Hengertömítettség-mérés Kartergázmérés Nyomásveszteségmérés Kompresszió végnyomásmérés Forgatási ellenállás-mérés (összehasonlító kompressziómérés) Hengerfejtömítés-gázszivárgásmérés Szívócsődepresszió-mérés Üregvizsgálat
©Dr. Nagyszokolyai Iván, BME Gépjárművek tanszék, 2008
Kartergáz térfogatáram-mérés A diagnosztikai célú kartergáz mennyiségmérés a közvetlen, szelektív eljárások közé tartozik.
Rába-MAN 2156 HM 6U
Új motoroknál a kartergáz mennyisége nem haladhatja meg a légnyelés 0,5%-át, így tehát a kartergáz térfogatáramát az alábbi módon számíthatjuk ki: VK = VL· λt· (n/120) ·0,005 (dm3/s), VL - a motor lökettérfogata (dm3), n - motorfordulatszám, melynél a vizsgálatot elvégezni kívánjuk (min-1), λt - töltésfok.
Állandó fordulatszámon és terhelésen sem állandó a kartergáz mennyisége a gyűrű mozgások, elfordulások miatt. Az eltérés elérheti a 0,25 dm3/s értéket is haszonjármű dízelmotorok teljes terhelésén és névleges fordulatszám A gyártómű által még elfogadhatónak tartott kartergáz mennyiség (megadott mérési módszerrel és ajánlott áramlásmérő műszerrel) sajnos általában nem közismert adat. A méréseket célszerű görgős járműfékpadi terheléssel végezni, egy célszerűen kiválasztott fordulatszám-keréktejesítmény beállítási adatpárnál (v=állandó karakterisztika mentén). Az adott járműtípus bejáratott egyedeinek mérésével lehet referenciaadatokat gyűjteni. Az üzemeltetői gyakorlat szerint a névleges kartergáz-mennyiség 3,0-4,5szeresénél válik szükségessé a motor felújítása.
Rotaméter A mérendő mennyiség a közeg térfogatárama; a belső kitérő erő az áramlás következ-tében az úszón keletkező nyomásesésből származik. Az ezt kiegyensúlyozó erő az úszó közegben mért súlya. Mivel ez állandó, a közegáramtól függő nyomásesés sem változik. Nagyobb közegáram esetén az úszónak nagyobb átfolyási keresztmetszetet kell nyitnia, vagyis a bővülő csőben magasabbra kell emelkednie. Ily módon az úszó magassági helyzete a közegáram függvénye. A mérőeszköz legfontosabb része az úszó, vagy lebegő-test. Az úszó geometriai kialakításától függenek a mérőeszköz legfontosabb áramlástani jellemzői, úgymint viszkozitás érzékenység, nyomásesés, instabilitás.
Rotamétereinkben a golyó és az ún. bomba alakú úszókat alkalmazzák
AUTÓKUT J-67.02 kartergáz mennyiségmérő belső égésű motorokhoz. Ellennyomás: 5 mm v.o. (!) Méréshatár: 0,1 – 2,2 dm3/s
Blow-by mérő Kartergáz mennyiségmérő
A nyomásveszteség-mérés A hengertér tömítettségét diagnosztikai módszerekkel vizsgáljuk és minősítjük. A nyomásveszteség-méréssel a hengertér tömítettségét, azaz a hengerteret határoló tömítések állapotát vizsgáljuk. Melyek ezek a tömítések? a hengerfejtömítés, a szelepülés-szeleptányér tömítés-párja, a dugattyúgyűrű-dugattyúhorony-hengerfal csoport elemei, az előkamra tömítése.
