Próba rozruchu - Adam Ustrzycki

Opracował: Adam Ustrzycki
Katedra Silników Spalinowych i Transportu
LABORATORIUM SILNIKÓW SPALINOWYCH
Materiały pomocnicze
Temat: Przygotowanie silnika do badań. Badanie stopnia rozruchu silnika spalinowego
Celem ćwiczenia jest określenie właściwości rozruchowych samochodowego silnika spalinowego
obejmujące sprawdzenie moŜliwości rozruchu silnika w danej temperaturze otoczenia.
PRZYGOTOWANIE SILNIKÓW DO BADAŃ
Silnik do badań silnikowych powinien posiadać:
• odpowiednią dokumentację towarzyszącą - do silnika powinny być dołączone dokumenty
stwierdzające przyjęcie go przez kontrolę jakości producenta oraz charakterystyka techniczna i
instrukcja obsługi,
• odpowiedni stan techniczny - silnik powinien być dotarty całkowicie i wyregulowany wg danych producenta oraz powinien być sprawne technicznie,
• silnik powinien być odpowiednio wyposaŜony, zgodnie z zakresem badań wg [3].
Silnik powinien być zamontowany na stanowisku w sposób zapewniający poprawną pracę
przy pełnym obciąŜeniu z zachowaniem wymogów bezpieczeństwa. Podłączenie do instalacji
paliwowej i wylotowej powinny zapewniać szczelność i niezawodność w kaŜdych warunkach
badań. Wał łączący silnik z hamulcem powinien być zabezpieczony osłoną. Czujniki urządzeń
pomiarowych powinny być zamontowane w sposób zapewniający szczelność połączeń.
Pomiary podstawowych parametrów silnika powinny być prowadzone w odpowiednich
miejscach. PołoŜenie punktów pomiarowych określa producent silnika. Standardowe
rozmieszczenie punktów pomiaru poszczególnych parametrów silnika przedstawiono w tabeli 1.
Tabela 1. Miejsca pomiaru podstawowych parametrów silnika [3]
Lp.
1.
2.
3.
Mierzony parametr
Moment obrotowy
Prędkość obrotowa silnika
Temperatura paliwa
4.
Temperatura powietrza w
układzie dolotowym silnika
Temperatura cieczy
chłodzącej
Temperaturę oleju
smarującego
Ciśnienie oleju smarującego
Ciśnienie bezwzględne w
przewodzie dolotowym
5.
6.
7.
8.
9.
Przeciwciśnienie w układzie
wylotowym silnika5)
10.
Spadek ciśnienia w układzie
dolotowym6)
Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa
Miejsce pomiaru
Na wale korbowym lub jego odpowiedniku.
Na wale korbowym lub jego odpowiedniku.
- dla silników o zapłonie iskrowym, temperaturę paliwa naleŜy mierzyć
jak najbliŜej dolotu do gaźnika lub zespołu kolektora wtryskiwaczy 1).
- dla silników o zapłonie samoczynnym (diesel), temperaturę paliwa
naleŜy mierzyć na dopływie paliwa do pompy wtryskowej 2).
W kanałach dolotowych 3).
Na wypływie z silnika 4)
Na dolocie do magistrali olejowej, na wylocie z chłodnicy oleju (jeŜeli jest
zainstalowana), albo w miejscu określonym przez producenta.
W miejscu określonym przez producenta.
Ciśnienie bezwzględne na dolocie do silnika za spręŜarką i wymiennikiem
ciepła, jeŜeli są zamontowane, naleŜy mierzyć w kolektorze dolotowym i
w dowolnym innym punkcie, w którym powinno być zmierzone ciśnienie
w celu obliczenia współczynników korekcji.
W punkcie oddalonym o co najmniej trzy średnice przewodu w kierunku
przepływu spalin od kołnierza(-y) kolektora(-ów) wylotowego(-ych) przy
turbospręŜarce (-kach) (jeŜeli jest zamontowana).
Na dolocie do kanałów dolotowych, filtra powietrza, tłumika hałasu na
dolocie lub ogranicznika prędkości obrotowej silnika (jeŜeli są
zamontowane).
