Widmo rozruchu silnika o zapłonie samoczynnym jako kryterium oceny warunków użytkowania samochodu Paweł Droździel

Transkrypt

1 Widmo ozuchu silnika o zapłonie samoczynnym jako kyteium oceny waunków użytkowania samochodu Paweł Doździel Polskie Naukowo-Techniczne Towazystwo Eksploatacyjne Waszawa 9

2 Opiniodawcy: Vladimí Hlavňa Kzysztof Olejnik Stanisław Radkowski Redakto techniczny Leszek Kzywonos Skład i łamanie komputeowe Cezay Sanowski Copyight by Polskie Naukowo-Techniczne Towazystwo Eksploatacyjne Waszawa 9 ISBN Polskie Naukowo-Techniczne Towazystwo Eksploatacyjne, ul. Jagiellońska 8, pawilon PBWiE, - Waszawa. tel. (+8 ) 8 w. 55 lub, d.kowalik@pollub.pl Duk: Wydawnictwo-Dukania Libe Duo s.c. ul. Długa 5-6 Lublin libeduo@o.pl

3 SPIS TREŚCI. Wpowadzenie. Wstęp Pojęcia i definicje stosowane w pacy Rozuch jako początek działania samochodowego silnika o zapłonie samoczynnym Twozenie i spalanie mieszanki palnej w czasie ozuchu silnika o zapłonie samoczynnym Rozuch silnika spalinowego pzy pomocy ozusznika elektycznego.... Pocesy tacia i zużycia podczas ozuchu silnika spalinowego Rozuch silnika spalinowego jako poblem badawczy.... Widmo ozuchu silnika o zapłonie samoczynnym jako kyteium oceny waunków użytkowania pojazdu Identyfikacja wybanych paametów widma ozuchu samochodowego silnika o zapłonie samoczynnym Obiekty badań Badane paamety widma ozuchu..... Wpływ waunków użytkowania samochodu na paamety widma ozuchu silnika o zapłonie samoczynnym stosowane podczas oceny systemu tanspotu..... Wpływ stanu cieplnego silnika o zapłonie samoczynnym na paamety widma ozuchu chaakteyzujące działanie jego ozusznika elektycznego Złożone analizy wyników badań paametów widma ozuchu silnika o zapłonie samoczynnym Analiza kanoniczna Analiza statystyczna z wykozystaniem sieci neuonowych... 7

4 5. Poces ozuchu samochodowego silnika o zapłonie samoczynnym Podział ozuchu silnika o zapłonie samoczynnym na etapy Badania etapów ozuchu silnika o zapłonie samoczynnym Jednoodny dysketny poces Makowa jako model pzebiegu pocesu statu silnika spalinowego Założenia pzyjęte podczas budowy modelu Wyznaczanie ozkładów bzegowych pocesu Wyznaczanie elementów maciezy intensywności Wykozystanie zapoponowanego kyteium oceny waunków użytkowania pojazdu w systemie tanspotu Poczty Polskiej Wnioski końcowe... 5 Liteatua... 9 Załącznik : Tabele wskaźników statystycznych paametów widma ozuchu silników CT9 poddanych badaniom pzebiegowym w waunkach natualnego i kontolowanego użytkowania pojazdów LUBLIN... 9 Załącznik : Wykesy statystyczne paametów widma ozuchu silników CT9 poddanych badaniom pzebiegowym w waunkach kontolowanego użytkowania pojazdów LUBLIN... 5 Załącznik : Macieze watości współczynników koelacji liniowej paametów widma ozuchu silnika CT9 poddanych badaniom pzebiegowy w waunkach natualnego i kontolowanego użytkowania pojazdów LUBLIN... 7 Załącznik : Tabele wyników analizy kanonicznej oaz analizy z wykozystaniem sztucznych sieci neuonowych paametów widma ozuchu silników CT9 poddanych badaniom pzebiegowym w waunkach natualnego i kontolowanego użytkowania pojazdów LUBLIN... Załącznik 5: Tabele wskaźników statystycznych oaz macieze koelacyjne etapów ozuchu silnika CT9 pojazdu LUBLIN... 5

5 OD AUTORA Oddając do ąk czytelników niniejszą monogafię chciałbym powiedzieć, że powstała ona na podstawie pacy habilitacyjnej pod tym samym tytułem obonionej w dniu.6.8. na Wydziale Eksploatacji i Ekonomiki Tanspotu i Komunikacji Uniwesytetu w Žilinie na Słowacji kieowanym pzez Panią pof. Tatianę Čoejovą, będącej owocem twającej już ponad lat międzynaodowej współpacy naukowej. Monogafia ta stanowi podsumowanie wieloletnich badań naukowych powadzonych pzez autoa i obejmujących zagadnienia eksploatacji, ekonomiki, tibologii, diagnostyki oaz niezawodności w pojazdach samochodowych ze szczególnym uwzględnieniem ozuchów ich silników spalinowych. Pozwolę sobie w tym miejscu na złożenie podziękowań moim Nauczycielom, któzy wspieali mnie na dotychczasowej dodze naukowej. Aby nikogo nie uazić wymienię Ich w kolejności alfabetycznej. Dziękuję Panu pof. Vladimíowi Hlavňie z Uniwesytetu w Žilinie, Panu pof. Andzejowi Niewczasowi z Politechniki Lubelskiej, Panu pof. Stanisławowi Piaseckiemu z Instytutu Badań Systemowych Polskiej Akademii Nauk w Waszawie oaz Panu pof. Stanisławowi Radkowskiemu z Politechniki Waszawskiej. Składam także podziękowania Rektoom Politechniki Lubelskiej Panu pof. Józefowi Kuczmaszewskiemu oaz Panu pof. Makowi Opielakowi a także Panu Dziekanowi Wydziału Mechanicznego pof. Henykowi Komście za udzieloną mi pomoc oganizacyjną w takcie końcowych pac związanych z pacą habilitacyjną. Kieownikom Katedy Podstaw Konstukcji Maszyn, w któej pacuję od 99 oku, piewszemu Panu pof. Kzysztofowi Wituszyńskiemu oaz obecnemu Panu pof. Józefowi Jonakowi dziękuję zaś za wspieanie mojej działalności naukowej.

6 Jestem ównież wdzięczny moim Kolegom d Kzysztofowi Olejnikowi z Instytutu Tanspotu Samochodowego w Waszawie, d Pawłowi Kodosowi, d Leszkowi Kzywonosowi, mg Kzysztofowi Tobokowi oaz mg Piotowi Pieczywkowi z Politechniki Lubelskiej za udzielną pomoc w ealizowanych pzeze mnie badaniach naukowych w ostatnich kilku latach. Na koniec chciałbym złożyć sedeczne podziękowania mojemu pzyjacielowi Panu pof. Štefanowi Liščákowi oaz Jego małżonce za udzielaną mi pzez lata wielokotną pomoc. Monogafię zaś dedykuję mojej najbliższej Rodzinie: Mamie i Tacie oaz moim Dwóm Dziewczynom Cóce Paulinie i Żonie Aleksandze. Dziękuję Wam za wszystko. Auto 6