A hengertéri tömítettség jellemzője a tömítések gázárammal szembeni fojtása. Az természetes, hogy a hengerfejtömítésnek és a jól záró szelepeknek a fojtása végtelen kell, hogy legyen, tehát azon gáz nem léphet ki a hengertérből. Más a helyzet a dugattyúgyűrű tömítéssel. Ez nem végtelen értékű, nem zár teljesen. Rajta keresztül egy meghatározott mennyiségű gáz átáramlása természetes (lásd a kartergáz jelenségét). A vizsgálat szempontjából tehát a fojtásokat két csoportba osztjuk: • Véges értékű fojtások (bizonyos mértékig megengedett fojtások): a dugattyúgyűrű, gyűrűhorony, hengerhüvely közötti fojtás. • Végtelen értékű fojtások (nem megengedett motorfojtások): szelepszeleptányér, hengerfejtömítés, előkamra.
A nyomásveszteség-mérés eljárása a hengertérből kiáramló levegő „elszökésének” mértékét tárja fel. Ha a megengedettnél lényegesen több levegő távozik a hengertérből, akkor a hengerteret határoló fojtások valamelyike nagyon lecsökkent, magyarul valamelyik tömítés „kifúj”. Megtörténhet ez például akkor, ha egy szelep nem zár tökéletesen, vagy ha egy gyűrű eltörött vagy besült. Ha kiáramló levegő mennyisége csak kismértékben több mint a megengedett, akkor például a gyűrű-gyűrűhorony-hengerfal alkatrészcsoport kopása már előrehaladott állapotú.
A vizsgálathoz a hengertérbe folyamatosan nyomunk be levegőt. A levegőt műhelykompresszor szolgáltatja tápnyomás értéken. Célszerű, hogy ez 4…6 bar legyen. A táplevegő nyomását a nyomásveszteség-mérő nyomásszabályzója általában 2 bar állandó értékű túlnyomásra szabályozza. Ez az érték a műszeren beállítandó.
A levegő – a műszerben lévő ún. etalonfojtáson átáramolva – flexibilis csövön keresztül jut a hengertérbe, vagy a gyertyanyíláson vagy az izzógyertya furaton keresztül. A műszer nyomásmérője a hengertérben uralkodó nyomást mutatja. Amennyiben a hengertér teljesen tömített lenne, akkor nem alakul ki levegőáramlás, így a műszer a szabályozott (2 bar) nyomást fogja mutatni. (A műszernél, a szabályozott nyomás alapbeállításánál, ezt az állapotot hozzuk létre úgy, hogy a flexibilis csövet lezárjuk.)
A nyomásszabályzó által beállított p1 nyomás az atmoszférikus nyomásszintre két sorbakapcsolt fojtáson, az etalon fojtáson és a párhuzamosan kapcsolt fojtások eredőjeként kialakuló motorfojtáson, azok fojtásának arányában esik. A közöttük elhelyezett nyomásmérő segítségével a nyomásmegoszlásról, s ezzel közvetve a fojtásarányról tudunk tájékozódni. ∆pe = p1 – p és ∆pm = p – p0 ∆pe + ∆pm = p1 – p0 = állandó Az etalon fúvóka előtti nyomás (p1) állandó, a mögötte kialakuló érték (p) a motorfojtástól függően alakul. A fúvókán átáramló levegő tömege a ØE karakterisztika szerint változik. A kritikus nyomásviszony érték alatt, mely levegőre p/p0 = 0,53 a tömegáram állandósul. Ez a nyomásveszteség-mérő kialakításánál azt jelenti, hogy a hengertér p = 0,159 MPa értéknél kisebb bármely nyomása esetén az etalon fúvókán átáramló levegőtömeg az idő függvényében állandósul.