Politechnika Rzeszowska
Opracował: Adam Ustrzycki
Katedra Silników Spalinowych i Transportu
cd. tabeli 3.1
1)
Temperaturę paliwa naleŜy utrzymywać na poziomie określonym przez producenta z dokładnością ± 5 K. JednakŜe
dopuszczalna podczas pomiaru minimalna temperatura paliwa powinna być temperaturą otaczającego powietrza. JeŜeli
producent nie określił wartości temperatury paliwa dla badania, powinna ona wynosić 298 K ± 5 K.
2)
Na Ŝądanie producenta, pomiar temperatury paliwa moŜna zrealizować w innym punkcie pompy wtryskowej,
reprezentatywnym dla warunku pracy silnika lub w przewodzie doprowadzającym paliwo między filtrem paliwa a pompą
wtryskową, powyŜej punktu wypływu paliwa powrotnego.
3)
W tym samym punkcie naleŜy wykonać pomiar spadku ciśnienia w układzie dolotowym. Termometr lub termoparę naleŜy
osłonić od przepływu powrotnego paliwa oraz ciepła promieniowania i umieścić bezpośrednio w strumieniu powietrza.
4)
Temperaturę cieczy chłodzącej naleŜy utrzymywać na poziomie określonej przez producenta górnej wartości temperatury
regulowanej termostatycznie z dokładnością ± 5 K. JeŜeli producent nie określi powyŜszej temperatury, naleŜy
utrzymywać temperaturę równą 353 K ± 5 K (80 ±5°C). W przypadku silników chłodzonych powietrzem, temperatura w
0
punkcie wskazanym przez producenta powinna być utrzymywana w zakresie -20
K od maksymalnej wartości określonej
przez producenta dla warunków odniesienia.
5)
W przypadku zastosowania równowaŜnego układu dolotowego zamiast układu seryjnego naleŜy dokonać kontroli, aby
upewnić się, iŜ wartość spadku ciśnienia nie róŜni się o więcej niŜ 100 Pa od wartości granicznej określonej przez
producenta dla czystego filtra powietrza.
6)
W przypadku zastosowania równowaŜnego układu wylotowego zamiast układu seryjnego naleŜy dokonać kontroli celem
upewnienia się, Ŝe przeciwciśnienie w układzie wylotowym silnika nie róŜni się o więcej niŜ 1000 Pa od ciśnienia
określonego przez producenta. JednakŜe moŜna zastosować system zapewniający minimalną wartość strat ciśnienia.
STANOWISKO BADAWCZE DO BADANIA WŁASNOŚCI ROZRUCHOWYCH
W skład stanowiska do badania własności rozruchowych poza standardowymi urządzeniami
i przyrządami pomiarowymi powinny wchodzić, co najmniej:
• termometry o dokładności wskazań ±1 °C do pomiaru temperatury elektrolitu w środkowym
ogniwie akumulatorów,
• woltomierz klasy dokładności 1,5 do pomiaru napięcia na zaciskach rozrusznika,
• amperomierz klasy dokładności 1,5 do pomiaru natęŜenia prądu pobieranego przez rozrusznik,
• sekundomierz o dokładności wskazań ±0,5 % do pomiaru czasu próby rozruchu,
• rejestratory wielokanałowe (np. oscylograf pętlicowy) z moŜliwością ciągłej rejestracji co
najmniej dwóch temperatur, prędkości obrotowej, napięcia i natęŜenia prądu w funkcji czasu
oraz chwili włączenia i wyłączenia rozrusznika i urządzenia rozruchowego przez znacznik
zdarzeń,
• urządzenie do ładowania akumulatorów,
• areometr i woltomierz do określania stanu akumulatora.