7 . WPROWADZENIE.. Wstęp Jednym z najważniejszych stanów funkcjonowania samochodowego silnika o zapłonie samoczynnym w takcie jego użytkowania jest ozuch. Podczas ozuchu silnika zachodzi wiele óżnoodnych negatywnych zjawisk i pocesów, któe oddziałują zaówno na silnik, jak i na jego otoczenie. W czasie ozuchu silnika spalinowego z powodu niedostatecznego smaowania, spowodowanego bezwładnością układu olejenia, dużej lepkości oleju smaującego (szczególnie w obniżonych tempeatuach) oaz zbyt małej pędkości względnej pzemieszczających się elementów, następuje wzost intensywności zużywania się jego pa tibologicznych. Ponadto podczas ozuchu silnika obsewuje się także zbyt słabe ozpylenie i odpaowanie piewszych dawek paliwa, co wywołuje wypadanie samozapłonów oaz niecałkowite i niezupełne spalanie bogatej w paliwo mieszanki palnej w cylindach. Z tego względu można zaobsewować zwiększoną emisję składników toksycznych w spalinach. Znaczne opoy uchu występujące w takcie ozuchu silnika spalinowego powodują pojawienie się w kótkim czasie dużych watości natężeń pądu pobieanego pzez ozusznik, co powoduje nagłe pzeciążenia w układzie elektycznym pojazdu. Dodatkowo, odpowiadające im spadki napięcia na zaciskach akumulatoa mogą być pzyczyną niepawidłowości w działaniu innych elektycznych układów pojazdu. Z podanych powodów ozuch silnika spalinowego niezmiennie stanowi pzedmiot dociekań naukowych. Niniejsza monogafia pezentuje ezultaty wieloletnich badań autoa dotyczących zjawisk towazyszących pocesowi ozuchu samochodowego silnika spalinowego. Jej wynikiem jest kompleksowy model opisu waunków użytkowania pojazdu (nazywany widmem ozuchu ), służący do analizy poównawczej sposobów oganizacji pzewozów w systemach tanspotu samochodowego.

8 Monogafia składa się z wpowadzenia (ozdział ), pięciu ozdziałów zasadniczych (ozdziały 6), wniosków końcowych (ozdział 7) oaz spisu liteatuy. W ozdziale dugim omówiono zagadnienie ozuchu silnika o zapłonie samoczynnym jako pocesu pzejściowego. W ozdziale tzecim pzedstawiono podstawy koncepcji kyteium oceny waunków użytkowania pojazdu wykozystującego analizę ozuchów jego silnika spalinowego. W ozdziale czwatym omówiono metodykę oaz analizę statystyczną wyników badań pzebiegowych pojazdów i ich silników związanych z identyfikacją paametów widma ozuchu. Piąty ozdział monogafii pzedstawia autoską klasyfikację ozuchów silnika o zapłonie samoczynnym. Rozdział szósty pezentuje wykozystanie zapoponowanego kyteium oceny waunków użytkowania samochodów w usługach pzewozowych. Monogafia zakończona jest wnioskami dydaktycznymi, naukowymi i utylitanymi... Pojęcia i definicje stosowane w pacy Zajmując się poblematyką związaną z ozuchem samochodowego silnika o zapłonie samoczynnym, należy podać definicję ozuchu i okeślić jego olę podczas działania (funkcjonowania) silnika. Rozuch samochodowego silnika o zapłonie samoczynnym należy zdefiniować jako poces, w któym popzez dostaczenie enegii z zewnątz i wymuszenie ealizacji pocesów oboczych następuje dopowadzenie silnika ze stanu spoczynku do stanu samodzielnego działania. O działaniu silnika spalinowego można mówić tylko wtedy, gdy obaca się jego wał kobowy. Samodzielne działanie silnika spalinowego występuje wówczas, gdy wytwaza on wewnętznie (popzez zamianę w takcie spalania enegii chemicznej zawatej w paliwie) enegię mechaniczną, wykozystywaną do pokonania wszystkich występujących w czasie działania opoów, bez dostaczania z zewnętz dodatkowej enegii [5, ]. Podczas ozuchu silnika zewnętzne momenty napędowe pokonują w piewszej kolejności moment pochodzący od siły tacia statycznego, a następnie ozuchowy moment opoowy. Rozuchowy moment opoowy jest sumą momentu opoów spężania mieszanki paliwowo-powietznej w cylindach oaz momentu sił tacia kinematycznego występujących w układach uchomych podczas ozuchu silnika [57, 69]. W samochodowym silniku spalinowym enegia zewnętzna, potzebna do ozuchu, najczęściej dostaczana jest pzy pomocy ozusznika 8

9 elektycznego. Opócz użycia ozusznika elektycznego ozuchu silnika możemy dokonać za pomocą enegii spężonego powietza lub ęcznie, pzy wykozystaniu enegii człowieka [8]. Rozuch silnika spalinowego jest stanem nieustalonym oaz, co należy podkeślić, stanem koniecznym do zaistnienia samodzielnego funkcjonowania silnika. Podczas póby ozuchu samochodowego silnika spalinowego może nie nastąpić (z óżnych pzyczyn) dopowadzenie do stanu samodzielnego funkcjonowania. Jest to pzypadek nieudanego ozuchu. Dodatkowo poponuje się ozóżniać ozuch silnika oaz jego uuchamianie. Pzez uuchamianie silnika spalinowego ozumie się poces napędzania jego wału kobowego pzy wykozystaniu tylko zewnętznego napędu, pzed ozpoczęciem pzez silnik samodzielnego funkcjonowania. Uuchamianie jest więc składową pocesu ozuchu. Pocesem statu samochodowego silnika spalinowego nazywa się poces, któy twozą ozuch oaz popzedzające go czynności pzygotowawcze (np.: włączenie układów podgzewających silnik pzed ozuchem, świec żaowych itd.) Po zakończeniu ozuchu silnik spalinowy działając już samodzielnie wytwaza niezbędną enegię mechaniczną służącą do pokonania jego opoów własnych i opoów uchu pojazdu oaz umożliwiającą funkcjonowanie innych uządzeń zamontowanych w samochodzie. O tym, w jaki sposób zostanie wykozystana enegia mechaniczna silnika podczas jego użytkowania decyduje podmiot nazywany użytkownikiem (opeato, kieowca). Użytkowanie pojazdu jest to poces jego wykozystywania w celu tanspotowania osób i ładunków. Użytkowanie oaz działania związane z obsługiwaniem twozą poces eksploatacji. Obsługiwanie jest to całokształt działań oganizacyjno-technicznych mających na celu pzygotowanie pojazdu do użytkowania [, 75,, 7]. W takcie użytkowania samochodu na jego silnik spalinowy oddziałują óżne czynniki wymuszające. Czynniki te dzielą się na obocze i zewnętzne. Czynniki obocze wynikają bezpośednio z działania silnika. Można do nich zaliczyć: skład mieszanki paliwowo-powietznej, odzaj oleju smaującego, ciśnienie w cylindze, tempeatuę oleju smaującego itd. Czynniki zewnętzne epezentują oddziaływanie, jakie wywieają na silnik zespoły pojazdu oaz jego otoczenie (śodowisko). Należą do nich: opoy uchu, stan techniczny układu pzeniesienia napędu, czynniki atmosfeyczne, odzaj dóg itp. Chaakteystyki 9

10 zmian watości czynników zewnętznych i oboczych twozą zbió tzw. waunków użytkowania samochodowego silnika spalinowego []. W celu identyfikacji waunków użytkowania pzepowadza się takcyjne (pzebiegowe) badania pojazdów. W monogafii zapoponowano podział badań pzebiegowych pojazdów na dwa odzaje. W piewszym odzaju badań nie ingeuje się w żaden sposób w waunki użytkowania pojazdu. O tasach pzejazdu danego śodka tanspotu decyduje jego użytkownik. W ich takcie ekspeymentato jest tylko bienym obsewatoem. Badania takie nazwano badaniami w waunkach natualnego lub długotwałego użytkowania samochodu [5]. Podczas dugiego odzaju badań pzebiegowych, nazywanych badaniami w waunkach nadzoowanego lub kontolowanego użytkowania samochodów, w pewnych okesach czasu, ale po uzgodnieniu z użytkownikiem, okeśla się waunki pzejazdu pojazdów. W pozostałym czasie badane samochody są użytkowane zgodnie z intencjami jego właściciela [5]. Oczywiste jest, że waunki użytkowania samochodu wpływają bezpośednio i pośednio na ozuch jego silnika spalinowego. Odzwieciedleniem tego oddziaływania jest tzw. widmo ozuchu samochodowego silnika spalinowego []. Widmo ozuchu samochodowego silnika spalinowego jest to wielowymiaowy wekto losowy X, któego składowe chaakteyzują ozposzenie watości paametów ozuchu oaz wskaźniki działania silnika i pojazdu: X = (X, X,, X m ), gdzie m jest liczbą wyóżnionych paametów ozuchu oaz wskaźników działania silnika i pojazdu. Wskaźnikami działania silnika i pojazdu chaakteyzującymi sposób użytkowania są [8]: czas działania silnika spalinowego (wyażony w minutach), któy wyznacza czas od momentu ozpoczęcia ozuchu do chwili zatzymania się wału kobowego, czas postoju samochodu z wyłączonym silnikiem (w minutach), któy oznacza czas od chwili zatzymania się wału kobowego do momentu ozpoczęcia się kolejnego ozuchu silnika spalinowego [9], doga pojazdu, wyażona w kilometach, pzebyta pomiędzy dwoma ozuchami silnika spalinowego, doga tłoka, któą definiuje się jako długość dogi (wyażonej w kilometach) wykonanej pzez pojedynczy tłok pomiędzy ozuchami silnika [].