A motorfojtás nyomásviszonya az előbbivel éppen ellentétesen alakul. A fojtás utáni környezeti nyomás állandó. A fojtás előtti, azaz a hengertér gáznyomása a csak elvileg létező végtelen fojtás esetén kialakuló szabályozott (p1 = 0,3 MPa) értéktől a környezeti nyomásig (példánkban p0 = 0,1 MPa) változhat. A motorfojtáson átáramló levegő tömeget az m = α•A•K•p (kg/s) összefüggés írja le, ahol: α.- a fojtás átfolyási tényezője, A - a fojtás keresztmetszete, K - a nyomásviszonytól függő arányossági tényező, p – a fojtás előtt kialakuló gáznyomás. Az átömlő levegő tömegét a kritikus nyomásviszony elérése után (p = 0,188 MPa felett) csak a p nyomásérték határozza meg, ezért ebben a tartományban ØM karakterisztika lineáris. Az α •A szorzat növekedésével (csökkenő fojtás) természetesen növekszik a levegő tömegárama is.
Példánkban a ØM1 motorfojtás nagyobb, mint a ØM3. A karakterisztikák metszéspontjában, a munkapontban kialakuló hengertéri nyomásérték a motorfojtáson eső nyomás (∆pm), míg a szabályozott érték és a pillanatnyi érték különbsége (p1-p) az etalon fojtáson eső nyomás. Minél nagyobb a mutatott nyomásérték, annál "jobb" a motorfojtás, azaz annál kisebbek a henger-dugattyú-szelep csoport kopását jellemző rések. A nyomásmérőre általában fordított, százalékos skálát készítenek, amelynél 0% a 0,3 MPa-hoz és a 100 a 0,1 MPa-hoz, azaz a környezeti nyomáshoz tartozó mutatóhelyzetet jelöli. A RÁBA-MAN D 2156 HM 6 U motoron mért 2,3 MPa kompresszió csúcsnyomás, mint alsó határérték, megfeleltethető 60%-os nyomásveszteség-értéknek a dugattyú megadott helyzetében.
Most nézzük a másik esetet, ha a hengerben például az egyik szelep nyitva van a vizsgálatnál. Természetes, hogy a hengertérből azonnal elszökik a levegő, a hengertér nyomása közel lesz a környezeti nyomáshoz. A (túl)nyomásmérő műszernek tehát közel nullát kell mutatnia. Mindebből látjuk, hogy a valós mérési eredmény e két szélső érték között lesz. Levegő mindenképpen szökik a gyűrűk mellett a hengerből, tehát 2 bar nyomás nem alakulhat ki. Mivel az etalon- és a motor-fojtások sorba vannak kötve, a műszer nyomásmérője a két fojtás arányának megfelelő értékre fog beállni 0 és 2 bar között. Az etalonfojtás állandó értékű, így a kijelzés csak a motorfojtás pillanatnyi értékétől fog függeni.
Tehát minél jobb (nagyobb) a motorfojtás, a kijelzés annál közelebb lesz a 2 bar értékhez. A nyomásmérőn (egyes típusoknál) százalékos beosztást is találunk. A 2 bar-hoz 0% tartozik, mondván a veszteség (levegő szökés) nulla, míg a 0 bar-nál 100% van feltüntetve, mert ekkor minden levegő „elszökik”. A mérés végrehajtása és kiértékelése Miután beállítottuk a szabályozott mérési alapnyomást és csatlakoztattuk a vizsgálandó hengerhez a flexibilis csövet, a hengertérbe a levegőbetáplálás megkezdődik. Az első, vagy referencia mérési pontot forgásirányba forgatott motornál, a kompresszió ütem elején vegyük fel, ott, ahol már szívó- és kipufogószelepek bezártak. Várhatóan itt a legkisebb a hengerkopás, tehát itt a „legtömítettebb” a motor. Amennyiben már itt nagy veszteséget állapítunk meg, akkor valószínűleg nem megengedett fojtást találtunk (pl. szelepzárási hiba) stb. A levegő szivárgásának a helyét fonendoszkóppal próbáljuk megtalálni esetleg a szívócsőben, a kipufogócsőben, vagy a karterben.
