Onderzoek naar een betrouwbare en duurzame opnemer voor het meten van de druk in de verbrandingskamer van een dieselmotor, fase b. + Bijlagen

TUDelft

iOnderzoek naar een betrouwbare en duurzame opnemer

voor het meten van de druk in de verbrandingskamer van

_{een diekelmotor,}

fase, b

HOOFDVERSLAG

CM() Projectcode 93-04/0EMO 94-05/EV-1812

J.W. van Sonsbeek

17' maart 1995

Dit rapport is opgesteld door de TechniSche Universiteit Delft ingevolge opdracht no.93/1598/7.1 van de stichting Codrdinatie Maritiem Onderzoek

C

Technische Universiteit Delft, 1994

Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaalct worden door middel Nan druk, fotocopy, microfilm of op wellce andere wijze ook, zonder voorafgaande schriftelijke loestemming van de

Technische Universiteit Delft

Pagina 2

TUDelft

Report title: Research into a reliable and heavy duty

cylin-der pressure measurement for a diesel engine, part 'b'

Number: 93/1598/7.3

Author: J.W. van Sonsbeek Distribution number: OEMO 94-05

EV-1812

Contractor: Delft University of Technology

Faculty of Mechanical Engineering and Marine Technology

Report number: CM0 Projectcode 93-04

Principal: Stichting Coordinatie Maritiem Onderzoek (CMO) Project title: Sensors for cylinder pressure measurement

Summary:

Reducing manning and therefore operation cost, is the dri-ving force for continuously improdri-ving early detection of

off design performance and diagnosis of faults in marine

diesel engine.

In part 'a', a previous report, it was concluded that load washers mounted under the stud nut top bolt can measure

the cylinder pressure over a long period of time.

Investiga-tions (part 'b') with two types of load-washers, a piezotron

(Kistler 9149 Q) and a strain gage (Bienfait KA-S 200 kN) mounted on a two stroke 6 V diesel engine, are analysed.

The results are compared to a piezotron tranceducer

(Kist-ler 7613) which is placed in the combustion chamber. The load washers produce a signal that is recognisable as a cylinder pressure. It is proven that the valve control mechanism (valve, rockerarm, rocker) structural vibration and the neighbouring combustion chamber affect the cylin-der pressure measurement. Besides this, the cylincylin-der pres-sure signal has sufficient accurancy and reproducibility during the closed gas part of the pressure cycle and has potential for an health monitoring system.

Further work on cylinder pressure measurement with load-washers for installation an health monitoring system should be done.

Steering Group/Advisory Commitee: Prof ir. J. Klein

Woud, Ing. M. de Bloois, Ing. H.J.N. Boer en Jr. J.L. van

Herwerden

Number of pages: 174 Enclosures: 9

Samenvatting

Uit kostenoverwegingen (lagere onderhoudskosten, lagere personeelskosten) en steeds strengere eisen ten aanzien van uitlaatgassenemissies, is het wenselijk dieselmotoren aan boord van schepen trendmatig te bewaken met een continu (on-line) conditiebewalcingssysteem. Het is daarbij

nood-zakelijk dat zowel plotseling optredende storingen als een geleidelijke achteruitgang van de conditie gedetecteerd en gemeld worden. Een 'groot aantal storingen met betrekking tot de

verbranding kan met behulp van drulunetingen in de verbrandingskamer (directe meting) gedetec-teerd worden. Ms gevolg van een hoge aanschafprijs en .een beperkte levensduur worden deze.

opnemers niet gebruikt in de huidige continue bewalcingssystemen.

In opdracht van de stichting CM0 (CoOrdinatie Maritiem Onderzoek) is een onderzoek uitge-voerd naar alternatieve 'drukopnemers' die niet te duur zijn en ook een lange levensduur hebben. Een lange levensduur van de opnemers kan men realiseren door buiten de verbrandingskamer de

kracht in de tapeinden onder de cilinderkopmoer te meten en de ('indirecte' meting) deze te

herleiden tot een drulcverloop. Het eerste deel van dit onderzoek (fase a) had als doel een

be-trouwbare en duurzame krachtopnemers teselecteren, welke geschikt zijn voor krachtmeting.

Fase b had tot doel te ionderzoeken of de in fase a aanbevolen krachtopnemers van het fabrikaat

Kistler (9149 Q) en Bienfait (KA-S 2001c1s1) aan de eisen voldoen die voor een continu

conditiebe-wakingssysteem nodig zijn. Hiertoe dient het 'indirect& drulcverloop, dat verlcregen is met de lcrachtopnemers, met voldoende nauwkeurigheid het 'directe' gemeten drukverloop (fabrikaat

Kistler 7613) te benaderen. Tevens diem het 'indirecte' gemeten drulcverloop in voldoende _mate

reproduceerbaar ke zijn opdat een trendmatige bewaking van de cilinder mogelijk is.

De 'indirecte' drukverlopen zijn 'vertaald' naar ten drukverloop (calibratie) De 'indirecte' drukver-lopen zijn hiervoor in absolute zin vastgelegd op de absolute vuldruk, waama elke drukverloop vanaf de vuldruk met een schaalfactor wordt vermenigvuldigd zodanig dat de top van het indirect'

gemeten drukverloop gelijk is aan de die van de 'direct' gemeten drulcverloop.

De rimpelkracht ('indirecte' drukverloop) is in theorie alleen afhankelijk van de materiaal stijtheden

en de gaskracht, waardoor geconcludeerd kan worden dat de schaalfactor bij wijziging van de

motorbelasting constant blijft. De meetresultaten geven echter aan dat dit vanaf 30 % van het

maximaal vermogen wordt gerealiseerd. Maw. de vervonningenvan het systeem zijn vanaf circa

30 % van het maximaal vermogen lineair.

Uit het onderzoek is gebleken dat het 'indirect gemeten drulcverloop _{en het 'direct' in de 'ander}

gemeten drukverloop redelijk nauwkeurig met elkaar overeenstemmen. De krachtopnemers welke

centraal ten opzichte van de motorhartlijn zijn geplaatst hebben ten opzichte van de 'directe'

meting een nauwkeurigheidsfout van ± 4 procent. De andere twee krachtopnemers (Met centraal geplaatst mar geplaatst onder de uitlaatkleptuimelaar) hebben een nauwkeurigheidsfout van ± 8

procent, hetgeen waarschijnlijk een gevolg is van het feit dat deze krachtopnemers onder de

tuimelaar van de uftlaatklep zijn geplaatst en daardoor bij geopende uitlaatklep een extra lcracht

Pagina 3

Samenvatting

TUDelft

meten..

Verder is gebleken dat de 'indirect' gemeten drulcverlopen goed reproduceerbaar zijn. Voor de krachtopnemers welke centraal ten opzichte van de motorhartlijn zijn geplaatst is een baarheidsfout van ± 2,5 procent gevonden. De andere 1crachtopnemers leveren een

reproduceer-baarheidsfout van ± 3,5 procent (Het tijdsverschil tussen beide metingen bedroeg 14 dagen). Opvallend is het felt dat het 'indirect' drulcverloop. mede beinvloed wordt door een drietal 'extern&

vervormingen Ten eerste is het openen van de uitlaatklep vrnwel 'exact' af te lezen uit het druk-verloop van de twee opnemers welke zich onder de uitlaatkleptuimelaar bevindem Vervolgens vervormt de naastgelegen cilinder het motorblok dusdanig dat dit door de aangrenzende krachtop-nemers gemeten wordt. Ms laatste bezit het 'indirecte' drukverloop een fluctuatie. De 'indirecte' drukverlopen bezitten sterke frequentiecomponenten die gelijk zijn aan het motortoerental en een frequentie welke onafhankelijk is van het toerental en gelijk is aan 210 Hz. Het lijkt erop dat deze

laatste frequentie een kantelfrequentie is, daar de vier drulcverlopen in tegenfase trillen. Het is niet Inogelijk deze kantelfrequentie, vanwege onbekende stijfheden, te verifieren.

Na positieverwisseling bleken de opnemers die centraal ten opzichte van de motorhartlijn zij'n

geplaatst, het 'directe' drulcverloop wederom beter te benaderen dan deopnemers die niet centraal

ten opzichte van de motorhartlijn zijn geplaatst. Tevens Week dat de 'indirecte' drulcverlopen in

grote mate meetplaats gebonden zijn.

De fimpelkracht zou zowel voor een koude als wamie motor constant moeten blijven. Tijdens het warmdraaien van de motor, waarbij voor de motor een constante belasting ingesteld was, bleek

dat de opnemers die onder de uitlaatkleptuimelaar zijn geplaatst inderdaad _{een vrijwel constante}

schaalfactor te bezitten, terwijl de andere twee krachtopnemers welke centraal _{ten opzichte van de}

motorhartlijn zijn geplaatst afnemen in waarde. Dit is niet direct te verklaren. Geconcludeerd _kon

worden, dat de rimpelkracht voor een koude en warme motor voor twee krachtopnemers constant

bleef. Dit betekent dat direct na het starten en na elke belastingswisseling gemeten kan worden.

De 'indirecte' drulcverlopen laten duidelijk zien dat een afgesloten brandstoftoevoer en het effect

van gaslekkage waameembaar zijn.

rt.

Votnrwoord

Voor u ligt het rapport van het 'onderzoek naar een betrouwbare en duurzame opnemer voor het meten van de druk ,in de verbrandingskamer van een dieselmotor, fase b'. Dit is het tweede deel van een onderzoek welke is uitgevoerd in opdracht van de stichting CoOrdinatie Maritiem Onder-zoek (CMO). In 1992 is door de vakgroep Maritieme Techniek van de Technische Universiteit

Delft, een theoretisch onderzoek uitgevoerd naar sensoren en meetprincipes, welke geschikt

zouden zijn voor het meten van de cilinderdruk van _{een dieselmotor. Daarbij zijn aan de hand van}

literatuuronderzoelc, marktverkenning en interviews, twee 'indirecte' meetprincipes geselecteerd,

n.II. krachtmeting onder de cilinderkopmoer van de cilindertapeinden d.m.v. een meetring voorzien

van rekstrookjes (fabrikant Bienfait) en lcrachtmeting d.m.v. een meetring met daarin een

piezo-elektisch kristal (fabrikant Kistler).

