KURZUS: Járműdiagnosztika I.

MODUL: Elmélet

7. hét: Gázemisszió diagnosztika: Dízel motorok füstölésmérése

| A lecke célja: Az dízel-motorok gázelemzéséhez szükséges főbb definíciók, méréstechnikai alapfogalmak megismerése és elsajátítása.
Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha
logikusan át tudja gondolni, hogy melyek a dízel-motorok által kibocsátott füst jellemzői, milyen mértékegységben mérjük a füstölést milyen műszerekkel és milyen méréstechnikával mérjük a dízel füstöt
Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 90 percre lesz szüksége.
Kulcsfogalmak:
dízel füst opacitás k-tényező opaciméter szabad gyorsítás
A füstölésmérés elvi alapjai
A diagnosztikai gyakorlatban elsősorban a fényelnyelés elvén működő füstölésmérő műszerek terjedtek el.
A mérési elv a dízel-füst méréstechnikai definíciójából indul ki.
Eszerint a dízel füst a kipufogógázban abszorbeált mindazon szilárd és folyékony összetevők (aerosolok) összessége, amelyek elnyelik, megtörik vagy visszaverik a fényt. Ezt a tulajdonságot extinkciónak is szokás nevezni, amely a közegre (ez esetben kipufogógáz) bocsátott fény abszorpcióját (elnyelés) és a szórását jelenti együttesen.
A Dízel részecske felépítése
1. ábra
A füstölés mérőszámai
A füstölés mértéke a fenti definícióból kiindulva jellemezhető a füstoszlopra bocsátott ismert intenzitású fény intenzitásának csökkenésével, hiszen ez a közegben lejátszódó extinkcióval függ össze.
A füstoszlopban lejátszódó extinkció
2. ábra
Az ábra alapján az ismert I0 fényintenzitás értéke az L hosszúságú (optikai úthossz) füstön áthaladva I-re csökken. A csökkenés százalékos mértéke adja az átlátszatlanság vagy másnéven opacitás értékét, amely a füstölés mérőszámaként használatos:
Az extinkció mértéke több tényezőtől is függ. Ezek az alábbiak:
az átvilágított füstoszlop hossza (L ( optikai úthossz) a füstoszlop termodinamikai állapotjelzői: hőmérséklet (T) nyomás (p) a közeg abszolút fényelnyelési együtthatója (k ( (m-1(), amely ugyancsak jellemző a füstölés mértékére, azaz füstölési mérőszámként használatos.
Az opacitás és az abszolút fényelnyelési együttható közötti összefüggést a Beer-Lambert törvény írja le:
Ahol: T0 és p0 a szabványos vonatkoztatási állapot termodinamikai állapotjelzői.
A Beer-Lambert törvény rávilágít, hogy az opacitás (%( és az abszolút fényelnyelési együttható (m-1( egymásnak teljes mértékben megfelelő fogalmak, a mérés során azonban ügyelni kell arra, hogy a peremfeltételek (hőmérséklet, nyomás, optikai úthossz) állandóak legyenek, illetve kis mértékben változzanak.
A hatályos európai és a magyar rendeletek a kipufogógáz dinamikus nyomásával töltött részáramú vagy mintavételes opaciméterek használatát írják elő. A részáramú, illetve mintavételes kifejezés azt jelenti, hogy nem a teljes kipufogógáz áramot vizsgáljuk, világítjuk át, hanem annak csupán egy részét, amelyet mintavevő szondán keresztül vezetünk be a műszer mérőkamrájába.
A füstölésmérő műszerek felépítése
A hatósági gyakorlatban előírt opaciméter elvi belső felépítése az alábbi ábrán látható.
Mintavételes, részáramú opaciméter belső felépítése
3. ábra
Az ábrán jelölt tételek az alábbiak: A - kiömlő nyílás E - beömlő nyílás (a mintavevő szondától) V - útváltó szelep (mérő, ill. kalibráló állás) D - fényérzékelő L - fényforrás M - mérőkamra (L(430 mm) G - fúvók (kamra-átöblítés, optikákat védő légfüggöny) H - fűtőszál
A műszer belső felépítése rögtön választ ad a mérési körülmények egy részének állandósítására, hiszen a mérőkamra szabványosított hossza (0,430 ±0,005 m - az optikát védő légfüggöny miatt nem pontos érték) rögzíti az optikai úthosszt, míg a fűtőelektronika jóvoltából a mérések mindig 100 ±5 °C mérőkamra-hőmérséklet mellett történnek.
