05 40,27 45,9 7,7 65,6 10,9 55,8 9,9 40,0 7,0 46,3 5,7 59,6 6,4 71,6 6,0 65,8 7,1 51,8 10,3 54,8 9,3 56,3 6,3 75,5 3,8 69,0 6,1 57,0 3,4 55,5 8,6 60,8 11,8 79,5 4,9 74,5 5,7 69,8 6,5 64,8 6,5 1013

4 80 60 D R Wartość średnia Wartość średnia ± odch. standardowe Wartości min. i max [km] Rys. 2. Wartości zadymienia spalin przy pełnej dawce paliwa i prędkości obrotowej silnika 2800 obr/min w róŝnych przedziałach przebiegu samochodów (D dop wartość dopuszczalna zadymienia wg [6]) D dop Punkty pomiarowe Prosta regresji Obszar ufności dla prostej regresji [km] Rys. 3. Zadymienie spalin mierzone metodą swobodnych przyspieszeń silnika w funkcji przebiegu (naniesiono linię regresji prostoliniowej i obszar ufności dla prostej regresji na poziomie istotności α = 0,05 oraz D dop wartość dopuszczalna zadymienia wg [6]) Obliczono współczynniki korelacji liniowej r pomiędzy wynikami pomiarów zadymienia i przebiegiem samochodu. Zweryfikowano hipotezę H: ρ = 0, przeciw hipotezie alternatywnej K: ρ 0. Obszarem krytycznym testu jest zbiór: I = (, r(α,k) r(α,k), + ), gdzie wartości r(α,k) odczytano z tablic dla α = 0,05 i k = n 2. JeŜeli r I, to hipotezę H, o braku korelacji liniowej między zadymieniem i przebiegiem samochodu, odrzucono na korzyść hipotezy alternatywnej K na poziomie istotności α. Wyniki zestawiono w tabeli 3. Badano równieŝ istotność prostoliniowości regresji wykorzystując test opisany wzorem (2): 2 r F = ( n 2) (2) 2 1 r Wartości krytyczne F α,k1,k2 dla przyjętego poziomu istotności α = 0,05 oraz liczby stopni swobody k 1 = 1 i k 2 = n 2 odczytano z tablic (rozkładu F-Snedecora). JeŜeli F > F kr to na przyjętym poziomie ufności 1-α moŝemy stwierdzić, Ŝe efekt liniowości regresji jest istotny. Wyniki zestawiono 1014

5 w tabeli 3. Dla wszystkich warunków pomiarów zadymienia korelacja i efekt liniowości regresji są istotne. Tab. 3. Wyniki badań istotności korelacji i istotności efektu prostoliniowości regresji pomiędzy zadymieniem a przebiegiem samochodu (dla przebiegów powyŝej 25 tys. km) Warunki pomiaru zadymienia Istotność korelacji (α = 0,05) Istotność efektu liniowości regresji (α = 0,05) r r kr F F kr Swobodne przyspieszenie silnika 0,549 0,325 15,08 4,12 Pełne obciąŝenie i 1570 obr./min 0,539 0,325 14,31 4,12 Pełne obciąŝenie i 1880 obr./min 0,674 0,325 29,13 4,12 Pełne obciąŝenie i 2200 obr./min 0,854 0,344 83,74 4,16 Pełne obciąŝenie i 2800 obr./min 0,572 0,325 17,04 4,12 Analizując przebiegi prostych odzwierciedlających średnią wartość zadymienia spalin w funkcji przebiegu pojazdu oraz wyznaczającą dopuszczalną wartość zadymienia spalin określoną w Rozporządzeniu [6] (rysunek 3) moŝna stwierdzić, Ŝe przy przebiegu około km silnik 359 osiąga stan graniczny według przyjętego kryterium norm prawnych. Skutkuje to natychmiastowym wycofaniem pojazdu z eksploatacji. Sytuacja jest na tyle niebezpieczna, z punktu widzenia logistyki transportu, Ŝe nagle nie będą zrealizowane zadania transportowe wyznaczone dla danej grupy pojazdów (w przypadku firmy spedycyjnej). ZagroŜenie jest na tyle powaŝne, Ŝe osiągnięcie stanu granicznego według powyŝszego kryterium nie jest poprzedzone Ŝadnymi symptomami związanymi z pogarszającym się stanem technicznym silnika. Jak wskazują badania zuŝycia tych silników [5], nie ma podstaw do stwierdzenia, Ŝe przy tym przebiegu silniki osiągają stan graniczny według kryterium technicznego związanego ze zuŝyciem układu tłok-pierścienie tłokowe-cylinder. Szacowana trwałość silników 359 według kryterium technicznego to km. Stosunkowo wczesne przekroczenie dopuszczalnej wartości zadymienia spalin w stosunku do rzeczywistego stanu technicznego silnika zaobserwowano równieŝ w badaniach silników autobusów komunikacji miejskiej na terenie Lublina [6]. W pracy [4] wykazano, Ŝe istnieją teoretyczne przesłanki do zmniejszenia zadymienia spalin dla danego silnika bez konieczności przeprowadzania jego naprawy. WiąŜe się to z zastosowaniem do zasilania silnika oleju napędowego z dodatkiem estru metylowego oleju rzepakowego (biopaliwa). Potwierdzeniem tego kierunku działań są wyniki badań zadymienia spalin silnika 359 zawarte w pracy [2]. PODSUMOWANIE Z przeprowadzonych badań eksploatacyjnych silników 359 oraz statystycznej analizy danych wynika, Ŝe istnieje zagroŝenie przekroczenia dopuszczalnego zadymienia spalin w czasie eksploatacji. Ma to miejsce znacznie wcześniej niŝ silnik osiągnie stan graniczny według kryterium technicznego. Istnieje zatem ryzyko konieczności natychmiastowego wycofania pojazdu z eksploatacji, mimo braku wyraźnych symptomów pogarszającego się stanu technicznego silnika. Tym samym zaplanowane zadania logistyczne w sposób nieoczekiwany nie zostaną zrealizowane. Poprzez zastosowanie do zasilania silnika oleju napędowego z dodatkiem estru metylowego oleju rzepakowego moŝna doraźnie rozwiązać problem, bez ponoszenia kosztów wykonania naprawy głównej silnika. Streszczenie W artykule zwrócono uwagę na niebezpieczeństwo zaburzenia zaplanowanego procesu logistycznego na skutek procesu zuŝycia zachodzącego w eksploatowanym silniku o zapłonie samoczynnym. Badania eksploatacyjne potwierdzają pogorszenie efektywności pracy silnika, czego objawem jest m.in. wzrost zadymienia spalin. Parametr ten podlega kontroli w ramach okresowych badań technicznych pojazdów. Przekroczenie dopuszczalnej wartości zadymienia spalin skutkuje natychmiastowym wycofaniem pojazdu z eksploatacji. Jak wskazują zaprezentowane w artykule wyniki badań eksploatacyjnych silnika 359, graniczna dopuszczalna wartość zadymienia spalin jest statystycznie przekraczana po osiągnięciu przebiegu km. Jednocześnie nie obserwuje się znaczącego pogorszenia parametrów trakcyjnych pojazdu, wynikającego 1015