In dit project is studie gedaan naar de mogelijkheid om de druk in de verbrandingskamer_{van een}

dieselmotor te bepalen met behulp van Icrachtopnemers. De_{opnemers bevinden zich hierbiji onder}

de cilinderkopmoeren van de cilindertapeinden. Doel van het onderzoek is of een dergelijk indirect

meetsysteem voldoende nauwkeurig is en een voldoende lange levensduur heeft 'oat te gebruiken in ten conditiebewakingssyteem.

Tijdens het onderzoek is veel aandacht en tijd 'besteed _{aan de proef- en meetopstelling.1Graag}

ik Prof Jr. J. Klein Woud en de begeleiders Ing. M. de Bloois, Ing. H.J.N. Boer en Jr. J.L. van Herwerden bedanken voor hun hulp en goede raad bij het uitvoeren van deze opdracht. Ook de

bedrijven Kistler (Geveke Werktuigbouw) en Bienfait ben ik erkentelijk voor hun medewerlcing.

Delft, 14 maart 1995 _{J.W. van Sonsbeek}

Pagina 5

Voorwoord

T U Delft

. - 8

2. Beschrijving van de proef- en meetopstelling . .

.. ..., .

..

...,... ,_,,,,,.,.

. 10

2.1 Directe meting .... ,. . 10

2.2 Indirecte meting . . , .... 2.3 ICrukaspositie

_..

'0! eV 4 11 2.4 Data-acquisitie , ere , Luel ^ ? ^ ^ *X* P n V. I v 11 2.5 Data-processing 2.6 Calibratie van de krachtopnemers ... ,,,,,,,,,,, .... _ .:,

... ,,...

.. Metingen aan de dieselmotofopstelling .

.. ...

. .

...

. .,. . , 415

3.1 Doet van de metingen . .

,

. .

...

... , 115

3.2 Calibratie van de opnemeis , . . . 15

3.3 Beoordelingscriteria

...

...

. . . , . . 16

3.3.1 Nauwkeurigheidsfout . . - 16

3.3.2 Reproduceerbaarheidsfout . 17 3.4 Meetplan

...

. . dr& 18 4 Bespreking van de meetresultaten 4.1 Metingen ter bepaling van de nauwkeurigheidsfout (meetsessie 11) ₁₉ 4.1.1 Inleiding 4 .614 ... 19

4.1.2 Resultaten 4.1.3 Beschrijving van het indirecte drulcverloop . . . 24

4.1.4 Conclusies _30' 212 Metingen ter bepaling van de reprod'uceerbaarheidsfout (meetsessie 2) 31 4.2.1 Inleiding . , - , 31 4.2.2 Resultaten ₃₂ 4.2.3 Conclusies LW 1,4' . .41 .

...

35

4.3 Metingen na diagonale positieverwisseling (meetsessie 3) . , . . . . 36

4.3.1 Inleiding 4.3.2 Resultaten . . .

.,.. ,

.. _ 36 4.3.3 Conclusies 0 a 37 Pagina 6

efir

in h ou d sopgave

TUDelft

Inhoudsopgave

Voorwoord

Inhoudsopgave - wit. a 4 4ti a 'ia"a 4 '017 4 04141' a

...

5,0. 6

Samenvatting 1 Inleiding 3 3 5 10 12 12 19 36

Pagina 7

4.4 Metingen bij koude en warme motor (meetsessie 4) 38

4.4.1 Inleiding 38

4.4.2 Resultaten 38

4.4.3 Conclusies 40

4.5 Metingen na introductie van storingen (meetsessie 5) 41

4.5.1 Inleiding 41

4.5.2 Resultaten 42

4.5.3 Conclusies 42

5 Conclusies en aanbevelingen 43

5.1 Conclusies 43

5.2 Aanbevelingen voor verder onderzoek 44

Lit eratuurlijst ₄₅

Symbolenlijst ₄₆

Bijlage A: Beschrijving Bolnes-dieselmotor A-1

Bijlage B: Beschrijving opnemers B-1

Bijlage C: Beschrijving ISCAS-kaart _C-1

Bijlage D: Dataopslag _D-1

Bijlage E: Meetresultaten meetsessie 1 E-1

Bijlage F: Meetresultaten meetsessie 2 F-1

Bijlage G: Meetresultaten meetsessie 3 _G-1

Bijlage H: Meetresultaten meetsessie 4 _H-1

Bijlage I: Meetresultaten meetsessie 5 _I-1

pH/

In h ou dsopgave

TUDelft

.

. ... ...

...

.

... .

... ...

. . ... .

...

. . . . . . . .

1 Inleiding

Uit het oogpunt van kostenbesparingen op het gebied van onderhoud en personeel en de steeds strenger wordende eisen ten aanzien van uitlaatgassenemmissies, zal aan boord van schepen een

conditiebewakingssysteem voor de motoren steeds belangrijker worden

Voor het bewaken en het diagnostiseren van eventuele storingen in een dieselmotor is het meten van de cilinderdruk een krachtig middel. In laboratoria en op proefstanden wordt hiervan

veelvul-dig gebruik gemaakt, doch aan boord van schepen slechts sporadisch, omdat de betreffende

sensoren onvoldoende levensduur hebben. Afhankelijk van de kwaliteit van de metingen en de

analysetechnieken is men dan in staat om storingen te detecteren o.a. met betreklcing tot:

- verbranding, brandstofkwaliteit, defecten in het inspuitsysteem. - gaslekkages.

- ongelijke belasting van cilinders onderling.

- timing van kleppen en brandstof inspuiting.

Vaak zijn piezo-elektrische drukopnemers direct in de cilinderwand, het cilinderdeksel of aan het eind aan de indicateurkanaal bevestigd. Dit betekent dat de opnemer in direct contact met het hete

verbrandingsgas komt te staan, hetgeen de levensduur beperkt. Meten in een indicateurkanaal leidt

bovendien tot resonanties in het kanaal en daarmee tot slechte meetresultaten. De temperatuurvan

het verbrandingsgas kan verlaagd worden door toepassing van waterkoeling. Dit leidt weliswaar tot een meer stabieler meetresultaat, maar aan de andere kant heeft een watergekoelde opnemer meer ruimte nodig dan een ongekoelde. Het toepassen van een koeladapter zal een !anger kanaal

met zich meebrengen hetgeen de nauwkeurigheid niet ten goede komt.

Uit fase a van het onderzoek [Sonsbeek,1992] is gebleken dat voor een duurzame

cilinderdrukme-ting (met de huidige stand der techniek) een krachtmecilinderdrukme-ting onder de cilinderkopmoeren hetmeest

geschikt zou zijn voor een diagnosesysteem. De opnemer staat dan niet in direct contact met de

hete gassen, zodat de levensduur aanzienlijk kan warden

De doelstelling van fase b van het onderzoek is door middel aan beproeving te onderzoeken of de

in fase a aanbevolen krachtopnemers van het fabrikaat Kistler (9149 Q) en Bienfait (KA-S 200kN)

aan de eisen voldoen welke door een continue conditiebewakingssysteem gesteld worden (o.a.

nauwkeurigheid en reproduceerbaarheid). De nauwkeurigheid heeft betrekking_{op de mate waarin}

het indirect gemeten drukverloop het direct gemeten drukverloop benadert. De

reproduceerbaar-heid heeft betrekking op de mate waarin de indirect gemeten drukverlopen, welke _{op een bepaald}

moment zijn opgenomen, de indirect gemeten drukverlopen op een later tijdstip bij de zelfde

belastingstoestanden benaderen.

Pagina 8

I Inleiding

TUDelft

1 Inleiding

TU

Delft

Ten einde dit onderzoek uit te lcunnen voeren, zijn bij verschillende belastingstoestanden diagram-.

men opgenomen met de betreffende lcrachtopnemers en een drukopnemer voor 'directe'

drukme-ting (Kistler 7613) Nate gaan is in hoeverre het direct gemeten drulcverloop overeenkomt _{met het}

drukverloop welke 'vertaald' kan worden vanuit de indirect gemeten kracht-tijd diagrarnmenvan

de lcrachtopnemers.

BOL.NES

Figuur I: De Bolnesdieselmotor.

h"r1 cr. 46

T

.ca 4445' 7/

/

23.1.2o 10:13,3 L2=L2a+L2b=40.5 L3=1_3o(L3b=20 ₂₂₃

\

kM

\M\

\\\

\\)\\

\*\\\

4////g7f/;X

90.0 475 110 25 10;t3 35 75 411) 4A45. !NI (Y. I a (CI 0 f-, _L. I I t. NJ 0 LD Ui

Cilinder 1 versterker: Kistler 5149 Q Figuur 3: De meetopstelling. Cilinder versterker: HBM 3020 transient recorderkaart: ISCAS BE 485 Cilinder 3 meetprogramma: BOLISCOS P

Nokkenas

Nok-kenas

Krukas

encoder: Heidenhain Rod 426 A P _{: drukopnerner Kistler 7613} krachtopnemer Kistler 9149 Q krachtopnemer Kistler 9149 Q

Bl: krachtopnemer BienfaitKA-S 200LN

B2: krachtopnemer Bienfait_{KA-S 200 LN}

B1 _K2

Cilinder _{Cilinder Cilinder}

4 5 _{K1 6}

Foto 1: Krachtopnemer en voicing van het fabrikaat Kistler.

MIS

rtale

2 Beschrijving van de proef- en meetopstelling

De proeven zijn verricht aan de BoInes dieselmotor, type 6 VDNL 200/600 (zie Figuur 1). Deze

staat opgesteld in het laboratorium voor Energietechniek aan de Technische Universiteit Delft. Zie

voor nadere gegevens bijlage A. De motor worth met behulp van een waterrem belast. Dit is een gedeeltelijk met water gevulde trommel waarin een met de motorkrukas verbonden rotor draait.

De trommel levert een reactiekoppel. De kracht wordt afgelezen in kge) op een balans.

