2.6 Tüzelőanyagfogyasztás-mérés A tüzelőanyagfogyasztás-mérésről általában. Műszeres motorvizsgálat 2.6-1

Átírás

1 Műszeres motorvizsgálat Tüzelőanyagfogyasztás-mérés A tüzelőanyagfogyasztás-mérésről általában A tüzelőanyag-fogyasztás a belsőégésű motorok egyik legfontosabb jellemzője, a motor gazdaságosságának meghatározója. A fogyasztást meghatározott vizsgálati ciklus szerint vagy állandósult üzemállapotban kell mérni. Ez utóbbi azt jelenti, hogy a hűtőközeg, a kenőolaj, a beszívott keverék/levegő és kipufogógázok stb. hőmérséklete beállt az üzemállapothoz tartozó egyensúlyi hőmérsékletre. Változó vagy adott érték körül ingadozó terhelés/fordulatszám esetén az átlagfogyasztás nagyobb, mint az állandósult körülmények között mért. A motor bemelegítéséhez indítás után 1/4...1/2 órára, sőt nagyobb motoroknál ennél hosszabb időre is szükség lehet. A már meleg motor mérésekor is néhány percre (nagyobb motoroknál többre) van szükség a következő üzemállapot állandósulásához. Ha sorozatméréskor két mérés között nem várjuk meg az állandósulást, akkor növekvő terheléseknél helyes értéknél nagyobb, csökkenő terheléseknél kisebb érték adódik. A mérés időtartamát nem szabad túl rövidre választani. (A legutóbbi ma már érvénytelen magyar motormérési szabvány közúti járművek motorjainak mérésekor legalább 30 s-ot írt elő.) A mérés pontossága a motorüzem egyenletességétől, a mérési időtartamtól, mérésének pontosságától és a tüzelőanyag-mennyiség (térfogat/tömeg) mérés pontosságától függ. A tüzelőanyag-fogyasztás abszolút mérőszáma az időegység alatt elfogyasztott tüzelőanyag-tömeg, amelyet járműmotoroknál kg/h-ban adnak meg. Átfolyásmérőkről az abszolút fogyasztás közvetlenül leolvasható, egyébként a mt Bt = t összefüggésből számítható, ahol m t a t idő alatt elfogyasztott tüzelőanyag tömege. Térfogatmérés esetén mt = ρ t Vt, ahol ρ t a tüzelőanyag sűrűsége, V t a t idő alatt elfogyasztott tüzelőanyag térfogata. A tüzelőanyag-fogyasztás fajlagos mérőszáma az egységnyi teljesítményre vonatkoztatott fogyasztás. Ez az időegységre eső fogyasztás és a P teljesítmény hányadosaként adódik: Bt mt bt = =. P Pt Attól függően, hogy P teljesítmény helyébe effektív vagy indikált teljesítményt helyettesítünk, megkülönböztetünk effektív és indikált fajlagos tüzelőanyag-fogyasztást. Járműmotoroknál a fajlagos fogyasztás szokásos mértékegysége g/(kw h). A képletből és a mértékegységből egyaránt kiolvasható a fajlagos fogyasztás másik értelmezése: egységnyi energia létrehozásához szükséges tüzelőanyag-tömeg. Elsősorban dízelmotoroknál használt fogyasztásjellemző a tüzelőanyag-adag (dózis), a munkafolyamatonként beadagolt tüzelőanyag térfogata vagy tömege. Számítása: i Bt i Bt Vd = ill. md =, 2 z n ρ 2 z n t

2 Műszeres motorvizsgálat n a motor fordulatszáma, i az ütemszáma, z a hengerek száma. Szokásos mértékegysége mm 3 ill. mg(/ciklus). Több vagy kettős tüzelőanyagú motorok jellemzése, vagy különböző tüzelőanyagú motorok fogyasztásának összehasonlítása az időegység alatt bejuttatott tüzelőanyag(ok) hőmennyiségével ill. ennek fajlagos értékével lehetséges: Q & = B H ill. q& = b H. t Q & -ot hőfogyasztásnak, q&-ot fajlagos hőfogyasztásnak nevezzük, H a tüzelőanyag fűtőértéke. A járműmotoroknál használatos mértékegységei a MJ/h ill. a MJ/(kW h). Fogyasztási jelleggörbék mérésekor célszerű minden egyes mérés után egyszerű diagramban a teljesítmény vagy a fordulatszám függvényében ábrázolni a méréseredményeket, ily módon kiszűrve a kiugró, téves értékeket. Hasonló okokból célszerű (az ENSZ/EGB előírások is kötelezővé teszik) egy-egy üzemállapotban két mérést végezni. További ellenőrzési lehetőség a görbe pontjainak ellenkező sorrendű felvétele. (Nagy olajfogyasztású motoroknál ajánlatos a tüzelőanyag-fogyasztással párhuzamosan a kenőolaj-fogyasztást is mérni, hiszen a jelentős olajfogyasztás a tüzelőanyag-fogyasztást lényegesen csökkentheti.) Folyékony tüzelőanyagok mérése Motorlaboratóriumban a tartálytól a fogyasztásmérő berendezésig ill. innen a motorig vezető csöveket, tömlőket, ezek csatlakozóelemeit és csapjait/szelepeit olyan keresztmetszetűre kell választani, hogy ne jelentsenek teljesítménycsökkentő fojtást a motor részére. A túl nagy keresztmetszetű csövek viszont azért nem megfelelőek, mert a tüzelőanyag és az esetlegesen bekerült levegő szintben különválik (nem tolja a tüzelőanyag maga előtt az esetleg bekerülő buborékot), nem légteleníti magát a rendszer: a csőben maradó levegő rugalmassága a mérést meghamisítja. Ha lehetséges, a fogyasztásmérő és a motor között folyamatos eséssel kell vezetni a csövet, ezzel a légüst-képződés biztosan megelőzhető. A folyékony tüzelőanyagok áramlásának mérése elvileg háromféleképpen végezhető: leggyakrabban adott mennyiségű tüzelőanyag elfogyasztásának idejét mérik. ritkábban az adott idő alatt elfogyasztott tüzelőanyag-mennyiség mérését választják, legkényelmesebb - és a mérési hibák csökkenthetőségével egyre gyakrabban alkalmazott - a folyamatos áramlásmérés. Mindhárom esetben tömeg- vagy térfogatáramot mérhetünk Tömegmérésen alapuló fogyasztásmérés (4-1/1. ábra) A tömegmérésen alapuló fogyasztásmérés elvi lépései a következők: tartályból feltöltjük a mérlegen lévő mérőedényt, amíg nehezebb nem lesz, mint a mérleg másik serpenyőjében lévő súlyok összessége, átkapcsolunk a mérőedényből történő fogyasztásra, amikor a mérleg mutatója középhelyzetben van, indítjuk az időmérést, a mérleg serpenyőjéről leemeljük a mért m tömegnek megfelelő hiteles G súlyt. A mérőedény ismét nehezebbé válik a másik serpenyőben maradt súlyok összegénél, a mérleg visszabillen, amikor ismét középhelyzetbe kerül a mérleg mutatója, leállítjuk az időmérést, végül visszakapcsolunk a tartályból való fogyasztásra. t