11 Piewszym wyóżnionym paametem widma ozuchu, związanym z samym ozuchem, jest czas twania pacy ozusznika pod obciążeniem. Okeśla się go od chwili włączenia ozusznika do chwili gdy jego paamety elektyczne (napięcie i natężenie pądu) osiągną watości odpowiadające działaniu bez obciążenia, co pzedstawiono na ysunku b a U [V] I [A] t [s] Rys... Pzebieg natężenia pądu I pobieanego pzez ozusznik oaz napięcia U pzyłożonego na zaciskach ozusznika podczas działania ozusznika pzy ozuchu silnika CT9; a natężenie, b napięcie, czas pzyłożenia napięcia, czas pacy ozusznika pod obciążeniem [8] Następnym wyóżnionym paametem ozuchu jest czas pzyłożenia napięcia na zaciskach ozusznika. Jest to czas w jakim opeato pojazdu zwiea jego obwód elektyczny (zob. ys..). Należy w tym miejscu zauważyć, że czas twania pacy ozusznika pod obciążeniem wg nom [, ] jest utożsamiany z czasem ozuchu. W niniejszej ozpawie, ze względu na pzyjętą definicję ozuchu, jako czas ozuchu należy taktować czas, jaki upłynął od chwili uszenia wału kobowego do chwili osiągnięcia pzez niego ustabilizowanej pędkości kątowej podczas samodzielnego działania silnika [8].

12 Różnicę pomiędzy czasem pacy ozusznika pod obciążeniem a zeczywistym czasem ozuchu silnika ilustuje ysunek.. W omawianym pzypadku czas ozuchu silnika jest dłuższy o,5 s względem czasu pacy ozusznika pod obciążeniem a 5 I [A] 8 [ad/s] 6 b t [s] Rys... Pzebieg natężenia I pądu pobieanego pzez ozusznik oaz pędkości kątowej ω wału kobowego podczas ozuchu silnika CT9; a pędkość kątowa wału kobowego, b natężenie pądu, czas pacy ozusznika pod obciążeniem, czas ozuchu wg zapoponowanej w ozpawie definicji ozuchu; maksymalne natężenie pądu pobanego pzez ozusznik na początku ozuchu, śednie natężenie pądu podczas uuchamiania [8] Kolejnym paametem widma ozuchu jest śednie natężenie pądu podczas uuchamiania silnika, któe okeśla się w takcie napędzania wału kobowego silnika samym tylko ozusznikiem (ys..). Paamet ten nazywany jest w liteatuze pądem ozuchu [8, 9]. Śednie natężenie pądu podczas uuchamiania silnika wykozystuje się do okeślenia watości ozuchowego momentu opoowego silnika spalinowego. Wyóżnia się także maksymalne natężenie pądu pobieanego pzez ozusznik na początku ozuchu, któe występuje w chwili uszania wału kobowego silnika (ys..) [, ]. Paamet ten chaakteyzuje opoy pochodzące od sił tacia spoczynkowego, któe występują w zespołach uchomych silnika.

13 Najważniejszymi paametami widma ozuchu są tempeatua silnika i oleju smaującego w chwili ozuchu. W takcie funkcjonowania samochodowego silnika spalinowego z chłodzeniem pośednim jako tempeatuę silnika pzyjmuje się umownie watość tempeatuy cieczy chłodzącej na wyjściu z bloku. Tempeatuę oleju smaującego okeśla się na podstawie pomiau jej watości w misce olejowej silnika spalinowego. W miaę spadku watości wymienionych tempeatu obsewuje się pogoszenie enegetycznych własności układu ozuchowego silnika (akumulato i ozusznik). Wzasta ozuchowy moment opoowy oaz czas ozuchu silnika, co wywołuje zwiększone zużycie jego zespołów. Spadek watości tempeatu powoduje pogoszenie także waunków twozenia i spalania się paliwa. Powadzi to do wzostu emisji szkodliwych składników w spalinach. Ze względu na watość tempeatuy silnika w chwili ozuchu poponuje się wyóżnić ozuch zimny lub goący silnika spalinowego [6]. Rozuch silnika o zapłonie samoczynnym nazywamy goącym wtedy, gdy pzed pzyłożeniem napięcia na zaciski ozusznika nie występuje konieczność użycia uządzenia ułatwiającego ozuch (świeca żaowa, płomieniowa itd.). Najczęściej tempeatua silnika wynosi wtedy powyżej 6 C. W pzeciwnym pzypadku występuje zimny ozuch silnika. O wykozystaniu uządzenia wspomagającego ozuch silników o zapłonie samoczynnym decyduje subiektywnie opeato pojazdu lub automatycznie układ steujący wtyskiem paliwa (dotyczy to nowoczesnych silników). W silnikach o zapłonie iskowym ozuch goący wymaga wytwozenia pzez układ steowania zasilaniem nieznacznie tylko wzbogaconej mieszanki paliwowo-powietznej. O wielkości współczynnika nadmiau powietza w chwili ozuchu decyduje elektoniczny układ steowania silnika o zapłonie iskowym. W gupie ozuchów goących wyóżnia się tzw. estat silnika. Jest to ozuch silnika odbywający się po kótkotwałej pzewie w jego działaniu. Podczas estatu silnika nie występuje wzbogacenie mieszanki paliwowopowietznej. Długość pzewy w działaniu silnika, po któej zachodzi estat zależy od zastosowanego algoytmów steujących zasilaniem w paliwo. W gupie zimnych ozuchów można wyodębnić: ozuchy pzy umownej tempeatuze silnika mniejszej niż C, ozuchy pzy umownej tempeatuze silnika zawieającej się w ganicach ( ) C oaz ozuchy pzy umownej tempeatuze silnika zawieającej się w ganicach ( 6) C. Rozuchy pzy umownej tempeatuze silnika mniejszej niż C, występują pzy długich

14 czasach postoju pzeważnie w okesie zimowym. Rozuchy pzy umownej tempeatuze silnika zawieającej się w ganicach ( ) C, są także wynikiem długich postojów pojazdu [6]. W liteatuze ozóżnia się także ganiczną tempeatuę ozuchu oaz tempeatuę natychmiastowego ozuchu silnika. Ganiczna tempeatua ozuchu jest to najniższa tempeatua otoczenia, pzy któej (zgodnie ze stałymi waunkami badań stanowiskowych) można dopowadzić ustabilizowany temicznie silnik do stanu samodzielnego działania. Tempeatua ozuchu natychmiastowego okeślona jest pzez tempeatuę silnika, pzy któej dopowadzony jest on do samodzielnego funkcjonowania na biegu jałowym w czasie kótszym niż s od chwili pzyłożenia napięcia na zaciski ozusznika [, ]. Podczas użytkowania samochodu, można także wyóżnić tzw. piewszy dzienny ozuch silnika spalinowego. Występuje on po twającym minimum 8 h postoju pojazdu na otwatej pzestzeni lub w pomieszczeniu gaażowym. Tempeatua piewszego dziennego ozuchu silnika spalinowego jest ówna tempeatuze powietza otaczającego pojazd [6]. Paametem ozuchu związanym ze stanem temicznym silnika jest pędkość kątowa ozuchu. Jest to taka pędkość kątowa wału kobowego podczas ozuchu silnika, pzy któej występują waunki do wytwozenia właściwej mieszanki paliwowo-powietznej, a następnie do jej spalenia w cylindach. Watość pędkości kątowej ozuchu uzależniona jest od tempeatuy ozuchu silnika i wzasta w miaę jej spadku [9, 9].

