Diagnostické metody – Hodnocení těsnosti spalovací komory pomocí pneumatického testeru
Jednou z podmínek pro provoz spalovacího motoru je zajištění potřebné komprese – tlaku směsi paliva a vzduchu (u benzínových motorů) nebo vzduchu (u vznětových motorů) na konci kompresního zdvihu. Tlak na konci kompresního zdvihu závisí na:
— plnění válce před zahájením komprese — závisí na otáčkách motoru a objemu sacích otvorů;
— kompresní poměr — poměr objemu válce bezprostředně před kompresí (když je píst v dolní úvrati) a objemu na konci kompresního zdvihu (když je píst v horní úvrati). Kompresní poměr je vypočítaná hodnota a je nastavena při konstrukci motoru; během provozu se nemění;
— těsnost prostoru nad pístem. Těsnost prostoru nad pístem je určena mechanickým stavem motoru. Hlavními místy netěsností jsou ventily, pístní kroužky a těsnění hlavy válců.
Jednou z metod kontroly aktuálního technického stavu je přímé měření komprese pomocí kompresometru. Stručně řečeno, postup vypadá takto:
— zapalovací svíčky se odšroubují z motoru a vypne se přívod paliva a zapalování (možnosti jsou možné). Doporučuje se také vyjmout vzduchový filtr a zcela otevřít škrticí klapku;
— kompresní manometr (tlakoměr se zpětným ventilem) je postupně připojen k otvoru zapalovací svíčky každého válce;
— po připojení ke každému z válců se motor natočí startérem a určí se maximální tlak ve válci;
— analyzuje se tlak v každém z válců a jejich rozptyl.
Tato metoda má své výhody i nevýhody. Tři hlavní nevýhody jsou:
— závislost naměřených hodnot na otáčkách motoru. V tomto případě se otáčky při startování startérem (250–350 ot/min) výrazně liší i od otáček v volnoběhu (700–900 ot/min), nemluvě o režimech částečného a plného zatížení.
— test není dostatečně informativní k identifikaci nejen problematických válců, ale také k identifikaci hlavní příčiny nedostatečného tlaku. Existují určité metody pro lokalizaci míst poruchy pomocí kompresního testeru, ale to je téma pro samostatný článek;
— nemožnost provedení zkoušky na demontovaném motoru, částečně demontovaném motoru nebo motoru s nefunkčním startérem.
Aby se tyto nedostatky odstranily, existuje metoda použití pneumatických testerů – v tomto případě se zaprvé přímo analyzuje těsnost prostoru nad pístem (otáčky nemají žádný vliv na měření, protože klikový hřídel je během zkoušky nehybný), zadruhé je možné lokalizovat závady, zatřetí je možné provést zkoušku na demontovaném nebo částečně rozebraném motoru nebo na motoru s nefunkčním startérem, začtvrté jsou údaje pneumatického testeru vizuálnější a v důsledku toho srozumitelnější nejen pro diagnostika, ale i pro majitele automobilu.
Těsnost prostoru nad pístem (jeden z hlavních ukazatelů mechanického stavu motoru) je určena poklesem tlaku stlačeného vzduchu přiváděného do válce otvorem pro zapalovací svíčku (u benzínového motoru) nebo otvorem pro vstřikovač (u vznětového motoru).
K použití metody potřebujete speciální zařízení – pneumatický tester, který se skládá z:
1 – vstupní armatura, do které je přiváděn stlačený vzduch pod tlakem 6-10 atm;
2 – tlakoměr pro měření tlaku přiváděného vzduchu;
3 — regulátor tlaku přiváděného vzduchu;
4 – zpětný ventil;
5 – tlakoměr pro měření tlaku v prostoru nad pístem válce, rovného tlaku přiváděného vzduchu mínus netěsnosti (tlakoměr pro kontrolu netěsnosti);
6 — výstupní armaturu;
7 – hadice a adaptéry pro připojení k otvoru zapalovací svíčky.
Typický postup provádění testu
1. Zahřejte motor na provozní teplotu, vypněte zapalování a vypněte motor.
2. Vyjměte zapalovací svíčky.
3. Nastavte píst testovaného válce do horní úvrati v kompresním zdvihu.
4. Zablokujte klikový hřídel – u vozů s manuální převodovkou zařaďte nejvyšší rychlostní stupeň a zatáhněte ruční brzdu, u vozů s automatickou převodovkou přidržte klikový hřídel motoru speciální zarážkou nebo klíčem.
5. Připojte hadici testeru vzduchu (v případě potřeby s příslušným adaptérem) k otvoru zapalovací svíčky testovaného válce (u benzínového motoru) nebo k otvoru vstřikovače (u vznětového motoru), ale zatím ji nepřipojujte k samotnému testeru vzduchu.