3 Műszeres motorvizsgálat A tüzelőanyag-fogyasztás a G súlyból és a mért időtartamból számítható. Pontossápított mérleg alkalmazandó. ga a mérleg középhelyzetének "eltalálásától" függ, kellően érzékeny és lengéscsilla- A mérlegre helyezett nyitott edényből végzett fogyasztásmérésnek egyetlen előnye van: a tömlők rugalmassága nem befolyásolja a mérés pontosságát. A zárt rendszereknél kiegyenlítő tartály és kiegyenlítő tömlők szükségesek. A mérőedényből fogyó tüzelőanyag-mennyiséggel azonos mennyiségű tüzelőanyag folyik a tartályból a kiegyenlítő tartályba; a mérőedény és a kiegyenlítő tartály légtereinek össztérfogata állandó. A zárt rendszer előnyei: a tüzelőanyag-tápnyomás mérés közben gyakorlatilag nem változik, a méréskori és a mérés előtti tápnyomás közel azonos, tüzelőanyag-gőzök nem kerülnek a motorlaboratórium légterébe, figyelmetlen kezelés esetén sem folyik tüzelőanyag a helyiségbe, a motor akkor is kap tüzelőanyagot, ha a kezelő a mérést követő visszakapcsolást elmulasztja. Ez azoknál a dízelmotoroknál fontos, amelyek tüzelőanyag-rendszerének légtelenítése időigényes munka. A korszerűbb fogyasztásmérő berendezéseknél a felsorolt műveleteket (súly leemelése, időmérés, mágnesszelepek kapcsolása) automatika végzi (4-1/2. ábra), a legújabbaknál a tüzelőanyag-tömegét erőmérő cella méri. Az erőmérőcellás mérés pontossága és a mérőedény (csaknem teljes) mozdulatlansága azt is megengedi, hogy az ismertetett eljárástól eltérően a mérleget ne csak összehasonlításra, hanem effektív tömegmérésre is használjuk. Az ilyen műszerek nem csak átlag-, hanem pillanatnyi fogyasztás mérésére is alkalmasak. Az automatikus rendszerek elterjedése előtt gyakran használták az u.n. tűjelzéses fogyasztásmérőket. Ennek lényege, hogy az edénybe belógó vagy az edény fenekéadott tömegű (vagy térfogatú) tüzelőanyagot töltöttek a mérőedénybe, és a tűszint re erősített rúd hegyes vége pontos szintmérést tesz lehetővé. Az időmérést akkor indították, amikor a tű hegye éppen "átszúrta" a folyadékszintet. Ezután előre kimért, ismételt elérésekor állították le az időmérést. Hasonló elvű, más kivitelű az a megoldás, amelynél a mérőedényt szűk középső résszel alakítják ki. A legszűkebb részre rajzolt hajszálvonal alatt gyorsan lefutó tüzelőanyagszint pontos óraindítást és leállítást tesz lehetővé. A mérés módjától függetlenül nagy biztonsággal kell megoldani azt, hogy mérés közlenőrző üvegedények közbeiktatásával lehetséges. ben ne folyhasson tüzelőanyag a mérőedénybe. Ez kettős csaprendszerrel vagy el- Automatizált időmérésű, tömegmérésen alapuló motorlaboratóriumi fogyasztásmérő műszer gyártója a következők szerint adja meg a mérés pontosságát: Mért tömeg Pontosság g 1,0 % 0,1...1 kg 0,5 % kg 0,2 % Térfogatmérésen alapuló fogyasztásmérés (4-1/3. ábra) lényege, hogy hiteles térfogatú mérőedény kiürülésének időtartamát mérjük. A térfogatmérésen alapuló fogyasztásmérés mindig pontatlanabb, mint a tömegméfalán maradó tüzelőanyag-mennyiség (főként viszkózusabb tüzelőanyagoknál), va- résen alapuló. Ennek oka a mérőedény és a tüzelőanyag hőtágulása, a mérőedény lamint a sűrűségmérés hibája. Emberi időmérés-indítással és leállítással az eredő

4 Műszeres motorvizsgálat hiba akár a 4 %-ot is elérheti, de az automatizált térfogatmérés hibahatára sem kisebb, mint 2 %. Leggyakoribb kiviteli formája az átlátszó anyagból -- többnyire üvegből -- készített u.n. háromgömbös fogyasztásmérő edény. Az edény szűk keresztmetszeteiben kalibrált jelzővonalak előtt gyorsan süllyed a folyadékszint, ezért az időmérés indítása és leállítása kis hibával történhet. A gömbök kombinációjával több térfogat mérése között választhatunk. (Pl. 25, 50 és 100 cm 3 -es gömbökből álló edényzettel 25, 50, 75, és 175 cm 3 tüzelőanyag elfogyasztása mérhet/ő. Ez az edényzet kis- és közepes kategóriájú személygépkocsi-motorok mérésére alkalmas.) A térfogati elven alapuló fogyasztásmérés is automatizálható: az időmérést a folyalőanyag áramlását mágnesszelepek irányítják. dékszint változását érzékelő fotoelektromos berendezés vezérli (.4-1/4. ábra), a tüze- Térfogatmérésnél is lehetséges zárt mérőrendszer kialakítása, ennek előnyei azonosak a tömegmérésen alapuló zárt rendszerű fogyasztásmérés előnyeivel. A tüzelőanyag sűrűségét merülő sűrűségmérővel -- areométerrel -- lehet meghatározni Átfolyásmérés Folyamatos fogyasztásmérés mérőperemes, szárnylapátos, hidromotoros, hődrótos, lebegőtestes vagy hasonló szerkezetekkel végezhető. Ezeket minden tüzelőanyagsűrűséghez külön-külön kell hitelesíteni, ezenkívül erősen hőmérsékletfüggők. Ponszont jól megfelelnek. tos mérések végzésére nem alkalmasak, üzemi folyamatos fogyasztásmérésre vi- Átmeneti megoldást jelent a folyamatos és a szakaszos fogyasztásmérők között a kapcsolódugattyús mérőműszer. Ennek dugattyúját a tüzelőanyag nyomása mozgatja, a holtpont elérésekor mágnesszelepek a dugattyú másik oldalára vezetik a folyadékot. Minden löket adott tüzelőanyag-térfogatnak felel meg, a löketek számát jelzi ki a műszer. Kivételt képez, mert pontossága a legpontosabb szakaszos fogyasztásmérőkhöz hasonlítható, a feltalálójáról elnevezett "Holzem-fogyasztásmérő". Ez olyan átmenetet képez a fogaskerék-szivattyú és a hidromotor között, amelynek fogaskerekeit villanymotor forgatja, éppen akkora fordulatszámmal, hogy az előtte és utána mért nyomás gyakorlatilag azonos legyen (4-1/5. ábra). Az elv régi, gyakorlati használhatóságát az elektronika fejlődése teremtette meg. A Holzem-mérő pontossága 0,2 kg/h átfolyásnál ± 0,2 %; 0,5 kg/h felett ± 0,1 %. A viszkozitás változására gyakorlatilag érzéketlen Benzin-befecskendezéses motorok fogyasztásmérése A benzin-befecskendezéses motorok fogyasztásmérése új problémákat hozott magával. A benzin felmelegedése, a benne lévő levegő-, gáz- és gőzbuborékok hibás vagy erősen szóró eredményeket okoznak. Míg a jármű tüzelőanyag-rendszerében a tápszivattyú nagy mennyiségű benzint cirkuláltat a tartály és a befecskendező rendkör fogyasztásméréskor nem realizálható: a visszafolyó benzint a fogyasztásmérő szer között, és ezzel a felmelegedés és a gőzképződés megelőzhető; ez az u.n. nagy mért ágába kell visszavezetni. Benzin-befecskendezéses motorok fogyasztásméréséhez vagy hőcserélőt és/vagy gőzleválasztót iktatnak a mérőkörbe; vagy mágnesszelepekkel olyan átkapcsolásos rendszert használnak, melynél két mérés közötti időben a járműéhez hasonlítható nagy kör alakítanak ki, és csak a mérések időtartamára cirkulál kis körben a benzin (4-1/6 és 7. ábra).

5 Műszeres motorvizsgálat Gáz halmazállapotú tüzelőanyagok mérése Gáz halmazállapotú tüzelőanyagok mérése is tömeg- vagy térfogatmérésen alapulhat. Az utóbbi esetben először normál térfogatra (Nm 3 ) számítják át a fogyasztást, és ebből származtatható a normál térfogatra vonatkoztatott fűtőérték figyelembevételével a motor hőfogyasztása. A tüzelőanyag-gáz méréskor általában nem normál állapotban van, ezért egyidejűleg mindig hőmérséklet- és nyomásmérést is kell végezni. A gázüzemű motorok fogyasztását többnyire nem Nm 3 /h vagy Nm 3 /(kw h)-ban adják meg, hanem hőfogyasztásban. Ennek az az oka, hogy a térfogati fogyasztás -- a gázok erősen (a folyékony tüzelőanyagoknál erősebben) eltérő fűtőértéke miatt -- nem alkalmas összehasonlításra. A térfogati fogyasztásmérés történhet kvázifolyamatos mérőkkel (gázórák) vagy különböző elven működő (mérőperemes, Venturi-csöves, stb.) folyamatos áramlásmérőkkel. A gázórák kisebb gázáramok mérésére alkalmasak. Szennyeződésekre érzékenyek. Előnyük, hogy méréstartományukon belül pontosak. Az áramlásmérők ezzel szemben egyszerűbbek, érzéketlenek a szennyeződésekre, viszont pontatlanabbak. Az áramlásmérők beépítésénél fontos, hogy előtte és utána megfelelő (a csőátmérő többszörösével kifejezett, szabványban rögzített) hosszúságú egyenes, állandó keresztmetszetű csőszakasznak kell lenni Ha a gázáram nem egyenletes, valamennyi gázmérő berendezés hibás eredményeket ad. Ez kiegyenlítő tartály közbeiktatásával előzhető meg. Propán-bután-gáz üzemű motorok fogyasztásmérése történhet akár a tüzelőanyag folyékony, akár gáz halmazállapotában. A gázok nyomás- és hőmérsékletfüggősége miatt egyszerűbb és pontosabb a folyadék állapotban végzett mérés. Egyszerű és pontos a mérlegre helyezett gázpalackból történő, tömegmérésen alasével. puló fogyasztásmérés. A mérés elve azonos a folyékony tüzelőanyagok tömegméré- 2.7 Kenőolajfogyasztás-mérés Olajveszteség (szivárgás vagy fogyasztás) a motorban több helyen is keletkezhet (4-1/8. ábra). Ezek, a teljesség igénye nélkül: forgattyústengely-tömítés (elöl, hátul), vezérmű fedél, tápszivattyú, gyújtáselrak, hengerpalást, dugattyúgyűrűk-gyűrűhornyok-dugattyúpalást, hengerfejfe- osztó/befecskendező szivattyú hajtás, forgattyúház szellőző nyílás, szelepszádél, hengerfejtömítés, olajteknő-tömítés, olajleeresztő csavar, olajhűtő, olajszint (felverés), olajszűrő stb. Az egymáson el nem mozduló felületek tömítése ma már megbízhatóan megoldott; ugyanakkor az egymáson elmozduló motoralkatrészek mellett kisebb-nagyobb tömí- tetlenségek szükségszerűen mindig vannak, hiszen az egymáson elmozduló részek kenésére bizonyos mennyiségű olaj feltétlen szükséges. Nagyobb mennyiségű a hengerpalást-dugattyúgyűrű és a dugattyúgyűrű-gyűrűhorony illeszkedésénél, kevesebb a szelepszár és a szelepvezeték között és gyakorlatilag nem mérhető mennyiség a főtengely két végén lévő tömítésnél. Elvileg a következő laboratóriumi olajfogyasztás-mérési lehetőségek vannak (4-1/9. ábra):