15 . ROZRUCH JAKO POCZĄTEK DZIAŁANIA SAMOCHODOWEGO SILNIKA O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM.. Twozenie i spalanie mieszanki palnej w czasie ozuchu silnika o zapłonie samoczynnym W takcie ozuchu silnika spalinowego dochodzi do zapoczątkowania twozenia paliwowo-powietznej mieszaniny palnej oaz zainicjowania jej spalania w poszczególnych cylindach silnika. W silnikach o zapłonie samoczynnym wymaga to stwozenia w komoze spalania takich waunków cieplnych, dla któych tempeatua spężanego powietza podczas suwu spężania byłaby wyższa od efektywnej tempeatuy samozapłonu wtyskiwanego paliwa. Najczęściej stosowanym sposobem twozenia mieszaniny palnej w silnikach o zapłonie samoczynnym jest wtysk paliwa pod wysokim ciśnieniem do spężonego w cylindze lub komoze wstępnej powietza. Podczas ozuchu silnika odbywa się to pzy niewielkich pędkościach kątowych wału kobowego (zędu 6 ob/min), co wpływa negatywnie na poces ozpylania stugi paliwa oaz jego wymieszanie z powietzem [9]. Z tych powodów podczas uuchamiania silnika o zapłonie samoczynnym zwiększa się dawkę podawanego paliwa. Dzięki temu uzyskuje się bezwzględny wzost udziału mniejszych kopel w studze paliwa wtyskiwanego do spężanego ładunku powietza w cylindze silnika. Ułatwia to jego odpaowanie i uzyskanie pzez mieszankę paliwowo-powietzną składu umożliwiającego jej samozapłon. Dodatkowo paliwo osiadające na ściankach tulei cylindowej uszczelnia komoę spalania, co zmniejsza staty ciepła wskutek ucieczki masy ładunku i polepsza waunki temodynamiczne uzyskania jej samozapłonu. Stwiedzono jednak, że nie należy nadmienie zwiększać dawki ozuchowej. Wzost jej watości powoduje wydłużenie czasu wtysku, co pzyczynia się do zintensyfikowania wymiany ciepła pomiędzy paliwem a powietzem. W wyniku

16 tego obniża się tempeatua mieszaniny palnej w komoze spalania, co pogasza właściwości ozuchowe silnika. Istnieje więc watość optymalna dawki ozuchowej paliwa, dla któej czas ozuchu silnika osiąga watość minimalną. Pamiętać należy, że zwiększona dawka paliwa powadzi także do wzostu emisji składników toksycznych w spalinach podczas ozuchu silnika [, 7]. Utudnienia podczas pocesu ozpylenia stugi paliwa w cylindze wynikają ównież z cykliczności pacy silnika oaz związaną z nią okesowością wtysku paliwa, zmian pędkości tłoczenia pzez pompę wtyskową, zakłóceń wywołanych ściśliwością paliwa, zjawisk falowych występujących w pzewodach wtyskowych oaz dgań iglicy wtyskiwacza powodujących wahania ciśnienia pzed otwoem wylotowym a tym samym wahania pędkości wypływu stugi paliwa [6, 6]. Opócz utudnień pocesu ozpylania paliwa w czasie uuchamiania silnika o zapłonie samoczynnym, podczas suwu spężania występują staty cieplne wynikłe z pzejmowania ciepła pzez ścianki komoy spalania oaz z ucieczki ładunku w cylindach. Natężenie wymiany ciepła pomiędzy ścianami komoy spężania a ładunkiem spężanego powietza wzasta w miaę pzyostu ciśnienia w cylindze. Czas tej wymiany nie może być dowolnie długi, gdyż jego wzost powoduje nadmieny spadek tempeatuy ładunku na końcu suwu spężania. Staty ciepła będące wynikiem pzedostawania się ładunku pzez uszczelnienie pieścieniowe (tzw. pzedmuchy do skzyni kobowej) zespołu tłok-pieścienie tłokowe-cylinde (zwanego dalej zespołem TPC) w zakesie od C do C nie zależą paktycznie od tempeatuy i są około czteokotnie większe niż staty wynikłe z pzejmowania ciepła pzez ściany komoy spężania. Zwiększenie stat spężanego ładunku pociąga za sobą spadek watości ciśnienia i tempeatuy w końcu suwu spężania [, 6]. Zjawiska związane z występowaniem stat ciepła są szczególnie widoczne podczas ozuchu silnika o zapłonie samoczynnym w niskich tempeatuach powietza. Mogą one spowodować, że spężany ładunek powietza w komoze spalania w końcu suwu spężania nie uzyska stanu temodynamicznego (zbyt niskie watości ciśnienia i tempeatuy) umożliwiającego zaistnienie samozapłonu wtyskiwanego do niego paliwa [8, 9]. Podczas twania ozuchu silnika o zapłonie samoczynnym występuje także inny pzebieg pocesu spalania mieszanki niż podczas jego samodzielnego działania. W takcie ozuchu silnika, ze względu na długi okes opóźnienia 6

17 zaistnienia samozapłonu i znaczną dawkę ozuchową, do komoy spalania dostaje się więcej paliwa. Pzyczynia się to do tego, że w wybuchowym (kinetycznym) okesie spalania występuje znaczący pzyost ciśnienia w cylindze, zaś jego watość maksymalna pzekacza watości maksymalne występujące podczas działania silnika. W tej fazie spalania w wastwie płomienia ubogiego w paliwo obsewuje się powstanie węglowodoów, a w stefie popłomiennej tlenków azotu [9, 6]. Z powodu gwałtownego i długiego czasu twania okesu spalania kinetycznego kolejne fazy spalania (spalanie dyfuzyjne i dopalanie) są minimalnie kótkie. Ten kótki czas ostatniej fazy spalania powoduje słabe dopalanie się węglowodoów, tlenku węgla oaz sadzy powstałej w fazie spalania dyfuzyjnego w stefach bogatych w paliwo. Dodatkowo, ze względu na niską tempeatuę powiezchni ścianek komoy spalania oaz znaczne luzy w zespole TPC, występuje intensywne oddawanie ciepła pzez mieszankę palną i lokalne wygaszanie płomienia. Powoduje to niezupełne i niecałkowite spalanie paliwa podczas ozuchu silnika o zapłonie samoczynnym [9, 6, ]. W silniku o zapłonie samoczynnym podczas jego ozuchu, szczególnie w ujemnych tempeatuach otoczenia, można obsewować cykliczne wypadanie zapłonów w cylindze (cylindach). Zjawisko to nazwano pacą w ośmiotakcie lub dwunastotakcie. Występowanie tego zjawiska wynika z wpływu jaki wywiea podczas ozuchu silnika paliwo osiadające na ściankach komoy spalania. Paliwo to dodatkowo uszczelnia komoę spalania, co zmniejsza staty ładunku i ułatwia zaistnienie samozapłonu w znajdującej się w cylindze mieszanie palnej. Jednakże w wyniku zaistniałego spalania następuje wypalenie osiadłego na ściance paliwa, co w kolejnym cyklu pacy silnika zmniejsza uszczelnienie komoy spalania. Spaliny pozostające w znacznej ilości w cylindze (słabe pzepłukanie z powodu małej pędkości kątowej wału kobowego) dodatkowo znacznie oganiczają współczynnik jego napełnienia świeżym ładunkiem powietza. Powoduje to niewystąpienie w kolejnym cyklu pacy samozapłonu wtyskiwanego paliwa podczas ozuchu silnika o zapłonie samoczynnym [9]. Początkowy całkowity bak zapłonów bogatej mieszanki palnej w cylindach, a następnie ich cykliczne wypadanie waz z niekozystnym pzebiegiem jej spalania podczas ozuchu silnika, szczególnie w niskich tempeatuach, powoduje występowanie kilkakotnie większej emisji składników toksycznych 7