De onderzochte krachtopnemers zijn geplaatst onder de cilinderkopmoeren van de cilinderdeksel-tapeinden (Figuur 2) van cilinder 6. De krachtopnemers van het fabrikaat Kistler (9149 Q) zijn voorzien van een piezo-elekrisch kristal2). De originele vulringen zijn hierbij vervangen door de opnemers en nieuwe vulringen (Foto 1). De krachtopnemers van het fabrikaat Bienfait (KA-S 200kN) zijn 2ebaseerd op een rekstrook meetprincipe en vervangen de orginele vulringen (Foto 2). Het tapeind en de krachtopnemers staan onder een bepaalde voorspankracht om te voorkomen

dat er gaslekkages kunnen optreden.

In de volgende paragrafen wordt een beschrijving gegeven van de meetopstelling (Figuur 3).

2.1 Directe meting

Een piezotron drukopnemer van het fabrikaat Kistler type 7613 met een geintegreerde versterker, welke direct de gasdruk in de cilinder meet, is gebruikt als referentieopnemer. Deze drukopnemer

(zie bijlage B) is direct (en continu) op het luchtaanzetkanaal (1=110mm, 0=9 mm) van cilinder 6

aangesloten. Het laag-ohmig elektrisch signaal wordt overgebracht naar de referentieingang van een 2-kanaalscoupler (Kistler type 5149 Q). De 2-kanaalscoupler maakt hiervan een hoog-ohmig

signaal. De opnemer is gecodeerd met P

2.2 Indirecte meting

De piezotron krachtopnemers van het fabrikaat Kistler type 9149 Q (zie bijlage B) zijn diagonaal gemonteerd onder de cilinderkopmoeren van cilinder 6. De opnemers met ingebouwde versterker geven een laag-ohmig elektrisch signaal. De 2-kanaalscoupler maakt hiervan een hoog-ohmig

signaal. De opnemers zijn gecodeerd met K1 en K2 (Kistler).

De Kistler meetketens bezitten in de 2-kanaalscoupler een filterwerking in het meetbereik van 0 tot

ii volt. Daarnaast bezit de 2-kanaalscoupler een potentiometer _{waarmee men het indirect- gemeten}

topdruksignaal op het niveau van het direct gemeten topdruksignaal kan leggen. Tijdens dit

onderzoek is er geen gebruik gemaakt van deze afstemming, daar door middel_{van een correctie in}

I) I kgf is gelijk aan 9,81 N.

2) Piezo betekent in het grieks druk.

Pagina 10

1

een spread-sheet programma het indirect gemeten signaall geschaald kan worden naar het direct

gemeten druksignaall).

De rekstrooldcrachtopnemers KA-S 2001th (zie bijlage B), vervaardigd door de firma Bienfait, zijn

onder de andere twee cilinderkopmoeren van cilinder 6 diagonal gemonteerd. Het elektrische

signaal van de Icrachtopnemer wordt via een kabel (10 m) versterkt door een

gelijkspanningsversterker van het fabrikaat Hottinger Baldwin Mefttechnik (HBM) type KWS

3020. De opnemers zijn gecodeerd met B1 en B2 (Bienfait).

2.3 Krukaspositie

De krukasposifie wordt verkregen via een optische encoder. Deze pulsgever, van het fabrikaat Heidenhain type Rod 426 A, genereert continu twee pulstreinen. De eon geeft een puls op het

moment dat de zuiger 1 het Qnderste Dode Punt (ODP) passeert en de ander _{genereert 1024}

pulsen per omwenteling waarvan er een samenvalt met het ODP. Een interface (ontwildceld nn de

TUD) zorgt ervoor dat het signaal begint te lopen vanaf het ODP.

2.4 Data-acquisitie

Eerder genoemde signalen worden naar een personal-computer (IBM-AT) geleid die geschikt

gemaakt is voor digitale opslag van deze transiente analoge signalen door middel _{van een}

ISCAS-1 kaart (fabrikaat Bakker Elektronics type BE 485, zie bijlage C). Deze kaart schrijft

het signaal per

kanaal weg naar de vaste schijf van de P.C..Vanwege het felt dat de ISCAS-kaart maar vier

ingangskanalen bezit en dat er in dit onderzoek vier kracht-_{en een drukopnemer gebruilct worden,}

heeft dit als gevolg dat bij elke belastinginstelling twee maal gemeten moet worden.

Zie hoofdstuk 3,

Pagina II

2 Beschrijving van de proef-

en meetopsteHing

T U"D elft

Figuur 4: _{Het opschalen van het 'indirect& drukverloop near het niveau van het 'directe' drukverloop.} directe drukverloop indirecte drukvcrloop opschaling gas rest

Figuur 5: Het kracht/rek diagram.

Hierin is;

C, gecombineerde stijfheid van opnemer en tapeind. C, = gecombineerdc stijfheid van cilinderwand en cilinderkop.

F gaskracht.

AF _{= rimpelkracht.}

F, = voorspankr- acht.

restkracht, F, - (F, - AF).

De gecombineerde stijfheden zijn voor de Bolnes-dieselmotor, type 6 VDNI, 200/600, geschat op:

Cl = 0,62 kN/p.m

C2 = 1,98 kN/um

vervorming van cilinclerkop en cilinderkop tgv. F

vervorming yam opnemer en

tapeind tgv. F

=

label 1: Meetconfiguraties.

Het resultaat hiervan is dat iedere kracht- en drukopnemer tenminste eenmaal gemeten wordt. Tijdens de metingen zijn drie meetconfiguraties (Al, A2 en A3) toegepast (zie label 1).

2.5 Data-processing

Met het data-processing programma BOLISCOS ontwikkeld op het labarotorium voor Energie-techniek kunnen een aantal achter elkaar opgenomen drulcverlopen worden ingelezen en gemid-deld. Het signaal is weggeschreven naar de vaste schijf. Dit programma is geschreven in 'Quick Basic'. Voor het verwerken van meetwaarden en het grafisch presenteren van resultaten is het spreadsheet- programma 'Quatro-Pro for Windows' gebruikt. Hierin is het signaal in mV omgezet naar drukwaarden in bar en gesommeerd met de vuldruk en omgevingsdruk1). Tevens is met dit programma mogelijk het indirect gemeten drukverloop te calibreren aan de hand van het direct gemeten drukverloop, door schaling (m.b.v. schaalfactoren) naar gelijke topdruk (Figuur 4). In

dit programma worden ook automatisch de drukken en krukhoeken behorende bij ontbrandingen

de topdruk bepaald. Tevens worden de drukgradienten van voor en na de ontbranding berekend.

2.6 Calibratie van de krachtopnemers

De rimpelkracht _{welke een krachtopnemer voelt, kan geschat worden door middel van een}

kracht-rek diagram zoals weergegeven in (Figuur 5). De tapeinden en de krachtopnemers zijn van een voorspankracht van F, = 178 kN voorzien. Na zetten bleek deze overigens gereduceerd te zijn tot 157 kN. De gaskracht (Fgas) is per tapeind maximaal 100 kN, zodat de rimpelkracht2) (eF), welke gemeten wordt door de krachtopnemers, circa 20 kN bedraagt De reductie van de

kracht tussen de cilinderwand en het cilinderdeksel (F,-AF) is dan gelijk aan 80 kN.

Opgenomen met een meteograaf.

De rimpelkracht is een deel van de totale gaskracht welk op het tapeind en krachtopnemer werkt. Het resteren-de resteren-deel van resteren-de gaskracht wordt door resteren-de cilinresteren-derwand en eilinresteren-derkop opgenomen.

Pagina 12 ingangslcanaal: N°: meeteonfiguratie: Al A/ A3 1) P P K1 2) K1 K1 Ki 3) K2 K2 B1 4) BI B2 B2

2 Beschrijving van de proef- en meetopstelling

TUDelft

(aF)

Het verband tussen de gaskracht (Fgas) en de rimpelkracht (of) iluidt [Sonsbeek,11992]:

AF = IF

Igas' C2 + Ci

Flierin

- gecombineerde stijfheid van opnemer en tapeind (74 0,62 kNipm)))

C2 - gecombineerde stijfheid van cilinderwand en kop (. 1,98 kI1/[2m)11

Fga, - gaslcracht

of

- rimpelkracht

Het blijkt dat de rimpelkracht alleen afhankelijk is van de stijfheden (C1 en C2) en de gaslcracht. De

rimpelkracht is in theorie onafhankelijk van de voorspankracht. Dit betekent dat, het opwarmen

van de motor (bijv. tijdens warmdraaien of na een belastingverandering) theoretisch geen effect zal

hebben op te meten rimpelkracht (mits de stijfheden niet afhankelijk zijn van de temperatuur). Dit is als volgt te verklaren. Bij constante gaskracht en toenemende temperatuur van de cilinderwand

en -kop zal de vervorming =in het tapeind en daarmee de voorspankracht (F,) toenemen (zie

Figuur 6).

Pagina 13

mis

2 Beschrijving van de prof- en meetopstelling

TUDelft

vervorming van opnemer en vervorming van cilinderkop en tapeind tgv cilinderkop tgv. F

Figuur 6: _{Het gewijzigde kracht/rek 'diagram, waantlij de voorspankracht in het tapeind toeneemb}

Op basis van afsctuittende berekeningen eSonsbeek, 1994. is:

Hierin is:

F', - gewijzigde voorspankracht

Er vanuit gaande dat de stijfbeden (C1 en C2) al s gevolg van de toenemede temperatuur en van de

voorspankracht niet wijzigen zal de rimpelkracht (F) constant blijven bij opwarming (en ook

afkoeling) van de motor. Geldigheid van den hypothese, wat zal moeten blijken uit de metingen, zal voor een on-line conditiebewakingssysteem betekenen dat vrij snel na elke belastingvariatie en

tij dens het warmdraaien c.q. kouddraaien van de motor, gemeten kan worden.

De gemeten krachtverlopen, dienen te worden 'vertaald' naar een drukverloop (calibratie) . Voor

deze calibratie wordt gebruik gemaakt van de 'direct& drukopnemer van Kistler. De 'clirecte'

meting met de Kistler drukopnemer P is een relatieve meting. De opnemer kan slechts drukve-randeringen registreren. Om een absoluut drukverloop te verkrijgen wordt de absolute vuldruk gelijkgesteld aan de druk bij begincompressie. De 'indirecte' drukverlopen (K1, K2, B1 en B2)

worden in absolute zin vastgelegd op de absolute vuldruk, waarna elk drulcverloop vanaf de

vuldruk met een schaalfactor wordt vermenigvuldigd zodanig dat de top van het indirect gemeten verloop gelijk is aan die van het direct gemeten drukverloop (Figuur 4). Eerder is gebleken dat de

gemeten rimpelkracht (AP) recht evenredig is met de gaskracht (Fg.) en dus met de gasdruk

(indien C, en C2 constant zijn). Dit betekent dat de schaalfactoren, welke bij de calibratie bepaald

dienen te worden, in theorie constant zullen blijven bij wijziging van de motorbelasting.