6. Nastavte regulátor tlaku přiváděného vzduchu (levý manometr) na minimální hodnotu (aby nedošlo k poruše manometrů při přívodu vzduchu).
7. Pneumatický tester připojte přes vstupní armaturu ke zdroji stlačeného vzduchu (kompresor nebo pneumatická síť) o tlaku 6-10 atm.
8. Pomocí regulátoru tlaku plynule zvyšujte tlak. Pokud je v dokumentaci k zařízení uveden provozní tlak (obvykle 2-6 atm), nastavte provozní tlak. Obecně je třeba zvyšovat tlak přiváděného vzduchu, dokud hodnoty na pravém manometru neklesnou na nulu! Nezvyšujte tlak přiváděného vzduchu více než na stanovenou hodnotu – mohlo by to způsobit selhání manometrů.
9. Připojte hadici pneumatického testeru připojenou k testované lahvi k pneumatickému testeru a odečtěte tlak v lahvi pomocí druhého manometru. Jeho stupnice může být odstupňována jak v tlakových jednotkách (atm. atd.), tak i v procentech úniku od stanovené hodnoty tlaku přívodního vzduchu. Kromě toho má stupnice často barevné sektory znázorňující oblasti dobrého, uspokojivého stavu lahve a oblasti kritického úniku.
10. Pokud je indikován kritický únik, proveďte další vyšetřování k identifikaci místa úniku (viz níže).
11. Před odpojením pneumatického testeru od válce nebo od zdroje stlačeného vzduchu se ujistěte, že je regulátor tlaku přiváděného vzduchu nastaven na minimální hodnotu (aby nedošlo k poškození tlakoměrů).
12. Odpojte tester vzduchu od otvoru zapalovací svíčky a opakujte postup měření pro všechny válce.
Vyhodnocení údajů pneumatického testeru
Ani v novém autě nelze prostor nad pístem zcela utěsnit – kvůli přítomnosti strukturálních mezer je povolen pokles tlaku vzduchu přiváděného do válce o 15-20%. Během provozu se tato hodnota úniku může zvýšit na 30-40%. Obecná tabulka pro posouzení údajů pneumatického testeru vypadá takto:
Lokalizace míst úniku (pro samostatný válec)
Pokud hodnota úniku přesáhne 40–60 %, doporučuje se provést další studie k identifikaci míst úniku. K tomu:
1. Otevřete víčko chladiče a expanzní nádržky, víčko plnicího otvoru oleje, vyjměte měrku oleje, sejměte kryt vzduchového filtru (u karburátorového motoru) nebo odpojte vstupní potrubí sacího potrubí.
2. Nastavte tlak na vstupním manometru na 2–6 atm.
3. Na základě hluku odcházejícího vzduchu nebo vizuálně určete umístění nebo umístění výstupu vzduchu:
— vzduch unikající z plnicího otvoru oleje nebo z objímky měrky oleje naznačuje netěsnost v páru válec-píst (problém s pístními kroužky) nebo prasklý píst.
— únik vzduchu ze sacího systému naznačuje netěsnost v páru: sací ventil – sedlo ventilu (nejpravděpodobnějším problémem je shoření nebo nesprávná funkce mechanismu ventilu).
— vzduch unikající z tlumiče výfuku naznačuje netěsnost v páru: výfukový ventil – sedlo ventilu (nejpravděpodobnějším problémem je shoření nebo nesprávná funkce mechanismu ventilu).
— vzduch unikající ze sousedního otvoru pro zapalovací svíčku naznačuje netěsnost v těsnění hlavy válců nebo prasklinu v bloku válců.
— vzduchové bubliny (nebo prudké zvýšení hladiny kapaliny) v expanzní nádržce nebo chladiči naznačují netěsnost nebo spálené těsnění hlavy válců nebo prasklinu v hlavě válců či samotném bloku válců.
Je možné, že se mohou kombinovat dvě nebo více poruch.
Může vyvstat přirozená otázka: proč provádět další výzkum, pokud motor i přes neuspokojivé hodnoty stále podléhá rozsáhlým opravám? Faktem je, že:
— další studie dále potvrzují závěr učiněný během analýzy údajů z pneumatického testeru.
— dodatečný výzkum poskytuje mechanikovi motoru důležité informace o tom, na co si má dát pozor během větších oprav.
Kromě toho je možné provést výše uvedené testy i bez pneumatického testeru, pouhým vtlačením stlačeného vzduchu do otvoru zapalovací svíčky, protože v těchto testech nehraje přesná hodnota přiváděného tlaku roli.