W przypadku wyznaczania granicznej temperatury rozruchu silnika dodatkowo stanowisko
powinno być wyposaŜone w:
• komorę chłodniczą z automatyczną regulacją zapewniającą uzyskanie temperatury w granicach
0° do 40 °C i utrzymanie jej z dokładnością do ±2 °C w całej objętości komory przy wilgotności
względnej nie przekraczającej 60 %,
• instalację elektryczną do zasilania urządzeń i przyrządów pomiarowych oraz do zasilania
rozrusznika z akumulatorów umieszczonych w komorze z moŜliwością zasilania rozrusznika ze
źródła energii z zewnątrz komory,
PRZYGOTOWANIE AKUMULATORÓW DO BADAŃ
Komplet akumulatorów zastosowany w badaniach (rodzaj, liczba, napięcie, pojemność)
powinien być zgodny z przewidzianym do rozruchu badanego silnika w seryjnym wyposaŜeniu
samochodu. Akumulatory powinny być w stanie technicznym zapewniającym zgodność ich parametrów z danymi producenta.
Do kaŜdej próby rozruchu akumulatory powinny być naładowane w 75 % pojemności
znamionowej. Stan ten naleŜy otrzymać wykonując kolejno następujące czynności przy
temperaturze elektrolitu nie niŜszej od 5 °C:
• naładować (bądź doładować) wg instrukcji obsługi,
• wyładować prądem równym 0,05 pojemności znamionowej 20-godzinnej w ciągu 10 h,
ładować prądem jak wyŜej w ciągu 5 h.
Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa
Politechnika Rzeszowska
Opracował: Adam Ustrzycki
Katedra Silników Spalinowych i Transportu
PRZYGOTOWANIE SILNIKÓW DO BADANIA STOPNIA ROZRUCHU
Silnik powinien spełniać ogólne wymagania dla badań silnikowych a w szczególności
powinien posiadać wyposaŜenie seryjne z kompletnym układem dolotowym, wylotowym i chłodzenia. Silniki mogą być wyposaŜone w urządzenia wspomagające rozruch tylko w przypadku,
gdy stanowią jego wyposaŜenie seryjne.
Przed przystąpieniem do badań naleŜy zmierzyć napięcie na zaciskach rozrusznika i
natęŜenie prądu pobieranego przez nieobciąŜony rozrusznik.
Przed kaŜdą próbą rozruchu silnik powinien przepracować około 30 min na biegu luzem.
Przed pierwszą próbą rozruchu i przed następną próbą po nieudanym rozruchu naleŜy uruchomić
silnik, zasilając rozrusznik z zewnątrz komory chłodniczej, natomiast po udanym rozruchu naleŜy
wykorzystać uruchomienie silnika podczas próby.
Prędkość obrotowa powinna być tak dobrana, aby w ciągu ostatnich 10 min pracy silnika
temperatura oleju w misce olejowej była zgodna z zaleconą przez producenta lub wynosiła 80 ±5
°C, jeŜeli nie ma zalecenia. Zatrzymanie silnika powinno nastąpić po około 15 s pracy, przy
prędkości obrotowej mocy maksymalnej. Przez cały czas naleŜy kontrolować pracę silnika i
szczelność połączeń oraz działanie urządzeń i przyrządów pomiarowych. W przypadku
wystąpienia nieprawidłowości, naleŜy je usunąć i jeŜeli zakłócony został przebieg pracy silnika,
naleŜy ją powtórzyć.
Po zatrzymaniu silnika naleŜy pobrać próbkę oleju z układu olejenia i wykonać oznaczenie
lepkości kinematycznej, w temperaturze, w jakiej określona była lepkość oleju świeŜego. Lepkość
nie powinna obniŜyć się więcej niŜ o 10 % w stosunku do lepkości oleju świeŜego. W przypadku
przeciwnym naleŜy wymienić olej na świeŜy (łącznie z wkładem filtrującym) i powtórzyć wstępną
pracę silnika.
Przed kaŜdą próbą rozruchu silnik i akumulatory przygotowane jw. oraz paliwo w zbiorniku
naleŜy ochłodzić w komorze chłodniczej do danej temperatury otoczenia, co uznaje się za
osiągnięte z chwilą uzyskania tej temperatury we wszystkich miejscach pomiarowych wg p.
Stanowisko badawcze silnika spalinowego pracy [2]. Następnie tak ochłodzony silnik,
akumulatory i paliwo naleŜy przetrzymać w danej temperaturze przez 12 h.