18 spalin (węglowodoy, tlenek węgla, tlenki azotu, aldehydy) niż w waunkach nomalnego działania silnika. W wyniku znacznych luzów w zespole TPC do komoy spalania dostaje się także olej smaujący, któy jest spalany oaz bieze udział waz z niespalonymi węglowodoami i sadzą w twozeniu znacznej ilości cząstek stałych [6, 5, 6, 7, 76, 89, ]. Widocznym efektem emisji cząstek stałych podczas ozuchu silnika o zapłonie samoczynnym jest zadymienie spalin, któe objawia się w postaci niebieskiego lub czanego dymu. Występowanie niebieskiego dymu obsewuje się podczas ozuchu zimnego silnika o zapłonie samoczynnym. Jest on wynikiem wymieszania się skoplonej pay wodnej oaz odpaowanego, ale niespalonego paliwa. Czany dym powstaje podczas ciepłych ozuchów w wyniku spalania znacznej dawki ozuchowej [77, 5, ]. Dopieo po upływie czasu zędu minut (odpowiada to w waunkach użytkowania pojazdu dodze około kilomteów) obsewuje się występowanie spadku emisji związków szkodliwych [9, ]. W celu oganiczenia tej emisji stosuje się óżnoodne metody i śodki [78,, 9]. Zaliczyć możemy do nich: katalizatoy Oxicat (utleniające HC, CO i aldehydy) katalizatoy Denox (edukujące NO x waz z utlenianiem CO i HC), katalizatoy czteofunkcyjne (łączące w sobie funkcje dwóch wcześniej wymienionych) oaz filty cząstek stałych. Jednak ich skuteczność podczas ozuchu w niskich tempeatuach jest niezadowalająca. Najważniejszymi czynnikami decydującymi o paametach związanych z działaniem ozusznika, czasie twania ozuchu i ozuchowej pędkości kątowej silnika o zapłonie samoczynnym są tempeatua silnika oaz tempeatua oleju w chwili ozuchu. Obniżenie watości tych tempeatu wywołuje spadek watości pędkości kątowej wału kobowego, pogoszenie ozpylenia paliwa, zwiększa staty cieplne itd. Utudnia to uzyskanie samozapłonu mieszanki palnej. Waz ze wzostem watości pędkości kątowej ozuchu maleje czas twania pobieania ciepła oaz zmniejszają się pzedmuchy do skzyni kobowej. Następuje także popawa pzebieg wtysku, skaca się jego czas twania oaz zwiększa się jakość ozpylenia paliwa. Są to zjawiska pozytywne, któe ułatwiają twozenie i spalanie mieszanki paliwowopowietznej podczas ozuchu silnika o zapłonie samoczynnym [9, 9]. Innymi czynnikami decydującymi o działaniu ozusznika, czasie twania ozuchu oaz kątowej pędkości ozuchowej są: liczba cylindów, odzaj i kształt komoy spalania, stopień spężania, fazy ozządu, doładowanie silnika, 8

19 pzełożenie między zębnikiem ozusznika a kołem zamachowym, paamety układu wtyskowego czy właściwości fizyczne paliw [8, 9]. Rodzaj i kształt komoy spalania decyduje o jakości ozpylenia paliwa. Silniki o zapłonie samoczynnym z wtyskiem bezpośednim mają lepsze właściwości ozuchowe od silników z wtyskiem do komoy wstępnej. Zwiększenie powiezchni ścian komoy spalania powoduje bowiem wzost stat pzejmowania ciepła od spężanego ładunku powietza, co obniża tempeatuę końca suwu spężania. Występujące dodatkowo staty dławienia pzepływu gazów z komoy wstępnej zmniejszają uzyskiwaną watość maksymalnego ciśnienia spężanego ładunku utudniając zaistnienie samozapłonu paliwa [8, 9]. Na watości paametów działania ozusznika, czasu twania ozuchu oaz ozuchowej pędkości kątowej silnika o zapłonie samoczynnym mają wpływ fazy układu ozządu, a szczególnie kąt otwacia i zamknięcia zawou dolotowego. Zbyt późne zamknięcie zawou dolotowego po zwocie kobowym podczas uuchamiania silnika powoduje, że tłok pzemieszczający się w położenie zwotne zewnętzne wypycha część ładunku z komoy spalania i następuje spadek zeczywistego stopnia spężania. Opóźnienie kąta otwacia zawou dolotowego wpływa na podwyższenie tempeatuy ładunku w końcu suwu spężania. Także stopień spężania ładunku ma wpływ na paamety tempeatuy i ciśnienia w końcu suwu spężania. Zbyt niski stopień spężania może spowodować niedostateczny pzyost tempeatuy i ciśnienia [8, 9]. O watościach paametów działania ozusznika oaz czasu twania ozuchu silnika o zapłonie samoczynnym decydują także: kąt wypzedzenia wtysku, pzebieg i ciśnienie wtysku oaz konstukcja wtyskiwacza. Ze względu na niskie watości tempeatuy spężanego ładunku powietza podczas ozuchu wydłuża się czas twania eakcji fizycznych i chemicznych popzedzających zimne płomienie (czyli czas opóźnienia samozapłonu). Z tego powodu należy podczas ozuchu silnika zwiększyć kąt wypzedzenia wtysku. Wykazano, że podczas uuchamiania silnika w ujemnych tempeatuach istnieje optymalna watość kąta wypzedzenia wtysku, pzy któej czas wystąpienia piewszego zapłonu mieszanki palnej osiąga watość minimalną [8, 9]. Zastosowanie wtysku wielofazowego najpiew dawka pilotażowa (pzedwtysk), a następnie wtysk dawki głównej i dotysk dodatkowy ułatwia ozuch silnika o zapłonie samoczynnym. Wtysk niewielkiej dawki pilotażowej wywołuje bowiem w ładunku powietza wstępne eakcje fizyczne i chemiczne. 9