Pagina 14

1) _{Het is niet mogelijk statische metingen te doen met piCzo-elektrische scnsoren, daar bij een constante kracht de} opgewekte lading geleidelijk weglekt via dc weerstand van het kristal .

004,4

Tabel.2: Storin'gen en hum synifiCoinen,:.

storing: II welk symptoom iuit cilinderdrukmeting:

lekkende zuigerveren. i tafname druk bij ontbranding

afrtame topdruk.

toename maximale heat-release.

hock toy. BDP waar de topdruk wordt bereikt neemt toe lekkendeuhlaatklep/verbrande uitlaatklepi afname druk bij ontbranding

iseringe afname topdruk. !

thename maximal° heat-release

leldcencie inlaatklep. geringe afnatne druk bij ontbranding geringe afname topdruk.

verlopen inlaatklepklepspeling. geringe toename topdruk.

gebroken klepveer. afname druk bij ontbranding

afname topdruk.

toename maximale heat-release

hock toy. BDP waar topdruk wordt bereikt neemt toe. toename topdruk

verlaging inspuitdruk, doordat gaatjes in vei-stuivertip

uitgesleten zijn.

c=--

_{toename maximale heat-release}

te Inge openingsdruk verstuiver, telage veerdruk eq. lekke zitting.

toename topdruk

toename maximale heat-release toename drukg-adient

Ibrandstofpomp met lelcverlies toename maximale heat-release

afname drukgradient

i vermmderde inspuiting. constante druk bij ontbrartding afname topdruk.

afname maximale heat-release.

hock toy. BDP waar topdruk wordt bereik-t neemt at afname drukp-adient

vervroegd inspuitmoment. cona ante druk bij on branding

toename topdruk.

tocname maximale heat-release

lock toy. BDPwaar topdruk wordt bcreikt neemt at

verlaat inspuitrnoment. constante druk bij ontbranding

afname topdruk.

afname maxitnale heat-release.

3 Metingen aan de diesetinotoropstelling

3.1 Doe van de metingen

Het doer van de metingen is een beeld te Icrijgen of de "indirect& cilinderdrulanetingen bruikbaar zijn voor een diagnosebewalcingssysteem. In de eerste plaats dienen een aantal karakteristieke

punten van een cilinderdrulcverloop duidelijk te onderscheiden zijn om als ,conditieparameter voor de cilinder en het verbr,andingsproces te kunnenfungeren, zoalK

de topdruk en zijn ligging.

- de druk bij ontbranding en zijn ligging.

- de drukgradient tijdens het eerste deer van de verbra:nding

Het indirect gemeten drulcverloop dient daartoe voldoende representatief te zijn voor het werkelijk

drukverloop in de cilinder, maw. dient het werkelijk drulcverloop met een bepaalde nauwkeurig-heid te benaderen. In Tabel 2 zijn een aantal symptoomparameters weergegeven waannee storing-en met betrekking tot de cilinder storing-en het verbrandingsproces mogelijk gediagnostiseerd kunnstoring-en worden. Naast het kunnen onderscheiden van de symptoomparameters is het noodzakelijk dat

deze na verloop van tijd onder dezelfde belastingscondities binnen bepaalde marges gelijk blijven.

De metingen en conditieparameters dienen maw. reproduceerbaar te zijn.

tepaling van de levensduur van de Icrachtopnemers, is in het kader van dit onderzoek niet

moge-llijk.

3.21 Catibratie van de Qpnemers

De firma Kistler schrijft voor dat de krachtopnemers ralav. een 'directe' drukopnemer op het

indicateurkanaal bij draaiende motor gecalibreerd dienen te worden. Hiertoe wordt de 'directe'

opnemer aangesloten op de speciale referentie-ingang van de 2-kanaalscoupler. Het 'indirecte'

drukverloop kan met behulp van een ingebouwde potentiometer vanaf de vuldruk zodanig naar het "directe' drukverloop geschaald worden, dat de topdruksignalen op elkaar komen te liggen (Figuur

4). Het calibreren van de 'indirecte' gemeten drulcverlopen _{aan de hand van het 'direct gemeten}

drulcverloop (het schalen), geschiedt overi ens voor alle vier opnemers met behulp van het eerder genoemde spread-sheet programma. Het zou in de praktijk ook mogelijk zijn om de cilinder te

bewaken met krachtopnemers, zonder deze te calibreren met behulp _{van een 'directe' drulcmeting.}

Voorwaarde is dan altijd dat de referentiekarakteristieken worden _{opgenomen bij 'gezonde}

conditie' van de motor ( nieuw of na revisie). Indien _{geen gebruik gemaalct worth van een 'directe'}

meting dient men bij het opnemen van de referentiekarakteristieken _{er zeker van te zijn dat de}

cilinder en het verbrandingsproces 'gezond' zijn. Het is niet ondenkbaar dat tijdens een revisie een,

storing wordt geintroduceerd die verder voor het conditiebewakingssysteem verborgen_{zal blijven.}

De kans op storingen is voor een nieuwe motor of een motor _{na revisie veelal groter dan wanneer}

Pagina 15'

deze enige tijd in bedrijf is (badkuip-kromme schuift in tijd weer na voren). Ms van nieuw af of na

revisie, niet met andere sensoren dan de cilinderdruk gemeten kan worden, verdient het

aanbeve-ling gebruik te maken van een 'directe' opnemer als referentie.

De 'directe' pitzotron drukopnemer is door de firma Kistler gecalibreerd op een gevoeligheid van:

piezotron drukopnemer P: 25,63 mV/bar.

De verschillende gevoeligheden van de krachtopnemers (bepaald door de firma's Kistler en

Bienfait) zijn achtereenvolgens gelijk aani).

piezotron krachtopnemer Kl: 25,33 mV/kN.

piezotron krachtopnemer K2: 25,33 mV/kN.

- rekstrook krachtopnemer Bl: 2,55 mV/V.

- rekstrook krachtopnemer B2: 2,65 mV/V.

De gevoeligheden van de krachtopnemers worden gecorrigeerd door vermenigvuldiging met de schaalfactor. De gecorrigeerde gevoeligheden geven drukverlopen waarbij de topdruk op die van

de 'directe' opnemer ligt. De gecorrigeerde gevoeligheid krijgt de eenheid in mV/bar. De 'indirect& drukverlopen zijn nu gerelateerd aan de 'directe' cilinderdruk.

3.3 Beoordelingscriteria

In deze paragraaf worden criteria gedefinieerd om de drukverlopen te analyseren.

3.3.1 Nauwkeurigheidsfout

Voor beoordeling moeten de opnemers getoetst worden volgens een definitie van de

nauwkeurig-heidsfout (NF) welke als volgt is gedefineerd,

De waarde van de nauwkeurigheidsfout (in bar) is gelijk aan het gemiddelde van de

absolu-te waarden van de drukafwijking tussen het 'indirect' en het 'direct' gemeabsolu-ten drukverloop

over een bepaald krukhoekbereik. In formule:

l(Pd - P1)J1

NF= m

j-m

(Pd

-(n

- m

1)

(n

- m

f 1)

De gevoeligheden zijn bij een belasting van 200 kN bepaald

Pagina 16

(Pd Pi)m. 1 Pd - _Pi)111

3 Metingen aan de dieselmotoropstelling

TUDelft

E

Hierin is:

NF = nauwkeurigheidsfout.

= drukafwijking tussen het lindirecte"p,' en het 'directe"pd' drukverloop op krukpuls j.

m. .n = krukpulsbereik waarover de nauwkeurigheidsfout is gebaseerd.

Voor de procentuele fout wordt de drukafwijking gerelateerd aan de 'direct' gemeten:

NF_ 1 - m x 100% =

2_,

rn

l(Pd - Pi)j1 _{l(Pd - Pi)ml l(Pci - Om .11 l(Pd - Pi)ni}

Pd -i m Pd Pd Pd

z_d

x100 °A)

(n

- m +

1) (ii

- m +

1)

De maximale afwijking tussen het 'indirecte"p,' en het 'directe"pd' drukverloop op krukpuls j wordt als volgt gedefinieerd:

MAX l(Pd Pi)j1

j.

m

3.3.2 Reproduceerbaarheidsfout

Om de reproduceerbaarheidsfout (RF) te kunnen bepalen zullen de metingen bij gelijke belasting en op verschillende dagen herhaald worden. Een reproduceerbaarheidsfout is als volgt

gedefi-nieerd:

De waarde van de reproduceerbaarheidsfout is gelijk aan het gemiddelde van de absolute waarden van de drukafwijking tussen twee 'indirect' gemeten drukverlopen op verschillende

dagen, bij gelijke belastingen over een bepaald krukhoekbereik.

De reproduceerbaarheidsfout wordt gegeven door:

RF = j- m

E

-

E

- Rom' + 1()11 - Pi2)rn .11 Pi2),1j.m (in

_{- m +1)}

_{( n}

_{- m}

₁₎ Hierin is: RF = reproduceerbaarheidsfout.

(pa - pi2)i _{drukafwijking tussen het 'indirect' gemeten drukverloop op tijdstip 1 'p11' en het}

'indirect' gemeten drulcverloop op tijdstip 2 'pa' op krukpuls j.

m...n = krukpulsbereik waarover de reproduceerbaarheidsfout is bepaald.

Pagina 17

ehfs

3 Metingen aan de dieselmotoropstelling

TUDelft

(Pd-Pi) -=

Tabel 3: Overziclzt re meten variabelen.

Tabel 4:Demetin endie in dit onderzoek ztjn uitgevoerd.

N°: Parameter: Symbool: Meetplaats: 1

1) tapeindkraeht K 1 gezien van nokkenas, geplaatst links voor van cilinder 6.

