LABORATORIUM SILNIKÓW SPALINOWYCH Materiały pomocnicze Temat: Przygotowanie silnika do badań. Badanie stopnia rozruchu silnika spalinowego Celem ćwiczenia jest określenie właściwości rozruchowych samochodowego silnika spalinowego obejmujące sprawdzenie moŝliwości rozruchu silnika w danej temperaturze otoczenia. PRZYGOTOWANIE SILNIKÓW DO BADAŃ Silnik do badań silnikowych powinien posiadać: odpowiednią dokumentację towarzyszącą - do silnika powinny być dołączone dokumenty stwierdzające przyjęcie go przez kontrolę jakości producenta oraz charakterystyka techniczna i instrukcja obsługi, odpowiedni stan techniczny - silnik powinien być dotarty całkowicie i wyregulowany wg danych producenta oraz powinien być sprawne technicznie, silnik powinien być odpowiednio wyposaŝony, zgodnie z zakresem badań wg [3]. Silnik powinien być zamontowany na stanowisku w sposób zapewniający poprawną pracę przy pełnym obciąŝeniu z zachowaniem wymogów bezpieczeństwa. Podłączenie do instalacji paliwowej i wylotowej powinny zapewniać szczelność i niezawodność w kaŝdych warunkach badań. Wał łączący silnik z hamulcem powinien być zabezpieczony osłoną. Czujniki urządzeń pomiarowych powinny być zamontowane w sposób zapewniający szczelność połączeń. Pomiary podstawowych parametrów silnika powinny być prowadzone w odpowiednich miejscach. PołoŜenie punktów pomiarowych określa producent silnika. Standardowe rozmieszczenie punktów pomiaru poszczególnych parametrów silnika przedstawiono w tabeli 1. Tabela 1. Miejsca pomiaru podstawowych parametrów silnika [3] Lp. Mierzony parametr Miejsce pomiaru 1. Moment obrotowy Na wale korbowym lub jego odpowiedniku. 2. Prędkość obrotowa silnika Na wale korbowym lub jego odpowiedniku. 3. Temperatura paliwa - dla silników o zapłonie iskrowym, temperaturę paliwa naleŝy mierzyć jak najbliŝej dolotu do gaźnika lub zespołu kolektora wtryskiwaczy 1). - dla silników o zapłonie samoczynnym (diesel), temperaturę paliwa naleŝy mierzyć na dopływie paliwa do pompy wtryskowej 2). 4. Temperatura powietrza w W kanałach dolotowych 3). układzie dolotowym silnika 5. Temperatura cieczy Na wypływie z silnika 4) chłodzącej 6. Temperaturę oleju smarującego 7. Ciśnienie oleju smarującego W miejscu określonym przez producenta. 8. Ciśnienie bezwzględne w przewodzie dolotowym 9. Przeciwciśnienie w układzie wylotowym silnika 5) 10. Spadek ciśnienia w układzie dolotowym 6) Na dolocie do magistrali olejowej, na wylocie z chłodnicy oleju (jeŝeli jest zainstalowana), albo w miejscu określonym przez producenta. Ciśnienie bezwzględne na dolocie do silnika za spręŝarką i wymiennikiem ciepła, jeŝeli są zamontowane, naleŝy mierzyć w kolektorze dolotowym i w dowolnym innym punkcie, w którym powinno być zmierzone ciśnienie w celu obliczenia współczynników korekcji. W punkcie oddalonym o co najmniej trzy średnice przewodu w kierunku przepływu spalin od kołnierza(-y) kolektora(-ów) wylotowego(-ych) przy turbospręŝarce (-kach) (jeŝeli jest zamontowana). Na dolocie do kanałów dolotowych, filtra powietrza, tłumika hałasu na dolocie lub ogranicznika prędkości obrotowej silnika (jeŝeli są zamontowane).