Mintavevő szonda
A mérőkamra belső nyomására nézve az európai előírások megszabják, hogy az 750 Pa-nál nagyobb mértékben nem térhet el a légköri nyomástól. Ez a kipufogógáz dinamikus nyomásával töltött opacimétereknél a mérőszonda méretének helyes megválasztásával érhető, amely ugyancsak előírt és a környezetvédelmi mérések adattábláiból adott motortípusra kiolvasható. Általános szabály, hogy a szonda/kipufogócső keresztmetszet viszony értékének minimálisan 0,05-nak kell lennie.
A mintavevő szonda méretei
4. ábra
Szabványosított mintavevő-szonda méretek
Szondatípus | Kipufogócső belső ∅ (mm( |
1. szonda ( ∅ 10 mm) | ≤70 | személygépjármű szonda
2. szonda ( ∅ 27 mm) | >70 | haszongépjármű szonda
5. ábra
Elektromos időállandó
A műszerrel időállandója is nagyon lényeges a mérés szempontjából. Az időállandó az az idő, amely ahhoz szükséges, hogy a műszer kijelzője a bemeneti jel 90%-át mutassa, miután a fotocellát teljesen elsötétítő ernyőt (blende) eltávolították, azaz a bemeneten megjelent a jel.
Az időállandók (50, 200 és 1000 ms) hatása az kimeneti jelre (vastag vonal: INPUT, vékony vonalak: OUTPUT)
5. ábra
Az ábrából láthatóan a 90%-os jelértéket az INPUT-szint megjelenése után rendre 50, 1000 és 200 ms után éri a műszer kimenete. Tételezzük fel, hogy a műszer mérőkamráját 100%-os opacitású füsttel töltjük ki, mégpedig úgy, hogy a kitöltés azonnal (időszükséglet nélkül) megtörténik és az ábrán szaggatott vonallal jelölt időpillanatban azonnal meg is szűnik. Ebben az esetben a felfutási görbék és a szaggatott függőleges egyenes metszéspontja adja meg a műszer által kijelzett opacitás értéket. Ez pedig a különböző időállandók esetén jelentősen eltér egymástól. Emiatt kulcskérdés a mérés során az időállandó előírása és betartása. Sőt a műszer kalibrálásának, pontosságellenőrzésének is rendszeresen ki kellene terjednie erre a területre.
Az A és a B módus összehasonlítása
6. ábra
Programozott mérés
A korrekt és reprodukálható mérés további előfeltétele, hogy a mérés lefolytatása is mindig azonos feltételek mellett történjen. A füstölésméréskor alkalmazott teljes terhelésű szabadgyorsítás esetén ez műszakilag programozott méréssel képzelhető el. A programozott mérés fogalma azt jelenti, hogy a műszer LED vagy kijelző felirat segítségével jelzi, hogy mikor kell gázt adni, meddig kell azt tartani, majd elvenni, és mikor kezdődik a következő mérési ciklus. A diagram alatti időskála fehér téglalappal jelölt része (5 s), amíg a mérőáramkör mér, míg a fekete téglalappal szimbolizált 3 s időtartamig zárt a mérőáramkör, így a motor alapjárati üzemállapota a következő mérési ciklus előtt stabilizálódik.
Programozott mérés
7. ábra
tLL - alapjáraton tartási idő (min. 15s) n10 - n 10 = n L L +0,1⋅ n L L nAR - leszabályozási fordulatszám n90 - n 90 = n A R –0,1⋅ n A R tB - gyorsítási idő (a ford.sz. növekedésnek monotonnak kell lennie) tx - mérési hányad a leszabályozási ford. elérése után GYÁRI ADAT (0,5 ... 2,0 s) tM - mérési időtartam (tB + tx) tH - gázpedál tartási idő (t M+min.1s) tL - alapjáraton tartási idő (min. 15s)
Füstölésmérési ciklus
A programozott mérésre vonatkozóan a német AU előírás konkrétan megszabja a betartandó mérési programot. A mérési program a gyorsítási folyamatra nézve előírja, hogy annak monotonnak kell lennie. A gyorsítási idő (tB) számított paraméter. Az ábrán tX-szel jelölt mérési hányad azonban gyártó által előírt érték, amelyet az AU-adattáblák tartalmaznak. Ennek értéke általában 0,5 ... 2,0 s. A mérési időtartam a gyorsítási idő és a mérési hányad összegeként definiált mennyiség. Helyes értéke nagyon fontos a végeredmény szempontjából, hiszen, ha ezt nem tartjuk be, megtörténhet, hogy (belemérünk" a leszabályozási szakaszba, amelynek során a motor kilőhet egy, a gyorsításit meghaladó (füstpamacsot", amely meghamisítja a mérés eredményét.