2) tapeindkracht K2 gezien van nokkenas, geplaatst rechts achter van cilinder 6.

3) tapeindkracht B1 gezien van nokkenas, geplaatst links achter van cilinder 6.

4) tapeindkracht B7 gezien van midterms, geplaatst rechts voor van cilinder 6.

5) cilinderdruk P _{direct op het luchtaanzetkanaal van cilinder 6.}

6) motortoerental N, aan het uiteinde van de krukas, voorzijde van de motor.

7) vuldruk _Pm spoelluchtruimte voor spoelpoorten.

proefomschrijving: _paragraaf

verwijzing: - _{Metingen ter bepaling van de nauwkeurigheidsfout tussen het}

'di-rect' en 'indi'di-rect' gemeten drukverloop.

La' 4.1)

- Metingen ter bepaling van de reproduceerbaarheidsfout_{tussen twee} 'indirect' gemeten drukverlopen gemeten op twee meetdagen.

( ra- 4.2) - _{Metingen voor/na diagonale positieverwisseling van de 'indirecte'}

opnemers om te bepalen of eventuele verschillen in drukverlopen opnemer- of plaatsafhankelijk zijn.

(v? _4.3)

- _{Metingen bij een koude respectievelijk warme motor om te bepalen}

of de rimpelkracht constant blijft.

(L _4.4)

- _{Metingen na introductie van een storing om te bepalen of enkele}

eenvoudige storingen duidelijk meetbaar zijn.

Voor de bepaling van een procentuele fout kan de drukafwijking worden gerelateerd aan de

gemeten 'indirecte' druk bijv. 'pa'

l(Pii -2)J1

RF- m P'1 x 100%_ " rn

(n - m

1)

PiOrri l(Po Pi2)m .1

P11

(n - m

1)

Pagina 18

Het krukpulsbereik moet zo gekozen worden, dat de drie grootheden voor het diagnostiserenvan

storingen binnen dit liggen.

3.4 Meetplan

Tijdens het gehele onderzoek worden steeds de direct en indirect gemeten drukverlopen opgeno-men van cilinder 6. Een drukverloop ofwel een krukasomwenteling is verdeeld in 1024 pulsen. Een overzicht van de te meten procesvariabelen en de meetplaatsen is opgenomen in Tabel 3. De plaats van de verschillende opnemers is ook aangegeven in Figuur 3. Elke meting bestaat uit 4

achter elkaar ingelezen drukverlopen van de 5 druk/krachtopnemers. Na het inlezen van de 4

drukverlopen wordt voor elke opnemer een gemiddeld drukverloop bepaa1d1). In totaal worden er

5 meetsessies uitgevoerd, elk met een bepaald doel (zie Tabel 4).

1) _{Stochastische fouten als gevolg van belastingvariaties van de motor wordt door middel van middeling gereduceerd.}

3 Metingen aan de dieselmotoropstelling

TUDelft

- - - Pon!

+

li

Tabel 5: Beproeving van de nauwkeurigheid en de rep roduceerbaarheid.

N°: 1-] pine: [bar] Nm: [omw/m in ] I mmk.racht: 1411 vermogen: 1 [kW] I) 350

H

526 98 F I 2) 'S 4001 526 221 -3) 5 450 526 249 4) 500 I 526 276 5) 7 I 350 736 271 6) 7 400 736 271 7) 7 450 736 1 310

_

I 7 500 736 1 348 9) 9 I 350 946 387 LILL)____/f0 , 91 400 _{946 398} 1;_llilYiI 9 450 946 448

EMI__

9 500 946 498 [ 113) 0 4001 1052 442

It

450 k052 497_ 5 5 14)

ODP

140.-

120 e

100 -

80

_ co

_.0

60 -

40

20-=

_ s.t 10 _-10 40 so eo Alfa fkrukgradenl IK2

-20

Figuur 7: Drukdiagram van meting

1.14: Meetnummer: 1.14 pme: 10 (bar) Nm: 450 (ornwiniin); SDP 20

II-1

-1 I 60

120

180

240

300

Alfa

[Icrukgradeti)

ODP 320

360

Opnemer SF Alfa_bo pbo Alfa_pma pmax, dp/d(alfa)' dp/l(alla) NF NF (grad.) (bar) (grad.) (bar) (bar/grad.) (bar/grad.) (bar) (%) P 1.00 170.51 53.65 186.33 132.47 1.86 8.30 0.00 0.00 K1 0.77 170.86 48.88 186.68 132.47 1.19 9.67 6.00 7.70 K2 0.82 171.56 57.21 185.98 132.47 1.88 10.37 2.58 3.06 0 20 100 10 -10 260 280 300 Alfa Pcrukgraden] I I I I

140

120

100

80

1-1 60

0.

40

20

_-20

20 -20 40 60 80 Alta [krukgraden] 82 100 20 10 1 I 1 1 I 1

Figuur 8: Drukdia gram van meting 1.14.

Meetnummer: 1.14 pme: 10 (bar) Nm: 450 (omw/min) Opnemer SF Alfa bo pbo Alfa_pma pmax. dp/d(alfa)' dp/d(alfa)" NF NF ! rad. bar rad bar bar/. rad. bail, rad. bar P 1.00 170.51 53.65 186.33 132.47 1.86 8.30 0.00 0.00 B1 0.13 171.21 56.65 183.52 132.47 1.65 8.00 2.65 2.98 B2 0.14 171.91 50.53 186.33 132.47 1.06 12.12 6.09 8.34 ODP BDP ODP

60

120

180

240

300

360

Alfa [krukgraden]

320 -10 260 280 300 Alfa [krukgraden] (96)

4 Bespreking

van de meetresultaten

4.1 Metingen ter bepaling van de nauwkeurigheidsfout (meetsessie 1)

4.1.1 Inleiding

Voor aanvang van de metingen wordt de motor gedurende een uur warmgedraaid. De motor

wordt voor deze meetsessie belast met een gemiddelde effectieve druk (pm) van 5, 7, 9 en 10 bar. Het motortoerental neemt voor elke belasting toe van 350 tot 500 omw/min in stappen van 50

omw/min (zie Tabel 5). De motor is niet belast tot het maximaal vermogen van 16 bar, daar

tijdens de proefmetingen geconstateerd is dat het meetcircuit van de 'indirecte' Kistler opnemers

niet goed afgesteld is. Waarschijnlijk is de werkelijke rimpelkracht groter dan de geoffreerde 20

kN.

De gegevens over de opgenomen data staan in bijlage D (pag. D-1). Hierin staan gegevens over de ingestelde belastingstoestand, de aangemaakte files, de omgevingsdruk, de gebruikte

stekkerconfi-guratie (Al, A2) en de gemeten vuldrukken. Met behulp van het spread-sheet programma

Quatro-Pro zijn de krachtdiagrammen, welke zijn opgenomen met de 'indirecte' opnemers, zodanig opgeschaald 1) dat de topdrukken in absolute zin gelijk komen te liggen met de topdruk van de

'directe' drukmeting (zie Figuur 7 en Figuur 8 voor respectievelijk de Kistler en Bienfait

opne-mers).

Vervolgens zijn een aantal potentiele diagnose parameters berekend namelijk: hoek ontbranding (alfa_bo)

- druk ontbranding (pbo) hoek topdruk (alfa_pmax) topdruk (pmax)

drukgradient voor ontbranding (dp/d(alfa)') drukgradient na ontbranding (dp/d(alfa)")

Het verloop van deze parameters wordt in parargraaf 4.2.2 behandeld. Tevens wordt de

nauwkeu-righeidsfout bepaald om een indicatie te geven in welke mate de 'indirecte' drukverlopen _de

'directe' benaderen. De diagnoseparameters zijn _{tezamen met de bepaalde schaalfactoren en}

nauwkeurigheidsfouten weergegeven in een tabel (Figuur 7, Figuur 8) In bijlage E zijn de

'indirect' en 'direct' opgenomen drukverlopen weergegeven met de daarbij behorende potentiele diagnoseparameters bij de verschillende belastingstoestanden. Daarnaast is ter verduidelijking en

controle van de berekende parameters, op het essentiele deel de _{drukverlopen ingezoomd en}

tevens weergegeven in bijlage E.

fl Een maximale drukwaarde op een krukpuls 'j' in het drukverloop worth opgeschaald.

Pagina 19

044,

4 Bespre king van de meetresultaten

TUDelft

-Meetsessie

K1 1.4 1.2

---r0.8 "- 0.6 0.4 0.2 0 350 400 450 SOO motortoerentallomw/min)

pmes5 pme=7 -- pme=9 pme10)

It

1.4 1.2

1

r

0.6

pme=5 epmecl prne=9 pme=101

1.4

r

' 1cia --0"- 0.6 0.4 0.2 0 350 K2

alpme=5 pme=7 pmec9 pme=10I

;1110.6

In

0.4 0.2

Figuur 9: De schaalfactortij toenemende toerental en constante pmet

82

pme=5 pmee7 _{pme=9 -a pmes101}

""=. 150 400 450 motortoerental (ormv/min) 400 450 500 motortoerental (omw/cnin) 350 400 450 motortoerental (omw/min) 4") 0.4 0.2 1.2 70.8 500 500 ...

Meetsessie 1

5 6 7 8 9 10 pme (bar) I-4.- Nm=350 Nm=400 - Nm=450 -...- Nm=5001 5 6 7 8 9 10 pme (bar) Nm=350 Nm=400- Nrrv.450 Nrw=500

Figuur 10: De schaatfactor bij toenemende pme enconstante toerental.

K2 5 6 7 8 9 10 pme (bar) Nm=350 Nm=400 - Nm=450 Nm=500 u). 0.6 0.4 0.2 ... . ... 4, 5 6 7 8 9 10 pme (bar) Nm=350 Nm=400 Nm=450 Nm=500 1.4 1.2 10.8 L(;)- 0.6 04 0.2 K1 .... -1.4 1.2 70.8 'uto .s 0.4 0.2 1.4 81 1.2 1 ... u_ . ... . 0.4 0.2 1.4 82 12 0.6 0 0

4.1.2 Resultaten

Schaalfactoren.