20 W wyniku tego uzyskuje się skócenie czasu opóźnienia samozapłonu głównej dawki paliwa, co ułatwia ozuch silnika. Konstukcja zastosowanych wtyskiwaczy wpływa na czas twania ozuchu o zapłonie samoczynnym. Wzost liczby otwoów oaz zmniejszenie ich śednicy powodują szybszy ozpad stumienia wtyskiwanego paliwa, co ułatwia jego paowanie i jego samozapłon. Zwiększenie ciśnienia wtysku ułatwia ozuch silnika. Zwiększona enegia kinetyczna wtyskiwanego paliwa zamieniona jest w wyniku jego gwałtownego hamowania w dużą ilość ciepła. Popawia to poces odpaowania paliwa i inicjowania jego samozapłonu. W ostatnich latach można zauważyć więc tendencję do powiększania ciśnienia wtysku, nawet do watości 6 MPa, pzy jednoczesnym zmniejszeniu śednicy otwoków ozpylaczy [8, 9]. Rodzaj i własności fizyczne stosowanych paliw wpływają także na czas twania ozuchu silnika o zapłonie samoczynnym. Od oleju napędowego wymaga się dużej watości liczby cetanowej oaz aby posiadał on niską watość lepkości i napięcia powiezchniowego [58, 7]. Kolejnym paametem oleju napędowego jest watość tzw. tempeatuy oddestylowania % oleju napędowego. Im jest ona mniejsza tym olej ma większą lotność i szybciej odpaowuje. Innymi paametami fizycznymi oleju napędowego, któe mają wpływ na właściwości ozuchowe silnika, są tempeatua mętnienia oaz tempeatua zablokowania zimnego filtu (CFPP). Tempeatua mętnienia jest to najwyższa tempeatua, w któej badany olej napędowy ochładzany według okeślonej poceduy mętnieje wskutek wydzielania się dobnych kyształów odębnej fazy. Tempeatua zablokowania zimnego filtu okeśla najwyższą tempeatuę, w któej okeślona objętość paliwa, chłodzona w znomalizowanych waunkach, nie pzepływa w okeślonym czasie pzez znomalizowany układ filtacyjny [5]. Stosowanie paliw altenatywnych [, 5,, 55, 59, 89, 5] takich jak: olej zepakowy, esty metylowe kwasów tłuszczowych oleju zepakowego (FAME) oaz ich mieszaniny z olejem napędowym, pzyczyniają się do zmiany właściwości ozuchowych silników o zapłonie samoczynnym. Wynika to ze stuktuy chemicznej oleju zepakowego, w któej występują podwójne wiązania olefinowe chaakteyzujące się dużą aktywnością chemiczną. Olej zepakowy zawiea ównież w swoim składzie tlen, co dodatkowo jest kozystne z punktu widzenia mechanizmów spalania. Olej zepakowy oaz FAME posiadają także

21 większą lepkość oaz gęstość w poównaniu z olejem napędowym. Zmniejsza to pzecieki oaz zwiększa uszczelnienie współpacujących elementów zespołu tłoczącego i ozpylacza. Powoduje to wzost dawki ozuchowej w takcie uuchamiania silnika o zapłonie samoczynnym oaz kozystniejszą niejednoodność śednicy kopel wtyskiwanego paliwa. Ułatwia to ozuch silnika, ale tylko w dodatnich tempeatuach. W niskich tempeatuach, ze względu na wzost opoów pzepływu paliwa w filtze i pompie wtyskowej spowodowany wzostem lepkości oaz kystalizację związków oganicznych oleju zepakowego i FAME, obsewuje się niekozystny wzost watości ganicznej tempeatuy ozuchu. Dla oleju zepakowego wynosi ona tylko 6 C. Dla FAME watość ganicznej tempeatuy ozuchu spada, ale nieznacznie i wynosi C [5]. W celu popawy właściwości ozuchowych silnika o zapłonie samoczynnym zasilanych paliwami altenatywnymi stosuje się mieszaniny FAME z olejem napędowym. Zwiększenie zawatości oleju napędowego w mieszaninie z FAME powoduje uzyskanie niższej watości ganicznej tempeatuy ozuchu silnika o zapłonie samoczynnym. Dodatkową popawę właściwości ozuchowych silników o zapłonie samoczynnym zasilanych paliwami zepakowymi uzyskuje się popzez wpowadzenie modyfikatoów pocesów kystalizacji węglowodoów, czy też jego wstępne podgzanie [5]. Aby ułatwić ozuch silników o zapłonie samoczynnym w niskich tempeatuach stosuje się, między innymi, świece płomieniowe i nagzewnice elektyczne podgzewające ładunek powietza. Stosuje się także płyny ozuchowe, pogzewacze ozuchowe silnika, niezależne układy ogzewania stefowego i uządzenia wykozystujące zgomadzone ciepło z popzedniego cyklu działania silnika. Rozuch silnika wspomaga się także enegią spężonego powietza, czy innymi specjalnymi silnikami hydostatycznymi [8]... Rozuch silnika spalinowego pzy pomocy ozusznika elektycznego We współczesnych samochodowych silnikach spalinowych niezbędną enegię mechaniczną potzebną do zainicjowania ich samodzielnego działania pzekazuje się najczęściej popzez napędzanie wału kobowego za pomocą ozusznika elektycznego zasilanego z akumulatoa. Zadaniem ozusznika jest wpawienie w uch zespołów silnika, pokonanie ozuchowego momentu

22 opoowego i momentu sił bezwładności mas wiujących oaz nadanie wałowi kobowemu wymaganej pędkości kątowej ozuchu [9, 95]. Współczesne ozuszniki składają się z silnika pądu stałego, mechanizmu spzęgającego oaz zębnika. Rozuszniki o mniejszej mocy są włączane jednostopniowo, zaś o większej dwustopniowo. Dzięki zastosowaniu włączania dwustopniowego uzyskuje się kozystniejszy pzebieg natężenia pądu pobieanego pzez ozusznik. Ze względu na występujące podczas ozuchu silnika zmiany watości natężenia pądu pobieanego pzez ozusznik, stosuje się w nich szeegowe lub szeegowo-bocznikowe silniki pądu stałego. Silniki szeegowe chaakteyzują się dużym momentem ozuchowym. Silniki szeegowo-bocznikowe pądu stałego ze względu na zastosowanie w nich dodatkowego uzwojenia bocznikowego mogą pacować pzy małych obciążeniach występujących na ich biegu jałowym. Uzwojenie to pozwala na znaczne zmniejszenie watości pędkości kątowej winika, a tym samym zwiększenie twałości ozusznika. Kiedy podczas uuchamiania silnika spalinowego pędkość kątowa wału kobowego osiągnie okeśloną watość następuje, popzez spzęgło jednokieunkowe, odłączenie ozusznika elektycznego. Zabezpiecza to ozusznik pzed uzyskaniem znacznych pędkości obotowych zędu ob/min, a tym samym pzed zniszczeniem. W typowych waunkach użytkowania silniki o zapłonie samoczynnym chaakteyzują się ozuchową pędkością kątową w zakesie 6 ad/s (6 ob/min). Na jej watość wpływa wiele czynników: pzede wszystkim tempeatua silnika i zależne od niej opoy uchu, paamety ozusznika, stan źódła zasilania pądem elektycznym, pzełożenie między zębnikiem ozusznika a kołem zamachowym silnika. Ze względu na czas twania ozuchu silnika o zapłonie samoczynnym w tempeatuach poniżej C można ozóżnić cztey pędkości kątowe ozuchu: minimalną, optymalną, maksymalną oaz ganiczną, któe zależą od tempeatuy ozuchu silnika [9, 9]. Pzykładowy pzebieg zmian watości wymienionych pędkości kątowych ozuchu zilustowano na ysunku..

