ZNACZENIE NOWOCZESNEGO WYKRYWANIA USTEREK I BADANIA SAMOCHODÓW

ZNACZENIE  NOWOCZESNEGO WYKRYWANIA   USTEREK I  BADANIA SAMOCHODÓW

i ■

Obciążenia związane z eksploatacją samochodu oddziałują w sposób nieuchronny na elementy konstrukcyjne pojazdu. W wyni­ku tego oddziaływania powstają trwałe lub usuwalne zmiany, a zja­wiskiem towarzyszącym jest wzrost kosztów eksploatacji i częściowe pogorszenie bezpieczeństwa komunikacji samochodowej.

Poza uszkodzeniami związanymi z obciążeniami przeciętny­mi — a więc nieuniknionymi — można się zawsze liczyć z tego ro­dzaju nieoczekiwanymi usterkami zakłócającymi tok normalnej pra­cy, które mogą być odniesione do odchyłek wymiarowych powstają­cych przy produkcji, do oddziaływania czynników o charakterze ja­kościowym, do obciążeń przekraczających wielkość przeciętną, do wpływu warunków meteorologicznych, do niefachowego sposobu użyt­kowania itp. Jeśli ilość i rodzaj uszkodzeń związanych z obciążenia­mi przeciętnymi może być obniżona do minimum poprzez stosowanie celowo opracowanych metod obsługowo-naprawczyeh i przeglądów, to oddziaływanie czynników wyszczególnionych powyżej może być kontrolowane jedynie w niewielkim stopniu, albo wręcz jest nie­uchwytne. Musimy zatem przyjąć jako fakt, iż pojawienie się usterek zakłócających pracę samochodu i bezpieczeństwo komunikacji jest zjawiskiem absolutnie przypadkowym i z tego względu utrzymanie nienagannego stanu technicznego jest możliwe jedynie poprzez prze­prowadzanie stałej kontroli stanu technicznego.

Konieczność dokonywania systematycznej kontroli i wykry­wania usterek wynika ponadto z faktu, iż większość tych usterek jest w okresie eksploatacji samochodu dostrzegalna dopiero wówczas, gdy ich oddziaływanie staje się już szczególnie znaczące. Nawet doświad­czony kierowca nie jest w stanie zauważyć usterek silnika objawia­jących się spadkiem mocy i wzrostem zużycia paliwa o kilka pro­cent, uszkodzenia lub odkształcenia mechanizmu jezdnego, częściowe­go obniżenia skuteczności hamowania itp. Wie o tym dobrze większość

9

użytkowników stosując systematyczną kontrolę pojazdu w celu jak najszybszego wykrycia usterek i niedopuszczenia do powstawania dal­szych uszkodzeń.

Zawyżone wymagania w zakresie bezpieczeństwa komunikacji i pracochłonności usługi, wynikające z gwałtownego wzrostu motory­zacji, nie mogą być zaspokojone tradycyjnymi metodami kontroli. Dawne metody — oparte niemal wyłącznie na obserwacji — nadają się jedynie do wykrywania większych usterek. Drobniejsze usterki zapłonu, mniejsze, choć już szkodliwe, niewyważenia kół, błędy usta­wienia mechanizmu jezdnego rzędu jednego — dwóch stopni, względ­nie rozbieżności sił hamowania na kołach — były tak samo niemoż­liwe do wykrycia bez zastosowania odpowiednich przyrządów pomia­rowych i urządzeń, jak na przykład usterki układu kierowniczego, spowodowane zużyciem lub częściową utratą mocy silnika.

Należy tu jeszcze wspomnieć o innym mankamencie daw­nych metod wykrywania usterek, jakim była w niektórych przypad­kach konieczność dokonania demontażu części konstrukcyjnych, co zwykle powodowało ich znaczne uszkodzenie. Niekiedy bez przesady można było stwierdzić, że demontaż powodował szkody większe od tych, jakie występowałyby w przypadku nieusuwania usterek. Ne­gatywne skutki demontażu były widoczne zwłaszcza wtedy, gdy w przypadku badania przeprowadzanego z chwilą uzyskania określone­go przebiegu wymontowywano również nieuszkodzone części kon­strukcyjne (np. zdejmowano głowicę) powodując ich uszkodzenie.

Pojawienie się diagnostyki spowodowało w dziedzinie wy­krywania usterek zmiany o szczególnym znaczeniu. Ponieważ diag­nostyka istnieje również w innych dziedzinach, celowe będzie dokład­ne sprecyzowanie pojęcia diagnostyki samochodowej oraz związanych z nią metod i urządzeń. Pod pojęciem diagnostyki rozumiemy:

—  wykrywanie ukrytych usterek części konstrukcji bez ich demonta­żu,

—  ocenę charakterystyk technicznych oddziałujących na bezpieczeń­stwo komunikacji samochodowej,

—  określenie stanu technicznego samochodu,

—  regulację ważniejszych części konstrukcyjnych.

Metody w^rchodzące w zakres pojęcia diagnostyki całkowicie eliminują błędy dawnych metod. Wykrywanie ukrytych usterek od­bywa się za pomocą przyrządów pomiarowych, instalacji i urządzeń mechanicznych, hydraulicznych, optycznych lub elektronicznych spe­cjalnego przeznaczenia. Za ich pośrednictwem samochód może być bezbłędnie oceniony również pod kątem zastosowania techniki pomia­rowej. Właściwa 'zastosowanie techniki pomiarowej sprawia, że roz­montowywanie części konstrukcyjnych staje się zbędne, a ponadto powstaje możliwość dokładnego pomiaru takich charakterystyk tech­nicznych i danych regulacyjnych, których ocena dawnymi metodami była niemożliwa,  a znajomość których jest niezbędna do określenia

10

■niezawodności pracy pojazdu i komunikacji oraz do wykonania czyn­ności regulacyjnych.

Naturalnie przy stosowaniu badań przyrządowych należy zda­wać sobie sprawę z tego, że cena niezbędnych przyrządów pomiaro­wych, urządzeń i instalacji spowoduje wzrost kosztów w porównaniu z kosztami związanymi z urządzeniem warsztatu tradycyjnego. Tłu­maczy to częściowo fakt częstego podważania ekonomiczności diag­nostyki, a w poszczególnych przypadkach poddaje się w wątpliwość nawet korzyści o charakterze technologicznym. Jednak ten punkt wi­dzenia może mieć rację bytu jedynie wówczas, gdy charakterystyki ekonomiczne i technologiczne nowych metod opartych na technice po­miarowej — bez uwzględniania możliwości rozszerzenia zakresu po­miarów — będą porównywane bezpośrednio z metodami starymi.

Nie wolno jednak nie dostrzegać faktu, iż metodami tradycyj­nymi nie da się wykryć wielu usterek i że niektóre czynności regu­lacyjne — istotne z punktu 'widzenia pracy samochodu — nie mogą być wykonane. Przykładem może być badanie zapłonu, regulacja gaź-nika, wyważanie kół, kontrola regulacji mechanizmu jezdnego, wy­krywanie odkształceń mechanizmu jezdnego spowodowanych obcią­żeniami zewnętrznymi, kontrola śladowości kół przednich i tyl­nych, ustalanie charakterystyk i niedomagań silnika, określanie sił hamowania na kołach w punktach styku z nawierzchnią. Biorąc pod uwagę ograniczone możliwości nie można dziś obciążyć winą nawet najlepszego fachowca, jeśli któraś z wymienionych czynności zosta­nie przez niego wykonana w sposób niedokładny na skutek braku nie­zbędnych przesłanek, jako że w tym (rozumieniu wiedza fachowa jest tylko jednym z czynników wśród warunków skutecznej działalności.

Przy ocenie czasochłonności badania przyrządowego należy wziąć pod uwagę, ile czasu wymagałoby wykonanie metodami trady­cyjnymi tej pracy, którą można wykonać w krótkim czasie specjal­nymi przyrządami i urządzeniami. Ze względu na weryfikację oceny nie możemy z tego zrezygnować nawet wówczas, gdy czynności bada­nia przyrządowego nie mają swego tradycyjnego odpowiednika w praktyce.

Dla oceny zagadnień ekonomicznych ważnych z punktu wi­dzenia nakładu czasu i w pewnym stopniu wdrożenia zbadajmy przy­kładowo kontrolę zapłonu. Za pomocą nowoczesnego urządzenia oscy­loskopowego do badania zapłonu można przeprowadzić w okresie średnio 12~f-15 minut następujące badania:

1  — kontrola akumulatora w stanie obciążonym i nieobciążonym,

2  — pomiar oporności przejścia na stykach przerywacza,

3  — pomiar i regulacja kąta zwarcia,

4  — kontrola pojemności i izolacji kondensatora,

5  — ocena wyprzedzenia kąta zapłonu,

6   — kontrola regulatorów odśrodkowych i podciśnieniowych wyprzedzenia zapłonu,

7   — (kontrola uzwojenia pierwotnego i wtórnego cewki zapłonowej:

zwarcie międzyzwojowe,  przerwanie  uzwojenia, wady  izolacji itp.,

8  — pomiar napięcia wtórnego z obciążeniem i bez obciążenia,

9  — określenie kąta zapłonu w poszczególnych cylindrach oraz rozbieżności kątów wyprzedzenia zapłonu pomiędzy cylindrami,

10 — stwierdzenie uszkodzeń mechanicznych głowicy rozdzielacza zapłonu,

11  — kontrola przerwy na stykach i izolacji rozdzielacza zapłonu,

12  — kontrola stanu części przeciwzakłóceniowych,

13  — określenie  rozbieżności   pomiędzy   energiami  zapłonów  w  poszczególnych cylindrach,

14  — określenie niedomagań w wytwarzaniu mieszanki paliwowej,

15  — kontrola działania regulatora napięcia,

16  — kontrola świec zapłonowych w warunkach eksploatacji,

17  — pomiar izolacji obwodu wtórnego,

18  — określenie  rozbieżności  pomiędzy   mocą   poszczególnych   cylin-

drów,

19  — określenie niedomagań w zakresie szczelności cylindrów,

20  — określenie w czasie pracy niedomagań w zakresie szczelności

zaworów, a w przypadku niektórych typów pomiar kątów ste­rowania. Jeśli przeanalizujemy powyższe zestawienie — które z punk­tu widzenia rodzaju niedomagań bynajmniej nie wyczerpuje wszyst­kich możliwości — będziemy mogli stwierdzić, że znaczna część spo­śród wyszczególnionych badań nie może być w ogóle przeprowadzona z uwagi na brak odpowiedniego oprzyrządowania i nawet obecnie na ogół nie są one realizowane.

W ramach badania zapłonu nakład czasu nie może być więc porównywany z zapotrzebowaniem na czas pomiaru przyrządowego. Do dokonania właściwej oceny należy określić wielkość niezbędnego czasu z uwzględnieniem innych istniejących możliwości (stanowisko badawcze elektryczne, przyrządy do pomiarów elektrycznych w sa­mochodzie itp.) w porównaniu z równoważnym badaniem. Według prowizorycznych* oszacowań omawiany nakład czasu dochodzi do 1 godziny, w niektórych przypadkach przekraczając tę wartość. Jeśli czas ten porównamy z czasem badania przyrządowego, to zaleta me­tody nie będzie podlegać dyskusji.

Byłoby  niesłusznym  twierdzenie,   że  badania  diagnostyczne stanowią  rewolucyjną zmianę  w zapleczu technicznym  motoryzacji, tym niemniej stosowanie metod opartych na technice pomiarowej ma swoje liczne uzasadnienia, np.: — dokładne określenie rodzaju niedomagania przed naprawą,

—  dążność do 'unowocześnienia technologii,

—  zmniejszenie  czasów  technologicznych   przy   kontroli  i regulacji,

—  poprawa jakości usług przez usunięcie wszelkich niedomagań, któ­rych ocena w inny sposób jest niemożliwa,

—  stworzenie możliwości dokonywania kontroli przyrządowej nieza­leżnie od przeprowadzanych zabiegów naprawczych i obsługowych, co obecnie wymagane jest przez użytkowników pojazdów,

— stworzenie możliwości przeprowadzania pomiarów i kontroli po­między zabiegami naprawczymi względnie przy odbiorze końco­wym,

— stworzenie warunków warsztatowych (serwisowych) wzbudzają­
cych zaufanie u postronnego obserwatora.

Kraje o wysoko rozwiniętej komunikacji samochodowej, dysponujące dużym parkiem pojazdów, już przed laty zwróciły uwagę na znacze­nie badań diagnostycznych. Na terenie zakładów naprawczych i ob­sługowych, jak również obiektów technicznych wykonujących obo­wiązkowe przeglądy samochodów, można spotkać nowoczesne urzą­dzenia względnie aparaty pomiarowe, a w niektórych przypadkach całkowicie zautomatyzowano opracowanie danych pomiarowych przez zastosowanie komputera. W wielu krajach, między innymi w USA, RFN, Anglii itd. w oparciu o wyniki badań diagnostycznych wykaza­no, że znaczna część pojazdów, prezentujących się zresztą okazale, jeździ z niedomaganiami zagrażającymi niezawodności pracy pojazdu i bezpieczeństwu jazdy, o czym użytkownik zwykle nie zdawał sobie sprawy. Na przykład w USA według danych z roku 1968 blisko 10 000 pojazdów statystycznych wykazało w trakcie badań diagnostycznych następujące niedomagania: wadliwe ustawienie świateł w 71,72%, nie­sprawność przednich amortyzatorów w 36%, niewyważenie kół w 50,73%, niewłaściwe ustawienie mechanizmu jezdnego w 56%, niedo­magania zapłonu w 43,97%, niedopuszczalne rozbieżności pomiędzy si­łami hamowania na kołach w 35%, skuteczność hamowania poniżej wartości dopuszczalnej w 28%. Są to oczywiście niedomagania wyra­żające się większymi wartościami procentowymi, a pełny zestaw nie­domagań byłby znacznie obszerniejszy.

W RFN „Zjednoczenie Nadzoru Technicznego' opublikowało następujące dane dotyczące struktury ilościowej niedomagań, uzyskane z oceny 4 744 000 samochodów: układ hamulcowy w 22,9%, urządzenia oświetleniowe w 18,7%, układ kierowniczy w 12,7%, urządzenia in­stalacyjne w 16,6%, koła ogumione w 7,4% itd. Zbadane pojazdy po­siadały niedomagania mniejsze w 25,9%, niedomagania większe w 26,8%, a 43 263 samochody okazały się zdecydowanie niebezpieczne z punktu widzenia bezpieczeństwa komunikacji.