PoŜądane jest, Ŝeby łączny czas chłodzenia nie przekraczał 20 h, aby pozostała część doby przy,
kolejno następujących po sobie próbach rozruchu mogła być wykorzystana na wykonanie próby.
W przypadku określania granicznej temperatury rozruchu przed kaŜdą próbą rozruchu silnik
i akumulatory (wskazane - dwa komplety akumulatorów) przygotowane wg wskazówek powyŜej
oraz paliwo w zbiorniku naleŜy:
• umieścić w komorze chłodniczej; zbiornik naleŜy napełnić paliwem, następnie naleŜy
zamontować i podłączyć urządzenia i przyrządy pomiarowe, konieczne do przeprowadzenia
badań,
• ochłodzić w komorze chłodniczej do danej temperatury otoczenia, co uznaje się za osiągnięte z
chwilą uzyskania tej temperatury we wszystkich miejscach pomiarowych (tj. w przewodzie
(kolektorze) łączącym głowicę (głowice) z chłodnicą przed termostatem, w misce olejowej, w
zbiorniku paliwa oraz na wejściu do gaźnika lub do pompy wtryskowej, w środkowym ogniwie
akumulatorów),
WARUNKI BADAŃ
Podczas badań rodzaj paliwa, oleju i cieczy chłodzącej powinny być wg zaleceń producenta
dla ogólnego stosowania w danej temperaturze otoczenia, przy czym olej powinien być
atestowany. Prądnica powinna być nieobciąŜona.
PRÓBA ROZRUCHU SILNIKA
Po przygotowaniu silnika wg wskazówek przytoczonych wyŜej, naleŜy wyłączyć sprzęgło
(jeŜeli próbie poddaje się zespół napędowy - silnik ze skrzynią biegów) i ustawić urządzenia
Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa
Politechnika Rzeszowska
Opracował: Adam Ustrzycki
Katedra Silników Spalinowych i Transportu
sterujące pracą silnika w połoŜeniu przewidzianym w instrukcji obsługi dla rozruchu w danej
temperaturze otoczenia (dawka paliwa, urządzenie rozruchowe, zapłon itp.). Następnie naleŜy
przeprowadzić próbę obejmującą maksimum 3 cykle rozruchu (3-krotne włączenie i wyłączenie
rozrusznika) i przerwy po 60 s między cyklami, przy czym czas kaŜdego z cykli powinien
wynosić:
• 10 s dla silników o zapłonie iskrowym,
• 15 s dla silników o zapłonie samoczynnym.
Z chwilą rozpoczęcia przez silnik samodzielnej pracy rozrusznik naleŜy natychmiast
wyłączyć. Przyjmuje się, Ŝe samodzielna praca silnika rozpoczyna się w chwili, gdy natęŜenie
prądu pobieranego przez rozrusznik obniŜy się do wartości występującej przy pracy rozrusznika
nieobciąŜonego. Następnie naleŜy obserwować, czy silnik zwiększając prędkość obrotową
osiągnie prędkość zapewniającą pracę ustabilizowaną (w przypadku silników gaźnikowych - po
całkowitym wyłączeniu urządzenia rozruchowego).
Podczas próby powinny być rejestrowane, co najmniej:
• temperatura cieczy chłodzącej,
• temperatura oleju,
• prędkość obrotowa wału korbowego,
• napięcie na zaciskach rozrusznika.
• natęŜenie prądu pobieranego przez rozrusznik
w funkcji czasu z zaznaczeniem przez znacznik zdarzeń rejestratora chwili kaŜdego włączenia i
wyłączenia rozrusznika oraz urządzenia rozruchowego. Bezpośrednio po zakończeniu próby
naleŜy przystąpić do przygotowania silnika do następnej próby wg 2.3.6, jeŜeli taka będzie
przeprowadzona.
OPRACOWANIE WYNIKÓW PRÓBY ROZRUCHU
Bezpośrednim wynikiem próby jest udany lub nieudany rozruch silnika w danej
temperaturze otoczenia (wynik dodatni lub ujemny próby).