23 Rozuch wspomagany [ad/s] T Rozuch natualny i wspomagany Rozuch silnika niemożliwy o T [ C] Rys... Pędkości kątowe ω ozuchu silnika spalinowego w ujemnych tempeatuach T ozuchu; minimalna, maksymalna, optymalna, ganiczna, T potójny punkt ozuchowy silnika [9] Minimalna pędkość kątowa ozuchu jest to taka watość pędkości kątowej wału kobowego (podczas ozuchu bez wspomagania, czyli np.: stosowania podgzewania silnika pzed ozuchem, włączenia świec żaowych) poniżej któej występujące staty cieplne wynikłe z pzejmowania ciepła pzez ścianki komoy spalania oaz z ucieczki ładunku w cylindach spowodują, że spężany ładunek powietza w końcu suwu spężania nie uzyska stanu temodynamicznego umożliwiającego zaistnienie samozapłonu paliwa [9]. Zaistnienie samozapłonu wtyskiwanego paliwa, pzy obniżaniu się początkowej tempeatuy ozuchu silnika, wymaga coaz większego pzyostu watości ciśnienia i tempeatuy ładunku powietza w końcu suwu spężania. Występuje więc wzost minimalnej watości pędkości kątowej ozuchu w miaę spadku tempeatuy ozuchu silnika (ys..). Zwiększenie się watości pędkości kątowej wału kobowego podczas uuchamiania silnika o zapłonie samoczynnym (w ustalonej tempeatuze ozuchu) powyżej minimalnej pędkości kątowej ozuchu oddziałuje pozytywnie na pocesy pzygotowania mieszanki paliwowo-powietznej oaz jej samozapłonu. Wynikiem tego jest skócenie czasu twania ozuchu. Zaobsewowano, że nie można dowolnie zwiększać watości pędkości kątowej ozuchu silnika o zapłonie samoczynnym bez użycia śodków i uządzeń

24 wspomagających w ujemnych tempeatuach. Obsewuje się występowanie optymalnej pędkości kątowej ozuchu dla któej czas ozuchu osiąga watość minimalną oaz maksymalnej pędkości kątowej ozuchu. Powyżej maksymalnej pędkości kątowej ozuchu, ze względu na zbyt kótki czas pocesu odpaowywania paliwa, nie możliwe jest zaistnienie zapłonu mieszanki palnej. Powadzi to do nieudanego ozuchu silnika o zapłonie samoczynnym [9]. Stwiedzono istnienie tzw. punktu potójnego ozuchu (ys..), w któym kątowe pędkości ozuchowe: minimalna, maksymalna i optymalna są ówne. Punkt ten wyznacza najniższą z możliwych tempeatuę, w któej nastąpi udany ozuchu silnika bez użycia śodków wspomagających. Dla ozuchów silników o zapłonie samoczynnym z zastosowaniem śodków wspomagających istnieje watość ganiczna pędkości kątowej ozuchu, poniżej któej nigdy nie nastąpi udany ozuch [9, 9]. Rozpoczęcie ozuchu silnika spalinowego zaczyna się w chwili, kiedy opeato zewze obwód elektyczny układu ozuchowego pojazdu. Następuje wtedy popzez mechanizm spzęgający zazębienie zębnika ozusznika z uzębionym wieńcem koła zamachowego wału kobowego silnika. W następstwie tego spzęgnięcia wał kobowy zaczyna się obacać. To pzejście ze stanu spoczynku do stanu uchu elementów i zespołów silnika podczas jego uuchamiania wymaga pokonania znacznego momentu opou sił tacia statycznego. Miaą tego momentu opou jest, jak wiadomo, watość maksymalnego natężenia pądu pobieanego pzez ozusznik na początku ozuchu (zob. ys..). Należy stwiedzić, że watość maksymalnego natężenia pądu pobieanego pzez ozusznik na początku ozuchu nie zależy od tempeatuy silnika czy tempeatuy oleju smaującego [58]. Po uszeniu z miejsca zespołów silnika spalinowego występujący następnie ozuchowy moment opoowy spada i posiada mniejszą watość. Chaakteyzuje się też dużą zmiennością wynikającą z kinematyki uchu posuwisto-zwotnego tłoków oaz zmieniającego się podczas spężania i ozpężania ładunku ciśnienia w cylindach. Należy podkeślić, że ozuchowy moment opoowy silnika spalinowego podczas jego uuchamiania (w pzeciwieństwie do momentów opoów tacia statycznego) zależy w głównej mieze od tempeatuy i wzasta w miaę jej spadku. Odzwieciedleniem tego jest wzost watości natężenia pądu pobieanego pzez ozusznik podczas uuchamiania silnika w miaę spadku tempeatuy ozuchu [8].

25 .. Pocesy tacia i zużycia podczas ozuchu silnika spalinowego Wpawienie w uch elementów silnika spalinowego podczas jego ozuchu wymaga pokonania pzez zewnętzne siły napędowe sił tacia statycznego. Siły te pzeciwdziałają pzemieszczaniu się powiezchni elementów znajdujących się względem siebie w spoczynku. Po pzyłożeniu zewnętznych sił napędowych następuje wstępne pzesunięcie (mikopoślizg) w obębie styku elementów, czemu towazyszy spężysto-plastyczne odkształcenie ich wastw wiezchnich. Ruch względny elementów silnika występuje dopieo po osiągnięciu odpowiedniej, zależnej od wielu czynników, watości pzez zewnętzne siły napędowe [8]. Wykazano, że największa watość momentu opoów (obliczanego względem osi obotu wału kobowego silnika) pochodzących od sił tacia spoczynkowego występuje, gdy amię wału kobowego oaz kobowód twozą w pzybliżeniu kąt posty [69]. Watość momentu opoów sił tacia statycznego zależy od watości współczynnika tacia spoczynkowego, natomiast nie zależy od tempeatuy ozuchu silnika, pzy czym watość współczynnika tacia spoczynkowego wzasta w miaę twania postoju samochodu z wyłączonym silnikiem. Wynika to z zaniku wastwy ganicznej oleju smaującego silnika oaz wzostu liczby stykowych mikopołączeń adhezyjnych występujących pomiędzy wastwami wiezchnimi powiezchni jego elementów [67]. Po pzejściu ze stanu spoczynku do uchu elementów i zespołów silnika spalinowego obsewuje się, że watość ozuchowego momentu opoowego znacznie spada względem momentu opoów sił tacia statycznego. Wzost watości pędkości kątowej wału kobowego silnika powoduje zmniejszenie się watości ozuchowego momentu opoowego. W takcie ustabilizowanej fazy uuchamiania silnika, występującej pzy stałej śedniej pędkości kątowej jego wału kobowego, watość ozuchowego momentu opoowego jest mniejsza,5-kotnie w stosunku do watości maksymalnej występującej na samym początku uchu [7]. Ze względu na kinematykę uchu posuwisto-zwotnego tłoków oaz zmieniającego się podczas spężania i ozpężania ładunku ciśnienia w cylindach, opoowy moment ozuchowy silnika spalinowego podlega wahaniom. Jego lokalne maksima występują w zwotnych położeniach tłoków [8, 57, ]. 5

26 Rozuchowy moment opoowy podczas uuchamiania silnika spalinowego jest w głównej mieze wynikiem momentu sił tacia kinematycznego (stanowiącego 7-9% całkowitej watości momentu opoowego) pojawiającego się w podstawowych węzłach tibologicznych silnika takich jak: zespół TPC, łożyska główne i kobowe wału kobowego oaz układ ozządu. Moment opou pochodzący od napędu ospzętu oaz spężania mieszanki paliwowo-powietznej w cylindach silnika stanowi pozostałą część ozuchowego momentu opoowego, pzy czym w miaę wzostu stopnia spężania silnika wzasta moment opoów pochodzący od spężania mieszanki paliwowo powietznej w cylindach [7, 57]. Wiadomo, że od 5% do 7% watości wszystkich momentów sił tacia kinematycznego w silniku wynika z pocesów tacia zachodzących w zespole TPC [8, 8, 9, 98], pzy czym waz ze spadkiem tempeatuy ozuchu silnika (z powodu wzostu lepkości oleju silnikowego) ośnie udział pocentowy momentu sił tacia kinematycznego występującego w łożyskach ślizgowych. Watość momentu sił tacia kinematycznego występującego podczas ozuchu silnika spalinowego zależy od czynników związanych z konstukcją, technologią wykonania i montażem zespołu TPC, ale pzede wszystkim od tempeatuy oleju silnikowego w chwili jego ozuchu. W miaę spadku tempeatuy watość lepkości oleju silnikowego wzasta, co pzyczynia się do pzyostu watości momentu sił tacia kinematycznego [8, ]. Pzyost ten następuje szybciej niż wzost opoów spężania wywołanych spężaniem ładunku o większej masie (wzost gęstości powietza w miaę obniżania się tempeatuy). Obsewuje się więc wzost udziału względnego momentu sił tacia kinematycznego we wzastającym w miaę spadku tempeatuy całkowitym ozuchowym momencie opoowym silnika [57]. Zastosowanie oleju syntetycznego, posiadającego lepszą chaakteystykę lepkościową w niższych tempeatuach niż olej minealny, zmniejsza siłę tacia występującego pomiędzy pieścieniami tłokowymi a tłokiem podczas ozuchu silnika. Ze względu na bak dostatecznej ilości oleju silnikowego oaz zbyt małą pędkość względną pzemieszczających się powiezchni pa tibologicznych na początku ozuchu można zaobsewować występowanie tzw. tacia ganicznego. Bak dostatecznej ilości oleju silnikowego wynika z bezwładności układu olejenia silnika oaz wpływu tempeatuy na lepkość oleju silnikowego [8, 5, ]. W miaę spadku watości tempeatuy ośnie watość lepkości oleju oaz 6