Tego rodzaju i inne podobne dane wskazują w sposób szcze­gólnie przejrzysty na znaczenie diagnostyki, stwarzającej jedyną moż­liwość wiarygodnego wykrywania niedomagań samochodu. Nie wolno jednak zapominać o tym, że rezultat badania diagnostycznego uza­leżniony jest nie tylko od wielu innych uwarunkowań, lecz również od przygotowania fachowego personelu wykonującego zadanie. Do przyswojenia wiedzy fachowej niezbędna jest literatura fachowa. Książka niniejsza powinna stanowić pomoc przy szczegółowym po­znawaniu teoretycznych zasad metod diagnostycznych oraz przy prak­tycznym ich stosowaniu.

₁

TEORETYCZNE  PODSTAWY  SZYBKIEGO BADANIA SILNIKA

Szczegółowe badanie silnika jest wykonywane w celu okreś­lenia jego mocy, momentu obrotowego, ilości paliwa zużytego do wy­konania pracy jednostkowej (czyli jednostkowego zużycia paliwa), ilości paliwa zużywanego w jednym cyklu roboczym, nadmiaru po­wietrza, sprawności całkowitej, sprawności wolumetrycznej, charakte­rystyk wytwarzania mieszanki itd. Pomiary te nie mogą być przepro­wadzone na silniku zamontowanym w samochodzie i wymagają za­stosowania dość kosztownych urządzeń. Poza niezbędnym do pomiaru mocy stanowiskiem hamulcowym i innymi urządzeniami są potrzebne również instalacje zasilania w paliwo i energię elektryczną, układ chłodzenia, odpowiednie podłoże amortyzujące drgania, a także przy­rządy (miernik ciśnienia oleju, termometr do pomiaru temperatury wody), za pomocą których można śledzić charakterystyki eksploata­cyjne.

W związku z powyższym zarówno prace przygotowawcze, jak i koszty pomiaru są znaczne. Pomiar i jego ocenę może przeprowadzić jedynie pracownik specjalnie w tym kierunku wyszkolony i dysponu­jący znacznym doświadczeniem. Wynika stąd, że szczegółowe badanie silnika nie może prowadzić do szybkiego wykrywania niedomagań i może być wykorzystywane wyłącznie do szczegółowych badań kwa­lifikacyjnych oraz do kontroli wyników badań doświadczalnych.

Do wykrywania niedomagań silnika jest potrzebna metoda szybka, niezbyt kosztowna, nie wymagająca demontażu i w miarą możliwości prosta. Zanim przejdziemy do omawiania metod odpo­wiadających tym wymaganiom zbadajmy, dlaczego wykrywanie nie­domagań w rozpatrywanym rozumieniu może stać się konieczne. Przede wszystkim wykrywanie niedomagań jest nie do uniknięcia, gdy dostrzegalne pogorszenie charakterystyk silnika wyraźnie wska­zuje na obecność usterki i gdy należy stwierdzić rzeczywistą jej przy­czynę. W takim przypadku niedomaganie jest znaczne, jako że mniejsze  zmiany  są  niezauważalne  na  silniku  zamontowanym  w   samo­chodzie.

Planowa obsługa techniczna uzasadnia badanie silnika rów­nież wówczas, gdy nie ma większych powodów do narzekań, co stwa­rza możliwości wykrycia najmniejszej zmiany lub nieprawidłowości regulacji i tym samym uniknięcia późniejszych większych uszkodzeń. Niezależnie od tego, kontrola silnika stwarza również możliwość oce­ny konieczności dokonania zaleconej czynności obsługowej, wymiany części lub przeprowadzenia naprawy głównej. W poprzednich przy­padkach silnik badano zawsze w stanie zamontowanym' w samocho­dzie, a więc ze względu na zawyżone nakłady czasu i kosztów nie może być nawet mowy o niezależnym badaniu silnika. Oczywiście fakt ten w znacznym stopniu zawęża możliwość pomiaru.

Powstaje pytanie, jakiego rodzaju parametry silnika mogą nas interesować w okresie jego badania, przy wykrywaniu niedomagań. Zwykle nie potrzebujemy parametrów oderwanych, zwymiarowanych, takich jak np.: moc, jednostkowe zużycie paliwa, średnie ciś­nienie efektywne, różne sprawności itp. Dzieje się tak dlatego, że określenie zmian tych parametrów związane z zużyciem jest uciążliwe. Może się na przykład zdarzyć, że luz na tłoku większy od przeciętne­go, o ile jeszcze nie wywiera wpływu na wymianę ładunku silnika, oddziałuje korzystnie na sprawność mechaniczną, a tym samym po­zwala na uzyskanie dużej mocy. Byłoby jednak zbyt śmiałym stwier­dzenie, że w takim przypadku w silniku nie występuje zużycie.

Użytkownik samochodu w pierwszym rzędzie jest zaintereso­wany wielkością zużyć i nieprawidłowościami regulacji. Interesuje go zatem stan otworów cylindrowych, pierścieni, zaworów, części rozrządu, łożysk, urządzeń do wytwarzania mieszanki, zapłonu, układu smarowania i chłodzenia. Pod pojęciem stanu nie należy jednak rozu­mieć wymiarów geometrycznych części, jako że właściciel samochodu niewiele potrafiłby począć z informacją, że w cylindrze jego silnika zużycie wynosi np. 0,02 mm. Na tego rodzaju stwierdzenie odpowie­działby prośbą o wyjaśnienie, z czym powinien się liczyć w przy­szłości. Jest to zresztą zupełnie naturalne, ponieważ użytkownika in­teresują w zasadzie dwie sprawy, a mianowicie, kiedy przy danym stanie silnika, należy liczyć się z pojawieniem większej usterki, po­wodującej niezdatność eksploatacyjną — a więc na jaki przebieg moż­na jeszcze liczyć — oraz jakiego rodzaju zabiegi wywierają korzystny wpływ na proces eksploatacji.

Stosownie do powyższego, a także ze względu na ograniczone moż­liwości pomiarowe (wbudowany silnik), stan poszczególnych części konstrukcyjnych należy określać nie z czynników bezpośrednich, lecz z pośrednich. Właściwości uszczelniające pierścieni tłokowych i zawo­rów należy oceniać nie z ich wymiarów, lecz z ilości powietrza o określonym ciśnieniu, wprowadzonego do cylindra i wydobywają­cego się z niego przez nieszczelności, względnie z ilości spalin wydobywających się ze skrzyni korbowej. Stan gaźnika należy oceniać ze składu spalin, w przypadku silników wysokoprężnych działanie pom­py wtryskowej należy oceniać z wielkości dymienia itp. W celu stwo­rzenia warunków do pomiarów pośrednich należy opracować dane i parametry niezbędne do dokonywania oceny 'poszczególnych typów, a zarazem do określania stopnia zużycia. Jednak złożony charakter tych wielkości uniemożliwia określenie ich drogą obliczeniową tak, że pozostaje jedynie możliwość wykonania tego zadania drogą prze­prowadzenia pomiarów. Ponieważ w ramach tego samego typu po­szczególne jednostki, z uwagi na odchyłki produkcyjne, mogą być do pewnego stopnia zróżnicowane, wykrywanie usterek powinno posia­dać charakter statystyczny.

BADANIE WŁAŚCIWOŚCI USZCZELNIAJĄCYCH PIERŚCIENI TŁOKOWYCH I ZAWORÓW, OCENA ROZBIEŻNOŚCI MIĘ­DZY SZCZELNOŚCIAMI POSZCZEGÓLNYCH CYLINDRÓW

W okresie eksploatacja silnik podlega procesowi naturalnego zużycia i po pewnym przebiegu zużyte części wymagają naprawy lub wymiany. Ze względu na rozbieżności pomiędzy parametrami i obcią­żeniami różnych typów silników, przebieg ten nie może być z góry określony. Z tego względu wielkości zużyć i zniszczeń powinny być obserwowane poprzez przeprowadzanie systematycznych kontroli. Zużycie silnika objawia się w pierwszym rzędzie w postaci utraty szczelności cylindrów, a więc właściwości uszczelniających pierścieni tłokowych i zaworów. Maleje wówczas ciśnienie sprężania, pogarsza się stopień napełnienia cylindrów, wzrasta zużycie oleju i ilość pro­duktów spalania przedmuchiwanych do skrzyni korbowej, w określo­nym cyklu pracy maleje podciśnienie w kanale dolotowym, wzrasta /użycie paliwa, spada moc silnika, zmienia się sprawność wolumetryczna i charakter momentu obrotowego itd. Wymienione zmiany determinują zarazem rozliczne możliwości pomiarowe. Należy tu jed­nak mieć na uwadze fakt, iż obecnie silniki samochodowe wykony­wane są w wersji wielocylindrowej i z tego względu należy przy ba­daniu śledzić nie tylko charakterystyki całego silnika, lecz również stan poszczególnych cylindrów.

Całkowita moc silników wielocylindrowych oraz jednostkowe zużycie paliwa uzależnione są od stanu i charakterystyk poszczegól­nych cylindrów. Oddziaływanie różnic pomiędzy poszczególnymi cy­lindrami objawia się w obniżeniu mocy. W tej sytuacji poszukiwanie usterki, obiecujące pewny rezultat, jest jednak możliwe tylko za po­mocą przyrządów i aparatów, jako że w przypadku silników o więk­szej liczbie cylindrów obniżenie mocy jednego cylindra w porównaniu z całkowitą mocą silnika jest zupełnie małe.

17                                                                                 

2 — Diagnostyka samochodu

Niejednakowa praca cylindrów (rozbieżność mocy poszczegól­nych cylindrów) może być tłumaczona usterkami częściowo elektrycz­nymi, częściowo zaś mechanicznymi. Spośród wielu możliwych uste­rek występujących w praktyce należy w pierwszym rzędzie wymienić:

—  rozbieżności w wielkościach energii iskry na poszczególnych cy­lindrach,

—  rozbieżności w szczelności pierścieni tłokowych i zaworów,

—  niedomagania rozrządu spowodowane zużyciem,

—  błędy regulacji i montażu,

—  wady wytwarzania mieszanki.

Niezależnie od rodzaju badanej usterki usunięcie jej będzie znacznie ułatwione o ile, stosując jakikolwiek pomiar docelowy, bę­dzie można w prosty sposób wyodrębnić spośród cylindrów silnika ten, co do którego są zastrzeżenia. W przeciwnym przypadku naprawa usterki jest zwykle nie do zrealizowania.

W celu wykrycia usterek uszczelnienia cylindrów i wzajem­nych rozbieżności pomiędzy nimi, już od dawna stosuje się ciśnienio­mierz. W większości zakładów szczytowe ciśnienie sprężania, mierzo­ne w cylindrze silnika, uważa się za parametr kwalifikacyjny. Gdy zmierzona wartość będzie mniejsza od przepisowej wartości granicz­nej, zaleca się dokonanie naprawy bez dalszego badania. Jednak me­toda pomiaru, stosowana do określania szczytowego ciśnienia spręża­nia, obciążona jest licznymi wadami, o których nie wolno zapominać przy wykrywaniu usterek. Wynik pomiaru szczytowego ciśnienia sprę­żania uzależniony jest od obrotów silnika w okresie pomiaru, tempe­ratury, a także od bezwładności ciśnieniomierza zastosowanego do po­miaru. Do oceny błędu, który można popełnić przy tym pomiarze, warto dokładniej przeanalizować te oddziaływania.

Przy sprężaniu nawet przy najbardziej dopasowanych pierście­niach tłokowych i zaworach ma miejsce przedmuch. Sam przedmuch nie zakłóca pomiaru, a nawet wtedy, gdy za pomocą ciśnieniomierza dokonujemy oceny szczelności cylindra, możemy w sposób pośredni, ze spadku szczytowego ciśnienia sprężania, wnioskować o wielkości przedmuchu.

Czynnikiem zakłócającym pomiar jest natomiast fakt, iż prze­dmuch przypadający na każdy cykl sprężania uzależniony jest nie tylko od stanu uszczelniających części konstrukcyjnych, ale również od czasu trwania cyklu sprężania, a więc od obrotów. W zakresie obrotów roboczych silnika (powyżej 1500 ob r/min) oddziaływanie to jest nieznaczne (rys. 1), jednakże przy' stosowanych tu obrotach mini­malna zmiana obrotów An powoduje istotną zmianę ciśnienia szczyto­wego Ap. Jak wiadomo, przy pomiarze szczytowego ciśnienia spręża­nia, silnik spalinowy obracany jest rozrusznikiem, jest zatem nie­możliwe w przypadku dwóch silników tego samego typu uzyskanie tej samej liczby obrotów przy kolejnych pomiarach. Obroty chwilowe uzależnione są od strat tarcia silnika, od stanu akumulatora, przewo-

18

Rys. I, Zmiana szczytowego ciśnienia sprężania w funkcji obrotów n

du rozrusznika i samego rozrusznika i wreszcie od stanu naładowa­nia akumulatora.

Temperatura silnika może zniekształcić wynik pomiaru czę­ściowo w sposób bezpośredni i częściowo pośredni. Jako oddziaływanie bezpośrednie można uznać fakt, iż zależnie od chwilowej temperatury oleju smarowniczego zdolność uszczelniająca pierścieni może być lep-

Rys. 2. Przyrząd rejestrujący ciśnienie sprężania (z urządzeniem zapisującym)

19

sza lub gorsza, a równocześnie temperatura tego oleju modyfikuje obroty, jakie może uzyskać rozrusznik. Z tego względu postulat iden­tyczności warunków pomiarowych nie może być tu spełniony.

Błąd pomiarowy wynikający z bezwładności ciśnieniomierza może być wydatnie obniżony przez zawór zwrotny, usytuowany między komorą spalania a ciśnieniomierzem. Jednak tego rodzaju rozwiązanie przynosi istotną poprawę jedynie wówczas, gdy masa zaworu zwrotne­go i opory przepływu są nieznaczne, gdy zawór uszczelnia w sposób doskonały i gdy umieszczony jest w bezpośrednim pobliżu komory spalania. W przypadku nowoczesnych ciśnieniomierzy rejestrujących (z urządzeniem zapisowym) {rys. 2) masa ruchomych części ciśnienio­mierza jest niewielka, wymiary również są małe, zaś zawór zwrotny usytuowany jest w łączniku, w pobliżu komory spalania. Pomimo to spełnienie podanych wyżej wymagań jest praktycznie niemożliwe, co sprawia, iż procentowy błąd pomiarowy ciśnieniomierzy jest znaczny.

