LABORATORIUM DIAGNOSTYKI UKŁADÓW PODWOZIA SAMOCHODU Instrukcje do ćwiczeń Ćwiczenie nr 7 Temat ćwiczenia nr 7: Diagnostyczna ocena układu napędowego metodą prób drogowych 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczeń jest poznanie metod i kryteriów oceny stanu technicznego układu napędowego przy użyciu prób drogowych, przeprowadzenie badań trakcyjnych samochodu, dokonanie oceny układu napędowego oraz silnika samochodu na podstawie wyników badań.. Diagnostyka układu napędowego przy użyciu prób drogowych Ocenę stanu technicznego układu napędowego można dokonać podczas badań drogowych. Przeprowadza się m.in: - próby wybiegu, - pomiary przyspieszeń samochodu, - wyznaczenie charakterystyki rozpędzania samochodu, - pomiar zużycia paliwa. Na wyniki tych prób mają wpływ warunki pomiarów, do których należą głównie: obciążenie samochodu, warunki meteorologiczne, stan nawierzchni odcinka testowego, a także ciśnienie w ogumieniu. Przed pomiarami należy sprawdzić i wyregulować ciśnienie w ogumieniu. Badania należy przeprowadzać na drodze prostej, suchej, płaskiej (wzniesienie nie powinno przekraczać 1,5 %) o dobrym stanie nawierzchni. Prędkość wiatru nie powinna przekraczać 3 m/s. Próby drogowe należy przeprowadzać przejeżdżając w dwóch kierunkach na tym samym odcinku drogi. Próbę wybiegu realizuje się w przypadku gdy zmierzona na hamowni podwoziowej moc na kołach samochodu wykazuje niesprawność silnika i (lub) układu napędowego. Przeprowadza się ją celem ustalenia, co jest przyczyną zbyt małej mocy na kołach samochodu. Podczas próby wybiegu określa się drogę wybiegu. Długość drogi wybiegu pozwala na ocenę oporów tarcia w podzespołach układu przeniesienia napędu i mechanizmach układu jezdnego. Należy rozpędzić samochód do określonej prędkości (np. 50 km/h w przypadku samochodów osobowych, 30km/h w przypadku samochodów ciężarowych), wyłączyć sprzęgło i zapłon, dźwignię zmiany biegów ustawić w położeniu neutralnym. Próbę drogową wybiegu realizuje się dwukrotnie na testowym odcinku, realizując wybieg w dwóch przeciwnych kierunkach. Pozwala to na uwzględnienie nierówności drogi, a także oddziaływanie innych czynników jak np. wiatru. Otrzymaną średnią wartość drogi wybiegu z dwóch prób Sw=Swśr porównuje się z wartością graniczną Swgr. Kryteria oceny stanu technicznego układu napędowego i jezdnego na podstawie pomiaru drogi wybiegu są następujące: Sw Swgr niezdatny silnik, Sw < 90% Swgr niezdatny układ przeniesienia napędu (jezdny) Jeżeli droga wybiegu jest większa od wartości granicznej, można wnioskować, że w stanie niezdatności znajduje się silnik. Jeżeli zmierzona średnia droga wybiegu jest mniejsza od wartości granicznej więcej niż o 10%, można wnioskować, że układ przeniesienia napędu (jezdny) znajduje się w stanie niezdatności.
Charakterystyka rozpędzania pojazdu również daje ogólną informację o stanie technicznym silnika i układu napędowego samochodu. Można ją realizować na poszczególnych biegach od startu zatrzymanego samochodu lub na wybranym biegu, w przypadku badania tzw. elastyczności rozpędzania. Uzyskane podczas prób rozpędzania wyniki (czasy rozpędzania, przyspieszenia lub długości drogi rozpędzania do określonych prędkości) mogą być porównane z wartościami granicznymi, co pozwala na ocenę stanu technicznego silnika i układu napędowego samochodu. Na podstawie próby rozpędzania i uzyskiwanych przyspieszeń można także wyznaczyć przybliżoną charakterystykę pełnej mocy silnika napędowego. Zużycie paliwa przez pojazd jest również ważnym parametrem diagnostycznym. Podczas jazdy można wykonać pomiar tzw. kontrolnego zużycia paliwa przy jednej, ustalonej prędkości (np. 80 km/h) lub pomiar zużycia paliwa przy różnych prędkościach jazdy. Pomiar zużycia paliwa pozwala na ogólną ocenę współpracy silnika, układu napędowego, jezdnego i innych układów samochodu, a także ocenę zużycia mechanizmów i poprawności ich regulacji. Otrzymane wyniki kontrolnego zużycia paliwa (Qk) porównuje się z wartościami granicznymi: Qk Qkgr zdatny pojazd (silnik, układ przeniesienia napędu, jezdny), Qk > Qkgr niezdatny pojazd (silnik, układ przeniesienia napędu, jezdny). 