Az alapjárati stabilizálási idő szintén nagyon fontos (a német AU előírásai szerint min. 15 s), mivel ha túl rövidre van választva nem áll be a biztos alapjárat, míg ha túlságosan hosszú sok korom akkumulálódik a kipufogódobban, amely a szabadgyorsítási szakasz mért füstölés-értékét megnöveli.
A korszerű füstölésmérő műszerek a programozott mérésre fel vannak készítve, tehát a mérést vezénylik és az eredményeket kiértékelik.
Programozott füstölésmérés
8. ábra
A vizsgálathoz szükséges járműadatok
A környezetvédelmi mérésekhez szükséges járműadatokat az alábbi táblázat mutatja be. Ezeket az adott típusra a Nemzeti Közlekedési Hatóság által jóváhagyott adattárakból (könyv, CD) lehet kiolvasni.
Környezetvédelmi vizsgálati adatok
Motorhőmérséklet (olaj/víz) [°C]
Alapjárati fordulatszám (MT/AT) [min-1]
Leszabályozási fordulatszám [min-1]
Felpörgetési idő (max.) [s]
Mérési időhányad (tX) [s]
Mérési modus (A/B)
Mérőszonda (1/2)
Kondícionálás [gáz-löket/min-1]
Max. fényelnyelési együttható [m-1]
Max. opacitás [%]
9. ábra

| Önellenőrző kérdések
1. Mit mond ki a Beer-Lambert törvény?
| A részecske kibocsátás értéke számítható ki vele.
| Az opacitás [%] és az abszolút fényelnyelési együttható [m-1] közötti kapcsolatot írja le.
| A kibocsátott részecske tömeget számítja.
2. Mit jelent a részáramú (mintavételes) kifejezés?
| A műszerben a kipufogógáz részeket áramoltatjuk.
| Nem a teljes kipufogógáz áramot vizsgáljuk, világítjuk át, hanem annak csupán egy részét, amelyet mintavevő szondán keresztül vezetünk be a műszer mérőkamrájába.
| A műszerbe összehasonlító mintát kell helyezni.
| A méréshez a vizsgáló áramerősségnek csupán egy részét használjuk fel.
3. Mi a dízel-füst méréstechnikai definíciója?
| A kipufogógáz korom tartalmát jelenti.
| A kipufogógáz korom és olaj tartalma.
| A kipufogógázban abszorbeált mindazon szilárd és folyékony összetevők (aerosolok) összessége, amelyek elnyelik, megtörik vagy visszaverik a fényt.
4. Mit jelent az átlátszatlanság?
| A füstölésmérő fizikai tulajdonsága.
| Az ismert I 0 fényintenzitás értéke az L hosszúságú (optikai úthossz) füstön áthaladva I-re csökken. A csökkenés százalékos mértéke adja az átlátszatlanság mértékét.
| Fizikai fogalom, motortechnikában, diagnosztikában nem használjuk.
5. Mire használjuk a közeg abszolút fényelnyelési együtthatóját?
| A Beer Lambert egyenlet egyik együtthatója, de nincs méréstechnikai jelentősége.
| Csak elméleti jelentősége van.
| A k [m-1] érték füstölési mérőszám.
6. Milyen opaciméreket használnak elterjedten?
| Teljes áramú opacimétereket.
| Nem hívnak opaciméternek diagnosztikai eszközt.
| A kipufogógáz dinamikus nyomásával töltött részáramú vagy mintavételes opacimétereket.
7. Mekkora az opaciméter mérőkamrájának szabványosított hossza?
| 0,430±0,005 m.
| 0,430±0,005 cm.
| 0,430±0,005 mm.
8. Milyen hőmérsékletű kipufogógázt mérünk a mérőkamrában?
| 10±0,5 °C mérőkamra-hőmérséklet.
| 150±5 °C mérőkamra-hőmérséklet.
| 200±5 °C mérőkamra-hőmérséklet.
| 100±5 °C mérőkamra-hőmérséklet.
9. Mit jelent az opaciméter elektromos időállandója?
| Az időállandó az az idő, amely ahhoz szükséges, hogy a műszer kijelzője a bemeneti jel 90%-át mutassa, miután a fotocellát teljesen elsötétítő ernyőt (blende) eltávolították, azaz a bemeneten megjelent a jel.
| Milyen gyorsan kapcsol be a műszer.
| A mérésre jellemző állandó idő.
10. Mit jelent a programozott mérés?
| A programozott mérés fogalma azt jelenti, hogy a műszer LED vagy kijelző felirat segítségével jelzi, hogy mikor kell gázt adni, meddig kell azt tartani, majd elvenni, és mikor kezdődik a következő mérési ciklus.
| Időzített mérés.
| Adott dátumra beállított mérés.