Ciśnieniomierz wyposażony w zawór napełnia się na skutek działania kolejno po sobie następujących suwów sprężania. I chociaż ciśnienie wytwarzane wewnątrz przyrządu może zbliżyć się do war­tości szczytowej, to jednak zarówno ze względu na przedmuchy przez zawór zwrotny, jak i z uwagi na bezwładność zaworu i opory prze­pływu, ciśnienia panujące wewnątrz i na zewnątrz przestrzeni nigdy nie będą sobie równe.

Z powyższego wynika, że rezultaty pomiarów dokonywanych dwoma ciśnieniomierzami o rozbieżnych konstirukcjach nie mogą być ze sobą porównywane, a nawet w przypadku identycznych typów na­leży liczyć się z błędami pomiarowymi spowodowanymi zużyciem.

Ciśnieniomierz usytuowany we wskaźniku sprężania otrzymu­je impulsy, które w znacznym stopniu obciążają części łącznikowe, znajdujące się pomiędzy wskazówką a sprężyną rurkową {rurką Bour-dona). Znaczne jest również obciążenie zmęczeniowe sprężyny rurko­wej. W celu utrzymania początkowej dokładności pomiaru ciśnienio­mierz należy zatem systematycznie legalizować. Wskaźnik sprężania nawet w przypadku idealnego wykonania stosowany jest głównie do oceny rozbieżności pomiędzy cylindrami. Jednak w aspekcie dokład­ności pomiaru należy zwracać uwagę na to, aby ocena badanych cy­lindrów była przeprowadzana ^w identycznych warunkach.

Wyniki bardziej wiarygodne, od uzyskiwanych przy pomiarze sprężania w odniesieniu do szczelności cylindra, otrzymuje się przy badaniu szczelności cylindrów stosując przyrząd do pomiaru spadku ciśnienia (rys. 3). Działanie przyrządu widoczne jest zarówno na sche­macie ideowym (rys. 4), jak i na poprzednim rysunku. W celu bezpo­średniej identyfikacji obu rysunków zastosowano na nich identyczne oznaczenia cyfrowe, w odniesieniu do tych samych części konstrukcji. Ocena części stanowiących uszczelnienie cylindra dokonywana jest za pośredniotwem ilości powietrza wydostającego się z cylindra. Przygo­towanie do pomiaru polega na połączeniu przewodu wlotowego urzą-

20

Rys. 3. Próbnik szczelności cylindrów typu NIIAT K-69

5

Rys. 4. Schemat działania próbnika szczelności cylindrów typu NIIAT K-69

21

dzenia 5 z siecią powietrzną, otwarciu zaworu układu pomiarowego 6, zamknięciu zaworu bezpośredniego wlotu powietrza 4 i nasadzeniu sondy z zaworem, który otwiera się jedynie wówczas, gdy jego dol­na część zaopatrzona w stożek gumowy zostanie poddana działaniu ja­kiejkolwiek siły pokonującej opór umieszczonej nad nim sprężyny — na otwór świecowy badanego silnika.

W okresie badania powietrze pobrane z sieci powietrznej o ciśnieniu określonym dokładnie reduktorem ciśnienia 8 przedostaje się do cylindra 14, ustawionego w położeniu sprężania przez otwór zwężki wzorcowej 11 o znacznym oporze przepływu. Gdyby stąd po­wietrze w ogóle nie odpływało, wówczas jego ciśnienie wynosiłoby dokładnie tyle, ile wynosi ciśnienie ustalone przez reduktor ciśnienia. Oczywiście w rzeczywistości to nie może się zdarzyć, a więc powietrze wydostające się przez szczeliny zaworów i pierścieni tłokowych w okresie przechodzenia przez otwór zwężki obniża swoje ciśnienie w sposób łatwo mierzalny, co wykazuje usytuowany tu ciśnienio­mierz 13. Z uwagi na ciśnienie utrzymywane na stałym poziomie (p₁ = = const) przed otworem kalibrowanej zwężki, ciśnieniomierz z po­wodu nieszczelności cylindra podaje różnicę ciśnień pomiędzy ciśnie­niami p₂ i p₁ (Ap = Pi~p-2') uzależnioną od ilości wychodzącego po­wietrza. Różnica ta, wynosząca

uzależniona jest od ilości wychodzącego powietrza v, od przekroju otworu zwężki / oraz od wskaźnika oporu przepływu a. Wskaźnik ten zmienia się nieznacznie w funkcji liczby Reynoldsa, jednak fakt ten, podobnie jak ewentualna zmiana gęstości powietrza o, nie zakłó­ca oceny w ramach przyjętej dokładności pomiarowej.

Do oceny strat przedmuchu ciśnieniomierz zaopatrzono w po-działkę procentową tak, aby oznaczenie zera znalazło się przy war­tości ciśnienia ustalonego przez reduktor ciśnienia, zaś oznacze­nie 100% — przy podstawowej pozycji ciśnieniomierza. Obrazuje to w sposób rzeczywisty przedmuch występujący przy pomiarze, ponie­waż w przypadku całkowicie zamkniętej sondy nie ma strat powietrza, a więc na ciśnieniomierz oddziałuje ciśnienie ustalone przez reduk­tor ciśnienia. Natomiast w przypadku sondy otwartej powietrze prze­chodzące przez reduktor ciśnienia odpływa do atmosfery — strata wynosi wówczas 100% — i na ciśnieniomierz nie oddziałuje nad­ciśnienie. Podane zjawiska umożliwiają również przeprowadzenie le­galizacji przyrządu, bowiem przy końcówce zamkniętej ciśnieniomierz powinien wskazywać 0%, a przy końcówce otwartej — 100%. Przed pomiarem należy zawsze ustawić wartość 0% odpowiadającą sondzie zamkniętej za pomocą gałki regulacyjnej reduktora ciśnienia 8 (lub

22

wartością ciśnienia ustalonego). Ponieważ zależność pomiędzy wartoś­cią procentową wskazaną przez ciśnieniomierz, a ilością powietrza wydostającą się przez nieszczelne części cylindra nie ma charakteru liniowego, stąd na przedniej ściance przyrządu wykonuje się dodat­kowo otwór kalibrujący, jak to pokazano na rysunku przyrządu NIIAT K-69 wykorzystanego tu do omówienia zasad pomiaru (rys. 3 poz. 15). Jeśli stożek gumowy sondy wciśniemy do tego otworu, wów­czas ciśnieniomierz powinien wskazać stratę o określonej wielkości (40%). O ile ta środkowa wartość 1 podziałówki wykaże odchylenie, to błąd można wyeliminować zaworem iglicowym wewnętrznego regula­cyjnego otworu wtórnego 10.

Przy badaniu silnika należy ustalić nie tylko wielkość prze­dmuchu powietrza, lecz również kierunek odpływu powietrza —■ a tym samym części z usterkami. Do tego celu najlepiej nadaje się fonendoskop używany w praktyce lekarskiej. Za pomocą fonendoskopu w miejscach przedmuchu można usłyszeć odgłos odpływającego powie­trza — a nawet ocenić jego intensywność — co pozwala na stwierdze­nie czy przy pierścieniach tłokowych powietrze oddala się w kierunku skrzyni korbowej, czy przy powierzchni zamykającej zaworu doloto­wego lub wylotowego powietrze oddala się w kierunku kanału wlo­towego lub wylotowego oraz czy przez uszkodzone uszczelnienie gło­wicy cylindrowej powietrze odpływa w kierunku przestrzeni wodnej lub sąsiedniego cylindra. Do obserwacji odgłosu przedmuchu w przy­padku przyrządu K-69 (rys. 3) do (badanego silnika może być również wprowadzone bezpośrednio ciśnienie sieci 'powietrznej. W tym celu należy zamknąć zawór 6 przed reduktorem ciśnienia i otworzyć zawór dopływu bezpośredniego 4. Natomiast do obserwacji przedmuchu w przypadku większego ciśnienia należy zastosować zabezpieczenie ciś­nieniomierza o wskazaniu krańcowym 0,25 MPa w postaci zaworu zwrotnego 3 i zaworu bezpieczeństwa 9, a także w celu uniknięcia wypadku przy pracy, należy zawsze unieruchomić wał korbowy sil­nika.

Szczelność cylindrów należy badać na początku lub na końcu suwu sprężania. Poszukiwanie żądanego ustawienia wału korbowego można uprościć umieszczając w otworze świecy zapłonowej lub wtrys-kiwacza gwizdek, który w donośny sposób sygnalizowałby początek sprężania. Ponadto na silniku gaźnikowym do ustawienia pozycji po­miarowych można również wykorzystać głowicę rozdzielacza zapłonu. Do tego celu potrzebny jest oznakowany pierścień (rys. 5), który mo­że być osadzony w określonej pozycji na krawędzi głowicy rozdzie­lacza i na którym zaznaczone są zakresy sprężania dobrze widoczny­mi znakami (strefy czarne). Chwilowa pozycja wału korbowego poda­wana jest za pośrednictwem widocznego na rysunku palca rozdziela­cza zaopatrzonego we wskazówkę.

Chociaż charakterystyki przyrządów różnej produkcji (prze­krój otworu kalibrowanego, ciśnienie ustalone przez reduktor ciśnie-

23

nia itp.) są bardzo rozbieżne, tym niemniej wskazane jest przeprowa­dzanie oceny wyników pomiarowych. Celowe jest dokonywanie po­miaru stanu części układu tłokowo-cylindrowego i zaworowego w warunkach podanych niżej. Łączna szczelność zaworów i pierścieni tłokowych 'powinna być mierzona w oelu złagodzenia skutków oddzia­ływania zużycia cylindrów na początku suwu sprężania, a więc bezpo­średnio po zamknięciu zaworu dolotowego. Przedmuchy przez zawory i pierścienie mogą tu być oceniane oddzielnie, o ile przed pomiarem wlejemy do cylindra olej smarowniczy, co na krótki okres czasu za-

Rys. 5. Pierścień wskaźnikowy do określania fazy sprężania

tyka luzy pierścieniowe. Zużycie otworu cylindra możemy określić z różnicy pomiędzy wartościami zmierzonymi na początku i na końcu suwu sprężania (w punkcie zwrotu zewnętrznego). Jeśli przy dwóch kolejno po sobie następujących .pomiarach uzyskamy wyniki rozbież­ne w stopniu znaczącym, wówczas może (to wskazywać albo na pęk­nięcie pierścienia, albo na częściowe zawieszenie zaworów i wtedy na­turalnie słyszalne są odgłosy powietrza przepływającego w odpowied­nich kierunkach przepływu. Ponadto, jak widać z załączonej tablicy, wielkość wyników pomiarowych, z uwagi na obwód powierzchni zwar­cia pierścieni tłokowych i zaworów, uzależniona jest od średnicy cy­lindra (tablica 1). Ze względu na rozbieżne wymiary pasowań można ponadto do pewnego stopnia stwierdzić różnicę pomiędzy wynika­mi 'pomiarów przeprowadzonych na silnikach wysokoprężnych i gaź-nikowych.

Jakość przyrządów do pomiaru spadku ciśnienia zależy od szczelności, od systematycznie przeprowadzanej legalizacji, a głów­nie od jakości działania zastosowanego reduktora ciśnienia. Powszech­nie stosowane reduktory gazowe nie odpowiadają istniejącym tu wa-

24

Tablica 1

Dane charakteryzujące przyrząd do pomiaru spadku ciśnienia  typu NIIAT

K-69

runkom. Z uwagi na bardziej korzystne właściwości stosuje się re­duktory, których zasada działania przedstawiona jest na rysunku 6. W tym przypadku powietrze o większym ciśnieniu przedostaje się przez otwór 1 do reduktora ciśnienia, następnie przechodząc obok zaworu 2 wydostaje się przez otwór 3 oraz przez otwór połączenio­wy 4. Jeśli siła wywołana ciśnieniem powstającym w przestrzeni 5 poruszy przeponę 6, wówczas, mimo napięcia sprężyny 7, z jednej strony zamknie się zawór 2 usytuowany na dole, z drugiej strony przez otwór przechodzący przez element dystansowy 8 poruszający się z przeponą, przestrzeń pod przeponą uzyskuje połączenie z prze­strzenią zewnętrzną. Stan ten utrzymuje się tafk długo, dopóki ciśnie­nie nie spadnie do wymaganej wartości, w konsekwencji czego prze­pona   opadnie  do  dołu,   otwór  elementu  dystansowego  zostanie  za-

25

mknięty, jako że jego powierzchnia czołowa oprze sią na znajdują­cym się pod nim zaworze. Jeśli ciśnienie spadnie poniżej wymaganej wartości, wówczas ze względu na coraz mniejszą siłę przepony sprę­żyna 7 o regulowanym z zewnątrz naprężeniu wstępnym otwiera za­wór dolny 2 i powietrze znowu dostaje się pod przeponę.

Rys. 6. Regulator ciśnienia próbnika szczelności cylindrów

Spośród licznych metod stosowanych przy ocenie stanu silnika do najprostszych należy wykrywanie niedomagań za pomocą pomiaru podciśnienia w kanale dolotowym. Mając to na uwadze większość zachodnich fabryk samochodów umieszcza na kanale dolotowym sil­nika połączenie niezbędne do zainstalowania podciśnieniomierza (rys. 7). Podciśnieniomierz może stanowić wyposażenie samochodu tak, aby ten niezbyt drogi przyrząd mógł ostrzegać właściciela nawet o najmniejszej usterce silnika. Wprawdzie zróżnicowanie poszcze­gólnych usterek jest możliwe jedynie wówczas, gdy znane są war­tości   podciśnienia   odpowiadające   poszczególnym   stanom   eksploata-

26

Rys. 7. Oddzielne podłączenie do przewodu dolotowego przy badaniach diagnostycznych

cyjnym silnika, tym niemniej zmiana podciśnienia w każdym przy­padku oznacza występowanie usterki. Dostrzegalny jest również spa­dek mocy, ponieważ uzyskanie takiego samego stanu eksploatacyjne­go wymaga większego otwarcia przepustnicy.