A vizsgálatot mindig rögzített (megállított) főtengelyhelyzetben végezzük el. A forgásirányban forgatva utasítás azért fontos, hogy a gyűrűk normál helyzetükben feküdjenek a horonyban. Egy kismértékű visszaforgatásnál is már megbillenhetnek, és így tömítőképességük, fojtásuk lecsökkenhet. A minősítő mérést, a többi hengerrel összehasonlító mérést forgásirányban véve a felső holtpont előtt megállított dugattyú-helyzetben kell elvégezni. Ne a felső holtpontban mérjünk, mert ott a megdugattyú billent helyzetben lehet, ez pedig lecsökkentheti a tömítettséget.
Az FHP környezetében, a dugattyú oldalváltás miatt, a nyomásveszteség nagy szórást mutat.
A hengerkopások, így az olajfogyasztás okának feltérképezése céljából lehetőség van arra is, hogy a mérést az alsó holtponttól (a szívószelep zárásától) a felső holtpont felé haladva több ponton is elvégezzük. (A kompresszió-mérés a hibafeltárásnál megtévesztő is lehet, mert az indítómotorral forgatott motornál a gyűrűövbe felhordott olaj jó tömítést eredményez. Ezzel szemben a nyomásveszteség-mérésnél az eltávozó levegő, a gyűrűövből az ott összegyűlt olajat kihordja, kifújja.) Mi számít jó értéknek, és mi a még elfogadhatónak? Valóban ezek a diagnosztika legfontosabb kérdései, de sajnos erre egyértelmű választ, adatot nem tudunk adni. Erre nézve a gyárak sem adnak meg adatot. Mivel azonban elsősorban a durva hibák kiszűrése, a hengerenkénti összehasonlítás, illetve egy hengerben, a löket mentén történő veszteség (tömítettség) változás megállapítás a célunk, így alapértéket magunk képezhetünk. Az AHP utáni azon lökethelyzetben, ahol már a szelepek zárnak, vegyük fel a tömítettségi adatot, legyen ez, az adott motorra nézve, a referencia-érték.
A veszteség százalékos értéke azonban hengerfurat-függő is! Az természetes, hiszen nagyobb hengerfurat-átmérő esetén nagyobb lesz a jó állapotnak megfelelő szivárgási veszteség, mivel a nagyobb a hengerkerület mentén, jó műszaki állapotban is több levegő szökik meg. Ezért itt, jó állapotban, nagyobb százalékos nyomásesés engedhető meg. p%
Ezzel indokolható, hogy a mérés kiértékelése hengerfurat-intervallumok szerint történik. Az alábbi táblázat – iránymutatás szinten – némi segítséget ad a kiértékeléshez. Hengerátmérő [mm] Jó [%] ∅ 50–75 ∅ 75,1–100 ∅ 100,1–130
0–7,5 0–12,5 0–20
Még elfogadható [%] 7,6–25 12,6–32,5 20,1–55
Hibás [%] 25,1–100 32,6–100 55,1–100
Nagyobb hengerátmérőjű motoroknál, pl. 100 mm-es vagy annál nagyobb furatú haszongépjármű motoroknál, lehetséges, hogy a 2 bar levegőnyomás elfordítja a motort, ekkor gondoskodjunk a főtengely rögzítéséről. Ha a hengerben rendellenesen nagy nyomásveszteséget észlelünk (nagy veszteséget mutat a nyomásmérő műszer), akkor a szivárgás helyének jobb észlelése érdekében célszerű megnövelni a szabályozott levegőnyomást, hogy ennek következtében hallással jobban azonosítani tudjuk a szivárgás helyét.
Műszer: ELKON-S 111 Motor: RÁBA-MAN D 2156 HM 6U A RÁBA-MAN D 2156 HM 6 U motoron mért 2,3 MPa kompresszió csúcsnyomás, mint alsó határérték, megfeleltethető 60%-os nyomásveszteség-értéknek a dugattyú megadott helyzetében.
Kompresszió csúcsnyomás-mérés
Kompresszió csúcsnyomás
1. henger
2. henger
Megfelelő
∆p Még megfelelő
Nem megfelelő
3. henger
4. henger