cd. tabeli 3.1 1) Temperaturę paliwa naleŝy utrzymywać na poziomie określonym przez producenta z dokładnością ± 5 K. JednakŜe dopuszczalna podczas pomiaru minimalna temperatura paliwa powinna być temperaturą otaczającego powietrza. JeŜeli producent nie określił wartości temperatury paliwa dla badania, powinna ona wynosić 298 K ± 5 K. 2) Na Ŝądanie producenta, pomiar temperatury paliwa moŝna zrealizować w innym punkcie pompy wtryskowej, reprezentatywnym dla warunku pracy silnika lub w przewodzie doprowadzającym paliwo między filtrem paliwa a pompą wtryskową, powyŝej punktu wypływu paliwa powrotnego. 3) W tym samym punkcie naleŝy wykonać pomiar spadku ciśnienia w układzie dolotowym. Termometr lub termoparę naleŝy osłonić od przepływu powrotnego paliwa oraz ciepła promieniowania i umieścić bezpośrednio w strumieniu powietrza. 4) Temperaturę cieczy chłodzącej naleŝy utrzymywać na poziomie określonej przez producenta górnej wartości temperatury regulowanej termostatycznie z dokładnością ± 5 K. JeŜeli producent nie określi powyŝszej temperatury, naleŝy utrzymywać temperaturę równą 353 K ± 5 K (80 ±5 C). W przypadku silników chłodzonych powietrzem, temperatura w 0 punkcie wskazanym przez producenta powinna być utrzymywana w zakresie -20 K od maksymalnej wartości określonej przez producenta dla warunków odniesienia. 5) W przypadku zastosowania równowaŝnego układu dolotowego zamiast układu seryjnego naleŝy dokonać kontroli, aby upewnić się, iŝ wartość spadku ciśnienia nie róŝni się o więcej niŝ 100 Pa od wartości granicznej określonej przez producenta dla czystego filtra powietrza. 6) W przypadku zastosowania równowaŝnego układu wylotowego zamiast układu seryjnego naleŝy dokonać kontroli celem upewnienia się, Ŝe przeciwciśnienie w układzie wylotowym silnika nie róŝni się o więcej niŝ 1000 Pa od ciśnienia określonego przez producenta. JednakŜe moŝna zastosować system zapewniający minimalną wartość strat ciśnienia. STANOWISKO BADAWCZE DO BADANIA WŁASNOŚCI ROZRUCHOWYCH W skład stanowiska do badania własności rozruchowych poza standardowymi urządzeniami i przyrządami pomiarowymi powinny wchodzić, co najmniej: termometry o dokładności wskazań ±1 C do pomiaru temperatury elektrolitu w środkowym ogniwie akumulatorów, woltomierz klasy dokładności 1,5 do pomiaru napięcia na zaciskach rozrusznika, amperomierz klasy dokładności 1,5 do pomiaru natęŝenia prądu pobieranego przez rozrusznik, sekundomierz o dokładności wskazań ±0,5 % do pomiaru czasu próby rozruchu, rejestratory wielokanałowe (np. oscylograf pętlicowy) z moŝliwością ciągłej rejestracji co najmniej dwóch temperatur, prędkości obrotowej, napięcia i natęŝenia prądu w funkcji czasu oraz chwili włączenia i wyłączenia rozrusznika i urządzenia rozruchowego przez znacznik zdarzeń, urządzenie do ładowania akumulatorów, areometr i woltomierz do określania stanu akumulatora. W przypadku wyznaczania granicznej temperatury rozruchu silnika dodatkowo stanowisko powinno być wyposaŝone w: komorę chłodniczą z automatyczną regulacją zapewniającą uzyskanie temperatury w granicach 0 do 40 C i utrzymanie jej z dokładnością do ±2 C w całej objętości komory przy wilgotności względnej nie przekraczającej 60 %, instalację elektryczną do zasilania urządzeń i przyrządów pomiarowych oraz do zasilania rozrusznika z akumulatorów umieszczonych w komorze z moŝliwością zasilania rozrusznika ze źródła energii z zewnątrz komory, PRZYGOTOWANIE AKUMULATORÓW DO BADAŃ Komplet akumulatorów zastosowany w badaniach (rodzaj, liczba, napięcie, pojemność) powinien być zgodny z przewidzianym do rozruchu badanego silnika w seryjnym wyposaŝeniu samochodu. Akumulatory powinny być w stanie technicznym zapewniającym zgodność ich parametrów z danymi producenta. Do kaŝdej próby rozruchu akumulatory powinny być naładowane w 75 % pojemności znamionowej. Stan ten naleŝy otrzymać wykonując kolejno następujące czynności przy temperaturze elektrolitu nie niŝszej od 5 C: naładować (bądź doładować) wg instrukcji obsługi, wyładować prądem równym 0,05 pojemności znamionowej 20-godzinnej w ciągu 10 h, ładować prądem jak wyŝej w ciągu 5 h.