Spadek ciśnienia powstający w kanale dolotowym, w przy­padku danego przekroju dyszy powietrznej, zależy od ilości powietrza wchodzącego do cylindra i tym samym od sprawności wolumetrycz-nej, obrotów i od położenia przepustnicy. Przy określonym położeniu przepustnicy można w prosty sposób wykazać zależność pomiędzy sprawnością wolumetryczną r_v a podciśnieniem w kanale doloto­wym p,._z. Przy otwartej przepustnicy rzeczywista (dostająca się do cylindra silnika) objętość powietrza V„ określająca sprawność wolu­metryczną zależy od: przekroju dyszy powietrznej F i od współczyn­nika oporności przepływu a, jak również od różnicy pomiędzy ciś­nieniem   powietrza  p₀  a  podciśnieniem  w 'kanale  dolotowym.

Z drugiej strony teoretyczna ilość powietrza V_e (wprowadzo­na do cylindra) może być wyrażona przez całkowitą pojemność sko-

27

kową silnika V_H, obroty n oraz liczbą obrotów wału korbowego i od­powiadającą pełnemu cyklowi roboczemu:

Jeśli rzeczywistą ilość powietrza wyrazimy przez różnicę ciśnienia, charakteryzującą podciśnienie w kanale dolotowym, zaś V_v zastąpimy wartością v_vX.V_e, wówczas można bezpośrednio uzyskać zależność pomiędzy podciśnieniem w kanale dolotowym a sprawnoś­cią wolumetryczna:

Sprawność wolumetryczna związana jest w sposób ścisły ze stanem części, od których jest uzależniona szczelność cylindra. Nie ma szczególnej potrzeby udowadniać, że ze względu na nieszczelność tłoka maleje napełnienie silnika, ale podobny efekt powodują rów­nież nieszczelności zaworów, z uwagi na pozostałości produktów spa­lania lub przedmuchy w okresie sprężania.

Do określenia technologii i warunków badania konieczna jest znajomość krzywych charakterystyk silnika oraz krzywych podciś­nienia kanału dolotowego, odpowiadających różnym położeniom za­woru dolotowego w funkcji obrotów (rys. 8). Pełny materiał wykre-sowy może być zrealizowany jedynie w warunkach laboratoryjnych, tym niemniej niezbędne dane mogą być również określone w warun­kach eksploatacyjnych poprzez uśrednienie wyników pomiarów więk­szej ilości silników tego samego typu. W przypadku silników gażni-kowych również maksymalne podciśnienie w kanale dolotowym, przy zamkniętym zaworze dolotowym, określa szczelność cylindra i zawo­rów. Wartość graniczna podciśnienia wytwarzanego za całkowicie zamkniętym zaworem dolotowym p_sz — w przypadku idealnej szczel­ności tłoków i zaworów — zależy od stopnia sprężania:

gdzie: e — stopień sprężania,

_m — wykładnik politropy sprężania o wartości 1,2—1,25.

Niecałkowite zamknięcie tłoków i zaworów modyfikuje tę wartość. Rzeczywiste podciśnienie w kanale dolotowym, zależnie od ukształtowania komory spalania i stopnia sprężania (s = 6,5—8), wy­nosi w silniku czterosuwowym p_A2 = 62,5—69 kPa, zaś w silniku dwu­suwowym 25,2—27,9 kPa. W czasie badań przerywamy na biegu ja­łowym zamykanie zaworu dolotowego,  następnie przyspieszamy sil-

28

Rys. 8. Podciśnienie w przewodzie dolotowym w funkcji obrotów przy różnych położeniach zaworu dolotowego &P_SZ = podciśnienie w przewodzie dolotowym

G[ = ilość powietrza wpływającego do silnika

Ap; = podciśnienie w dyszy powietrznej

nik do obrotów maksymalnych według katalogu. Po osiągnięciu maksymalnych obrotów  dopuszczalnych zamykamy nagle  zawór doloto­wy i mierzymy maksymalne podciśnienie.

Do oceny silników nowych lub po naprawie głównej może być z korzyścią zastosowany miernik wydatku powietrza ze zwężką pomiarową. Ilość powietrza zassana przez silnik może być określona za pomocą zwężki pomiarowej 2 usytuowanej w przewodzie 2, przy czym powietrze to przechodzi przez naczynie 3 wyrównujące (amor­tyzujące) ciśnienie i dochodzi do kanału dolotowego silnika 4. Ilość powietrza przepływająca do cylindra silnika może być oceniana z róż­nicy ciśnień powstających po obu stronach zwężki pomiarowej (rys. 9). Ocena może się opierać na wspomnianym wcześniej równaniu Ber-

'      29

noulliego. Pomiar odniesiony do całego zakresu pracy jest uciążliwy, dlatego przy badaniu odbiorczym wystarczy ograniczyć pomiar do z góry ustalonego zakresu pracy.

Zwężka pomiarowa nadaje się jedynie do oceny przepływu ustalonego i z tego względu między silnikiem a zwężką należy usy­tuować  naczynie  amortyzujące.  Jeśli  jednak  zrezygnujemy  z  dokład-

Rys. 9. Schemat działania przyrządu do pomiaru zużycia powietrza

nej oceny ilości zassanego powietrza i pragniemy jedynie uzyskać wartość relatywną pozwalającą na wykazanie ewentualnych zmian, wówczas pojemnik wyrównawczy może być pominięty.

Do   przeprowadzenia   tego   pomiaru   może  być   zastosowany miernik skuteczności zasysania Crypton, widoczny na rysunku 10. Do

Rys. 10. Przyrząd Crypton do pomiaru mocy zasysania jako
proste urządzenie diagnostyczne do określania zmiany zużycia
powietrza                                                                  ,

przyrządu o określonym przekroju przepływu zostaje podłączony czu­ły ciśnieniomierz. Przy pomiarze przyrząd mocujemy bezpośrednio w przewodzie dopływu powietrza do gaźnika i wychylenie wskazówki podaje skuteczność zasysania, charakterystyczną dla danego silnika.

Naturalnie liczba ta nie jest identyczna z wartością zużycia powietrza przez silnik, wyrażaną zwykle w l/s lub w m³/min, stano­wiąc jedynie wartość relatywną, porównywalną z wartością okreś­loną wcześniej dla silników sprawnych.

Przy ocenie rozbieżności mocy między cylindrami może być z korzyścią stosowana metoda wyłączania cylindrów. Polega ona na kolejnym wyłączaniu — poprzez przerwanie zapłonu lub wtrysku — na krótki okres czasu cylindrów badanego silnika wielocylindrowe-go. Spadek obrotów spowodowany wypadaniem mocy indykowanej stanowi informację odnośnie wielkości tej mocy. Przy wyłączaniu cylindra mniejszej mocy obroty spadają w mniejszym stopniu, niż przy wyłączaniu cylindra większej mocy.

W przypadku silnika zainstalowanego w pojeździe celowe jest przeprowadzenie tego pomiaru w zakresie obrotów 1500—2000 obr/min bez obciążenia. Jeśli istnieje możliwość obciążania (hamowania) sil-rńka, to dokładność pomiaru wzrasta, jednak do tego celu niezbędne jest stanowisko rolkowe. Przy pracy bez obciążenia nie odbieramy mocy efektywnej z wału korbowego, toteż średnie ciśnienie indy-kowane p_; powstające w cylindrach równoważy się ze średnim chwi­lowym ciśnieniem tarcia p_s. Naturalnie należy to rozumieć w ten spo-łób, że w przypadku silnika czterocylindrowego średnie łączne ciś­nienie indykowane czterech cylindrów równoważy straty tarcia.

Z punktu widzenia określania oczekiwanego spadku obrotów przy wyłączaniu poszczególnych cylindrów należy wyodrębnić sil­niki wysokoprężne od gaźnikowych. Jak wiadomo do uzyskania sta­bilnego biegu jałowego silnika gaźnikowego regulowanego zaworem dolotowym nie potrzeba takiego regulatora, jaki stosowany jest w silnikach wysokoprężnych. Tłumaczy się to tym, że — z uwagi na charakterystykę zasysania odpowiadającą danemu położeniu zaworu dolotowego — średnie ciśnienie indykowane wzrasta w sposób szcze­gólnie gwałtowny w kierunku malejących obrotów (rys. 11), co spra­wia, że punkt przecięcia tej charakterystyki z charakterystyką śred­niego ciśnienia tarcia, posiadającą charakter przeciwny, ma położe­nie bardzo zdecydowane.

W ten sposób przyjęte   przy   badaniu   obroty n_v mogą być

  utrzymywane w sposób bardzo stabilny. Obniżaniu się obrotów prze­ciwdziała średnie ciśnienie indykowane wzrastające w kierunku mniejszych obrotów, wzrastaniu zaś obrotów — zwiększające się śred­nie ciśnienie tarcia. Biorąc to pod uwagę można ustalić, jaki spa­dek obrotów wystąpi przy wyłączeniu jednego cylindra. Jeśli wy­łączymy pracę jednego cylindra, wówczas badane obroty odniesione będą do średniego  ciśnienia indykowanego nie czterech, lecz trzech

31

cylindrów (rys. 11 p. 1). Ponieważ ciśnienie to jest mniejsze od strat tarcia odniesionych do rozpatrywanych obrotów silnika, to obroty zaczną maleć. Spadek obrotów będzie mniejszy niżby to wynikało z liczby pracujących cylindrów (np. jeśli poprzednio obroty wynosiły 2000 obr/min, to w przypadku silnika czterocylindrowego nowa war­tość nie będzie równa   1500  obr/min),  ponieważ przy  obniżaniu się

obrotów średnie ciśnienie indukowane stopniowo wzrasta. Ten mniej­szy od oczekiwanego spadek obrotów oddziałuje na pozór nieko­rzystnie na przebieg oceny, tym niemniej można stwierdzić, że przy zastosowaniu czułego obrotomierza różnice mocy między cylindrami mogą być ocenione w sposób dokładny.

Przeprowadzenie badania wymaga zastosowania obrotomie­rza elektronicznego, względnie wyprodukowanego do tego celu mier­nika różnicy mocy cylindrów. Przy stosowaniu obrotomierza należy za pomocą śruby zderzakowej przepustnicy ustawić obroty jałowe ba­dania (np. 1500 obr/min), a następnie po zdjęciu przewodu ze świecy zapłonowej należy odczytać obroty zmniejszone na skutek wyłączenia cylindra. Po nałożeniu przewodu powtarzamy to samo z następnym cylindrem i w ten sposób wyłączając kolejno pozostałe cylindry określamy spadek obrotów. Miernik różnicy mocy cylindrów (rys. 12) upraszcza pomiar o tyle, że obrotomierz umieszczony w urządzeniu w pewnym zakresie może być ustawiony na skrajne wychylenie w przy­padku dowolnej liczby obrotów <a więc obroty pomiarowe n_v mogą być zmieniane) oraz że cylindry mogą być odłączane przez elektro­niczne wyłączanie zapłonu.

Rozbieżności pomiędzy cylindrami mogą być oceniane rów­nież za pomocą pomiaru podciśnienia w kanale dolotowym. W tym przypadku poza obrotomierzem elektronicznym potrzebny jest jeszcze ciśnieniomierz do pomiaru podciśnienia, który, przy przygotowaniach wstępnych do pomiaru, łączymy z kanałem dolotowym przez odgałę-

32

zienie kształtki rurowej umieszczonej na połączeniu rury regulatora podciśnieniowego wyprzedzenia zapłonu.

Przy rozpoczynaniu badania, w okresie pracy wszystkich cy­lindrów, przez odpowiednie otwieranie i zamykanie przepustnicy re­gulujemy obroty silnika do uprzednio ustalonej wielkości badawczej i odczytujemy  występujące  przy  tym  podciśnienie.  Jeśli  następnie

Rys. 12. Przyrząd elektryczny do pomiaru rozbieżności mocy między poszczególnymi cylindrami

wyłączymy badany cylinder, wówczas liczba obrotów spada. Jeżeli teraz ponownie otworzymy przepustnicę w celu uzyskania poprzed­nich obrotów, to otwarcie przepustnicy będzie proporcjonalne do wzrostu napełnienia, niezbędnego do uzupełnienia utraconej mocy. Po uzyskaniu obrotów badawczych podciśnieniomierz połączony z kanałem dolotowym wskaże dokładnie na otwarcie przepustnicy, niezbędne do odzyskania tych obrotów. Jeśli moc badanych cylindrów jest jednakowa, wówczas przy badaniu prowadzonym w podany spo­sób, po wyłączenin każdego cylindra, zmierzymy identyczną wartość podciśnienia w kanale dolotowym. Przy wyłączaniu cylindrów mniej­szej mocy, podciśnienie w kanale dolotowym maleje w mniejszym stopniu (ze względu na mniejsze otwarcie przepustnicy niezbędne do odzyskania właściwych obrotów), zaś przy wyłączaniu cylindrów większej mocy podciśnienie to maleje w większym stopniu.

Bez regulacji charakterystyka wtrysku pompy wtryskowej silnika wysokoprężnego odbiega w sposób istotny od charakteru roz­pylania sterowanego dławieniem. Z tego względu określenie rozbieżności mocy między cylindrami przeprowadzane przez wyłączanie cy­lindrów nie może być wykonane w zakresie obrotów bez regulacji pompy wtryskowej. Przeprowadzenie pomiaru utrudnione jest do­datkowo faktem, iż wobec braku zapłonu obroty możemy mierzyć jedynie w sposób mechaniczny, zaś niezbędne przyrządy jest trudno połączyć z wałem korbowym silnika.

O ile ocena rozbieżności mocy między cylindrami silnika wy­sokoprężnego w jego stanach roboczych bez regulacji jest nie do przeprowadzenia, o tyle w zakresie regulacji (biegu jałowego i ob­rotów krańcowych) może być zrealizowana, a nawet nie ma potrze­by dokonywania pomiaru obrotów. W stanie roboczym z regulacją, np. w okresie biegu jałowego, regulator odśrodkowy pompy wtrys­kowej zmienia w sposób niezwykle intensywny ilość paliwa w funk­cji obrotów (rys.  13). W kierunku obrotów malejących ilość paliwa

Rys. 13. Zmiana ładunku towarzysząca wyłączeniu jednego cylindra w zakresie obrotów bez obciążenia

przypadająca na poszczególne cykle q wzrasta tak samo, jak w sil­niku gaźnikowym. Jednak zmiana ta może być śledzona, ponieważ regulator'.przesuwa wówczas do przodu listwę zębatą pompy wtrys­kowej. Podobnie jak w silniku gaźnikowym obroty biegu jałowego n_a określone są punktem przecięcia krzywych średniego ciśnienia tar­cia p_s oraz średniego ciśnienia indykowanego Pi-

Jeśli w przypadku silnika czterocylindrowego przerwiemy praeę jednego. cylindra przez zawieszenie tłoczka elementu tłoczące­go lub odcięcie przewodu ciśnieniowego, wówczas moc indykowańa w porównaniu z wartością poprzednią 1 maleje 2, co prowadzi do zmniejszenia obrotów na skutek stosunkowo większego średniego ciś­nienia tarcia. Obniżka ta nie będzie jednak znaczna, ponieważ na­tychmiast równoważoma jest regulatorem przez przesunięcie do przo­du listwy zębatej, a więc zwiększeniem ilości paliwa 3! Widać więc, że po minimalnym spadku obrotów An w trzech pracujących cy­lindrach Wzrasta ilość paliwa Ag i obroty ustalają się.