Výstup. Pneumatický tester je jedním z nejdůležitějších pomocných diagnostických zařízení. Jeho údaje umožňují vyhnout se zbytečným velkým opravám. A v případě skutečné potřeby větších oprav, díky maximální srozumitelnosti údajů („šipka v červené zóně“), není ze strany majitele vozu pochyb o správnosti diagnózy.
© ARDIO RU, Visnap K.N. Článek zveřejněn 15.08.2006. Naposledy aktualizováno 25.05.2009. Přetisk pouze se souhlasem autora a s povinným odkazem.
30. Měření tlaku ve spalovací komoře
Obecný popis úkolu: měření tlaků a vibrací.
Seznam signálů:
1. Snímač otáček turbodmychadla (s magnetickým jádrem, máme vzorek) – 1 ks.
2. Snímač tlaku spalovacího plynu na indikačním ventilu Pz – 16 ks. Do 160 kgf/cm2, do 350 GrTs
3. Snímač vibrací vstřikovače – 16 ks.
Požadavky na signál (vzorkovací frekvence):
1. Frekvence otáčení turbodmychadla až 23000 ot/min, tvar výstupního signálu ze senzoru je sinusoid, tento sinusoid je na senzoru tvořen ozubeným kolem se šesti zuby, které mění magnetický tok.
23000 ot/min je 383 ot/min, na jednu ot/min dostaneme na výstupu senzoru 6 period sinusového signálu z 6zubého ozubeného kola. 383 ot/min je 2300 Hz sinusového signálu pro 6zubé kolo. Dříve bylo stanoveno, že pro kvalitní zobrazení sinusového signálu bude stačit 50 bodů na periodu, v tomto případě by vzorkovací frekvence měla být 115 kilohertzů.
Pokud je toto množství dat problém, druhou možností je použít 20 bodů na periodou sinusové vlny, v takovém případě by vzorkovací frekvence byla 46 kHz.
2. Tlak Pz. Maximální otáčky dieselového generátoru 1300 ot/min jsou 22 hertzů. Doba trvání cyklu je v tomto případě 45 milisekund, pro vykreslení grafu se předpokládá, že stačí 100 bodů za periodu 45 milisekund. Vzorkovací frekvence je 2,2 kilohertzu. V případě záznamu po dobu 1 sekundy zaznamenáme 22 period při frekvenci 1300 ot/min a bude vytvořeno 11 grafů Pz. Při frekvenci 350 ot/min za jednu sekundu budeme sbírat data po dobu pěti a půl periody ~200 milisekund, poté budou vytvořeny ~2 grafy Pz s ~400 body na periodu. Objem dat je v tomto případě asi 4 KB za sekundu na kanál, pokud je relativně malý, je vhodné zvýšit vzorkovací frekvenci na 10-12 kHz.
3. Snímač vibrací vstřikovače.
Vibrace na tomto senzoru se objevují současně s pulsem Pz, graf má strmější čela, proto je žádoucí dosáhnout vzorkovací frekvence 10 kHz, tyto požadavky jsou subjektivní a vycházejí z grafu uvedeného v článcích. Hlavní puls pro zobrazení se objevuje v rozsahu od -30 stupňů do plus 60 stupňů od horní úvrati. V zásadě v jiných okamžicích cyklu nejsou tato data pro záznam zajímavá.
Primární úroveň zpracování signálu
V bezprostřední blízkosti DGU instalovaného na stojanu, ve skříni s krytím alespoň IP 65, se nachází primární zařízení pro zpracování signálu – dvě přepravní skříně LTR-EU-2-5 s moduly ADC LTR 11 a LTR 25. Komunikace s nadřazenou úrovní – dvě linky ETHERNET (z každé přepravní skříně).
Modul ADC LTR 11 je určen pro vytváření vícekanálových systémů pro sběr dat ve výrobě a laboratořích. Obsahuje jeden 14bitový ADC s maximální frekvencí sběru dat až 400 kHz a vstupní přepínač, který umožňuje realizaci vícekanálového režimu sběru dat: až 32 kanálů pro sběr jednofázových signálů se společnou zemí nebo 16kanálový diferenciální režim. K dispozici jsou 4 softwarově definované podrozsahy vstupních signálů ±10 V, ±2.5 V, ±0.6 V, ±0.15 V, nastavitelné nezávisle pro každý kanál.
LTR25 je specializovaný modul pro připojení až osmi kanálů ICP senzorů, určený pro použití v aplikacích, které vyžadují vysoce kvalitní digitalizaci střídavého signálu s vysokou spektrální věrností převodu, se širokým dynamickým rozsahem a velkým poměrem signálu k šumu. Osm kanálů 24bitového ADC LTR25 je striktně paralelních, nezávislých, bez přepínacího zpoždění mezi sebou, vzorkovací frekvence je až 78 kHz.