6 Műszeres motorvizsgálat a) Leggyakrabban a leeresztett olajmennyiség mérlegelésén alapuló legegyszerűbb mérését alkalmazzák. Ez a mérés a motor olajfogyasztásának folyamatáról nem, csak a két mérlegelés közötti átlagos fogyasztásról ad képet. b) A folyamatos mérés egyik lehetősége a motortól függetlenített olajteknő mérlegre helyezése. c) Elvileg azonos az előzővel a száraz olajteknős megoldás, ahol a különálló olajtartály van a mérlegen. Az eddig ismertetett eljárások a teljes olajmennyiség mérlegelésén alapulnak (az 1. változatnál túlfolyócső beépítésével az is elképzelhető, hogy csak az olaj bizonyos hányadát kelljen mérlegelni). d) Az üzemi olajszint változása alapján is mérhető az olajfogyasztás. e) A mérés pontosságát növeli - mivel a fogyasztás az olajszinttől is függ - az állandó olajszint melletti olajfogyasztás-mérés. A mérlegen lévő tartályból az egyik szivatytyú állandóan olajat szállít az olajteknőbe, a másik szivattyú a szint feletti olajmennyiséget szívja ki és nyomja a mérlegen lévő edénybe. Az első szivattyúnak mindig többet kell szállítania a pillanatnyi olajfogyasztásnál, a második szivattyú szállítóképességének nagyobbnak kell lennie az elsőénél. Mivel ily módon a forgattyúházban az olajszint mindig állandó, a fogyasztás a mérlegről történik. A felsorolt mérési eljárások mindegyikére jellemző, hogy a motort adott üzemállapotban addig kell járatni, amíg a mérés pontossági igényét és szórását figyelembe véve megfelelő, mérhető értékű olajmennyiség el nem fogy. A motorlaboratóriumban végmotor olajfogyasztásához illeszthető. zett folyamatos olajfogyasztás-mérésnek az az előnye, hogy a mérés időtartama a A különböző mérési módszerek csak bizonyos feltételek betartása mellett adnak kellő pontosságú eredményt. A b. és c. módszer - a mérlegen lévő nagyobb tömeg miatt pontatlanabb, mint az a. módszer. A c. és d. módszereknél az olajszint bizonytalansága okoz pontatlanságot. Az olajfelület nagysága miatt már kis szintkülönbség is jelentős pontatlanságot jelent (kis személygépkocsi-motornál 0,5 mm-nyi szintkülönbség már közel 9 g tömegnek felel meg). Az sem hagyható figyelmen kívül, hogy a motorfordulatszámtól függően több vagy kevesebb olaj tartózkodik a motor belső felületein, visszafolyó csatornáiban. Ezért csak azonos üzemállapotban végzett mérések hasonlíthatók össze. Ugyanez vonatkozik az olajhőmérsékletre is. A felsorolt nehézségek miatt legkorszerűbbnek a következő eljárást tekinthetjük f) A kenőolajhoz jelzőanyagot kevernek, és ennek az égéstermékbe került hányadából határozzák meg az olajfogyasztást. Olyan jelzőanyagot kell választani, amely a motorban lejátszódó égésfolyamat hatására sem alakul át, jelző tulajdonsága megmarad. Az izotópok, radioaktív anyagok megfelelnek, több kutatóhely beszámol alkalmazáspektroszkópikus kimutatásával is kidolgoztak olajfogyasztás-mérési eljárásokat. Itt a sukról. Sugárzásvédelmi meggondolások miatt azonban egyéb anyagok problémát a rendkívül kis mennyiségek kimutatása jelenti. (Ennek elképzeléséhez tételezzük fel, hogy a kenőolajhoz 5 % jelzőanyagot keverünk és a motor olajfogyasztása 0,5 g/(kw h). Ilyen feltételek mellett a kipufogógázban kb. 1:10 5 anyaghányadot kell mennyiségileg kimérnünk. Ez ugyan nem lehetetlen, de csak komoly felszereltséggel lehetséges.) A felsorolt nehézségek miatt mindmáig leggyakrabban az a...e. jelű módszerekkel találkozhatunk.

7 Műszeres motorvizsgálat Az olajfogyasztás-mérés fő hibaforrásait és ezek, okait a következő táblázat tartalmazza: Párhuzamos fogyasztási A fogyasztás szórása A mérés pontatlansága Olajösszetétel változása utak Környezetbe tömítetlenség Égéstérbe a kísérleti alkatrészek felületi-, alak- és mérethibái olajhőmérséklet motorhőmérséklet falakon maradó olajmennyiség olajhígulás (tüzelőanyaggal) könnyebb párlatok kipáhengerfal és dugatytyú(gyűrűk) között forgattyúházszellőzéssel szelepszártömítés mellett szerelési eltérések bejáratás elhasználódás mértéke gyűrűforgás olajszint, -nyomás, -hőmérséklet, -viszkozitás csatornákban maradó olajmennyiség edények hőtágulása rolgása olaj-lerakódások A motorok olajfogyasztását g/10 6 fordulat, g/h vagy g/(kw h) mértékegységekben adják meg, igényesebb vizsgálatoknál b o =f(p e,n) jellegmező formájában. 2.8 A kipufogógáz összetevőinek mérése Infravörös (NDIR) mérőműszer (4-2/1. ábra) Az elv lényegében szénhidrogének mérésére is alkalmas, általában azonban CO és CO 2 mérésére alkalmazzák. A mérési eljárás azon alapszik, hogy a nem elemi gázok az infravörös sugárzást elnyelik. A gázok megkülönböztetését az teszi lehetővé, hogy minden egyes gáz más hullámhossztartományban abszorbeál. A 0, µm infravörös tartományból elemzési célokra főleg a 2, µm közötti tartományt használják. A szélessávú infravörös sugár motorral forgatott fényszaggató tárcsa által megszaggatva először szűrő küvettán halad át. A szűrő küvettából már az adott gázra szelektíven érzékeny hullámhosszú monokromatikus sugár lép ki, majd a mérő ill. az öszszehasonlító küvettán megy keresztül. A két küvetta elnyelésének eltérése az adott gáz koncentrációjára jellemző. Ennek méréséhez a két sugárzás a mérendő gázzal töltött membránkondenzátor két kamrájába kerül. A sugarak megszakítása következtében a membrán rezgésbe jön, a rezgés amplitúdója a membrán két oldalán abszorbeált sugárzás eltérésétől, vagyis a mérendő jellemző koncentrációjától függ. Az egyenfeszültség-forrással sorba kapcsolt kondenzátoron a mérendő gáz koncentrációjával arányos feszültségváltozás jönnek létre. A felerősített jelet egyenirányítós műszeren lehet leolvasni Lángionizációs (FID) műszer.4-2/2. ábra) Az elégetlen szénhidrogének mennyiségét általában lángionizációs (FID) műszerrel határozzák meg. Ennek lényege, hogy hidrogénlángot elektromos erőtérbe helyezve kis ionáram jön létre. Ha ebbe az erőtérbe szénhidrogén kerül, a láng vezetőképessége és ennek következtében az ionáram jelentősen megnő. A növekedés a szénatomok számával arányos. Mivel az elégetlen szénhidrogén számos vegyület elegye, a műszert egy jellemző szénhidrogénnel (pl. hexán) hitelesítik, és a műszer az össz-szénhidrogéntartalmat ennek a szénhidrogénnek az egyenértékében (pl. hexán-egyenérték) jelzi ki.