PRZYGOTOWANIE SILNIKÓW DO BADANIA STOPNIA ROZRUCHU Silnik powinien spełniać ogólne wymagania dla badań silnikowych a w szczególności powinien posiadać wyposaŝenie seryjne z kompletnym układem dolotowym, wylotowym i chłodzenia. Silniki mogą być wyposaŝone w urządzenia wspomagające rozruch tylko w przypadku, gdy stanowią jego wyposaŝenie seryjne. Przed przystąpieniem do badań naleŝy zmierzyć napięcie na zaciskach rozrusznika i natęŝenie prądu pobieranego przez nieobciąŝony rozrusznik. Przed kaŝdą próbą rozruchu silnik powinien przepracować około 30 min na biegu luzem. Przed pierwszą próbą rozruchu i przed następną próbą po nieudanym rozruchu naleŝy uruchomić silnik, zasilając rozrusznik z zewnątrz komory chłodniczej, natomiast po udanym rozruchu naleŝy wykorzystać uruchomienie silnika podczas próby. Prędkość obrotowa powinna być tak dobrana, aby w ciągu ostatnich 10 min pracy silnika temperatura oleju w misce olejowej była zgodna z zaleconą przez producenta lub wynosiła 80 ±5 C, jeŝeli nie ma zalecenia. Zatrzymanie silnika powinno nastąpić po około 15 s pracy, przy prędkości obrotowej mocy maksymalnej. Przez cały czas naleŝy kontrolować pracę silnika i szczelność połączeń oraz działanie urządzeń i przyrządów pomiarowych. W przypadku wystąpienia nieprawidłowości, naleŝy je usunąć i jeŝeli zakłócony został przebieg pracy silnika, naleŝy ją powtórzyć. Po zatrzymaniu silnika naleŝy pobrać próbkę oleju z układu olejenia i wykonać oznaczenie lepkości kinematycznej, w temperaturze, w jakiej określona była lepkość oleju świeŝego. Lepkość nie powinna obniŝyć się więcej niŝ o 10 % w stosunku do lepkości oleju świeŝego. W przypadku przeciwnym naleŝy wymienić olej na świeŝy (łącznie z wkładem filtrującym) i powtórzyć wstępną pracę silnika. Przed kaŝdą próbą rozruchu silnik i akumulatory przygotowane jw. oraz paliwo w zbiorniku naleŝy ochłodzić w komorze chłodniczej do danej temperatury otoczenia, co uznaje się za osiągnięte z chwilą uzyskania tej temperatury we wszystkich miejscach pomiarowych wg p. Stanowisko badawcze silnika spalinowego pracy [2]. Następnie tak ochłodzony silnik, akumulatory i paliwo naleŝy przetrzymać w danej temperaturze przez 12 h. PoŜądane jest, Ŝeby łączny czas chłodzenia nie przekraczał 20 h, aby pozostała część doby przy, kolejno następujących po sobie próbach rozruchu mogła być wykorzystana na wykonanie próby. W przypadku określania granicznej temperatury rozruchu przed kaŝdą próbą rozruchu silnik i akumulatory (wskazane - dwa komplety akumulatorów) przygotowane wg wskazówek powyŝej oraz paliwo w zbiorniku naleŝy: umieścić w komorze chłodniczej; zbiornik naleŝy napełnić paliwem, następnie naleŝy zamontować i podłączyć urządzenia i przyrządy pomiarowe, konieczne do przeprowadzenia badań, ochłodzić w komorze chłodniczej do danej temperatury otoczenia, co uznaje się za osiągnięte z chwilą uzyskania tej temperatury we wszystkich miejscach pomiarowych (tj. w przewodzie (kolektorze) łączącym głowicę (głowice) z chłodnicą przed termostatem, w misce olejowej, w zbiorniku paliwa oraz na wejściu do gaźnika lub do pompy wtryskowej, w środkowym ogniwie akumulatorów), WARUNKI BADAŃ Podczas badań rodzaj paliwa, oleju i cieczy chłodzącej powinny być wg zaleceń producenta dla ogólnego stosowania w danej temperaturze otoczenia, przy czym olej powinien być atestowany. Prądnica powinna być nieobciąŝona. PRÓBA ROZRUCHU SILNIKA Po przygotowaniu silnika wg wskazówek przytoczonych wyŝej, naleŝy wyłączyć sprzęgło (jeŝeli próbie poddaje się zespół napędowy - silnik ze skrzynią biegów) i ustawić urządzenia
sterujące pracą silnika w połoŝeniu przewidzianym w instrukcji obsługi dla rozruchu w danej temperaturze otoczenia (dawka paliwa, urządzenie rozruchowe, zapłon itp.). Następnie naleŝy przeprowadzić próbę obejmującą maksimum 3 cykle rozruchu (3-krotne włączenie i wyłączenie rozrusznika) i przerwy po 60 s między cyklami, przy czym czas kaŝdego z cykli powinien wynosić: 10 s dla silników o zapłonie iskrowym, 15 s dla silników o zapłonie samoczynnym. Z chwilą rozpoczęcia przez silnik samodzielnej pracy rozrusznik naleŝy natychmiast wyłączyć. Przyjmuje się, Ŝe samodzielna praca silnika rozpoczyna się w chwili, gdy natęŝenie prądu pobieranego przez rozrusznik