34

Rys. 14. Przyrząd do oceny przesunięcia listwy zębatej

Biorąc to pod uwagę, rozbieżności między cylindrami można ustalić przez przesunięcie listwy zębatej. W tym celu stosujemy wskazówkę o dużym przełożeniu (rys. 14), przymocowaną do końców­ki rurowej listwy zębatej i wskazującą swym końcem na podziałce przesunięcie listwy z dokładnością 1/10 mm. Jeśli wyłączamy cylin­der o większej mocy indykowanej, wówczas przesunięcie listwy bę-

Rys. 15. Zmiana ładunku towarzysząca wyłączeniu jednego -cylindra w zakresie regulacji krańcowej

35

dzie większe, w przeciwnym przypadku przesunięcie to będzie mniej­sze.

Przy biegu jałowym straty tarcia silnika nie są zbyt wielkie, co oczywiście sprawia, że przesunięcie listwy przy wyłączaniu cylin­drów również nie jest duże.

Dokładność oceny może być podwyższona, o ile opisany po­miar przeprowadzimy w strefie regulacji obrotów krańcowych (rys. 15). Cały proces przebiega tu w sposób identyczny z tym jednak, że z uwagi ila większe straty tarcia przesunięcie listwy zębatej mo­że być lepiej określone.

1.2. WYKRYWANIE  USTEREK GAŹNIKA W SILNIKACH GAŹNIKOWYCH  PRZEZ ANALIZĘ SPALIN

Przy wykonywaniu zabiegów technicznych, związanych z na­prawą i obsługą, szczególnie często można się spotkać z narzekania­mi na przepały i spadek mocy silnika. W przypadku silników gaź­nikowych wykrywanie usterek rozpoczyna się zawsze od całkowitej kontroli urządzenia zapłonowego i gaźnika. Sprawdzanie innych częś­ci konstrukcyjnych samochodu jest uzasadnione jedynie wówczas, gdy przekonamy się o prawidłowości funkcjonowania omawianych zespo­łów.

W silnikach gaźnikowych kontrola zapłonu praktycznie nie może być oddzielona od kontroli gaźnika z uwagi na fakt, iż objawy usterek obu zespołów wzajemnie się ipokrywają. Na przykład, zerwa­ny opornik przeciwzakłóceniowy może wywołać takie samo zjawisko, jak gaźnik wytwarzający ubogą mieszanikę.

W nowoczesnych silnikach gaźnikowych w celu podwyższe­nia mocy i obniżenia zużycia paliwa stosuje się skomplikowane gaź-niki, składające się z wielu elementów konstrukcyjnych. Samodziel­ny układ gaźnikowy ma za zadanie:

—  wytwarzanie mieszanki w okresie biegu jałowego,

—  wytwarzanie bogatej mieszanki niezbędnej do rozruchu,

—  wytwarzanie mieszanki do pracy przy obciążeniu częściowym,

—  usuwanie zakłóceń w wytwarzaniu mieszanki, powstających przy nagłym otwarciu przepustnicy,

—  wzbogacanie mieszanki, niezbędne do uzyskania mocy maksymal­nej przy całkowitym otwarciu przepustnicy.

Jeśli wśród części konstrukcyjnych, spełniających wyszcze­gólnione i z wielu punktów widzenia samodzielne zadania, przynaj­mniej jedna ma usterkę, wówczas do jej wykrycia konieczne jest przeprowadzenie co najmniej pięciu różnych badań.

W celu dokonania całkowitej i niezbędnej regulacji urzą­dzenia wytwarzającego mieszankę należy wymontować gaźnik z sil-

36

nika i następnie na odpowiednim stanowisku, przy zastosowaniu od­powiednich pomiarów hydraulicznych, należy przeprowadzić kontro­lę, względnie kalibrowanie części konstrukcyjnych pracujących przy podawaniu paliwa. Jest to praca wyjątkowo żmudna i wykonanie jej jest celowe jedynie wówczas, o ile już przedtem stwierdziliśmy taką właśnie konieczność.

Do tego rodzaju wstępnego określania usterek może być za­stosowany analizator spalin, spotykany wśród nowoczesnych urządzeń do kontroli zapłonu i silnika. Nie może być on stosowany do dokład­nej analizy spalin, tym niemniej stanowi istotną pomoc przy szyb­kim wykrywaniu usterek gaźnikowych. Wyraża się ona między in­nymi również tym, że w przypadku poszczególnych przyrządów na ich podziałówkę nanosi się skład mieszanki, zamiast procentowej za­wartości ocenianego składnika spalin. Biorąc pod uwagę, iż przyrzą­dy te wykazują usterki gaźnikowej  drogą pośrednią, zakres ich za­stosowania może być określony przez ocenę zależności pomiędzy two­rzeniem mieszanki a składem spalin.

Jak wiadomo silniki gaźnikowe pracują z niezbędnym nad­miarem powietrza, co w praktyce oznacza, że paliwo dostarczone przez gaźnik musi wraz z zassanym powietrzem tworzyć mieszankę benzynowo-powietrzną do pewnego stopnia zmienną. Wymaganie to rzu­tuje na zadanie gaźnika względnie na regulację zastosowanych w nim części konstrukcyjnych. Jeśli nadmiar powietrza względnie związa­ny z tym skład mieszanki zmienia się, to fakt ten oddziałuje na skład spalin, a w stopniu proporcjonalnym do tej zmiany zmienia się również moc silnika i jednostkowe zużycie paliwa. W celu skon­kretyzowania wymagań dotyczących działania gaźnika warto zagad­nienie to przeanalizować dokładniej.

Tlen do procesu spalania w silniku gaźnikowym dostaje się do cylindra w okresie suwu ssania, a niezbędne do tego celu po­wietrze dostarcza do cylindra paliwo przeznaczone do spalenia. Ilość ekonomicznie spalanego paliwa, tak jak w każdym procesie spalania, zdeterminowana jest ciężarem wpływającego powietrza. Jeśli znamy budowę cząsteczkową węglowodoru użytego jako paliwo, wówczas ilość powietrza teoretycznie niezbędna do procesu spalania może być określona za pomocą równań reakcji. Proporcja składników miesza­niny, jaka może być określona teoretyczną ilością powietrza i zwią­zanym z nią ciężarem paliwa, nosa nazwę teoretycznego składu mie­szanki. Teoretyczny skład mieszanki stwarza optymalne warunki spalania jedynie dla mieszanki jednorodnej.

W cylindrze silnika spalinowego nie można dokonać ideal­nego wymieszania i rozpylenia paliwa. Rozpylanie dokonywane jest za pośrednictwem tłoka 'kosztem pracy, niezbędnej do ekspansji. Ograniczenie pracy ssania, która może być uzyskana bez istotnego zmniejszenia ilości doprowadzanego powietrza, nie stwarza możli­wości absolutnie doskonałego rozpylenia, a w pewnych fazach pracy

37

nawet odparowanie paliwa napotyka również trudności. Należy więc zdawać sobie sprawę z faktu, iż mieszanka paliwowo-powietrzna dostarczana do cylindra silnika gaźnikowego nie jest jednorodna i że nie jest rozpylona w stopniu doskonałym.

Za pomocą rozważań teoretycznych można wykazać, że w określonych granicach przestrzeni sprawność obiegu teoretycznego jest najbardziej korzystna wówczas, gdy spalanie przebiega z pręd­kością nieskończenie wielką, względnie przy stałej objętości. Jeśli pominiemy rząd reakcji wyrażający dokładność spalania, wówczas stwierdzenie to będzie miarodajne również dla obiegów rzeczywi­stych. Należy tu jednak wziąć pod uwagę fakt, iż wzrost prędkości spalania w pewnym stopniu oddziałuje zwrotnie na rząd reakcji. W oparciu o poprzednie rozważania można stwierdzić, że najlepszą sprawność, a także największą moc możemy osiągnąć drogą doboru prędkości spalania.

Przy spalaniu jednorodnej mieszaniny paliwa i powietrza po­suwanie się frontu płomienia i ilość paliwa spalanego w jednostce czasu określane są przez koncentrację paliwa w mieszance. Koncen­tracja paliwa wyrażona jest przez masę paliwa zassanego przy wy­mianie ładunku G_t i masę powietrza znajdującego się w cylindrze G_h zaś skład mieszanki r może być przedstawiony jako iloraz tych dwóch wielkości:

Z punktu widzenia chemii spalania możemy rozróżnić trzy charakterystyczne składy mieszanki, a mianowicie składy odpowia­dające dolnej i górnej granicy zdolności zapłonu oraz skład teoretycz­ny (stechiometryczny), odpowiadający właściwym proporcjom che­micznym. Poza granicznymi wartościami zdolności zapłonu dolną r_a — 0,0514 i górną f_f = 0,125 zapłon elektryczny nie wywoła spala­nia, ponieważ mieszanka jest już tu pozbawiona możliwości zapłonu. Z punktu widzenia pracy silnika zakres koncentracji może więc za­wierać się jedynie pomiędzy obiema podanymi wartościami.

W praktyce bardziej znana jest wartość składu mieszanki wyrażona przez wskaźnik proporcjonalności, który dla najbardziej ubogiej i jeszcze zapalnej mieszanki wynosi 1:19, zaś dla najbogat­szej ok. 1:8. W praktyce technicznej skład mieszanki dostarczanej do silnika może być określony jeszcze jednym wskaźnikiem, a miano­wicie nadmiarem powietrza a. Jest to współczynnik podający tę wie­lokrotność ilości powietrza teoretycznie niezbędnego do spalania, któ-

38

ra dostaje się do cylindra. Jeśli zatem nadmiar powietrza jest mniej­szy od 1, to możemy mówić o -mieszance bogatej, jeśli zaś większy —■ 0 mieszance ubogiej.

W zakresie określonym przez dolną i górną wartość granicz­ną składu mieszanki charakterystyki silnika zmieniają się w tak wielkim stopniu, że przy regulacji gaźnika nawet pomiędzy tymi war­tościami należy jeszcze szukać najbardziej idealnych proporcji skład­ników mieszanki.

Wpływ zmiany składu mieszanki wywierany na silnik można najlepiej prześledzić na krzywej formowania się mieszanki, zdjętej przy stałych obrotach i stałym położeniu przepustnicy (rys. 16). Z wy-

Rys. 16

Charakterystyka wytwarzania mieszanki, kształtowanie się mocy i jednostkowego zużycia paliwa przy stałych obrotach, w przypadku różnych nadmiarów powietrza

kresu można stwierdzić, że jeśli koncentracja paliwa jest mała (nad­miar powietrza duży), to z jednej strony jednostkowe zużycie pali­wa g w silniku jest niekorzystne, z drugiej strony moc silnika N jest mała. Jeśli ilość paliwa dostarczanego do silnika będziemy stopniowo zwiększać, a więc jeśli będziemy wzbogacać mieszankę, to jednostko­we zużycie paliwa początkowo będzie się stopniowo poprawiać, a na­stępnie, po osiągnięciu pewnej wartości optymalnej g_opt będzie wy­kazywać tendencję wzrastającą. Eksploatacja silnika może wchodzić w rachubę jedynie w zakresie składu mieszanki pomiędzy g_opt a N_max. W tym zakresie, zależnie od stanu roboczego i warunków, mo­że być wybrany ten konkretny skład mieszanki, który w danym przy­padku jest najbardziej celowy. Mieszanki uboższe od składu odpo­wiadającego najlepszemu jednostkowemu zużyciu paliwa i bogatsze od składu odpowiadającego największej mocy, z punktu widzenia eksploatacji nie mogą być stosowane, ponieważ w obydwu tych za-

39

kresach poza niekorzystnym zużyciem paliwa również moc silnika jest mniejsza.

Omawiana charakterystyka tworzenia mieszanki przedstawia składy charakterystyczne wyłącznie dla jednego stanu roboczego sil­nika przy n = const.

W przypadku innych obrotów i położeń przepustnicy oddzia­ływania związane z wymianą ładunku i tworzeniem mieszanki zmie­niają w sposób istotny stany panujące w cylindrze silnika. Z tego względu poszczególnym stanom roboczym odpowiadają różne składy mieszanki. Fakt ten dowodzi, że silnik gaźnikowy, choć w ograni­czonym stopniu, wymaga jednak zmiennego składu mieszanki.

Zmiana wymagań w zakresie mieszanki przedstawiona jest w sposób przejrzysty na wykresie kształtowania mieszanki silnika Wołga M-21 (rys. 17). Wykres ten podaje najkorzystniejsze składy mieszan-

Skład mieszanki

Rys. 17. Skład mieszanki odpowiadający najbardziej korzystnemu jednostkowemu zużyciu paliwa silnika Wołga

ki odpowiadające różnym obrotom i ustawieniom przepustnicy. Zmienny charakter wymagań w odniesieniu do składu mieszanki, przedstawiony płaszczyzną, wskazuje na to, że oddziaływania związa­ne z wymianą ładunku i wytwarzaniem mieszanki w istotny sposób modyfikują potrzeby silnika w zakresie mieszanki. Najbogatsza mie­szanka, w przypadku małych obciążeń, jest potrzebna na biegu jało-

40

wym i stosownie do tego koncentracja paliwa w mieszance przedsta­wiona na wykresie wzrasta w kierunku niższych obrotów i mniej-szych otwarć przepustnicy.

Zmienne wymagania silnika w zakresie składu mieszanki nie mogą być spełnione nawet przy zastosowaniu najbardziej doskonałego gaźnika. Charakter podawania i rozbieżności między wymaganiami uzależnione są w pierwszym rzędzie od nowoczesności części konstruk­cyjnych związanych z wytwarzaniem mieszanki.