De resultaten van de calibratie (schaling) voor de opnemers zijn in Figuur 9 en Figuur 10 uitgezet tegen respectievelijk het toerental en de gemiddelde effectieve druk. Opgemerkt moet worden dat de schaalfactoren van B1 en B2 vernnenigvuldigd zijn met een factor 5. Duidelijk komt in Figuur

10 naar voren dat de schaalfactoren voor K1 en K2 bij toenemende pm e asymptotisch afnemen tot

een waarde van 0.83 en voor BI en B2 tot een waarde van 0.13. Verwacht was dat de schaalfac-toren niet zouden veranderen (paragraaf 2.6). Een mogelijke verklaring hiervoor kan gevonden

warden als de drukbelastingen van de cilinderkop beschouwd worden. Wanneer er namelijk sprake

is van een belastingtoename (toenemend toerental bij gelijke p1 of toenemende pme bij gelijke

toerental) dan leidt dit tot een stijgende topdruk. De afname van de schaalfactor blijkt daarmede

afhankelijk van de topdruk. Dit blijkt oak als de schaalfactor wordt uitgezet tegen de topdrukvoor

de verschillende krachtopnemers (Figuur 11, Figuur 12, Figuur 13 en Figuur 14).

1.4 1.2 -1 80 90 K1 100 110 120 130 140 pmax (bar) -5. 80 90 100 110 120 130 140 pmax (bar)

Figuur 11: De schaalfactor van K1 uitgezet tegen Figuur 12: _{De schaalfactor van K2 uitgezet tegen}

pmax. _pmax. Pagina 20 T0.8 0.6 T0.8 0.6 0.4 _0.4 0.2 _0.2 0 0

erg

4 Bespreking van de meetresultaten

TUDelft

1

Een verklaring hiervoor is het feit dat de cilinderkop en de cilinderwand bij een toenemende druk geen gelijkmatige vervorming ondervinden. Dit kan veroorzaakt worden doordat het contactop-pervlak, als gevolg van uitbolling van de cilinderkop, tussen deze twee kleiner wordt naarmate de belasting en daarmede de topdruk stijgt. Met andere woorden de gecombineerde stijfheid van

cilinderwand en -kop neemt als gevolg van contactvermindering al In Figuur 15 is te zien dat een

stijfheidsverlaging van C2 tot C,' een rimpelkracht (SF') geeft welke groter is dan (J.), waardoor

de schaalfactor in werkelijkheid kleiner zal worden bij toenemende topdruk en belasting.

Pagina 21 Si 1.4 B2 . IL CP0.6 1.2 TO 8 -111-1.4

1.2

10.8 (..P 0.6 " 0.4 0.4 0.2 0.2 0 0 I

Ie

80 90 100 110 120 130 140 pmax (bar) 80 90 100 110 120 130 140 pmax (bar)

Figuur 13: De schaalfactor van B1 uitgezet tegen Figuur 14: _{De schaalfactor van 82 uitgezet tegen}

pmax. pmax.

(los

4 Bespreking van de meetresultaten

TUDelft

vervorming van opnemer en vervorming van cilinderkop en

tapeind tgv. F cilinderkop tgv. F

Figuur 15: _{Het toenemen van de rimpelkracht als gevolg van een lager& stijfheid van cilinderwand en}

Meetsessie 1

1 5 12 K1 ... ... ... ... LL z 6 . ...

pme5 pme=7 pme=9 pme=10

B1

pme=5 pme=7 pme=9 pme=10

Figuur 16: De nauwkeurigheidsfout bij_{toenemende toerental en constante pme.} ...

0

350 400 450 500

motortoerental (omw/min)

pme=5 -- pme=7 pme=9 pme=10

K2 u_ z 6 L 15 12 B2 0 350 40() 450 motortoerental (omw/min) 500 pme=5 pme=7 pme=9 pme=10

350 400 450 500 motortoerental (omw/min) 500 350 400 450 motortoerentel (omw/min) 3 15 12 3 0 350 400 450 500 motortoerentei (ornwimin)

pme=5 pmez--7 pme=9 pme=101

12 3 0 e 15 12

Meetsessie

is6

7 8 pme (bar) 1-e-Nm=350 e Nm=400-- Nm=450-..1Nm=500 5 32 al

25

3 Nm=350 Nm=400 Nm=450 Nm=5001

Figuur 17: De nauwkeurigheidsfout bij_{toenemende pme en constanteitoerentat:}

5 7 pine (bar) 91 ID ImiNm=350-m Nm=400--Nm=450 Nm=500 5 7 a 10 pme (bar) Nm=350 Nm=400 --Nm=45(1-=-INTn=5001 15 12 9 U-2 3 0 Ku 12 3 0 5 6 7 8 9 10 pine (bar) 1-=-Nrn=350 --- Nm=400-- Nm=450 -, Nn 1500'l 15 15 12

Z6

9 10 15 12 6 8 9 10 5 6 7 8 pme (bar) 6 9 B2

Een interessante constatering is dat de schaalfactor vanaf een topdruk van 100 bar vrijwel constant

blijft. Maw. vanaf een topdruk van ongeveer TOO bar (vanaf meting 1.7, waarbij pm, = 7 bar bij

Nm= 450 omw/min en Pe = 310 kW, zie Tabel 5) zijn de vervormingen van het systeem lineair.

De motor is maximaal te belasten tot ongeveer Pe= 942 kW bij Nm= 600 omw/min, wat betekent dat de schaalfactoren min of meer constant blijven vanaf een belasting van ongeveer 30 % van de

maximale motorbelasting, hetgeen zeer acceptabel is.

Vanwege de geringere toename van de cilinderdrukken wijzigen de schaalfactoren bij constante

pm, en toenemend toerental (Figuur 9) vrijwel niet.

Nauwkeurigheidsfouten.

Na opschaling worden de nauwkeurigheidsfouten ten opzichte van het 'direct' gemeten drulcver-loop bepaald over het krukhoekbereik van 165 tot en met 195 graden. Dit bereik is niet geheel willekeurig, daar hierin de conditieparameters liggen die mogelijk belangrijk zijn bij storingsdiag-nose (zie paragraaf 3.1). Bovendien vertonen de 'indirecte' drukverlopen in het lagere gedeelte

fluctuaties. In Figuur 7 en Figuur 8 is te zien dat de drukverlopen (meting 1.14) van de Bienfaits

een grotere fluctuatie vertonen dan die van Kistler. De 'indirecte' drukverlopen worden in para-graaf 4.1.3 nader verklaard. De procentuele nauwkeurigheidsfouten (NF) zijn voor de metingen van meetsessie 1 grafisch in Figuur 16 en Figuur 17 afgebeeld. Bij vergelijking valt op, dat de opnemers die centraal ten opzichte van de motorhartlijn geplaatst zijn (K2 en BI, zie Figuur 3)

kleinere fouten/afwijkingen vertonen dan de opnemers die niet centraal geplaatst zijn (K1 en B2).

De grootte van het foutenverloop blijkt nogal te verschillen. De opnemers K2 en B1 geven een

beduidend kleiner foutpercentage dan de opnemers K1 en B2. Dit betekent dat de opnemers die

centraal ten opzichte van de motorhartlijn geplaatst zijn beter het 'directe' drukverloop benaderen.

Er kan geconcludeerd worden dat de rimpelkrachten op de verschillende meetplaatsen niet aan

elkaar gelijk zijn. Een verklaring voor dit feit zou kunnen zijn dat de rimpelkrachten beinvloed worden door de openingskrachten van de kleppen. De tuimelaaras zit aan de kant van de opne-mers K1 en B2. Het gevolg hiervan is dat deze opneopne-mers tijdens de uitlaatperiode (van krukgraad

78 voor tot 62 na ODP) een extra 'drukkracht' registreren. Om het krachtverloop_{van de opnemers}

K1 en B2 te vertalen naar een drukverloop in de cilinder, zou eerst een deel van de kracht, die de tuimelaar van de uitlaatklep op de cilinderkop uitoefent, af moeten trekken van het opgenomen krachtverloop en slechts alleen over de uitlaatperiode. Vervolgens kan door sommatie met de receiverdruk plaatsvinden en worden geschaald naar de topdruk van de 'directe' meting. Worden de drukverlopen van K1 en B2 niet gecorrigeerd voor wat betreft de invloed van de uitlaatklep,

dan wordt het gedeelte van de drukverlopen waarbij de uitlaatklep gesloten is in absolute zin

omlaag gedrukt, waardoor o.a. de druk bij ontbranding (pbo) lager uitvalt in vergelijking_{met K2}

en B1 (Figuur 7, Figuur 8). Hoe de gemeten drukverlopen Kl en B2 te corrigeren valt buiten dit onderzoek. Nader onderzoek naar deze beinvloeding behoort dan ook tot een aanbeveling van dit

onderzoeksverslag.

Ter tweede aanbeveling voor een eventueel vervolgonderzoek is de motor te beproeven waarbij de

stoter, stootstang en de tuimelaar van cilinder 6 gedemonteerd zijn. De uitlaatklep blijft in deze toestand als gevolg van de veerkracht van de uitlaatklepveren dicht staan. Uiteraard zal de

brand-Pagina 22

I

Figuur19: logaritmische pV- diagram van meting 1.14. Meetnummer:

1.14

pme:

10 (bar)

Nm:

450 (omw/min)

OPNEMER compressie-fase expansie-fase P

1.38 1.29 K1 1.68 1.43 K2 1.33 1.43

1000

.o

100

0

_{_c}

10

1 1 10

100

140 120 100 80 -11 60 40 20 o --20 0 140 -120 100 80 60 .. 40 20 0 -20 0 61 Meetnummer: 1.14 pme: 10 (bar) Nm: 460 omw/min) Meetnummer: 1.14 pme: 10 (bar) Nm: 460 (omw/min)

Figuur 18: pV-diagrammen _{van meting 1.14.}

10 12 2 4 6 8 cilindervolume [liter] 2 4 6 8 cilindervolume [titer] 10 12

stoftoevoer van cilinder 6 tijdens het draaien van de motor afgesloten moeten worden, om terug-strolling van de uitlaatgassen te voorkomen door de inlaatpoorten. Verwacht mag worden dat de

'extra' aandrukkracht veroorzaalct door de tuimelaar dan geheell verdwenen is.