8 Műszeres motorvizsgálat Dízelmotorok kipufogógázainak HC-méréséhez -- a magas forráspontú komponensek kondenzációjának elkerülésére az érzékelőhöz vezető tömlőt és az érzékelőt 190±10 C-on kell tartani Kémiai lumineszcenszciás (CLD) műszer Kémiailag gerjesztett fénykibocsátáson alapszik, NO és NO x mérésére használják. A mérési elv a nitrogénoxidok és az ózon reakcióján alapszik: NO + O 3 NO 2 + O 2 + h ν A kipufogógázokat először NO 2 /NO átalakítón (reduktoron) vezetik keresztül, a reakszűrik ki, hogy a gerjesztett fénynek csak a nm közé eső tartományát ve- ciótérbe tehát NO-ra redukált nitrogén-oxid kerül. Egyéb gázmolekulák hatását úgy szik figyelembe. A nitrogénoxid mennyiséggel arányosan kibocsátott fénymennyiséget fotosokszorozó villamos jellé alakítja. Mivel az NO2 vízben oldódik, a műszerhez vezető mintavevő tömlőben a gőzlecsapódást meg kell akadályozni. Ezt a tömlő kb. 80 C hőmérsékleten tartásával érik el Paramágneses oxigénmérő műszer A mérés elve az hogy az oxigén viszonylag nagy mértékben paramágneses, a mérőlekulák paramágneses tulajdonságuk következtében a mérőedényben a mágneses edényben állandó mágnes erősen inhomogén mágneses teret alakít ki. Az oxigénmokul. A hőmérséklet ill. nyomáskülönbség mértéke az oxigénkoncentrációval tér inhomogenitása miatt egyenlőtlenül helyezkednek el, a mérőedény különböző részein az oxigén hűtő hatása (más készülékeknél parciális nyomása) eltérően ala- arányos. 2.9 A füstölés mérése A füstölés csökkentése és a dízelmotor-fejlesztés fogalma az 1960-as évek óta szorosan összekapcsolódik. A dízelmotorok füstölésmérését kezdetben a klasszikus szűrőpapír-módszerrel vékeresztül, majd a papír feketedését (a korommennyiséget) fényvisszaverődés alap- gezték, melynek lényege, hogy adott mennyiségű kipufogógázt szűrőpapíron szívnak ján, fotocellával határozzák meg. A 70-es években az ENSZ EGB 24 sz. előírás a kipufogógázok fényelnyelésének (opacitásának) mérését írta elő. Ezután Európában is követve az USA előírásait a higított gázminta részecske-tartalma (a szűrőpapír tömegnövekedése) lett a hatóságilag korlátozott mutatószám, először csak a személygépkocsik görgőspadi, majd a haszonjárműmotorok motorfékpadi vizsgálatakor is. Amikor a 90-es évek elején Németországban bevezették a dízelmotoros járművek időszakos környezetvédelmi ellenőrzését (AU = Abgasuntersuchung), ismét a fényelnyelésen alapuló mérési eljárást írták elő. Ezt az Európai Közösség (majd az Európai Unió) is átvette. Az 1999/96/EG európai közösségi előírások szerint január 1-től a haszonjármű-motorok típusvizsgálatakor az ELR-vizsgálatot (European Load Response Test) fényelnyelésen alapuló méréssel kell elvégezni. Az részecsketartalom (particulate, Partikel) az égéstermék nem gázhalmazállapotú összetevőinek összessége. Nagyságrendjük 0,01 1 µm, 90 %-uk 0,4 µm-nél kisebb. Oldható (tüzelőanyagból származó könnyű és kenőolajból származó nehéz aromás vegyületek) és oldhatatlan (szén, kén és motorkopás eredetű fém) hányadra osztható.

9 Műszeres motorvizsgálat A fényelnyelésmérés a részecske-kibocsátásnak csak bizonyos részét érzékeli. Ezen belül további hányad a korom, melynek mérése a már említett szűrőpapír fényviszszaverésének mérésével szokásos (4-2/3. ábra) Füstürüség mérés szűrőpapír feketedésének mérésével (4-2/4. ábra) Ez a módszer a Bosch cég nevéhez kapcsolódik. 405 mm löketű kéziszivattyúval 740 mm 2 felületű (kb. 31 mm átmérőjű) speciális szűrőpapíron 0,3 normálliter kipufogógáz-mintát szívnak keresztül. A szűrőpapír szürkeségét reflexiós fotométerrel mérik és közötti számokkal értékelik. 100 %-os visszaverődés (használatlan fehér szűrőpapír) 0 feketedésnek, 0 %-os visszaverődés (teljesen fekete szűrőpapír) 10-es feketedésnek felel meg. Ez a legkevésbé költséges füstölésmérés, ezért mint kör- nyezetvédelmi jellemző továbbra is használatos. A 90-es évek elején szabványosítási folyamata is elkezdődött, 1998-ban életbelépett az ISO szabvány. E szerint a füstsűrűség mérőszámának elnevezése a korábbi BSZ (Bosch Schwärzungs- Zahl) helyett az FSN (Filter Smoke Number) lett. A füstsűrűség és a kipufogógáz koromtartalmának összefüggésére tapasztalati képletek vannak: korom g SZ SZ 10 m =,, (MIRA) korom g m =, ln 10 SZ 1, 413 (ALKIDAS) A füstölési határértékek szigorodása és a pontossági igény növekedése a berendezés fejlesztését igényelte. 0,5 FSN alatti kipufogógázok az állandó füstgáztérfogatot átszívó kézi szivattyúval a már nem értékelhetők pontosan. A pontosság növelése érdekében a korábbi dugattyús kéziszivattyút elektronikusan vezérelt, állandó térfogatáramot folyamatosan szállító membránszivattyúra cserélték. Ez kis füstölések mérésekor hosszabb időn keresztül, nagyobb térfogatot szív a szűrőpapíron keresztül, hogy annak feketedése a jól mérhető tartományba essék. Az átszívott mennyiség alapján az FSN értéket az ISO szerinti 405 mm löketű szivattyú szállítására átszámítva jelzi ki a készülék. A megnövelt gáztérfogatból a gázzal érintkező felületeken (a készülékben és a minmutat a valódi értéknél. A lerakódás a készülék és a szonda fűtésével előzhető tavevő szondában) korom és kondenzátum rakódhat le. Emiatt a műszer kevesebbet meg Füstürüség mérés fényáteresztés-méréssel (4-2/5. ábra) Folyamatos füstsűrűségmérést tesz lehetővé a fényelnyelést érzékelő opaciméter (Hartridge) készülék. A kipufogórendszerben elhelyezett szondán és csövön kivezetett kipufogógáz a mérőhenger egyik végén be, másik végén kiáramlik. A mérőhenger egyik végén fényforrás, a másik végén fényelem helyezkedik el. Az átvilágított fényoszlop fényelnyelését méri a készülék. 0 % a tiszta levegő, 100 % a teljesen átlátszatlan kipufogógáz fényelnyelésének felel meg. Az N fényelnyelési %-ot a mérőhenger L hosszának ismeretében K fajlagos fényelnyelési együtthatóra számítják át: 1 N K = ln 1 m -1. L 100

10 Műszeres motorvizsgálat Az összefüggésben L értéke a teljes kipufogógáz-áramot mérő berendezések esetén a kipufogócső átmérőjével (többnyire 10 cm) azonos; részáramot mérő berendezéseknél nem kötött, leggyakrabban 430 mm. A fényelnyelés-mérő berendezések jellemzőit a szabványok és rendeletek részleteidő. Ugyanazt a füstölési folyamatot különböző felfutási idejű készülékekkel mérve az sen tartalmazzák. Nem állandósult folyamatok mérésekor különösen fontos a felfutási eredmények is különböznek. A haszonjárművekre vonatkozó 1999/96/EG irányelv az ELR-vizsgálathoz max. 0,2 s fizikai felfutási időt (ez lényegében a mérőcső feltöltődésének időszükséglete) és max. 0,05 s elektronikus felfutási időt enged meg. A régebbről származó ENSZ EGB 24 sz. előírás max. 0,4 s fizikai felfutási időt és 0,9 1,1 s közötti elektromos felfutási időt írt elő. Korszerű fényelnyelés-mérővel a régi előírás szerinti mérés úgy végezhető el, hogy elektronikus szűrés módosítja a jelfelfutást Részecskekibocsátás mérés Definíció (ENSZ EGB 15) szerinti mérése: legfeljebb 52 C hőmérsékletű higított kipufogógázból vett mintát szabványos fluorkarbon bevonatú üvegszövetszűrőn vezetnek keresztül. A szűrő tömegének növekedése (MP) 10-6 g pontosságú mérés szükséges a kipufogógáz részecsketartalmával arányos. A teljes kipufogógáz tömegáramból (MA), a szűrőn áthaladó tömegáramból (VP), a hígítási arányból (V) és a kipufogógáz nyomásából (p A ) a következők szerint számítható a részecskekibocsátás: Higító-mintavevő rendszereket a 4-2/6. és 7. ábrák mutatnak. A részecske-összetétel megállapításához az oldható hányadot szerves oldószerrel kioldják, és a maradékot mint oldhatatlant tömegméréssel határozzák meg. Az oldószer és az oldható hányad keverékét hevítéssel koncentrálják, majd a koncentrátumot gázkromatográfiás eljárással elemzik. A füstsürüség és a részecskekibocsátás kapcsolatát szemlélteti a 4-2/8. ábra A füstürüség-mérés és a részecskekibocsátás-mérés kivételével valamennyi kipufozokból (propán, hexán, CO, CO 2, NO) egyenként különböző koncentrációban gógáz-összetevő méréséhez kalibrálógáz-sorozatok szükségesek. A különböző gászükséges kalibrálógáz, ami költségessé és körülményessé teszi a kipufogógázok károsanyag-tartalmának mérését Légnyelésmérés A motor légnyelése több jellemző számításához is szükséges: légviszony, volumetrikus hatásfok, stb. A levegőáram-mérőt a motor szívórendszerébe kell beépíteni. A mérőberendezés és a motor közé egyrészt megfelelő hosszúságú egyenes csőszakaszt, másrészt kiegyenlítő tartályt kell beitatni. Előző célja, hogy homogén, utóbbié, hogy egyenletes áramlás legyen a műszerben.