Rozruch uznaje się za udany, jeŜeli nastąpi w czasie określonym przez producenta lub w
przypadku braku takiego określenia - w czasie, który nie przekracza sumy czasów wszystkich
trzech cykli próby, i jeŜeli silnik osiągnie następnie prędkość obrotową zapewniającą pracę
ustabilizowaną (w przypadku silników gaźnikowych - po całkowitym wyłączeniu urządzenia
rozruchowego).
Na podstawie wskazań i zapisu przyrządów pomiarowych naleŜy dla danej temperatury
otoczenia, co najmniej wyznaczyć:
• czas rozruchu - czas, jaki upłynął od chwili włączenia rozrusznika w I cyklu do chwili
rozpoczęcia przez silnik samodzielnej pracy w I, II lub III cyklu próby, z wyłączeniem sumy
czasów przerw w pracy rozrusznika między cyklami,
• czas korzystania z urządzenia rozruchowego (ssania) w przypadku silników gaźnikowych - czas,
jaki upłynął od chwili włączenia rozrusznika w 1 cyklu próby do chwili całkowitego wyłączenia
urządzenia rozruchowego, po którym silnik osiągnął prędkość obrotową zapewniającą pracę
ustabilizowaną, z wyłączeniem sumy czasów przerw w pracy rozrusznika między cyklami.
Poza tym, w zaleŜności od potrzeby, mogą być sporządzone wykresy przedstawiające
zaleŜność wielkości rejestrowanych od czasu próby rozruchu.
SPRAWDZENIE MOśLIWOŚCI ROZRUCHU SILNIKA W DANEJ TEMPERATURZE
OTOCZENIA
W danej temperaturze otoczenia i w niezmienionych warunkach badań naleŜy trzykrotnie
przeprowadzić próbę rozruchu. Kolejno trzykrotne uzyskanie dodatniego wyniku próby przyjmuje
się za wystarczające do pozytywnej oceny moŜliwości rozruchu silnika w danej temperaturze
otoczenia. Za czas rozruchu silnika w danej temperaturze otoczenia przejmuje się średnią
arytmetyczną czasów rozruchu z trzech ww. prób.
Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa
Politechnika Rzeszowska
Opracował: Adam Ustrzycki
Katedra Silników Spalinowych i Transportu
W przypadku otrzymania chociaŜby jednego ujemnego wyniku próby, przyjmuje się to za
podstawę do negatywnej oceny moŜliwości rozruchu silnika w danej temperaturze otoczenia.
WYZNACZENIE GRANICZNEJ TEMPERATURY ROZRUCHU SILNIKA
Graniczna temperatura rozruchu silnika to najniŜsza temperatura otoczenia, przy której
zgodnie z ustalonymi warunkami moŜe jeszcze nastąpić rozruch silnika.
Na wstępie naleŜy przyjąć orientacyjnie moŜliwie niską temperaturę otoczenia, przy której
silnik powinien dać się uruchomić. Następnie naleŜy przeprowadzać w przyjętej temperaturze
próbę rozruchu. W przypadku, gdy silnik przejdzie próbę z wynikiem dodatnim, naleŜy
temperaturę odpowiednio obniŜyć, a jeŜeli z ujemnym - odpowiednio podwyŜszyć i przeprowadzić następną próbę rozruchu.
Kolejne próby naleŜy przeprowadzać aŜ do uzyskania temperatury granicznej, przy której
silnik przechodzi próbę z wynikiem dodatnim, a obniŜenie jej o 1 °C daje juŜ wynik ujemny.
Temperatura graniczna powinna być potwierdzona przez sprawdzenie moŜliwości rozruchu
silnika w danej temperaturze z jednoczesnym wyznaczeniem czasu rozruchu w tej temperaturze
Literatura
[1] BN-82/1374-10: Silniki samochodowe - Badania stanowiskowe - Określanie właściwości
rozruchowych w niskich temperaturach. Wydawnictwa Normalizacyjne, Warszawa 1982.
[2] Kuszewski H., Ustrzycki A.: Laboratorium spalinowych napędów środków transportu.
Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2011.
[3] PN-ISO 15550-1: Silniki spalinowe tłokowe - Określanie i metoda pomiaru mocy silnika Wymagania ogólne. PKN, Warszawa 2009.
Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa
Politechnika Rzeszowska