obniŝy się do wartości występującej przy pracy rozrusznika nieobciąŝonego. Następnie naleŝy obserwować, czy silnik zwiększając prędkość obrotową osiągnie prędkość zapewniającą pracę ustabilizowaną (w przypadku silników gaźnikowych - po całkowitym wyłączeniu urządzenia rozruchowego). Podczas próby powinny być rejestrowane, co najmniej: temperatura cieczy chłodzącej, temperatura oleju, prędkość obrotowa wału korbowego, napięcie na zaciskach rozrusznika. natęŝenie prądu pobieranego przez rozrusznik w funkcji czasu z zaznaczeniem przez znacznik zdarzeń rejestratora chwili kaŝdego włączenia i wyłączenia rozrusznika oraz urządzenia rozruchowego. Bezpośrednio po zakończeniu próby naleŝy przystąpić do przygotowania silnika do następnej próby wg 2.3.6, jeŝeli taka będzie przeprowadzona. OPRACOWANIE WYNIKÓW PRÓBY ROZRUCHU Bezpośrednim wynikiem próby jest udany lub nieudany rozruch silnika w danej temperaturze otoczenia (wynik dodatni lub ujemny próby). Rozruch uznaje się za udany, jeŝeli nastąpi w czasie określonym przez producenta lub w przypadku braku takiego określenia - w czasie, który nie przekracza sumy czasów wszystkich trzech cykli próby, i jeŝeli silnik osiągnie następnie prędkość obrotową zapewniającą pracę ustabilizowaną (w przypadku silników gaźnikowych - po całkowitym wyłączeniu urządzenia rozruchowego). Na podstawie wskazań i zapisu przyrządów pomiarowych naleŝy dla danej temperatury otoczenia, co najmniej wyznaczyć: czas rozruchu - czas, jaki upłynął od chwili włączenia rozrusznika w I cyklu do chwili rozpoczęcia przez silnik samodzielnej pracy w I, II lub III cyklu próby, z wyłączeniem sumy czasów przerw w pracy rozrusznika między cyklami, czas korzystania z urządzenia rozruchowego (ssania) w przypadku silników gaźnikowych - czas, jaki upłynął od chwili włączenia rozrusznika w 1 cyklu próby do chwili całkowitego wyłączenia urządzenia rozruchowego, po którym silnik osiągnął prędkość obrotową zapewniającą pracę ustabilizowaną, z wyłączeniem sumy czasów przerw w pracy rozrusznika między cyklami. Poza tym, w zaleŝności od potrzeby, mogą być sporządzone wykresy przedstawiające zaleŝność wielkości rejestrowanych od czasu próby rozruchu. SPRAWDZENIE MOśLIWOŚCI ROZRUCHU SILNIKA W DANEJ TEMPERATURZE OTOCZENIA W danej temperaturze otoczenia i w niezmienionych warunkach badań naleŝy trzykrotnie przeprowadzić próbę rozruchu. Kolejno trzykrotne uzyskanie dodatniego wyniku próby przyjmuje się za wystarczające do pozytywnej oceny moŝliwości rozruchu silnika w danej temperaturze otoczenia. Za czas rozruchu silnika w danej temperaturze otoczenia przejmuje się średnią arytmetyczną czasów rozruchu z trzech ww. prób.
W przypadku otrzymania chociaŝby jednego ujemnego wyniku próby, przyjmuje się to za podstawę do negatywnej oceny moŝliwości rozruchu silnika w danej temperaturze otoczenia. WYZNACZENIE GRANICZNEJ TEMPERATURY ROZRUCHU SILNIKA Graniczna temperatura rozruchu silnika to najniŝsza temperatura otoczenia, przy której zgodnie z ustalonymi warunkami moŝe jeszcze nastąpić rozruch silnika. Na wstępie naleŝy przyjąć orientacyjnie moŝliwie niską temperaturę otoczenia, przy której silnik powinien dać się uruchomić. Następnie naleŝy przeprowadzać w przyjętej temperaturze próbę rozruchu. W przypadku, gdy silnik przejdzie próbę z wynikiem dodatnim, naleŝy temperaturę odpowiednio obniŝyć, a jeŝeli z ujemnym - odpowiednio podwyŝszyć i przeprowadzić następną próbę rozruchu. Kolejne próby naleŝy przeprowadzać aŝ do uzyskania temperatury granicznej, przy której silnik przechodzi próbę z wynikiem dodatnim, a obniŝenie jej o 1 C daje juŝ wynik ujemny. Temperatura graniczna powinna być potwierdzona przez sprawdzenie moŝliwości rozruchu silnika w danej temperaturze z jednoczesnym wyznaczeniem czasu rozruchu w tej temperaturze Literatura [1] BN-82/1374-10: Silniki samochodowe - Badania stanowiskowe - Określanie właściwości rozruchowych w niskich temperaturach. Wydawnictwa Normalizacyjne, Warszawa 1982. [2] Kuszewski H., Ustrzycki A.: Laboratorium spalinowych napędów środków transportu. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2011. [3] PN-ISO 15550-1: Silniki spalinowe tłokowe - Określanie i metoda pomiaru mocy silnika - Wymagania ogólne. PKN, Warszawa 2009.