11 Műszeres motorvizsgálat A kiegyenlítő tartály nagysága a megkívánt pontosságtól, a motor lökettérfogatától, fordulatszámától, szelepnyitási szögértékeitől és hengerszámától függ. (Pl. egyhengeres, 6 dm 3 lökettérfogatú, /min fordulatszámú motorhoz, 1 %-os hiba megengedésével 3,3 m 3 térfogatú kiegyenlítő tartály szükséges. Minden légnyelésmérés alapvető problémája, hogy egy motor legnagyobb és legkisebb légnyelésének aránya benzinmotornál legalább 50:1 arányban áll egymással, míg a szokásos átfolyásmérő készülékek csak 10:1 arányú légnyeléstartományarányon belül mérnek elfogadható (kb.1 %-os) hibahatáron belül. (Dízelmotoroknál a helyzet kedvezőbb.) Ugyanez a probléma az átfolyásméréses tüzelőanyagfogyasztás-mérésnél is jelentkezik. Legelterjedtebben szabványosított, fojtáson alapuló (Venturi csöves vagy mérőpereáramlásmérőket használnak. mes) mérőműszereket és térfogati elven működő (forgódugattyús vagy turbinás) A légnyelésmérés bizonytalanságai miatt egyre gyakrabban a tüzelőanyagfogyasztásból és a kipufogógázok összetételéből határozzák meg a beszívott levegő áramát és a légviszonyt Veturi cső és mérőperem Ezek az átfolyásmérők az áramlásmérést nyomásmérésre vezetik vissza. Elsősorban statikus mérésekre alkalmasak. A Venturi cső áramlási ellenállása kisebb, de kisebb légnyeléseknél pontatlanabb. A Bernoulli egyenletből kifejezhető tömegáram: dm dt = α ε A p ρ. 2 1 Az egyenletben dm/dt a tömegáram, α az átfolyási tényező, ε az expanziós tényező, A a legkisebb áramlási keresztmetszet, p a nyomásesés a fojtáson és ρ l a levegő sűrűsége a fojtás elött (p l -ből és T l -ből számítható). Mérőperem és Venturi cső a 4-2/9. ábrán látható Áramlásmérők A különböző forgódugattyús áramlásmérők (4-2/10. ábra) áramlási ellenállása kiküszöbölhető, ha eléjük sűrítőt iktatnak, és azt úgy szabályozzák, hogy az áramlásmérő után, a szívóscsőben a nyomás azonos legyen az atmoszférikus nyomással. Kisméretű, gyorsan forgó turbinás áramlásmérők dinamikus mérésekre is alkalmasak Gázórák A gázórák (pl. a 4-2/11. ábrán látható nedves gázóra) általában statikus mérésekhez használhatóak Kartergázok mérése A kartergázok mérésének egyre nagyobb jelentősége van. Alkalmazási területei: motorvizsgálatok, a dugattyú-henger párosításának, a dugattyúfelület megmunkálásának optimálását célzó fejlesztési és kutatási munkák, dugattyúgyűrű-geometria kiala-

12 Műszeres motorvizsgálat kítása, a forgattyúház-szellőző rendszerek kiválasztása. Tartós motorfékpadi vizsgálatoknál és bejáratásnál a gyártás és a motorállapot ellenőrzésére is alkalmas. A korszerű motorok egyre bonyolultabb szerkezete és egyre nagyobb teljesítménye a kartergázmérésekkel szemben is egyre nagyobb kőveteményeket támaszt A kartergázok keletkezése A dugattyú, dugattyúgyűrűk és a hengerfelület közötti hézagokon és esetleg a turbótöltő csapágyán, valamint a haszonjárművek légsűrítő tömítetlenségein keresztül gázok áramlanak a forgattyúházba. Ezeket a gázokat nevezik kartergázoknak. A kartergázok legnagyobb hányada a gyűrűk felfekvő felülete és a hengerfal között kerül a forgattyúházba (4-2/12. ábra). Ennél sokkal kevesebb az a gázmennyiség, ami a dugattyúgyűrűk mögött, azokat megkerülve szökik meg az égéstérből. Hirtelen megnövekedhet ez a gázmennyiség, ha főként benzinmotoroknál nagy fordulatszámokon és kis terheléseknél, a dugattyúgyűrűk a hornyokban axiális rezgésbe jönnek A kartergázok összetétele A kartergázok hajtó- és kenőanyag-részecskéket, vizet, kén- és nitrogénvegyületeket tartalmaznak. A kondenzátumban legjelentősebb % a kenőanyagkomponensek mennyisége, vizet nem minden kartergáz tartalmaz, ha igen, ez a kondenzátum tejszerű voltából látható. A hajtóanyag (benzin) és a kondenzátum aromás vegyületeinek összehasonlítása azt mutatja, hogy a benzinhez képest az alacsonyabb forráspontú vegyületekből kevesebb, a magasabb forráspontú vegyületből több van a koncentrátumban (4-2/12. ábra) Ionkromatográfia segítségével kimutatható a kondenzátum szulfát- és nitrátion hányada, ezek többnyire erősen korrodáló vegyületek. Ezért a kartergázmérő berendezéseknek érzéketleneknek kell lenniük a kondenzátum agresszív vegyületeivel szemben A kartergázok térfogatárama A kartergázok térfogatárama erősen ingadozik az idő függvényében. Egy 1,3 l lökettérfogatú, benzinbefecskendezéses, folyadékhűtésű négyhengeres benzinmotoron +85 l/min és 50 l/min szélsőértékeket mértek. Visszaáramlás is van tehát, amelyet a kartergázmérő berendezésnek fel kell ismernie, és mérni kell tudnia. Olyan kartegázmérő berendezéssel, amely nem ismeri fel a visszáramlást, a valódinál nagyobb érték mérhető, az előzőekben említett motornál pl. 47 l/min. Ez jelentősen több, mint a visszáramlást is mérő berendezéssel mérhető 22 l/min helyes érték (4-2/13. ábra). Az áramláslengések mellett nyomáslengések is vannak. Ezeknek a mérés pontosságára gyakorolt negatív hatását csillapító edény beiktatásával lehet csökkenteni A kartergázok áramlása a motorban A kartergázokat régebben kiengedték a környezetbe. Mivel azonban egy motor körmotort elhagyó gázok mennyiségének korlátozását, megszüntetését. Ezt általában nyezetszennyezésének %-át a kartergázok okozzák, a hatóságok előírták a nyomás- és áramlásszabályozó szeleppel kialakított forgattyúház-szellőző rendszerekkel lehet teljesíteni, ezek egyidejűleg megoldják, hogy ne kerüljön forgattyúház a szabadba és ne legyen túlnyomás a forgattyúházban.