De krachtopnemers bezitten de volgende gerniddelde nauwkeurigheid'sfout direr het gemetert belastingsspectrum (Tabel 6):

Tabell 6: Gemiddelde nauwkeurigheidsfout en maximale afwijking en bootie van' 14 metingen.

De krachtopnemers bezitten een gemiddelde nauwkeurigheidsfout van 3,5 tot circa 8,5 procent. Tevens is van elke 'indirect' drulcverloop de maximale afwijking bepaald ten opzichte van het

directe' drukverloop. In Tabet 6 zijn vervolgens weergegeven de kleinste respectievelijk grootste

maximale afwijlcing welke voor alle drulcverlopen is opgetreden en het Icrukgraadgebied waarbin-nen de maximale afwijIcingen plaatsvonden. Dit is de maximale drukafwijlcing tussen het 'directe'

en het 'indirecte' gemeten drukverloop, bepaald over het Icrukhoekbereik van 165 tot en met 195 graden. Een overzicht van deze maximale nauwkeurigheidsfout van meting it/rn 14 met de daarbij

behorende krukgraadbereik is opgenomen in Tabel 6. Voor alle 'indirecte' opnemers is de maxima-le afwijIcing nogal groot, dit als gevolg van fluctuaties op het 'indirecte' drulcverloop (met name biji

lage belasting). Door smoothing van de 'indirecte' drulcverlopen zullen maximale afwijkingen

geringer worden. De maximale afwijIcing treedt op rond het gebied na ontbranding. Dit is een

gevolg van het felt dat de 'indirecte' drulcverlopen geschaald wordt naar gelijke topdrulc, waardoor

de grootste afwijking na ontbranding plaatsvindt. De nauwkeurigheidsfout en de maximale

afwij-king zijn berekend volgens de definitie uit paragraaf 3.3.1. Verder valt duidelijk op, dat de

opne-mers die centraal ten opzichte van de motorhartlijn geplaatst zijn (K1 en B2) de grootste maximale afwijIcing vertonen als gevolg het tuimelaareffect.

Ter illustratie zijn in Figuur 18 en Figuur 19 zowel een pV- als een log(pV)-diagram van de

drukverlopen gepresenteerd. Vanwege het felt dat de gemeten drukverlopen van de Bienfait

krachtopnemers negatieve waarden bezitten is het niet mogelijk hiervaneen logarinnisch diagram

van te maken. De gemiddelde polytropische exponenten van de compressie- en expansiefase zijn over het volumegebied 1 tot 4 liter bepaald. Dit volumegebied is 'rustig' en is representatief voor

.de compressie- en expansiekromme. Uit Figuur 19 blijkt dat de krachtopnemers K1 en K2

verschillende waarden hebben voor k. Hier uit blijkt wederom het effect van de extra druklcracht van de tuimelaar, met als gevolg dat K1 tijdens de compressie een grotere polytrope-exponent

heeft dan K2. Het drukverloop van K1 nadert de (gelijice) topdruk immers van een lager nive.au,

Patina' 23

I Opnemerr NF (/o):

_

maximale afwillcing en locatie van 14 metingem

KI 7,4 7,2-.15;0 bar (172 t/m 178 lcrukgraden)

K2

ri4

4,2.-8,3 bar (171 t/m 180 lcrukgraden)

BI 3,6 4,8-.12,3 bar (168 t/m 178 Icrukgraden

B2 '18,3 9fi.-16,7 bar (171 t/m 176 krukgraden)

4.1.3 Beschrijving van het indirecte drukverloop

Na onderzoek is gebleken dat het drukverloop, gemeten met de krachtopnemers, mede beinvloed wordt door een drietal externe vervormingen in het tapeind (vervormingen anders dan door de

gaskracht). Deze vervormingen treden op als gevotg van:

I. het openen en sluiten van de uitlaatklep (de uitlaatperiode). drukverloop van naastgelegen cilinders (in dit geval cilinder 5).

trillingen.

Het openen en sluiten van de uitlaatklep.

De uitlaatklep:

L opent zich op krukgraad 282 (780 voor ODP). 2. sluit zich op krukgraad 62 (62° na ODP).

Het moment van openen van de uitlaatklep is vrijwel exact af te lezen uit het drulcverloop (Figuur

7 en Figuur 8). Dit wordt veroorzaakt doordat de uitlaatnok op de nokkenas via de stoter,

tuimelaar, veerschotel de klepveer tegen de heersende gasdruk indrukt en daarmee via de tuime-laar een kracht op het cilinderdeksel uitoefent. De tuimetuime-laar bevindt zich boven de cilinderdeksel-tapeinden, waaronder de opnemers K I en B2 zijn gemonteerd. Bij het openen van de uitlaatklep

moet het kleppenmechanisme de krachten overwinnen, te weten:

I . de traagheidskrachten.

het gewicht van de onderdelen. de wrijvingskrachten.

de gaskrachten. de veerkracht.

De reactiekracht neemt bij het openen van de uitlaatklep op de tuimelaaras snell toe, waarna de

reactiekracht als gevolg van het wegvallen van de cilinderdruk weer afneemt. Bij het _{openen van}

de uitlaatklep veroorzaakt dit een Ipiek' in het drukverloop van K1 en B2, terwij1 K2 en B1 als

gevolg van een kantelmoment ten opzichte van de motorhartlijn een 'dip' ondervinden. Het

mo-ment van sluiten van de uitlaatklep is niet te traceren.

Drukverloop van naastgelegen cilinders (in dit geval cilinder 5).

De berg of het dal, welke optreedt nabij krukgraad 66, is waarschijnlijk het gevolg _{van cilinder 5.}

Rond deze puls ondervindt cilinder 5 zijn maximale druk. Bij cilinder 5 wordt de brandstof 1200 eerder ingespoten dan bij cilinder 6 (zie bijlage A), zodat aangenomen kan worden dat de topdruk

120° eerder optreedt en we! bij 66° (186° -120').

Pagina 24

oilte

4 Bespreking van de meetresultaten

TUDelft

5

140

120 7

100

Figuur 20: Drukveriepen in gezonde situatie

Meetnummen 6.1 pme: 7 (bar) Nm: 400 (omyllmip) Opnether SF Alfa_bo pbo Alfa_pma Oleic dp/d(alfa)' dp/d(alfa) NF NF (grad.) (bar) (grad.) (bar) (bar/qrad.) (barkgad.) (bar) (%) 'i P , 1.00 171.21 43.53 184.57 107.03 1.36 9.77 0.00 0.00 1(1 : 0.97 171.56 38.72 183.87 107.03 1.55 9.94 3.87 6.92 K2 0.96 172.27 40.62 186.33 107.03 0.99 11.76 5.46 8.45

,20

1 -j -I ---I 1 .

-I

I.

$ r

ODP

13DP ODP

300

360 0 60 120 180

240

Ma [krukgraderi]

40

20

Figuur 21: Drukverlopen met een afgesloten brandstottoevoer van cilinder 5. Meetnummer: 6.1 pme: 7 (bar) Nm: 400 (omw/mln) Opnemer .. SF Alfa_bo pbo Alfa_pma pmax. dp/d(alfa)' dp/d(alfa)" NF NF rad. bar 'rad. bar bar/ 'rad. barh, rad. bar 0,0 P 1.00 170.86 41.89 187.03 107.02 1.38 9.06 0.00 0.00 K1 0.85 171.56 38.45 187.73 107.02 1.71 10.08 3.81 7.09 K2 0.90 171.56 42.07 185.27 107.02 0.93 10.53 2.34 3.75

20

ODP

0

-20

0

BDp

ODP

60

120

240

300

360

Alfa [krukgraden]

140

120

100

40

Om dit te bewijzen wordt de motor belast met een gemiddelde effectieve drukpm,van 7 bar. Het

motortoerental wordt constant gehouden op 400 omw/min. Daarnaast zal de brandstoftoevoer van

cilinder 5 afgesloten worden. Verwacht mag worden dat de invloed van de compressieslag van

cilinder 5 een geringere berg of dal zal geven. Bijlage D (pag D-5) bevat een overzicht van de files

waarin de betreffende data is opgeslagen. Uit Figuur 20 en Figuur 21 blijkt dat de invloed van cilinder 5 na een brandstof blokkering minder is geworden. De berg en het dal zijn voor een groat

deel verdwenen.

Een en ander betekent dat het motorblok als gevolg van de verbranding in cilinder 5 zodanig

wordt vervormd dat dit onder de cilinderkopmoeren van cilinder 6 meetbaar is. De opnemers K1 en B1 bevinden zich direct naast de cilinder 5 (zie ook Figuur 3), hetgeen een extra drukkracht veroorzaakt. De opnemers K2 en B2 bevinden zich rechts van cilinder 6 en worden door deze situering enigszins minder belast. Anderzijds moet geconcludeerd worden, dat de opnemers van Bienfait tijdens deze puts een meer geprononceerd beeld laten zien van dit effect dan de

krachtop-nemers van de Kistler. De 'indirect' gemeten drukverlopen van Kistler warden in het meetbereik van 0 tot 1 volt gefilterd, waardoor het onderste deel van het drukverloop als het ware afgevlakt

wordt.

Trillingen.

De lindirecte' drukverlopen bezitten bij de verschillende belastingstoestanden een fluctuatie. Deze fluctuatie ontstaan met name zodra de uitlaatklep gesloten of geopend is. Met andere woorden de oorzaak van de trilling is mogelijk een gevolg van het aanstoten van een frequentie van de

con-structie, cilinderkop of van het uitlaatklepmechanisme. Voor het analyseren van de trilling is

gebruik gemaakt van het software pakket MATLAB. Ter bepaling van de belangrijkste

frequentie-componenten van de drukverlopen, zijn de autospectrale dichtheden van meting 1.14 (p=10 bar, Nm= 450 omw/rnin) bepaald (zie Figuur 22, Figuur 23, Figuur 24, Figuur 25 en Figuur 26).

80 70 60 50 2 40 30 20 10 Oa Regina 25 80 70 60 50 240 30 20 10 50 100 150 200 250 300 freauentie in Hz

Figuur 23: Spectrale dichtheid van Kl.

