Badania silników i układów oczyszczania spalin

Pracownia Badań Stanowiskowych Silników wyposażona w 20 nowoczesnych hamowni silnikowych (AVL, HORIBA) – w tym hamulce dynamiczne, stanowisko do badań hybryd oraz hamulce elektrowirowe – pozwala na prowadzenie prac badawczych i rozwojowych na najwyższym światowym poziomie.

Pracownia Badań Stanowiskowych Silników specjalizuje się w:

• pracach rozwojowych nad nowymi konstrukcjami silników,
• badaniach emisji oraz testach symulacyjnych,
• dobieraniu optymalnych komponentów silnikowych wraz z przygotowaniem kalibracji,
• pracach kalibracyjnych prowadzonych na sterowniku silnika np. kalibrowanie krzywej mocy silnika, optymalizacja emisji,
• badaniach trwałościowych,
• testach szoków termicznych,
• testach specjalnych oraz NVH,
• badaniach nad procesem spalania,
• badaniach w zakresie kontroli jakości,
• badaniach kwalifikacyjnych silników oraz ich podzespołów,
• badaniach nad olejami silnikowymi.

Badania nad systemami oczyszczania spalin:

• rozwój układów NSC+DPF Euro 6,
• rozwój układów SCR Euro 6,
• badania nad POC,
• testy starzeniowe reaktorów katalitycznych (na LPG),
• Badania masy (PM), liczby (PN) oraz rozkładu wielkości cząstek stałych,
• optymalizacja dozowania amoniaku dla aplikacji z SCR.

Pracownia Badań Stanowiskowych Silników bada następujące typy silników:

• silniki samochodowe: light/medium/heavy duty,
• silniki przemysłowe,
• napędy hybrydowe,
• silniki wyczynowe oraz motocyklowe,
• silniki do pojazdów off-road,
• silniki morskie.

Prace rozwojowe prowadzone na prototypowych silnikach

Badania rozwojowe silników prototypowych prowadzone na stanowisku hamownianym ukierunkowane są na dobór poszczególnych komponentów oraz układów silnika, optymalizację ich działania dla danej aplikacji, weryfikację na rzeczywistym obiekcie badań założeń technologicznych powstałych na etapie projektowania silnika jak również badań symulacyjnych. Na tym etapie równolegle prowadzone są również prace kalibracyjne jednostki sterującej pracą silnika w celu zapewnienia pełnej funkcjonalności komponentów silnika.

Testy funkcjonalne poszczególnych komponentów i układów silnika

Testy funkcjonalne komponentów i układów silnika prowadzone na stanowisku hamownianym mają na celu weryfikację i ocenę poprawności działania konkretnych podzespołów silnika. Weryfikacja taka zazwyczaj opiera się na analizie wyników uzyskanych podczas wykonywania prób trwałościowych na stanowisku badawczym jak również ocenie zużycia danego komponentu poddając go badaniom metrologicznym, materiałowym jak również inspekcji wizualnej.

Stanowisko badawcze nr 19 do badań MD/HD/ hybrydowych/elektrycznych silników i układów napędowych

Stanowisko badawcze nr 19 umożliwia badania i testy silników spalinowych Light Duty (LD), Medium Duty (MD) and Heavy Duty (HD), a także silników elektrycznych i hybrydowych układów napędowych.

Parametry hamowni dynamicznej (Fully Dynamic AC Dyno (DynoExact 504/5 Px)

• 500 kW, 3000 Nm, 5000 rpm

Oprogramowanie

• iGEM
• ISAC
• InMotion
• AVL PUMA OPEN 1.5.5

Stanowisko badawcze nr 17 i 18 do badań MD/HD/ hybrydowych/elektrycznych silników i układów napędowych

W drugiej połowie 2021 r. BOSMAL uruchamia dwa nowe, dynamiczne stanowiska hamowniane z wyposażeniem projektowanym dla celów badawczo-rozwojowych oraz czynności homologacyjnych w zakresie testowania i symulacji działania silników spalinowych Heavy Duty (HD) oraz Light Duty (LD) zasilanych benzyną, olejem napędowym, gazem LPG, CNG, paliwami syntetycznymi oraz biopaliwami o maksymalnej mocy 560 kW (HD) oraz 450 kW (LD). Dodatkowo stanowisko to umożliwi badania hybrydowych układów napędowych o mocy silnika elektrycznego do 250 kW. Badane silniki będą pracowały w stanach ustalonych, przejściowych oraz dynamicznych.