Celem regulacji i kontroli gaźnika, wykonywanych różnymi

metodami, jest jak najbardziej doskonałe zaspokojenie wymagań w za-

kresie mieszanki rzeczywistej. Efektywność tej pracy uzależniona jest

od tego, w jakim stopniu przyjęte charakterystyki uda się przybliżyć

do wymagań silnika.

Ogólne wymagania stawiane gaźnikom wynikają z dążeń w kierunku uzyskania najbardziej korzystnej i ekonomicznej pracy sil­nika. Dążąc do uzyskania największej mocy i najkorzystniejszego zu­życia jednostkowego paliwa należy oczywiście brać pod uwagę spe­cyfikę tworzenia mieszanki. Ze względu na zjawiska związane z pro­cesem spalania i tworzeniem mieszanki żądamy od nowoczesnego gaźnika, aby:

- przy pracy bez obciążenia dostarczał taką — stosunkowo bogatą —  mieszankę, która bez zbędnego zużycia paliwa zapewniałaby równomierny bieg jałowy, - przy  obciążeniu  częściowym  zawsze   wytwarzał  skład  mieszanki    odpowiadający najkorzystniejszemu zużyciu jednostkowemu paliwa, wymaganemu przez silnik, - przy całkowitym otwarciu przepustnicy lub przy pełnym obciążeniu umożliwiał uzyskanie maksymalnej mocy przez odpowiednie wzbogacenie mieszanki, — przy nagłym naciśnięciu pedału przyspieszania, przez krótkotrwa­łe wzbogacenie mieszanki, usuwał przejściowe zakłócenia towarzy­szące tworzeniu się mieszanki, - ułatwiał rozruch silnika za pomocą urządzenia rozruchowego ste­rowanego ręcznie lub działającego automatycznie.

Możliwość kontroli gaźnika, wykonywanej za pomocą analizy spalin, polega na obserwowaniu spalin, które żywo reagują na zmianę składu mieszanki (rys.  18). Oddziaływanie to może być obserwowane za pośrednictwem zawartości CO w spalinach, a częściowo rów­nież procentowej ilości 0₂ i CO_s. Zawartości CO i C0₂ mogą być oce­niane  metodami  stosunkowo  prostymi.   Spośród  pomiarów  stosowa­nych w praktyce należy wyodrębnić te, które oparte są na zasadzie  oceny przewodnictwa cieplnego, wtórnego utleniania produktów spa­lania oraz absorbcji podczerwieni spalin.

Przewodnictwo cieplne ważniejszych składników spalin w porównaniu z powietrzem obrazuje rysunek 19. Przedstawione dane

41

pozwalają na stwierdzenie, iż spośród składników gazowych zmienia­jących się w funkcji nadmiaru powietrza w pierwszym rzędzie może być oceniony C0₂. Niewspółmiernie duże lub mniejsze od przeciętne­go przewodnictwo cieplne Hg lub S0₂ nie zakłóca w sposób istotny pomiaru, ponieważ procentowa ilość tych składników jest w wartości

A

absolutnej niewielka, a ponadto ich koncentracja w funkcji nadmia­ru powietrza niemal nie ulega zmianie.

Działanie przyrządów dokonujących oceny przewodnictwa cieplnego składników spalin jest następujące. Jeśli umieścimy w ko­morze włókno podgrzewane prądem elektrycznym, to temperatura włókna uzależniona będzie od przenoszonej energii elektrycznej oraz od strat cieplnych.

W przypadku gdy energia elektryczna użyta do podgrzania zostanie ustalona, temperatura włókna będzie uzależniona wyłącznie od strat cieplnych, czyli od przewodnictwa cieplnego gazu znajdują­cego się w komorze pomiarowej. O pomiarze ciągłym możemy jednak mówić jedynie wówczas, gdy zapewnimy stałą wymianę gazu w ko­morze. Pozornie zakłóca to dokładność oceny, jako że ośrodek prze­pływający przez komorę — zależnie od ilości i składu — może za­brać ze sobą zmienną ilość ciepła.

W rzeczywistości owo zakłócające oddziaływanie jest nieznacz­ne z jednej strony dlatego, że ciepła właściwe różnych gazów są podob­ne (CO —0,31; C0₂—0,382; H₂0 w stanie pary 0,354; powietrze 0,311; Hę, —0,31; N₂ —0,31 kcal/m³), z drugiej strony ze względu na specjal­ne ukształtowanie komory pomiarowej, co sprawia, że w otoczeniu włókna gaz ulega przemianie jedynie drogą dyfuzji molekularnej. Mi­mo to pomiar przyrządem określającym przewodnictwo cieplne bę­dzie dostatecznie dokładny jedynie wówczas, gdy spowodujemy zmniejszenie różnicy pomiędzy temperaturą powietrza a temperaturą mierzonego gazu za pomocą sondy, posiadającej odpowiednią po­wierzchnię chłodzącą, a także o ile zainstalujemy odpowiednią pom­pę zapewniającą równomierny przepływ gazu z określoną prędkością.

Rys. 20. Schemat analizatora spalin pracującego na zasadzie relatywnej oceny przewodnictwa cieplnego

Ocena składu spalin dokonywana jest za pomocą elektrycz­
nego mostka pomiarowego na zasadzie zmiany oporności. Ze względu
na układ połączeń mostka pomiarowego możemy rozróżnić dwa roz­
wiązania.   .                                                                             ₄

Rozwiązanie pierwsze (rys. 20a) ma jedną komorę pomiarową l    oraz    komorę    porównawczą    2,   natomiast    rozwiązanie -drugie

43

(rys. 20b), w celu zwiększenia czułości pomiaru ma dwie komory po« miarowe oraz diwie komory porównawcze. Rozwiązanie z dwiema ko­morami 'pomiarowymi jest oczywiście bardziej korzystne, ponieważ w przypadku identycznego składu gazu sterowanie przyrządu jest podwójne. Przy analizie spalin (rys. 21) gaz wydobyty z rury wyde­chowej silnika za pomocą sondy 1 przechodzi początkowo przez filtr 2 w celu usunięcia ziarnistych zanieczyszczeń i par, następnie przez oddzielacz kondensatu 3 i zazwyczaj przez wymiennik ciepła z oże-browaniem, dochodząc do komory połączonej z mostkiem pomiaro­wym. Ponieważ w okresie przygotowawczym należy mostek wyrów­nać za pomocą potencjometru poz. 3 (ma rys. 20), a następnie za po-

Rys. 21. Sonda do pobierania próbki spalin

mocą potencjometru poz, 4 (na rys. 20) należy ustawić prądy gałę­ziowe mostka, zatem ilość ciepła wyzwalanego w komorze osiąga do­kładnie określoną wartość oraz jest stała w czasie. W przypadku tego rodzaju warunków temperatura włókien platynowych podgrzewanych elektrycznie zależy w pierwszym rzędzie od ilości ciepła odprowa­dzonego przewodnictwem cieplnym.

44

Jeśli w komorze badawczej przewodnictwo cieplne mieszani­ny gazów odbiega od przewodnictwa gazu wzorcowego umieszczone­go w komorze porównawczej, to temperatura, a tym samym i opor­ność obu włókien platynowych będzie różna i wyrównana uprzednio równowaga mostka zostaje zachwiana. Prąd proporcjonalny do roz­strojenia mostka powoduje wychylenie wskazówki przyrządu i pozwa-la na ocenę składu badanego gazu.

Z   uwagi na  rozbieżne   przewodnictwo   cieplne składników spalin przyrządy pomiarowe nie mogą być skalowane na wartość pro-centową   jednego   składnika.   Czynnikiem   zakłócającym   jest  tu   brak możliwości   rozwiązania   całkowitego   oddzielenia   kondensatów   oraz zmienność temperatury i ciśnienia, spiętrzenia spalin w zależności od Obrotów silnika i otwarcia przepustnicy, co zmienia prędkość produk-6w  spalania  przepływających  przez  analizator.   Praktycznie  zatem przyrządy   te   wskazują   wypadkową   z wielu  składników  gazowych i wielu towarzyszących czynników. Ponieważ oceniane w taki sposób oddzialywanie   wypadkowe   jest  w   pewnym  zakresie   proporcjonalne do składu mieszanki paliwa dostającej się do silnika, jest oczywiste, e przyrządy te skaluje się na skład mieszanki. Przy ich stosowaniu warto jednak wiedzieć, że skład mieszanki wskazywany przez przy-ząd nie jest identyczny ze składem rzeczywistym, a nawet że przy­rządy różnej produkcji będą wykazywały różne wartości przy iden­tycznym składzie spalin. Z tego względu przy badaniu silnika za mia­rodajne  należy  zawsze  uważać wartości  graniczne 'podawane przez producenta.

W celu obniżenia ceny nabycia i ciężaru przyrządu wielu producentów wypuściło na rynek analizatory gazu bez pompy gazo­wej. Chociaż urządzenia te zawierają część konstrukcyjną niezbędną do oceny, to jednak znaczenie ich jest drugorzędne. Największą ich wadą jest to, że prędkość przepływu wewnętrznego gazu zależy wy­łącznie od ciśnienia spiętrzenia wytwarzanego w rurze wydechowej i dlatego iteż może się zdarzyć, że w okresie biegu jałowego przy­rząd na przykład nic nie wskaże lub poda wartość fałszywą, ponie­waż na skutek braku ciśnienia spiętrzenia spaliny nie dostają się do komory pomiarowej. Przyrządy te nie spełniają wymagań nowo-

 czesnej diagnostyki.

■

Rys   22  Schemat analizatora spalin działającego na zasadzie dopalania spalin

45

Budowa elektryczna przyrządu działającego z dopalaniem (rys. 22) jest podobna, jak przyrządu poprzedniego. Przeprowadzany na nim pomiar różni się od oceny na zasadzie przewodnictwa ciepl­nego jedynie tym, że w efekcie oddziaływania umieszczonej w przy­rządzie pompy 1 spaliny 2 wymieszane z określoną ilością powietrza 3 dostają się do 'komory pomiarowej 4, gdzie elektrycznie rozżarzone włókno dokonuje wtórnego utleniania.

Ciepło pochodzące ze spalania wtórnego zimienia temperatu­rę rozżarzonego włdkna, a mianowicie spadek temperatury wynikają­cy z odprowadzania ciepła będzie znacznie mniejszy, przy czym mos­tek pomiarowy wykazuje to oddziaływanie 'poprzez zmianę oporności przewodu. Komora kompensacyjna lub porównawcza 5 usytuowana jest w drugiej gałęzi mostka.

Spalanie wtórne pozwala na ocenę jedynie składników ga­zowych występujących w większej ilośici i posiadających możliwość dalszego utleniania. W przypadku silników gaźnikowych może tu wchodzić w rachubę CO. który zmieszany z powietrzem o koncen­tracji w granicach 12,5-f-75% może być dalej utleniany, przy czym tego rodzaju reakcja egzotermiczna powoduje wydzielanie ciepła w ilości 3020 kcal/m³. Przyrządy (analizatory spalin) działające na za­sadzie spalania wtórnego wykazują z dużym przybliżeniem zawar­tość tlenku węgla w spalinach i w przypadku tych przyrządów ska­lowanie dokonywane jest w procentach CO.

Stwierdziliśmy poprzednio, że gaźniki stosowane w silnikach gaźnikowych mają kilka, niezależnie od siebie działających, układów wytwarzających mieszankę, toteż skuteczne wykrywanie usterek mo­że być dokonywane jedynie wówczas, gdy układy te będziemy w sta­nie oceniać osobno. Przy poszukiwaniu usterek należy skontrolować:

— układ biegu jałowego,

— dyszę główną i związany z nim układ wyrównawczy,

— układ przyspieszający i wzbogacający,

— układ rozruchowy.

Kontrolę gaźnifców należy rozpoczynać na biegu jałowym, przy czym należy tak długo /Zmieniać mieszankę przez pokręcanie śrubą regulacyjną biegu jałowego w obu kierunkach (uboga i bo­gata), aż obroty silnika przy danym ustawieniu prżepustoicy osiągną wielkość maksymalną. Jeśli wówczas zawartość tlenku węgla jest większa niż 6% lub jeśli przyrząd wyskalowany na skład mieszanki wskazuje mieszankę bogatszą niż 1/12,5, wówczas regulację układu biegu jałowego można uznać za niewłaściwą. Tego rodzaju usterka może wynikać z zastosowania niewłaściwego paliwa na biegu jało­wym lub niewłaściwej dyszy powietrza, ewentualnie z niewłaściwego ustawienia poziomu paliwa.

Otwierając stopniowo przepustnicę, zwiększamy obroty do ok. 2000—2500 obr/min. W ten sposób praca dysz biegu jałowego zo­staje przejęta przez dyszę główną, a ze składu spalin można wniosko-

46

wać o jakości uzyskiwanej w taki sposób mieszanki. Skład mieszanki dobrego gaźnika, przy ocenie analizatorem spalin, powinien wynosić 1/14—1/14,5, zaś zawartość CO może wynosić maksimum 2,5%. Przez nagłe naciśnięcie pedału przyspieszana a możemy się ponadto przeko­nać o działaniu pompy przyspieszającej i układu wzbogacającego, wówczas bowiem wskazówka przyrządu przez krótki okres czasu po­winna wskazać bogatą mieszankę lub wielką koncentrację CO. Poza tym można również przeprowadzić kontrolę urządzenia rozruchowe­go, o ile w trakcie pomiaru zawartości CO lub składu mieszanki na biegu jałowym będziemy stopniowo uruchamiać dźwignię ssania. Wówczas proporcja mieszanki może się zmienić do 1:9, a zawartość CO do 8%.