3. Przebieg ćwiczenia Ćwiczenie polega na wyznaczeniu: współczynnika oporu toczenia metodą próby wybiegu z małej prędkości jazdy, drogi wybiegu celem oceny stanu układu napędowego, charakterystyki silnika na podstawie wyników próby przyspieszania. Ocena stanu technicznego układu napędowego dokonywana jest na podstawie próby wybiegu. Do badań użyty jest system pomiarowy z czujnikiem optoelektronicznym DLS- firmy DATRON. Podstawowe dane techniczne czujnika zawiera tabela 1. Tabela 1 Charakterystyka czujnika DLS- [6] Analizowany parametr Wartość wymiary dł./szer./wys. [mm] 175/70/78 waga [kg] 1,6 zasilanie [V/W] 10,5... 15 / 6 zakres prędkości [km/h] 1... 60 sygnał wyjściowy [khz] 0... 6 warunki atmosferyczne [oc] -35... 90 dopuszczalne drgania [Hz] 10... 150 długość przewodów [m] 5 dokładność [%] 1 Na rys. 1 przedstawiono czujnik przymocowany do badanego pojazdu. Głowica pomiarowa jest wyposażona w układ oświetlający oraz w układ optyczny, którego podstawowymi elementami są: obiektyw, raster pryzmatyczny i dwie fotodiody (rys. ). Promienie świetlne, odbijane od nawierzchni drogi, po przejściu przez soczewkę i szczelinę padają na raster, który rozszczepia je na dwie wiązki, ogniskowane w dwóch
fotodiodach. W każdej z fotodiod ogniskowane są promienie świetlne padające na wręby rastra o jednakowym pochyleniu. Przypadkowy charakter mikronierówności nawierzchni drogi sprawia, że intensywność oświetlenia obu fotodiod nie jest jednakowa, przy czym jeśli w danym położeniu nieco mocniej jest oświetlona fotodioda 1, to już po przemieszczeniu się głowicy o wartość g/ sytuacja zmieni się i bardziej oświetlona będzie fotodioda. W rezultacie uzyskujemy na wyjściu sygnał napięciowy proporcjonalny do prędkości jazdy. Głowica pomiarowa Rys. 1. Czujnik DLS- firmy DATRON przymocowany do drzwi badanego pojazdu Sygnał wyjściowy z czujnika DLS- jest przekazywany do połączonego z tym czujnikiem komputera rejestrującego wyniki pomiarów. Przed rozpoczęciem danego badania należy w ustawić programie odpowiednie parametry, aby rejestrować wyniki właściwe dla danego typu testów. Procedura ustawień w programie do rejestracji zawarta jest w instrukcji obsługi [5]. Rys.. Schemat ilustrujący zasadę działania urządzenia korelacyjno-optycznego DLS- [6]
Próba wybiegu realizowana jest od prędkości początkowej 30 lub 50 km/h. Po rozpędzeniu samochodu do prędkości wyższej od prędkości początkowej testu należy ustawić położenie neutralne w skrzyni biegów i wyłączyć zapłon. Samochód porusza się wybiegiem, podczas którego rejestrowane są przebyta droga i opóźnienie w funkcji czasu. Próbę wykonuje się w dwóch kierunkach. Jako wynik przyjmowana jest średnia wartość drogi wybiegu z dwóch prób. Przykładowy wykres uzyskany z jednej próby wybiegu ilustruje rys. 3. Rys. 3. Zmiana prędkości w funkcji drogi podczas próby wybiegu W celu wyznaczenia współczynnika oporów toczenia należy wykonać również próbę wybiegu z małej prędkości jazdy (10 15 km/h). Próba przy tak niskiej prędkości początkowej pozwala na pominięcie, bez popełniania dużego błędu, oporów powietrza. Wartość współczynnika oporu toczenia f t można wyznaczyć na podstawie zależności: a sr a sr f t I k (1) g m g rt gdzie: a sr średnie opóźnienie wybiegu (z dwóch prób) [m/s ], g przyspieszenie ziemskie [m/s ], m masa samochodu [kg], r t promień toczny koła [m], I k suma momentów bezwładności kół i elementów z nimi związanych zredukowanych na oś kół jezdnych [kgm ]. Wartości momentów bezwładności kół I k należy odczytać z nomogramu zawartego w [1], dla ustalonego promienia dynamicznego koła samochodu. Próbę rozpędzania należy przeprowadzić na wybranym biegu. Podczas próby należy gwałtownie nacisnąć na pedał przyspieszenia i rozpędzać samochód do prędkości maksymalnej na danym biegu. W procesie rozpędzania pojazdu na drodze poziomej, na wybranym biegu, moment obrotowy silnika spalinowego z wału korbowego przekazywany jest przez sprzęgło, skrzynię biegów i dalej poprzez przekładnię główną i półosie napędowe - na koła samochodu. Siła napędowa Fn, jaka wytwarzana jest przez silnik, musi być równa