13 Műszeres motorvizsgálat Az elmondottakból következik, hogy a kartergázok mérése egy nyomásmérővel kiegészített áramlásmérővel oldható meg. Hideg motorban kondenzvíz is lecsapódik a forgattyúházban. Ez korrodáló hatású és iszapképződést okoz. A hátrányos hatások úgy előzhetők meg, hogyha a kartergázokhoz viszonylag sok levegőt keverünk, majd ezt a keveréket a motor szívótraktunagy motorterheléseknél (amikor a szívócső-depresszió kicsi) akkor érhető el megfe- sába visszavezetjük, hogy ne szennyezze a környezetet. Kis fordulatszámokon és lelő forgattyúház-szellőzés, ha ez nagy keresztmetszeten történhet. Ezzel szemben nagy fordulatszámokon és részben vagy teljesen csukott pillangószelepnél (amikor nagy a szívócső-depresszió) nem szabad hogy túl nagy legyen az elszívott kartergázmennyiség, mert ez feleslegesen sok kenőolajat ragadna magával. Ezen kívül egyes forgattyúház-szellőző rendszerekben a rész- és a teljes terhelésnél ellentétes az áramlási irány(4-2/14. ábra). A kartergázmérő berendezéseknek tehát nagy méréshatárok között és mindkét irányban kell tudni mérniük Kartergázmérés visszavezetéssel és anélkül Ma még elterjedt, hogy kartergázméréskor a visszavezető rendszert kinyitják és így a mérést az atmoszférikus környezetbe áramló kartergázokkal végzik. Összehasonlító mérések azt mutatják, hogy így a mérések eredményei jóval kisebbek, mintha a mérést visszavezetett kartergázokkal végezték volna. Ebből következik, hogy reális méréseredményt visszavezetett kipufogógázokkal kapunk A kartergázok mennyisége Teljes terhelésen végzett méréseknél a kartergázok mennyiségét a beszívott levegő mennyiségéhez viszonyítják. Mai motoroknál 0,5 1 % között ingadozik a szokásos érték, de 1,5 % érték sem ritka. Különböző motortípusok összehasonlítása, következtetések levonása ezért csak statisztikai számításokkal lehetséges. A mechanikus pl. hibás hengerfejszerelés vagy termikus hatás okozta hengerpersely-elhúzódás a terheléstől függően jelentősen megnövelheti a kartergázok mennyiségét. Nagy terhelésnél ugyanis a nagy hengernyomások kellően nekinyomják a gyűrűket a (deformált) hengerfalhoz, tehát nem jelentős a kartergáz-növekedés. Ezzel szemben részterheléseknél, amikor a gyűrűket feszítő gáznyomás kicsi, a kartergázok mennyisége nagyobb lehet. Nagy fordulatszámokon és kis terheléseknél axiális gyűrűrezgés alakulhat ki, ez a rezonanciatartományban jelentős kartergáz-növekedést okoz. A hengerfal bőséges olajozása jobb tömítést és kisebb kartergázmennyiséget eredményez, de az ezzel járó nagyobb olajfogyasztás és károsanyag-kibocsátás nem kívánatos. Turbótöltött motor kartergáz mennyiségét jelentős mértékben növelheti a turbótöltő tengelyének tömítetlensége Méréseredmények és ábrázolásuk A l/min egységben ábrázolt fordulatszám/effektív középnyomás jellegmező nem mutatja szemléletesen a kartergázok fordulatszám- és terhelésfüggőségét. A beszívott levegő mennyiségére vonatkoztatott fajlagos kartergázmennyiséget ábrázolva viszont az összefüggések jól felismerhetők (4-2/15. ábra). 1,6 l lökettérfogatú négyhengeres benzinmotor fajlagos kartergázmennyisége kisebb fordulatszámokon % közé esik. Nagy fordulatszámokon és nagy terheléseknél ez az érték kb. 0,9 %-ra csökken.

14 Műszeres motorvizsgálat Mérési elvek A kartergázmérés különböző áramlásmérőkkel történhet (4-2/16. ábra). Régi és bevált a lebegőtestes áramlásmérő (rotaméter), amelynél kúpos az alulról fölfelé irányuló gázáram csőben u.n. úszót tart lebegésben. Nagyobb gázáram jobban megemeli az áramlásba helyezett testet. A test magassági helyzetét mérjük, ebből hitelesítő diagram segítségével határozható meg az áramlás nagysága. Ez az áramlásmérő egyszerű, igénytelen és olcsó, de a mai követelményeknek sem pontossága, sem ismételhetősége miatt nem tesz eleget; ezenkívül mérési tartománya is szűk. Visszáramot nem tud mérni. A kondenzátum a lebegő test beragadását okozhatja (4-2/17. ábra). Hőfilmes áramlásmérőket főként a beszívott levegőmennyiség mérésére használnak, kartergázmérésekre csak ritkábban. Lényege, hogy az áramló közegbe két villamos fűtésű platina-vékonyrétegellenállást helyeznek. Az egyik a hőmérsékletet méri. A második ellenállás fűtőáramát úgy vezérlik, hogy a gáz és az ellenállás hőmérsékletkülönbsége állandó legyen. Nagyobb áramlási sebességhez nagyobb fűtőáram tartozik, ezt hídkapcsolásba kötve mérik. Ez az áramlásmérő a szennyeződésekre nagyon érzékeny. A ma beszerezhető anemométerek csak 25 l/min feletti áramlások mérésére képesek, ez az alsó határ személygépkocsi-motorok mérésére túl nagy. Nagyobb áramlásokat viszont megfelelő pontossággal mér. A mérőcsőben a mérési tartomány közepén 8 mbar-nal kisebb a nyomásesés, ehhez azonban hozzáadódik az ajánlott légszűrő ellenállása. A szárnylapátos vagy turbinás anemométer lapátozására rakódó szennyeződések hátrányosan befolyásolják a pontosságot. A nyomásesés nagy, a járókerekek tehetetlensége a pulzáló kartergázok mérésénél hátrányos. Ezek miatt ez az eljárás nem megfelelő erre a célra. A gázórák két mérőtartályból állnak, amelyeket a mérendő gáz váltakozva tölt meg. A mérőtartályváltásokat számláló számolja. Agresszív gázokra érzékenyek, mechanikus részeiket a kartergázok szennyeződései viszonylag gyorsan működésképtelenné teszik. Sem pontos mérőberendezésként, sem üzemellenőrzésre nem vált be. Az örvényáramú (Vortex) átfolyásmérők elvét már Leonardo da Vinci leírta. Az áramlásba helyezett test mögött örvényáramok alakulnak ki. Kármán Tódor jött rá ben, hogy az áramlásba helyezett hengeres test mögött az áramlás sebességétől függően az örvények távolsága és időköze között az arány állandó. Egyenletes áramlásnál az örvények frekvenciája arányos az áramlási sebességgel. Az áramlásmérőben az áramlás irányára merőlegesen irányított ultrahangjelet modulálja az ör- vénylés, ez az alapja az áramlási sebesség meghatározásának. Tiszta gázok mérése nagyon pontosan lehetséges ezzel a berendezéssel. Kísérletek viszont azt mutatják, hogy a testre rakodott szennyeződések, az ezáltal megváltozott geometriai forma gyakorlatilag használhatatlanná teszik a méréseredményt. A visszáramot nulláramnak méri a készülék. Az áramlásba helyezett test áramlási ellenállása nagy. A berendezés elé hosszabb egyenes csőszakaszt kell beiktatni, a kartergázok pulzálását csillapító tartállyal kell csökkenteni. Az AVL cég szerint a mérőperemes megoldás a legmegfelelőbb. Speciálisan kialakított szűkítő pereme pontos mérést eredményez, mindkét áramlási irányban. A legszűkebb keresztmetszetben a legnagyobb a gázsebesség, ez megelőzi a keresztmetszet-szűkítő lerakódásokat. A különböző kartergázmérési lehetőségeket a 4-2/18. ábrán látható táblázat foglalja össze. A mérőperemes elv előnyei, különösen a szennyeződésekkel kapcsolatos érzéketlensége, megbízhatósága és az, hogy a visszáramot is képes mérni világosan

15 Műszeres motorvizsgálat láthatók. A mérésék reprodukálhatósága kisebb, mint 0,1 %;a pontossága 1 % alatt van. Áramlási ellenállása kicsi, az áramlást alig befolyásolja. Mérési tartománya 0,2 l/min-től 2400 l/min-ig terjed, ebbe a kis egyhengeres motorok és a nagy hajódízelek egyaránt beleférnek. A mérési tartomány egyszerű mérőperemcserével oldható meg. A nyomáshullámokat csillapító tartályokra ennél a berendezésnél is szükség van. Legkedvezőbbnek egy kétkamrás akusztikus csillapítórendszer mutatkozott, ez a kondenzátumot is leválasztja, külön leválasztóra nincs szükség. A forgattyúházdepresszió mérésére, nyomásadó beépítésére helyet alakítottak ki a berendezésben Hőmérsékletmérés A hőmérsékletmérő eszközök a következő fizikai tulajdonságokon alapulnak: szilárd, folyékony, és légnemű anyagok hőtágulása, fémek és félvezetők elektromos ellenállásának változása, két fém érintkezési pontjában keletkező elektromotoros erő, világító, forró test által kisugárzott energia (sugárzásmérők), egyéb, pl. különböző anyagok ismert lágyulási hőmérsékletén, vagy egyes festékanyagok ismert hőmérsékleten történő elszíneződésén stb. alapuló mérési lehetőségek Folyadékhőmérők A különböző folyadéktöltésű hőmérőket a következő hőmérséklethatárok között lehet használni: Folyadék legkisebb hőmérséklet C legnagyobb hőmérséklet C kb. pontosság C higany ,5...1 alkohol ,5...1,5 toluol ,5...1,5 pentán ,5...1, Hőelemek (4-3/1. ábra) A folyadékos hőmérőket a villamos hőmérsékletmérés egyre jobban háttérbe szorítja, mert a mérési helytől távoli leolvasás lehetséges, a mért érték adattárolóban tárolható, később feldolgozható, kisebb hőtehetetlenségű, gyorsabban reagáló hőmérők készíthetők stb. A hőelem olyan mérőjel-átalakító, amelyben a mérendő jellemző - vagyis a hőmérséklet - villamos feszültséget (egyenfeszültséget) hoz létre. A hőelem tehát segédfeszültség nélkül alkalmazható távátvitelre. A hőelem hőmérsékletérzékelő része két különböző fémből készült, egymással öszszehegesztett vagy összeforrasztott huzalból áll. A kötéspontot melegítve a vezetők végei között egyenfeszültség keletkezik, amelynek nagysága a fémek fajtájától és a melegített kötéspont és a hideg végek közötti hőmérsékletkülönbségtől függ (hővillamos, termoelektromos hatás). A hőelem és a termofeszültséget mérő műszer kapcsolata lehet közvetlen, kompenzáló vezetékes, vagy termofeszültség-kiegyenlítéses.