W przypadku silnika ciepłego wzbogacenie mieszanki może być również zasygnalizowane zatrzymaniem się silnika. Do kontroli aboratoryjnej silników gaźnikowych lub do oceny czystości spalin potrzebne są bardziej dokładne przyrządy do analizy gazów. Działanie najczęściej stosowanych analizatorów (podczerwieni gazu oparte jest na zjawisku selektywności absorbcji energii, w zakresie promie­niowania   podczerwonego   składników   _;występujących   w   spalinach.

a więc pochłaniania przez każdy gaz promieniowania podczerwonego o określonej długości fali (rys. 23). Stopień pochłaniania jest propor­cjonalny do koncentracji rodzaju gazu. Umieszczone w analizatorze podczerwieni gazu (rys. 24) dwa promienniki podczerwieni 1 wydzie-;

ają promieniowanie energii o identycznej, intensywności, lecz o sze­rokim widmie, cyklicznie przerywane przez przesłonę 3 obracaną sil-

47

nikiem synchronicznym 2. Ta periodycznie przerywana energia pod­czerwieni z jednej strony przechodzi przez kuwetę porównawczą 5 zawierającą gaz i wyposażoną w okienka kwarcowe, z drugiej zaś strony przez kuwetę 4, przez którą przepływa badany gaz. Czujnik 6 składa się z dwóch oddzielonych  od  siebie  komór  wypełnionych

Rys. 24. Schemat analizatora spalin na podczerwień

zawsze badanym rodzajem gazu. Obie przestrzenie oddzielone są bar­dzo czułą przeponą stanowiącą mikrofon kondensatora.

Jeśli produkt spalania przepływający przez kuwetę pomiaro­wą zawiera takie same składniki jak gaz umieszczony w czujniku, wówczas część przechodzącego tędy promieniowania podczerwonego o długości fali charakterystycznej dla badanego rodzaju gazu zosta­je pochłonięta w stopniu proporcjonalnym do koncentracji. W ten sposób energia podczerwieni dostająca się do komór czujnikowych będzie inna. Ładunek czujnika pochłania energię o długości fali cha­rakterystycznej dla badanego gazu i wynikająca stąd różnica ciśnień wychyla przeponę 6 oddzielającą komory czujnikowe. Wychylenie przepony oceniane jest pojemnościowo obwodem prądowym przyrzą­du, określającym odpowiednio koncentrację danego gazu w procen­tach pojemności lub w promilach (albo też w ppm).

Z przedstawionej zasady działania można stwierdzić, że rów­nież analizator spalin podczerwieni reaguje w sposób niezwykle czu­ły na zmianę temperatury. Z tego względu w celu uzyskania od­powiedniej dokładności pomiaru gaz przed badaniem filtruje się, od­dziela się kondensaty, stabilizuje się temperaturę gazu za pomocą chłodziarki elektrycznej, a następnie gaz wprowadza się do analiza­tora z prędkością ustaloną za pomocą regulowanej pompy gazowej. Ewentualne oddziaływania zmian temperatury zewnętrznej elimi­nuje się w ten sposób, że cały przyrząd wraz z wbudowanym termo­statem podgrzewa się do stałej temperatury.

Określanie zanieczyszczenia powietrza przez samochody na­pędzane benzyną nie należy dziś jeszcze u nas do zadań diagnostycz­nych. Jednak w oparciu o przykłady zagraniczne można być pew­nym, że wzrost ruchu wielkomiejskiego spowoduje w krótkim czasie

48

konieczność przeprowadzania tego rodzaju badań i że pomiar emisji gazów stanie sią zadaniem diagnostyki. Ocena emisji gazów jest za­daniem dość złożonym wymagającym kosztownych urządzeń. Przy krótkim omawianiu gaźnika wspomnieliśmy już, że mieszanka pali-wowo-powietrzna niezbędna do pracy silnika gaźnikowego wytwarza­na jest przez różne części konstrukcyjne gaźnika w zależności od sta­nu roboczego. Jeśli pragniemy przekonać się z całkowitą pewnością, że badany samochód w żadnym ze stanów roboczych nie wydziela materiałów toksycznych w ilości większej od dopuszczalnej, to jest rzeczą nieuniknioną przejście przez wszystkie charakterystyczne sta­ny robocze. W aspekcie emisji jako charakterystyczny stan roboczy może być uważany: - bieg rozgrzewający,

- bieg jałowy w stanie nagrzania roboczego, - przyspieszanie (czyli tzw. przejście), - stan roboczy obciążenia częściowego, - stan roboczy obciążenia pełnego, - bieg jałowy wymuszony (hamownia silnikowa).

W warunkach laboratoryjnych lub warsztatowych wyszcze­gólnione stany robocze można zrealizować jedynie za pomocą stano­wiska   próbnego  rolkowego.  W   krajach  zajmujących  się   w   sposób

Rys. 25. Kolejność badań „California-test' wykonywanych w celu oceny zanieczyszczenia powietrza

49

4 — Diagnostyka samochodu

bardziej wnikliwy zagadnieniami związanymi z zanieczyszczeniem powietrza, np. w Kalifornii, Francji, RFN, do przeprowadzenia badań opracowano tzw. cykl przebiegu (rys. 25), który podaje czas pomia­ru stanowiskowego dla poszczególnych stanów roboczych (biegu ja­łowego, przyspieszenia, prędkości równomiernej itp.). Pomiar prze­prowadza się więc w surowo zaprogramowanych warunkach.

Rys. 26. Zestaw przyrządów do testu kalifornijskiego

1 — zawór elektromagnetyczny, 2 — pompa gazowa, 3 — filtr, 4 — regulator

wielkości przepływu, 5 — przepływomierz, 6 — pisak, 7 — zmiana zakresu pomiaru

Rys. 27. Zestaw przyrządów Hartmanna i Brauna  stosowany do  oceny laboratoryjnej składu spalin

50

Ocena składu spalin również odbiega w sposób istotny od metody stosowanej przy wykrywaniu usterek. Do pomiaru mogą być stosowane jedynie analizatory spalin o dokładności laboratoryjnej (zwykle analizatory podczerwieni) i równocześnie należy mierzyć kon­centrację co najmniej tlenku węgla, dwutlenku węgla i węglowodo­ru. Ponadto pożądane jest również obserwowanie zawartości tlenków azotu. W celu zapoznania się z analizatorem spalin podczerwieni omó­wimy zestaw przyrządów „California-test' (rys. 26) zawierających najbardziej potrzebne wyposażenie. Znajdujące się w zestawie 4 ana­lizatory podczerwieni URAS mierzą zawartość CO w zakresie 0—10%, zawartość COg. w zakresie 0—15% oraz koncentrację węglowodoru w zakresie 0—1000 ppm i 0—100 000 ppm. Stałą temperaturę gazu za­pewnia chłodziarka elektryczna, zaś stałą prędkość gazu pompa gazo­wa o regulowanej mocy. Rejestracja koncentracji gazu dokonywana jest przez urządzenia piszące. Za pomocą zaworów elektromagnetycz­nych umieszczonych w układzie pomiarowym, jednym przełączeniem niemal natychmiast może być wprowadzony do przyrządu gaz spraw­dzający i przepłukujący, a następnie za ich pomocą mogą być rów­nież wydalone kondensaty. Na rysunku 27 widoczny jest zestaw przy­rządów niezbędny do przeprowadzenia wszystkich pomiarów labo­ratoryjnych.

.

13 BADANIE SILNIKÓW WYSOKOPRĘŻNYCH  ZA POMOCĄ OCENY ZAWARTOŚCI  SADZY W SPALINACH

Kontrola spalin silników wysokoprężnych jest w znacznym stopniu uproszczona dzięki zjawisku polegającemu na tym, że ilość składników spalin ważnych z punktu widzenia oceny procesu spala­nia oraz zawartość sadzy w spalinach (w R_B, mierzona przyrządem Hartridge'a) zmienia się w funkcji nadmiaru powietrza niemal li­niowo (rys. 28). Fakt ten stwarza możliwość zastąpienia analizy gazu pomiarem zawartości sadzy, z dokładnością dostateczną dla celów praktycznych. Zawartość sadzy możemy mierzyć w jednostkach ab­solutnych w mg/im³ lub miarą względną, np. zdolnością pochłaniania światła.

Jak wiadomo utlenianie doskonałe, czyli proces spalania teoretycznego, nie wytwarza toksycznych produktów spalania. Wyni­ka stąd, że przesuwając parametry spalania rzeczywistego w kierun­ku całkowitego utleniania obniżamy ilość toksycznych produktów spa­lania i sadzy pochodzących ze spalania z niedomiarem powietrza. Stwarza to daleko idące możliwości oceny silnika. Nadmiar powietrza, w przypadku danego stanu roboczego, określony jest ilością powietrza znajdującego się V cylindrze oraz ilością wtryskiwanego paliwa. Po­nieważ sprawność wolumetryczna silnika z góry określa, ile powietrza

51

wpływa do cylindra przy danych obrotach, stąd w silniku wysoko­prężnym nadmiar powietrza może być regulowany wyłącznie ilością wtryskiwanego paliwa.

Dymienie silników wysokoprężnych może być odniesione do ilości wtryskiwanego paliwa, a tym samym do regulacji pompy wtryskowej, do sprawności wolumetrycznej, do jakości rozpylania i tworzenia mieszanki. W przypadku normalnych okoliczności i wa­runków w zależności od stanu roboczego można określić tę wartość nadmiaru powietrza, powyżej której dymienie silnika wysokoprężne­go jest znikome. Granica dymienia występuje przy współczynniku nadmiaru powietrza a = 1,2—1,3 w silnikach z komorą dzieloną oraz « = 1,3—1,4 w silnikach z wtryskiem bezpośrednim.

W podanych zakresach granice dymienia odpowiadające po­szczególnym obrotom określone są wartością sprawności wolumetrycz­nej lub właściwościami tworzenia mieszanki, związanymi z ukształto­waniem przestrzeni spalania w silniku.

Wartości graniczne dymienia silników różnego typu mogą być określone pomiarami stanowiskowymi. Przy tego rodzaju pomia­rach dymienie silnika mierzy się przy stopniowo zwiększanej ilości paliwa w funkcji obrotów (rys. 29). Uzyskany w taki sposób szereg krzywych nie podaje jeszcze istotnej informacji odnośnie krzywej granicznej dymienia silnika. Właściwa charakterystyka >może być z te­go materiału pomiarowego wyznaczona za pomocą par wartości do­tyczących ilości paliwa (q_lt q₂, q_s itd.) i dymienia (K_fflł B._m, R_m itd.) odniesionych do stanu roboczego n=const (rys. 30). Charakterysty­ka z jednej strony podaje informacje o właściwościach dymienia da­nego typu silnika, z drugiej strony pozwala na wyznaczenie charak­terystyki wtrysku, wymaganej przy pracy silnika bez dymienia. Jeśli

52

np. znana jest największa dopuszczalna w ruchu drogowym wartość wydzielania dymu, to prosta pozioma poprowadzona przez tę wartość (rys. 30) wyznaczy największą dopuszczalną ilość paliwa. Przez uzys-

kaną w taki sposób tzw. graniczną ilość paliwa (rys. 31) należy rozu-mieć tę ilość paliwa odniesioną do jednego wtrysku, której ze wzglę-du na przepisy nie można przekroczyć przy żadnych obrotach.

Jeśli charakterystyka podawania pompy wtryskowej zainsta-lowanej na silniku 1 przebiega wszędzie pod graniczną ilością paliwa, wówczas silnik w żadnym ze stanów roboczych nie dymi w stopniu

niedopuszczalnym. Jeśli jednak przy nieuzasadnionym zwiększeniu mocy — z punktu widzenia trwałości silnika na ogół szkodliwym — podawanie pompy wtryskowej zostanie zwiększone 2, to w zakresie w którym ilość wtryśniętego paliwa przekroczy wartość graniczną, wystąpi dymienie większe od dopuszczalnego.

Krzywe graniczne dymienia silników o różnych ukształtowa-niach przestrzeni spalania mają zróżnicowany charakter. W związku z tym charakterystyki podawania lub przepisy dotyczące regulacji pomp wtryskowych powinny być ustalane osobno do każdego typu.

Spośród występujących w praktyce usterek powodujących dy­mienie,  należy  w  pierwszym  rzędzie  wymienić   zużycie  elementów

Rys. 32. Wpływ zużycia elementu wtryskowego pompy wtryskowej na dymienie

tłoczących pompy wtryskowej o wielkości przekraczającej wartość dopuszczalną (rys. 32). Użytkownicy, powołując się zwykle na brak części zamiennych, nie dokonują kasacji zużytych elementów, a straty szczelinowe powstające na skutek zużycia 1 próbują równoważyć szkodliwym zwiększeniem wielkości ładunku 2. Ponieważ straty szcze-

54

linowe uzależnione są od obrotów silnika i wynikający stąd spadek ładunku  jest  znaczny,  głównie w-przypadku małych obrotów, stąd

a skutek wspomnianego wzrostu ładunku charakterystyka podawa-

ia, rosnąca w sposób sztywny w zakresie dużych obrotów, przekra­cza krzywą graniczną paliwa 3, co powoduje niedopuszczalne dymie­nie.   Stosowanie  zużytych  elementów   jest  szkodliwe  szczególnie  w

jrzypadku silników z wtryskiem bezpośrednim, w których ilość pa­liwa odpowiadająca wartości granicznej zwykle maleje, przy wzrasta­jących obrotach.

Znaczny wzrost dymienia i obniżenie trwałości silnika spo­wodowane są nierównomiernością podawania paliwa przez sekcję tło­czącą pompy wtryskowej. W tym przypadku moc silnika spada w sposób istotny, czemu zwykle próbuje się przeciwstawić przez zwięk­szenie całkowitej wydajności. W ten sposób niewątpliwie uzyskuje się zwiększenie podawania średniej ilości paliwa, jednak różnice w podawa­niu poszczególnych sekcji tłoczących nie zanikają. Cylindry z sekcja­mi tłoczącymi podającymi nadwyżkę paliwa pracują powyżej granicy

ymienia i przy stosunkowo niskiej średniej mocy — wraz ze szkodli­wym obciążeniem — powstaje nieprzyjemne dymienie. Jako kolejną

nożliwość  źródła  usterki należy wymienić nieprawidłowość na po­czątku wtrysku  i  w okresie wtrysku wstępnego, różnice w stopniu łprężania   wynikające   ze   stosowania   uszczelek   głowicy  o   różnych grubościach oraz stosowanie w silnikach Csepel głowic żarowych róż- nego typu.

Za pomocą pomiarów można wykazać, że właściwa regulacja silnika i układu wtryskowego może w znacznym stopniu obniżyć od­działywanie zanieczyszczające spalin oraz poprawić ekonomiczność pracy samochodu. W istocie zatem najważniejsze czynności niezbędne przy obniżaniu stopnia zadymienia — a więc optymalna regulacja  —

Rys. 33. Zależność między dymieniem a jednostkowym zużyciem paliwa przy różnych obrotach

55

służą interesom użytkownika. W przypadku każdego typu silnika wraz ze wzrostem dymienia pogarsza się proporcjonalnie zużycie jed­nostkowe paliwa, które stanowi parametr najdokładniej odzwiercie­dlający sprawność ogólną silnika (rys. 33). Zależności te można zaw­sze wykazać, o ile dymienie spowodowane jest niewłaściwą regulacją.