sumarycznej sile oporów ruchu, na którą składają się: siły bezwładności Fb, oporu toczenia Ft oraz oporu powietrza Fp. Obliczenie wybranych parametrów charakterystyki zewnętrznej silnika spalinowego w warunkach trakcyjnych należy przeprowadzić w następujący sposób: 1. Wyznaczenie wartości siły napędowej Fn ze wzoru na ogólne równanie ruchu prostoliniowego pojazdu po drodze płaskiej: gdzie: F t - siła oporu toczenia, F p - siła oporu powietrza, F b - siła oporu bezwładności. Siłę oporów toczenia F t należy wyznaczyć z zależności: Siłę oporów powietrza F p należy wyznaczyć z zależności: F n = F t +F p +F b () F t = mg f t (3) Fp 0,047 Cx V A (4) gdzie: A - powierzchnia czołowa pojazdu [m ], V - prędkość pojazdu [km/h]. C x - współczynnik oporu aerodynamicznego. Powierzchnię czołową dla samochodów osobowych można wyznaczyć zrównania: gdzie: B - szerokość pojazdu [m], H wysokość pojazdu [m]. Siłę oporów bezwładności F b należy wyznaczyć z zależności: A 0,9 B H (5) gdzie: δ b - współczynnik mas wirujących obliczany z równania: F b = m a δ b (6) 1 i (7) b s b k I i s g m (8) s m r d I k (9) k m r c d gdzie: δ b - współczynnik mas zredukowanych dla danego biegu x, δ s - współczynnik mas wirujących silnika, δ k - współczynnik mas wirujących kół, i g - wartość przełożenia przekładni głównej, i b - wartość przełożenia w skrzyni biegów danego biegu, r d - promień dynamiczny koła [m],
I s - moment bezwładności silnika i elementów z nim związanych zredukowany na oś kół jezdnych [kgm ] przyjęty na podstawie nomogramu [1], I k suma momentów bezwładności kół i elementów z nimi związanych zredukowanych na oś kół jezdnych [kgm ].. Wyznaczenie wartości prędkość obrotowej silnika n s [obr/min] z równania: 3. Obliczenie siły napędowej na kołach z zależności:,65 V i i b g n (10) s r d dv Fn m Ft Fp Fw (11) dt b gdzie: dv a - średnie przyspieszenie [m/s dt ], którego wartość w danym i-tym punkcie wyznacza się ze wzoru: a i V i V 1 i 1 1 3,6 t t i 1 i 1 4. Obliczenie momentu obrotowego silnika Mo z zależności: m a r b m g f r 0,047 A c V r Mo d t d x d (1) i i b g m 5. Obliczenie mocy silnika z równania: Mo ns N S (13) 9550 Przykładowa charakterystyka silnika uzyskana na podstawie próby wybiegu przedstawiona jest na rys. 4.
moment obrotowy silnika Mo [Nm] moc silnika Ne [kw] Opracował: dr inż. Artur JAWORSKI 350 340 330 30 310 300 90 80 70 60 50 40 30 0 10 00 190 180 170 160 150 140 130 10 110 100 90 80 70 60 50 40 30 0 10 0 Mo II Ne max -84 [Nm] przy 3678 [obr/min] Ne II Mo I Ne I Mo max -45 [Nm] przy 1500 000 500 3000 3500 4000 4500 prędkość obrotowa silnika n [obr/min] 88 [obr/min] 75 obr/min Mo max -30 [Nm] przy 3333 [obr/min] 90 Ne max -83 [Nm] przy 3838 [obr/min] 80 70 60 50 40 30 0 10 0 Rys. 4. Porównawcze przybliżone charakterystyki zewnętrzne momentu obrotowego i mocy silnika samochodu wyznaczone na podstawie prób wybiegu na pierwszym i drugim biegu
W sprawozdaniu należy zamieścić wyniki pomiarów (w tabelach i na wykresach) oraz wnioski. Literatura pomocnicza: 1. Arczyński S.: Mechanika ruchu samochodu. WNT, Warszawa 1994.. Orzełowski S.: Eksperymentalne badania samochodów i ich zespołów. WNT, Warszawa 1995. 3. Sitek K.: Diagnostyka samochodowa. Wyd. AUTO, Warszawa 1999. 4. Trzeciak K.: Diagnostyka samochodów osobowych. WKiŁ, Warszawa 008. 5. Instrukcja programu CeCalWin Pro: http://www.jrfrance.com/site/sites/default/files/users/admin/corrsys_datron/cecalwin_pro_mu_l ogiciel_commun_vol._010607.pdf 6. Instrukcja obsługi systemu DATRON, 000.