27 następuje wytącanie się osadu w misce olejowej silnika (efekt oddziaływania wody zawatej w oleju), któy zatyka pzewody olejowe silnika. Zwiększa to opoy pzepływu, co wydłuża czas dotacia oleju do gónej części cylindów. Woda zgomadzona w misce olejowej wywołuje także koagulację i hydolizę zawatych w oleju smaującym inhibitoów pogaszając jego właściwości smane. Podczas pzew w działaniu silnika spalinowego występuje także zanik wastewki ganicznej oleju silnikowego na powiezchniach elementów pa kinematycznych. Jej zanik w połączeniu z bakiem dostatecznej ilości oleju smaującego może być pzyczyną wystąpienia tacia suchego w początkowej fazie ozuchu, a tym samym wzostu ozuchowego momentu opoowego silnika [69]. Podczas twania ozuchu, w miaę dopływu oleju silnikowego do węzłów tibologicznych silnika spalinowego, tacie ganiczne pzechodzi w tacie mieszane, co powoduje spadek watości ozuchowego momentu opoowego [97]. Dogodne waunki do wystąpienia tacia płynnego pomiędzy pzemieszczającymi się powiezchniami pa kinematycznych występują w chwili osiągnięcia pzez nie dostatecznej pędkości względnej oaz odpowiedniej ilości oleju smaującego. Ze względu na smaowanie pod ciśnieniem łożysk ślizgowych wału kobowego tacie płynne pojawia się w nich znacznie szybciej niż w zespole TPC, któy jest smaowany ozbyzgowo. Wiadomo także, że podczas samodzielnego działania silnika spalinowego w punktach zwotnych tłoka, pzy zeowej pędkości względnej pzemieszczania się elementów zespołu TPC, może wystąpić tylko tacie mieszane [8, 85]. Pzejście z tacia ganicznego (w skajnych pzypadkach z tacia suchego) do tacia mieszanego o małym udziale pocentowym tacia płynnego powoduje, że w węzłach tibologicznych podczas ozuchu silnika obsewujemy występowanie konglomeatu zużyć: adhezyjnego, ścienego a w zespole TPC dodatkowo także zużycia koozyjnego, co pzedstawiono na ysunku. [, 8]. Zużycie koozyjne zespołu TPC szczególnie wyaźnie występuje w takcie ozuchu silnika o zapłonie samoczynnym w niskich tempeatuach otoczenia. Występują wtedy dogodne waunki do kondensacji pay wodnej na zimnych powiezchniach komoy spalania. Jest to spowodowane wzostem jej tempeatuy oaz nasycenia nią spalin. W wyniku występowania niezupełnego i niecałkowitego spalania mieszanki paliwowo-powietznej na początku ozuchu ze związków siaki znajdujących się w oleju napędowym powstaje 7

28 dwutlenek siaki. Jest on absobowany pzez cienką wastewkę oleju znajdującą się na ściankach cylindów. Połączenie się dwutlenku siaki oaz skoplonej pay wodnej (szczególnie w niskich tempeatuach ozuchu) pzyczynia się do powstania kwasu siakowego, któy jest dobym elektolitem. Paliwo osiadające zaś na ściankach cylindów zmywa z nich cienką wastwę olejową, co odsłania powiezchnię metalu i powoduje koozję elektochemiczną powiezchni cylindów [69]. Rys... Schemat zużycia ozuchowego zespołu TPC silnika [8] Należy stwiedzić, że obsewowane tzw. zużycie ozuchowe zespołu TPC silnika o zapłonie samoczynnym stanowi sumę dwóch następujących po sobie pocesów zużywania (ys..). Piewszym pocesem jest zużycie koozyjne w takcie postoju silnika po jego zatzymaniu, dugim zużycie podczas ozuchu. Zużycie koozyjne pzed ozuchem wynika z występowania podczas pzew w działaniu silnika w nieównościach powiezchni gładzi tulei cylindowej najpiew pzypowiezchniowej, a następnie podpowiezchniowej koozji elektochemicznej [67]. Na początku ozuchu silnika spalinowego w paach tibologicznych zespołu TPC obsewuje się występowanie zużycia adhezyjnego, któe wynika ze zywania istniejących mikopołączeń stykowych wastw wiezchnich w chwili 8

29 ozpoczęcia uchu względnego. Zużycie adhezyjne może wystąpić także w dalszej części ozuchu w pzypadku małej pędkości kątowej wału kobowego oaz pzy dużych naciskach powiezchniowych w waunkach niedostatecznego smaowania elementów zespołu TPC. Znaczne naciski powodują bowiem pzewanie wastewki śodka smanego i ponowne sczepianie się nieówności współpacujących powiezchni [5, 67]. Zużycie ściene podczas ozuchu silnika wywołane jest bezpośednim kontaktem pomiędzy współpacującymi powiezchniami elementów zespołu TPC, a także obecnością luźnych cząstek ścienych. Występuje ono, ze względu na bak wystaczającej ilości oleju, pzy cienkim filmie olejowym zędu,5 μm [7]. Cząstki ściene to podukty wcześniejszego (postojowego) zużycia koozyjnego, początkowego zużycia adhezyjnego oaz inne zanieczyszczenia dostające się do komoy spalania waz z niedostatecznie filtowanym powietzem. Pzy wzoście pędkości kątowej wału kobowego silnika oaz tempeatuy w komoze spalania następuje popawa waunków smaowania i w zespole TPC pojawia się tacie płynne. Intensywność zużycia elementów zespołu TPC silnika systematycznie maleje i po usunięciu mikochopowatości współpacujących powiezchni ustala się na poziomie zależnym od waunków pacy silnika. Poces zmian pędkości zużywania się zespołu TPC nazywamy docieaniem poozuchowym silnika. Czas docieania poozuchowego może wynosić kilka minut i jest zależny od pędkości nagzewania się silnika. Wzost pędkości nagzewania się silnika skaca czas docieania poozuchowego. Zbyt kótkie działanie silnika po jego ozuchu uniemożliwia zakończenie pocesu docieania ozuchowego. Powoduje to, że pzy następnym ozuchu wystąpi zwiększona pędkość zużywania się powiezchni elementów zespołu TPC silnika. Najważniejszym czynnikiem wpływającym na watość zużycia ozuchowego zespołu TPC silnika o zapłonie samoczynnym jest jego stan cieplny. Obniżenie tempeatuy ozuchu silnika powoduje widoczny wzost watości ozuchowego zużycia gładzi tulei cylindowej. Ilustuje to ysunek., na któym pzedstawiono zależność watości zużycia ozuchowego gładzi tulei cylindowej (okeślanego jako pzyost jej wewnętznej śednicy) dwóch silników o zapłonie samoczynnym podczas ich ozuchów w funkcji tempeatuy. Na intensywność zużywania się gładzi tulei cylindowej w czasie ozuchu ma ównież istotny wpływ czas pzewy w działaniu silnika. Obsewuje się wzost watości zużycia pzy zwiększeniu czasu postoju silnika. Spowodowane 9