6 z nadmiernego zuŝycia elementów układu tłok-pierścienie tłokowe-cylinder. Zatem pojazd, który nie osiągnął jeszcze stanu granicznego według kryterium technicznego musi być wycofany z eksploatacji ze względu na przekroczenie wartości dopuszczalnej parametru według kryterium norm prawnych. Ensuring continuity of the logistics process in terms of operational changes opacity diesel engine Abstract The article draws attention to the danger of disturbance planned the logistics process as a result of the wear process occurring in the operated diesel engine. Operational tests confirm the deterioration of the efficiency of the motor, which is manifested, among others, increase opacity. This parameter is controlled under the periodic technical inspection of vehicles. Exceeding the maximum smoke values result in immediate withdrawal of a vehicle. As indicated in the article presented the results of operating the engine 359, the limit allowable opacity value is statistically crossed after reaching the course of km. At the same time is not observed a significant deterioration of traction parameters of the vehicle, resulting from the excessive wear of the piston and the piston rings and cylinder. Thus, a vehicle that has not yet reached the limit state according to technical criteria must be taken out of service due to exceeding the limit value of the parameter according to the criterion of legal norms. BIBLIOGRAFIA 1. Koszałka G., Chmielewski Z.: Zmiany zadymienia spalin samochodów STAR 1142 z silnikiem 359M w czasie eksploatacji. Materiały konferencyjne Pojazd a Środowisko. Radom 1999, Lotko W., Luft S.: Wpływ paliwa roślinnego na podstawowe osiągi silników. AUTO Technika Motoryzacyjna, 5/ Merkisz J., Radzimirski S.: Nowe przepisy Unii Europejskiej o emisji zanieczyszczeń z pojazdów samochodowych. Transport samochodowy, 2/2011, Mysłowski J.: Ocena zadymienia spalin silnika 359. Motrol, 8A/2006, Nadolny K., Chmielewski Z.: Prognozowanie trwałości silnika spalinowego na podstawie zmian własności fizykochemicznych oleju silnikowego. Eksploatacja i Niezawodność, 3/2006, Rozporządzenie Ministra Transportu, Budownictra i Gospodarki Morskiej z dnia 26 czerwca 2012 r. w sprawie zakresu i sposobu przeprowadzania badań technicznych pojazdów oraz wzorów dokumentów stosowanych przy tych badaniach. Dz.U nr 0 poz Szczęsny P., Borowiec M.: Techniczne i eksploatacyjne uwarunkowania składu spalin generowanych przez wybrane pojazdy transportu osobowego. Technica Agraria 2(2) 2003,