Przy kontroli silników wysokoprężnych stosuje się dwie za­sadnicze metody pomiaru zadymienia, a mianowicie pomiar zawarto­ści sadzy przez prześwietlanie gazu spalinowego oraz pomiar odfiltro­wanych składników ziarnistych sadzy. Ponieważ pomiędzy procento­wym zadymieniem R wyrażonym zagęszczeniem dymu w spalinach lub zaciemnieniem bibuły filtracyjnej a zawartością sadzy ziarnistej w spalinach określaną w mg/m³ zachodzi bezpośrednia zależność (rys. 34), obie metody praktycznie sprowadzają się do pomiaru zdol­ności pochłaniania światła.

Rys. 34. Zależność między procentem zadymienia określającym gęstość dymu a zawartością sadzy w spalinach, wyrażoną w mg/m'

Dymomierz produkcji węgierskiej FM-1 (rys. 35) działa na za­sadzie odfiltrowania ziarnistej zawartości sadzy 'tworzącej widoczny dym. Próbka spalin, 'konieczna do oceny zawartości sadzy, pobierana jest przez sondę 2 za pomocą tłoczka poruszanego sprężyną urządze­nia umieszczoną w rurze wydechowej. Produkty spalania w ilości 320 cm³, odpowiadającej pojemności cylindra, przechodzą przez bibu­łę filtracyjną 2 umieszczoną przed cylindrem, na której wydziela się ziarnista zawartość sadzy, pozostawiając szarą lub czarną plamę. Do skoordynowania pobierania próbki i stanu roboczego przyspieszania, związanego z całkowitym wtryskiem silnika, urządzenie ma zdalne sterowanie pneumatyczne, umieszczane przed pomiarem na pedale przyspieszania.

Ocena plamy dokonywana jest za pomocą skali zaciemnienia. Odcień próbki kolorowej, wybranej jako wartość graniczna, odpowia­da kolorowi plamy sadzy uzyskanej z pobierania próbki produktu spalania, która zawierała ziarniste sadze w ilości jeszcze dopuszczalnej przepisami. Strefa kolorowa odpowiadająca zawartości sadzy o wiel-

56

.

kościach o 10% różnych (większych i mniejszych) od wartości granicz­nej, umieszczona przy wzorcu zaciemnienia, ułatwia ocenę stopni za-barwienia. Dla oceny zawartości sadzy odfiltrowanej z próbki spalin można umieścić pod skalą bibułę filtracyjną wyjętą z urządzenia i przeprowadzić przez otwory wzorca optyczne porównanie zabar­wienia.

Przy pomiarze dymienia silnik stojącego samochodu pracu­jący przy obrotach biegu jałowego należy przyspieszać przez całko­wite naciśnięcie pedału przyspieszania, aż do końca zakresu regulacji.

Rys. 36. Zmiana ilości paliwa dostającego się do cylindra silnika podczas pobierania próbki w okresie przyspieszania

57

Pedał przyspieszania należy w tym przypadku uruchamiać za pośrednictwem zdatnego sterowania pneumatycznego dymomierza, przy czym zdalne sterowalnie uruchamia tłpczek pobierający próbkę dopiero wówczas, gdy pedał przyspieszania przy całkowitym napeł­nieniu został już dociśnięty do oporu. Proces pobierania próbki moż­na również przedstawić na charakterystyce regulacyjnej pompy wtryskowej (rys. 36). Przed pobraniem próbki silnik pracuje przy obro­tach biegu jałowego i otrzymuje odpowiednią ilość paliwa q_u. Przy nagłym naciśnięciu pedału przyspieszania ilość wtryśniętego paliwa osiągnie magle całkowite napełnienie i w tym samym czasie zdalne sterowanie uruchamia pobór próbki. Wsysanie spalin trwa ok. 1 mi­nuty i w tym czasie silnik przy całkowitym napełnieniu przyspiesza w kierunku regulacji krańcowej. Na początku regulacji krańcowej kończy się pobór próbki. Z powyższego wynika, że urządzenie doko­nuje oceny średniego zadymienia w zakresie obrotów eksploa­tacyjnych.

Pomiar zadymienia przeprowadzony prześwietlaniem spalin można najlepiej przedstawić za pomocą urządzenia Hartridge'a (rys.

'                                                                          dymomierza Hartridge'a

37). Urządzenie składa się z dwóch rur pomiarowych o identycznych wymiarach. Środkowy otwór jednej z rur połączony jest z dmucha­wą 1, która dostarcza do układu powietrze o określonym ciśnieniu. Po­wietrze wydobywa się z rury przy jej końcach, a następnie systema­tycznie przepłukuje umieszczony przed drugą rurą pomiarową oświet­lacz 2 i fotoogniwo 3.

58

Spaliny wprowadzamy przez samoczynny zawór ciśnienio­wy 4, odstojnik dla kondensującej pary wodinej 5 i środkowy otwór drugiej rury pomiarowej. Dopływ spalin może nastąpić jedynie wów­czas, gdy ich ciśnienie jest większe od przeciwciśnienia wytwarzanego przez dmuchawę. Oświetlacz i fotoogniwo stanowiące czujnik insta­luje się na wspólnej obrotowej osi, co pozwala na swobodne obraca­nie w kierunku otworów jednej lub drugiej rury pomiarowej. Przy pomiarze układ czujnikowy ustawiany jest przed rurą wypełnioną spalinami, zaś przy legalizacji przed rurą wypełnioną powietrzem. W celu dokonania legalizacji przyrząd wskazówkowy należy wyzero­wać potencjometrem przyrządu czujnikowego. Przyrząd połączony z fotoogniwem podaje wychylenia proporcjonalne do gęstości spalin, oceniając w ten sposób za pośrednictwem skali procentowej ilość czą­stek stałych sadzy.

■

1.4. KONTROLA  ROZRZĄDU  ZAWOROWEGO

Niewłaściwy rozrząd zaworowy może wywierać znaczny wpływ na wymianę ładunku i proces spalania w silnikach. Rozrząd silnika może się zmieniać z wielu powodów. W okresie pracy obcią­żenia mechanizmów napędzających zawory poszczególnych cylindrów, nawet w przypadku silnika wyprodukowanego z największymi do­kładnościami wymiarowymi, mają różne wielkości. Jeśli ponadto weź­miemy pod uwagę, że skład materiału i struktura części konstrukcyj­nych często nie są identyczne, wówczas w sposób nieunikniony w każdym miejscu obciążenia pojawią się zużycia o różnych wielkościach. Naturalnie na rozrząd oddziałują już na początku również niedo­kładności produkcyjne lub błędy popełniane przy odnawianiu części. Źródło szkodliwych zmian może stanowić również niewłaściwa obsłu­ga, jeśli bowiem w przypadku silnika górnozaworowego zostanie usu­nięty luz zaworowy, co może spowodować uderzanie grzybka zaworu o tłok, to rozrząd będzie narażony na uszkodzenie. Inne jeszcze liczne podobne oddziaływania sprawiają, że przy wykrywaniu usterek celo­we jest sprawdzenie kątów rozrządu zaworów.

             Określenie kątów rozrządu tradycyjną metodą pomiarową jest

niezwykle uciążliwe i niedokładne. W większości przypadków ocena może być dokonana jedynie na silniku wymontowanym z pojazdu, przy dość pokaźnych nakładach dalszych prac instalacyjnych. Przy stosowaniu metody pomiarowej, noszącej naziwę tradycyjnej, do pierwszego końca wału korbowego silnika mocuje się — dla uzyska­nia możliwie największej dokładności odczytu — tarczę z podziałką kątową o dużej średnicy w takiej pozycji, aby wskazówka przytwier­dzona do bloku cylindrowego silnika wskazywała zero stopni w GMP. Przy   ręcznym obracaniu  wału korbowego  otwieranie  i  zamykanie

59

każdego zaworu określane jest za pomocą wskaźnika indykatorowego umieszczonego nad zaworem lub dźwignią zaworu.

Pomijając już niezwykle dużą pracochłonność metody należy stwierdzić, że jest ona bardzo niedokładna. Ze względu na powolne obracanie nie można uniknąć tego, że ewentualne luzy napędu wałka rozrządczego zmieniają mierzone kąty bądź w kierunku obrotu, bądź też w kierunku przeciwnym. Początkowy odcinek krzywki jest bardzo nieokreślony — nawet w przypadku najbardziej dokładnej metody produkcyjnej mogą na tym odcinku wystąpić rozbieżności — a po­nadto najmniejsza zmiana luzu zaworowego As (rys. 38) zmienia w sposób bardzo istotny kąty Aa odpowiadające otwarciu i zamknięciu

Rys. 38. Zmiana kąta rozrządu w przypadku różnych wielkości luzów zaworowych

zaworu. Niektóre fabryki silników próbują się bronić przed tą uster­ką w taki sposób, że do pomiaru kątów rozrządu zalecają luz zawo­rowy większy od roboczego (0,4 mm) i do takiej regulacji podają dane dotyczące rozrządu.

Kąty rozrządu odpowiadające stanowi rzeczywistemu należy określić podczas pracy silnika. Do tego celu stosuje się lampę, stro­boskopową o regulowanym opóźnieniu używaną do oceny wyprzedza­nia zapłonu, różniącą się od lampy stroboskopowej mierzącej wyprze­dzenie zapłonu tylko tym, że zakres opóźnienia jest znacznie większy (ok. 360—600°).

Ponieważ szczegółowy opis lampy stroboskopowej do kontroli zapłonu zaopatrzonego w obwód prądowy opóźniający można znaleźć w rozdziale 2.4, nie będziemy tu omawiać działania obwodu prądo­wego. Dla zrozumienia pomiaru kątów rozrządu należy tylko wie­dzieć, że błyski omawianej lampy stroboskopowej sterowane są wtór­nym napięciem zapłonowym wybranego przez nas cylindra. Ponieważ błysk jest bardzo krótki i stosownie do sterowania występuje zawsze przy tym samym położeniu wału korbowego, stąd części poruszające się wraz z wałem korbowym (w tym również zawory) widzimy w oświetleniu lampą w pozycji nieruchomej (efekt stroboskopowy). Błysk lampy można opóźniać obwodem prądowym opóźniającym w porów­naniu do sterowanego sygnałem zapłonowym. Wielkość odchylenia mierzona jest w stopniach obrotu obwodem prądowym lub umieszczo­nym tu przyrządem.

60

Po uruchomieniu obwodu prądowego lampy stroboskopowej łączymy sondę sterującą lampy z przewodem wysokiego napięcia świecy badanego cylindra oraz usuwamy pokrywę dźwigni lub popy-chaczy zaworowych. Jeśli uruchomimy silnik i obierzemy obroty ba­dawcze (1000—1200 obr/min), to lampa stroboskopowa zabłyśnie bez opóźnienia w ustawieniu wyprzedzenia zapłonu, odpowiadającym chwilowym obrotom.

Ponieważ wszystkie 'kąty rozrządu uzyskujemy w odniesie­niu do tego ustawienia wyprzedzenia zapłonu (czyli punktu bazowego pomiaru), należy przede wszystkim dokładnie zmierzyć wartość kąta wyprzedzenia zapłonu i w celu uniknięcia ewentualnej regulacji za­płonu dokładnie utrzymywać obroty. Następnie oświetlamy lampą stroboskopową trzon zaworu wylotowego lub dźwignię popychacza i przesuwamy obwodem prądowym opóźniającym błysk tak długo, dopóki zawór porusza się w kierunku otwarcia. Przyrząd z obwodem prądowym opóźniającym w tym przypadku podaje sumę kąta wy­przedzenia zapłonu i kąta otwarcia zaworu wylotowego odniesione­go do GMP. Dalszym opóźnianiem mogą być określane kolejno war­tości kątów odpowiadające zamknięciu zaworu dolotowego.

K_ny=(X._e + 130^o 5z_ny = <x_e*350° K_z= QL_e + 365° Sz_z = cL_et580°

Rys. 39. Pomiar stroboskopowy kątów rozrządu przy sterowaniu od zapłonu badanego cylindra

61

Dla uproszczenia przedstawionego wywodu przebieg pomia­ru — przy założonych kątach rozrządu — przedstawiono na .rysun­ku 39. Jak widać położenie wyprzedzenia zapłonu może być uważane za punkt wyjściowy wszystkich mierzonych wartości, zaś kąty roz­rządu odniesione do GMP uzyskamy jedynie wówczas, gdy od zmie­rzonej wartości odejmiemy kąt wyprzedzenia zapłonu. Na rysunku można również odnaleźć wynik: pomiarów odniesione do założonych kątów rozrządu.

Jak widać, pomiar w przedstawionej formie może być prze­prowadzony jedynie wówczas, gdy obwód prądowy dysponuje zakre­sem opóźnienia o wielkości co najmniej 600—650°.

Zakres opóźnienia, niezbędny do pomiaru, może być zmniej­szony, o ile np. przy pomiarze kąta otwarcia zaworu wylotowego i dolotowego przy pierwszym cylindrze silnika czterocylindrowego z kolejnością zapłonu 1—3—4—2 obwód prądowy sterujemy zapłonem pierwszego cylindra, zaś przy pomiarze kąta zamknięcia zaworu do­lotowego i wylotowego — zapłonem 4 cylindra (rys. 40). Zakładając

Rys. 40. Pomiar stroboskopowy kątów rozrządu przy sterowaniu od zapłonu dwóch celowo wybranych cylindrów

poprzednie kąty sterowania potrzebny jest już tylko zakres opóźnie­nia wynoszący 350—400°. Jeśli do sterowania obwodu prądowego wy­korzystamy również zapłon 2 i 3 cylindra, a kąt wyprzedzenia za­płonu przy obrotach badania będzie większy niż wyprzedzenie otwar­cia zaworu dolotowego, to zakres ten można zawęzić do tego stopnia, że badanie można przeprowadzić również za pomocą lampy strobosko­powej wyprodukowanej do kontroli wyprzedzenia zapłonu. Naturalnie ze względu na wielokrotne przemieszczanie sondy sterującej należy uprzednio opracować technologię pomiaru.