16 Műszeres motorvizsgálat Ha ismerjük az összehasonlítási pont hőmérsékletét az u.n hideg vég hőmérsékletét akkor a kötéspont hőmérséklete feszültségméréssel meghatározható. Összehasonlítási hőmérsékletként 0 C-t (olvadó jég),) vagy 50 C-t (termosztát), vagy kevésbé igényes méréseknél szobahőmérsékletet (kb. 20 C) használnak. A szabványosított hőelemek termofeszültségeit 0 C és adott hőmérséklet között adják meg, 20 és 50 C összehasonlító hőmérsékletre pedig korrekciós értékeket közölnek. Az állandó hőmérsékletű összehasonlító pontot általában messzebbre kell a mérendő tárgytól elhelyezni, hogy ne melegedjék fel. A hőelemet ezért kompenzáló (ki- egyenlítő) vezeték segítségével meghosszabbítják egy olyan pontig, melynek hőmérséklete kielégítően állandó. Nem nemes fémből készült hőelemek kompenzáló vezetéke többnyire a hőelemhuzalokkal azonos anyagból készül. Nemesfémekből (pl. platinaródium-platina) és nagy ellenállású anyagokból (pl. nikkelkróm-nikkel) készült hőelemekhez olyan olcsóbb és jól vezető különleges anyagokból készítik a kompenzáló vezetéket, amelynek villamos viselkedése kb. 200 C-ig ugyanolyan, mint a hozzájuk kapcsolt hőelemé. Szabványosított termoelemeket egyrészt azért érdemes használni, mert a tönkrement termoelem cseréje problémamentes, másrészt azért, mert ezekhez vásárolható C beosztású kijelző műszer. A szabványos termoelemek legfontosabb tulajdonságai: Megjelölés Hőmérséklettartomány C, kb. Cu-Konst (...600) FE-Konst (...900) NiCr-Ni ( ) PtRh-Pt ( ) Tulajdonságok 400 C felett a réz oxidálódik. Kisebb hőmérsékletek mérésére alkalmas. 700 C felett a vas pörkösödik. Nedves környezetben rozsdásodási veszély. Redukáló gázokkal szemben ellenálló. Kisebb hőmérsékletek mérésére alkalmas. A legolcsóbb hőelem. Oxidáló gázokkal szemben ellenálló. 400 C felett redukáló és kéntartalmú gázokkal szemben érzékeny. A "nem nemes" hőelemek közül a legpontosabb, A szabványosított hőelemek közül a legpontosabb és a legdrágább. Vegyi behatásokra érzékeny. Nagy hőmérsékletekhez alkalmas. A hőelemeket majdnem mindig védőcsőben helyezik el C-ig különböző fémra). A legkisebb hőelemek (védőcsővel együtt 1 mm-nél kisebb, akár 0,25 mm átmé- csöveket, nagyobb hőmérsékleteken kerámia védőcsöveket alkalmaznak (4-3/2. ábrőjűek is lehetnek. Az ilyen kisméretű hőelemek dinamikus tulajdonságai kiválóak. A hőelemes hőmérsékletmérő berendezések pontatlansága a következőkből adódik össze: A termofeszültség eltérése az előírt értéktől. A szabványosított hőelemeket különböző pontossági osztályokkal készítik. Az összehasonlítási hőmérséklet ingadozásai. Szobahőmérséklet esetén ± 10 C eltérésekkel kell számolnunk. A hőelem, a kompenzáló és az összekötő vezeték ellenállásának változása (termofeszültség-kiegyenlítéssel csökkenthető).

17 Műszeres motorvizsgálat A kijelző műszer hibája. A hibaoszály (a végkitérésre vonatkoztatott 0,5, 1 vagy 1,5 %) szerinti hibán kívül hőmérsékleti hibát is figyelembe kell venni. Ez a rézellenállásnak az összellenálláshoz viszonyított arányától függ. A hőelemes hőmérsékletmérő berendezések összes hibáját, a mérési tartomány végértékére vonatkoztatva C-ban az alábbi táblázat tartalmazza: A berendezés fajtája Hőelem A mérési tartomány végértéke, C Szabványosított hőelem + FE- ±13 ± ,5 oszt. Konst. feszültségmérő. Az összehasonlító NiCr-Ni ±14 ±18 ±24 - hőmérséklet ingadozása ±10 PtRh-Pt ±23 ±24 ±25 ±29 C U.a oszt. feszültségmérő FE- ±12 ± Konst NiCr-Ni ±12 ±15 ±18 - PtRh-Pt ±22 ±21 ±21 ±23 Szabványosított hőelem + FE- ±6 ± ,5 oszt. Konst feszültségmérő. az összehasonlító NiCr-Ni ±6 ±8 ±11 - hőmérséklet kiegyenlített PtRh-Pt ±10 ±10 ±10 12 Felezett tűrésű hőelem + u.a. Fe-Konst ±3 ±4,5 - - NiCr-Ni ±3 ±4,5 ±6 - PtRh-Pt ±2,5 ±4 ±5 ± Ellenállás-hőmérők Az ellenállás-hőmérők (és a félvezető hőmérők) a vezetők és félvezetők ohmikus ellenállásának hőmérsékletfüggőségén alapúnak. Az elterjedten használt ellenállás-hőmérők érzékelői 0,05...0,3 mm átmérőjű platina vagy nikkel huzalból készülnek A huzalokat a mérendő hőmérséklettől függő hordozóelemre tekercselik ( 120 C-ig papír, 350 C-ig csillám, 550 C-ig kvarcüveg, e fölött kerámia). Az így készített tekercset védőcsőben helyezik el. Újabban, a méretek csökkentése érdekében kerámia hordozóra galvanikusan felvitt vékony fémrétegű ellenállás-hőmérőket is készítenek. Jelleggörbéik egyenlet formájában, ha a 0 C-on mért ellenállásuk 100 Ω, a következő Platina: C hőmérséklettartományban R t =100[1+3, t - 0, t 2-4, (t-100)t 3 ] C hőmérséklettartományban R t =100[1+3, t - 0, t 2 ] Nikkel: C hőmérséklettartományban R t = ,5485 t + 0, t 2-2, t C hőmérséklettartományban

18 Műszeres motorvizsgálat R t =100[1+5, t + 72, t 2-1, t 3 + 2, t 4 ] A hőmérséklet-tartományok a használhatóság hőmérsékleti tartományára is utalnak. A jelleggörbék a kiértékelő elektronikába is beprogramozhatóak. A legegyszerűbb esetekben a mérőellenállást közvetlenül kapcsolják az erősítőre. Ekkor a vezetékek ellenállásai és a kötések átmeneti ellenállásai sorba kapcsolódnak a mérőellenállással, és a mért értéket közvetlenül befolyásolják. Ha a mérőellenállás áramellátását külön vezetékpár szolgáltatja, akkor a mérőellenállás feszültségesése torzítatlanul mérhető. Sem a vezetékek ellenállása, sem a kötések átmeneti ellenállása nem befolyásolják a mérés pontosságát. Igényesebb mérések így -- u.n. négyvezetékes ellenállásméréssel -- végezhetők. Hasonló pontosságú a korábban elterjedten alkalmazott kompenzációs (Wheatstonhidas) ellenállásmérés is. Mint minden olyan ellenállás, amelyen áram folyik keresztül, a mérőellenállás is felmelegszik. Ez a hőmérsékletmérést befolyásolhatja. Az ellenállás nagyságával és a raja keresztülfolyó áram erősségével az ebből adódó hiba korlátok között tartható. A kereskedelemben 100, 200, 400, 500, és 1000 Ω-os mérőellenállások kaphatók, leggyakrabban a 100 Ω-ost használják. Az ellenállás-hőmérők a hőelemekhez viszonyítva kedvezőbb villamos körülmények (nagyobb feszültségek és áramok) között dolgoznak ezért pontosabbak, és a különböző zavarásokra kevésbé érzékenyek. Hátrányos viszont, hogy méreteik nagyobbak, ezért dinamikus viselkedésük roszszabb Félvezető hőmérők (termisztorok) A mérési elv azonos az ellenállás-hőmérőkével. Abban különböznek, hogy jelleggörbéjük eső (NTC = negativ temperature coefficient), meredekebb és kevésbé lineáris (a hőmérséklet növelésekor a félvezetők ellenállása közelítőleg exponenciálisan csökken) C között alkalmazhatók. Az ellenállás-hőmérőket porkohászati eljárással, fémoxidokból és -sókból készítik. A gyártási eljárás bizonytalanságai miatt minden félvezetős hőmérséklet-érzékelőt külön-külön kell hitelesíteni. Kis méretei (pl. gombostűfej-nagyság) miatt dinamikus jók, ha nem is annyira, mint a hőelemeké Különleges hőmérsékletmérések Felsorolásszerűen: templug (hőkezelt fémek hőmérséklet hatására bekövetkezett keménységváltozása) optikai módszerek pirometrikus módszerek akusztikus módszerek (az a = (κ R T) 1/2 összefüggésben ideális gázok esetében az a hangsebesség a hőmérséklet függvénye) A hőmérsékletmérési lehetőségek összefoglaló táblázatát a 4-3/3. ábra szemlélteti Gyakorlati hőmérsékletmérés A helyes hőmérsékletmérésnek a pontosan hitelesített megbízható módszer szükséges, de nem elegendő feltétele. Az adott esetben mindig a leginkább megfelelő mű-