0Ni

4 Bespreking van de meetresultaten

TUDelft

250 300

50 100 150 200

freauentie in Hz

80 70 BO 50 ill 40 30 20 10 80 70 BO 50 40 30 20 10 0 50 100 150 200 250 300 frequentie in Hz

Figuur 24: Spectrale dichtheid van K2.

0 50 100 150 200 250

frequentie in Hz

Figuur 26: Spectrale dichtheid van 82.

Bij deze spectrale analyse zijn de drukverloopsignalen Fourier via Fast Fourier Transformatie binnen Matlab getransformeerd (FFT). Dit wil zeggen, dat het gemeten signaal vanuit het

tijdsdo-mein getransformeerd naar een spectrum in het frequentiedotijdsdo-mein. De spectrale dichtheid is

genormaliseerd tot een eenheid bar. De frequenties zijn bepaald over het bereik van 0 tot 3840 Hz, waarbij de meest naar voren komende frequenties liggen binnen het bereik van 0 tot 300 Hz.

De drukverlopen vertonen duidelijk een frequentiecomponent van 7,5 Hz. De frequentiecompo-nent van 7,5 Hz is namelijk gelijk aan het motortoerental van 450 omw/min. Doordat het 'directe'

drulcverloop vrijwel geen fluctuaties bezit. Kan men er vanuit gaan dat, wanneer het verschil wordt

genomen tussen het 'directe' en 'indirecte' drukverloop, de vertoonde fluctuaties voornamelijk de fluctuaties representeren van het 'indirecte' drukverloop (zie Figuur 27 en Figuur 28).

300 Pagina 26 80 70 80 50 40 30 20 10 00 50 100 150 200 frequentie in Hz

Spectral° dichtheid van Bl.

250 300

0141

4 Bespreking van de meetresultaten

TUDelft

0

5 Ta 10 -10 -15 -20 15 10 I

t, tell,

50 100 150 200 250 300 frequentie in Hz

Figuur 29: Spectrale dichtheid van P-K1.

Pagina 27

15

10

5

4 Bespreking van de meetresultaten

T U Delft

0 60 120 180 240 300 360 0 60 120 180 240 300 360

Alfa (krukgraden] Alfa (krukgraden]

Figuur 27: drukverloopverschillen van P- Figuur 28: drukverloopverschillen van

P-K1 en P-K2. 81 en P-82.

In deze figuren zijn duidelijk de gevolgen van schaling zichtbaar. De drukverloopverschillen in het

ODP en BDP zijn immers geminimaliseerd. Door nu van deze drukverloopverschillen spectrale dichtheidsanalyses te maken zal men verwachten dat er een duidelijker onderscheid is te maken voor wat betreft de frequentiecomponenten (zie Figuur 29, Figuur 30, Figuur 31 en Figuur 32).

0 50 100 150 200 250 300

freauentie in Hz

Figuur 30: Spectrale dichtheid van P-K2.

OOP

20 BOP 'COP

15

0 5

Cti Pagina 28 15 10 5.0 100 150 200 250 300 freauentie in Hz

Figuur 32: Spectrale dichtheid van P-82.

De meest uitspringende frequenties van deze belastingstoestand (meting 1.14) zijn weergegeven in

onderstaande Tabel

7-Tabel 7: De frequentiecomponenten van meting 1.14.

Uit deze tabel blijkt dat de drukverlopen van K1 en B2 een sterke frequentiecomponent bezitten van 0 en 7,5 Hz hetgeen waarschijnlijk het gevolg is van een 'extra' aandrukkracht van de tuime-laar. De drukverlopen van K1 en K2 worden als gevolg van de tuimelaarkracht als het ware naar

beneden gedrukt (Figuur 7, Figuur 8). Tevens blijkt dat alle drukverlopeneen sterke

frequentie-component bezitten van 210 Hz. Deze frequentiefrequentie-component van 210 Hz komt ook bij de overige

belastingstoestanden duidelijk naar voren. Met andere woorden deze frequentiecomponent is

K1 K2 B1 132

f

(Hz) amplitude (bar)

f

(Hz) amplitude (bar)

f

(Hz) amplitude (bar) f (Hz) amplitude (bar) 0 6,01 0 1,39 0 1,31 0 10,32 7,5 7,28 7,5 1,09 7,5 3,66 7,5 10,13 15 2,18 30 1,63 15 1,27 22,5 4,5 2.2,5 1,87 37,5 1,72 22,5 1,39 52,5 2,96 37,5 1,56 45 1,45 45 260 82,5 2,71 67,5 1,64 52,5 1,04 67,5 1,75 105 2,57 105 1,05 67,5 0,96 210 3,05 127,5 2,28 210 1,95 202,5 1,04 225,5 2,71 210 3,84 225 1,31 210 1,24 232,5 2,01 217,5 2,1 232,5 1,76 232,5 0,93 255 1,52 225 2,9 rekff

4 Bespreking van de meetresultaten

TUDelft

50 100 150 200 250 300

frequentie in Hz

Figuur 31: Spectrale dichtheid van P-81.

1.5 5

-1 L L 0

motortoerental onafhankelijk

De cilinderkop heeft een massagewicht van 163 kg. Het totale massagewicht van cilinderkop,

uitlaatklep, klepveren, tuimelaar en koelwater wordt geschat op 200 kg. De gecombineerde

stijfheid van een tapeind en opnemer 'Cl' is geschat op 0,62 kNimm [Sonsbeek, 19921 De

gecom-bineerde stijfheid van cilinderkop en cilinderwand 'C2' bedraagt ongeveer 1,98 01/1./m. De

eigen-frequentie uit een trancelerende beweging van het systeem wordt hiermee:

Volgens deze sterk vereenvoudigde berekening komt de berekende eigenfrequentie van een

trancelerende beweging niet overeen met de werkelijke frequentie. Indien volgens Figuur 7 en

Figuur 8 de 'indirect& drukverlopen met elkaar worden vergeleken, valt het volgendeop:

de fluctuatie van B1 is in tegenfase met B2. de fluctuatie van K1 is in tegenfase met K2. de fluctuatie van B1 is in tegenfase met Kit..

Hieruit valt te concluderen dat de frequentie van de fluctuatie (210 Hz) een kantelfrequentie betreft waarbij de kanteling plaats vindt ten opzichte van de motorhartlijn. De kantelfrequentie

schatten is niet eenvoudig. Geschat dienen dan te worden o.a. het traagheidsmoment _{van de}

cilinderkop. De kantelfrequentie kan men vinden via:

f = 1 4C12

2.17\

_lkop

Hierin is:

1 = afstand tussen tapeinden.

= de gecombineerde stijfheid van een tapeind, opnemer, cilinderkop en cilinderdeksel

I.kop = traagheidsmoment van cilinderkop.

Schattingen leveren een eigenfrequentie op die hoger ligt dan de eigenfrequentie bij _{trancelerende}

beweging. Bovendien vindt er in het dunne gedeelte van de cilinderdeksel ter plaatse van de

tapeinden tapeinden ook bulging plaats, waarmee o.a. buigstijfheden geschat dienen te worden.

Pagina 29 1 1 1

f=

1

4.C1

4. C2 1 1,89.109 = 489 Hz

2.uN

rn

2.77\

200 4$4,

4 Bespreking van de meetresultaten

4.1.4 Conclusies

Uit het bovenstaande blijkt.

T U Delft

dat de schaalfactoren vanaf een topdruk van 100 bar (dit komt overeen met een vermogen 310 kW) constant zijn. Tot deze topdruk zijn de schaalfactoren niet constant en vertonen

geen lineair verloop.

dat de schaalfactoren zich afnemen bij een toenemende motorbelasting en topdruk.

dat de opnemers, die central ten op zichte van de motorhartlijn zijn geplaatst, beter het

'directe' drukverloop benaderen (de nauwkeurigheidsfout is plaatsafhankelijk), daar deze niet door de tuimelaar van de uitlaatklep worden beinvloed.

dat de nauwkeurigheidsfout afneemt met toenemende belasting.

dat de gemiddelde nauwkeurigheidsfout van de krachtopnemers adj.* is aan 3,5 tot circa 8,5

procent.

dat een 'indirect' drukverloop informatie kan geven over de kleptijden.

dat de 'indirecte' drukverlopen beinvloed worden door een naastgelegen cilinder. dat de 'indirect& drukverlopen een trilling bezitten van circa 210 Hz.

140

120

100

r--1

80

60

₄₀

20-

0

-20-0

I I J

II

I I 1 I I I

III

I I 1 1 I I

60

120

180

240

300

Alfa

[krukgraden]

360

Figuur 33: Drokverlopen van opnemer P gemeten op verschillende dagen.

Opnemer: P

Meetnummers:

1.14 en 2.14

Opmerking: drukverloopdiagram ter bepaling van de reproduceerbaarheidsfout.

pme:

10 (bar)

meetdata's: 16 mei 1994 en 1 juni 1994 (meetsessies 1 en 2)

Nm: 450 (omw(min) ODP BDP ODP

.0

0.

140

120

100

40

20 t-

-2Q

K 1

Figuur 3t Drukvertopen van opnemer K1 gemeten op verschillende dagen.

Opnemer: K1

Meetriuniiriefti

1.14 en 2,14

Opmerking: drukverloopdiagram ter bepaling van de reprOduceerbaarbeidstput,

pme:

10 (bar)

rileetdata's: 16 mei 1994 en 1 juni 1994 (meetsessies 1 en 2)

Nm: 450 (omw/miri)

60

120

180

2401

300

360

Alfa

[krukgtaderi]

ODP GOP

0DP

'80

.0

60

0 I 0 I I I I I I I I I I

Figuur 35: Drukverlopen van opnemer 1(2 gemeten op verschillende dagen.

Opnemer: K2

Meetnummers:

1.14 en 2.14

Opmerking: drukverloopdiagram ter bepaling van de reproduceerbaarheidsfout.

pme:

10 (bar)

meetdata's: 16 mei 1994 en 1 juni 1994 (meetsessies 1 en 2)

Nm: 450 (omw/min) ODP BDP ODP

140

120

100

1.

80

_a

6-1 60

a.

40

K2

20

,

-20

0

60

120

180

240

300

360

Alfa [krukgraden]