19 Műszeres motorvizsgálat szert választva, azt a mérendő helyre oly módon kell beépíteni, hogy a valóban a tényleges hőmérsékletet mérje. A gyakorlati hőmérsékletmérésnél gyakran tapasztalható hibák legnagyobbrészt a helytelen beépítésre vezethetők vissza, vagy arra, hogy nem az adott esetnek legmegfelelőbb műszert alkalmaztuk. A mérési hibákat csak akkor csökkentjük a minimumra, ha a hőmérsékletmérés elvéés figyelembe nek és módszereinek lényegét és az egyes mérőműszerek tulajdonságait ismerjük, vesszük. Minden hőmérsékletmérés a sugárzáson alapuló mérések kivételével azon alapszik, hogy a hőmérő hőközlés útján felveszi a mérendő közeg hőmérsékletét. A hőmérő hőmérséklete az idő függvényében logaritmikus változás szerint aperiodikusan közelíti meg a mérendő közeg hőmérsékletét, melyet elméletileg végtelen idő után ér csak el. Gyakorlati szempontból azonban a hőmérséklet különbség egy véges idő múlva oly kicsi lesz, hogy az már nem számottevő. A hőmérő ezen alkalmazkodási ideje annál kisebb, minél kisebb a hőmérő tömege, hőkapacitása, és minél nagyobb a felülete és hőátadási tényezője. Hőtehetetlenség szempontjából az ismertetett hőmérő műszerek így tehetők sorba: nagytömegű és -hőkapacitású fémpirométerek, védőcsövekbe épített ellenállás- és termoelemes műszerek, folyadékhőmérők, ellenállás-hőmérők védőburkolat nélkül és végül termoelemek burkolat nélkül. Ha a hőmérsékletmérő műszer érzékelőjéről hőelvezetés történik, akkor maga a hőmérő egyáltalán nem fog a mérendő közeg hőmérsékletére jutni, hanem egy attól eltérő, kisebb hőmérsékleten fog megállapodni az állandó hőelvezetés következtében. Ha ez nagy mértékű, akkor ellenőrizhetetlen és nem helyesbíthető hőmérsékletkülönbség fog beállni, mely az egész mérést illuzórikussá teheti. A mérőberendezést, a módszert és a műszer beépítését a fenti két főszempont: a hőtehetetlenség mértéke és a hőelvezetés miatt beálló hiba minimumra csökkentése szempontjából kell gondos mérlegeléssel megválasztani, hogy a mérési hibákat elkerüljük. A hőmérsékletmérés a mérési módszer elvéből folyó hibalehetőségek miatt egyike a jól legnehezebben megvalósítható méréseknek. A hőmérsékletmérés pontosságát a beépítés módján, a mérési módszeren kívül a műszer érzékenysége szabja meg. Gyakorlati esetben, a hőmérsékletmérésnél sem észszerű nagyobb pontosságot megkívánni, mint amekkorát az adott vizsgálatnál mért egyéb mennyiségek illetve jellemzők mérésénél el tudunk érni. Ha pl. a hőmérsékletmérés valamilyen (pl. gőz) mennyiségmérés egyik eleme, és a nyomást vagy a térfogatot csak 1 % pontossággal mérhetjük, akkor céltalan a hőmérsékletmérésnél ennél nagyobb (pl. 1/100 C) pontosságra törekedni. A hőmérsékletmérés pontossága, mint általában minden más mérésé is, elsősorban árkérdés. Ha speciális vizsgálatoknál nagy pontosság szükséges, akkor érzékenyebb műszerek, költségesebb berendezés, képzettebb személyzet szükséges. A hőmérsékletmérés gyakorlati keresztülvitel szempontjából két területre bontható:

20 Műszeres motorvizsgálat / mérés nyugvó közegben, melyben legfeljebb csak konvekciós hőáramlás van. 2,/ csatornákban, csövekben áramló közegek hőmérsékletmérése Hőmérsékletmérés nyugvó közegben. Folyékony, légnemű vagy szilárd nyugvó közegben történő hőmérsékletmérésnél a hőmérsékletmérő eszköz kijelzője általában kívül van a mérendő közegen és így azt a műszer hőmérsékletérző részével összekötő összeköttetés olyan közegrészeken halad keresztül, melyek hőmérséklete a mérési hely és a kijelzőnél uralkodó hőmérséklet közötti lesz. A hőmérséklet alakulása az összekötő rész mentén el fog térni az azt körülvevő közeg hőmérsékletének alakulásától 4-3/4. ábra). Ha t k e közeg hőmérsékletének, t t pedig az azon kívül lévő tér hőmérsékletének alakulása, és a hőmérsékletet A helyen mérjük, a műszer kijelző része padig B helyen van elhelyezve, akkor a műszer mentén a hőmérséklet a t v szerint fog alakulni az összekötő rész és a környező közeg közti hőátadás következtében, mely annál nagyobb lesz, minél nagyobb a t = (t k -t v ). Ez a t annál inkább csökken a mérőhely felé, minél kisebb a t k esése a mérendő közegben és minél hosszabb részén van a műszer összekötő vezetéke a mérendő t ka hőmérséklet hatásának kitéve. Nyugvó közeg hőmérsékletmérésénél tehát 3 főtípust különböztethetünk meg: a./ nagy terjedelmű közegben történő hőmérsékletmérés, melynél azonban a közegen belül csekély a hőmérséklet-különbség. b./ kiskiterjedésű közegben történő hőmérsékletmérés, melyen belül azonban a közeg hőmérséklete erősen változik. c./ felületeken történő hőmérsékletmérés, tehát olyan pontokon, melyeken a hőmérséklet-grádiens végtelen nagy. a./ Hőmérsékletmérés közelítőleg homogén hőmérsékletű nyugvó közegben. Ez az eset nyugvó folyadék-, gáztartályokban, légterekben. Ha az esetek legnagyobb részében a teljes hőmérséklet-egyenlőség nem is áli fenn, mégis mindig vannak egyforma hőmérsékletű, nagykiterjedésű felületek a közegen belül. A folyadékok pl. -- meglehetősen pontosan -- a hőmérsékletük által megszabott fajsúlyuk szerint vízszintes, egyenlő hőmérsékletű felületekben rétegeződnek. Folyadékoknál és szilárd anyagrétegekben tehát a fenti szempontok szerint az ábrán a helyes műszerelhelyezést az a, a helytelent a b./ mutatja. (4-3/5. ábra). Ilyen módon természetesen csak egy pontban uralkodó hőmérsékletet mérhetünk: melegítés, vagy lehűlés folyamán még kisebb tartályokban lévő folyadékoknál is lényeges hőmérsékletkülönbséget mutató rétegek keletkeznek. Az egyes folyadékrétegek között annál nagyobb lesz a hőmérsékletkülönbség, minél jobban változik a fajképessége. súlya a folyadéknak a hőmérséklet függvényében, és minél rosszabb a hővezető- Ha nem a közeg egy bizonyos helyén uralkodó hőmérsékletet, hanem az egész közegátlag hőmérsékletét akarjuk mérni, akkor folyékony közegnél csak annak intenzív mechanikai úton történő keverése vezet célhoz. Ez esetben a hőmérőt nem is kell mélyen a folyadékba bemeríteni; csak a tökéletes átkeverést kell megvalósítani. A műszer számára hozzáférhetetlen folyadék hőmérsékletét legcélszerűbben kellő nagyságú edénnyel történő merítési próbával lehet megállapítani, melynek hőmérsékletét, pl. higanyhőmérővel megmérjük. Kellő hosszúságú és arra alkalmas műszer