Parametry hamowni dynamicznych

• Stanowisko HD: 560 kW, 3000 Nm, 4500 obr/min
• Stanowisko LD: 450 kW, 1200 Nm, 10 000 obr/min

Oprogramowanie

• IGEM 2
• AVL CONCERTO 5
• PUMA 2.0
• ISAC400

Wykonywane badania

Badania silników elektrycznych, wykonywane na stanowiskach hamownianych BOSMAL, objęte Zakresem Akredytacji AB 128:
Silniki elektryczne (o mocy maksymalnej 500 kW) – Pomiar mocy netto i maksymalnej mocy po 30 minutach na hamowni silnikowej – Regulamin EKG ONZ nr 85 Seria 00

Urządzenia

AVL e-storage DC Power Unit:

• Nominalna moc: 160 kW
• Wyjściowe napięcie: 8-800 VDC
• Wyjściowe natężenie prądu: 600 A
• Urządzenie zainstalowane na stanowisku nr 19 (na zdjęciu)

AVL e-storage DC Power Unit:

• Nominalna moc: 250 kW
• Wyjściowe napięcie: 8-800 VDC
• Wyjściowe natężenie prądu: +/- 600 A
• Urządzenie zainstalowane na stanowisku nr 17-18

Regatron Low Voltage Battery Emulator:

• Nominalna moc (max.): 20 kW
• Wyjściowe napięcie (max): 65 V
• Wyjściowe natężenie prądu: 385 A
• Urządzenie mobilne (na zdjęciu)

Analizatory mocy, do szybkiej rejestracji:

• Analizator mocy Yokogawa WT1800 (na zdjęciu), Cęgi prądowe
• X-ION: 2 MS/s sampling/channel, pasmo 1 MHz, rozdzielczość ADC 18 bit +/- 0.0004% FSR
• Urządzenia mobilne

• 
• 
• 
• 

Prace kalibracyjne prowadzone na stanowisku hamownianym mają na celu optymalizację parametrów silnika poprzez modyfikację zmiennych znajdujących się w sterowniku silnika ECU. Kalibracja zmiennych przeprowadzana jest dla silnika pracującego w stanach ustalonych na obciążeniach częściowych oraz maksymalnych jak również w stanach dynamicznych i ma na celu zapewnienie poprawnego działania silnika jak również spełnienie wymogów technicznych założonych przez producenta.

Przykładowe prace kalibracyjne

• Mapa wtryskiwaczy (ET)
• Mapa tarcia silnika (friction map)
• Obliczeniowy moment obrotowy (torque to quantity)
• Pulsacje przepływu powietrza (air pulsation)
• Sprawność wolumetryczna (volumetric efficiency)
• Kalibracja aktuatorów np. EGR, TVA, VGT itp.
• Strategia zabezpieczenia silnika przed przeciążeniem i przegrzaniem (overheating protection)
• Kalibracja strategii wtrysku paliwa oraz przepływu powietrza
• Kalibracja krzywej mocy
• Optymalizacja zużycia paliwa oraz emisji składników toksycznych spalin
• Optymalizacja stabilności procesu spalania

Badania w zakresie kontroli jakości

Badania w zakresie kontroli jakości silników produkcyjnych wykonywane są na stanowisku hamownianym w celu określenia rzeczywistych parametrów silnika i zestawienia ich z deklarowanymi przez producenta (np. COP – Conformity of Production). Podczas pomiarów na hamowni silnikowej mierzone są takie parametry jak moment obrotowy i moc przy pełnym obciążeniu, zużycia paliwa oraz nieprzezroczystość spalin przy swobodnym przyspieszaniu. Badanie takie dają możliwość wychwycenia jakichkolwiek anomalii podczas procesu produkcji silnika poprzez weryfikację jego parametrów.

Badania kwalifikacyjne silników oraz ich podzespołów

Badania kwalifikacyjne silników oraz ich podzespołów prowadzone na stanowisku hamownianym pozwalają na ocenę możliwości zastosowania alternatywnych tańszych komponentów bez negatywnego wpływu na trwałość silnika. Przykładem takich badań kwalifikacyjnych są prace typu “Cost Reduction”, szeroko stosowane przed producentów silników lub jego poszczególnych komponentów, które dają możliwość uzyskania znaczących oszczędności podczas etapu produkcji.

Testy szoków termicznych w badaniach silników

Testy szoków termicznych są to próby prowadzone na silniku zainstalowanym na stanowisku hamownianym, których celem jest określenie wpływu skrajnych temperatur płynu chłodzącego na prace silnika jak również zużycie oraz odkształcenia termiczne jego poszczególnych komponentów. Do badań takich wykorzystywany jest czynnik chłodzący glikol, który w specjalnej aparaturze schładzany jest do temperatury -35ºC. Następnie poprzez układ wymienników ciepła zainstalowanych na stanowisku badawczym zachodzi wymiana termiczna, w skutek której płyn chłodzący silnik osiąga temperaturę około -30ºC i jest rozprowadzany w silnikowym układzie chłodzenia. W zależności od cyklu badawczego silnik nagrzewany jest nawet do 120ºC, a następnie powtarzana jest sekwencja jego chłodzenia.

Przykładowe testy

• Engine Thermal Cycle
• Deep Thermal Cycle
• Thermal Mapping Test
• Heat Rejection Test
• Piston Hot Scuff Test
• Piston Cold Scuff Test
• Exhaust Manifold Test
• Piston Temperature Distribution Test
• Glow plug Test

Testy specjalne

Do testów specjalnych zaliczamy niestandardowe testy wykonywane przy użyciu specjalistycznej aparatury badawczej jak np. mostki tensometryczne do określania odkształceń materiału czy też testy wykonywane na specjalnie przygotowanym stanowisku badawczym (TILT), które mają na celu określenie specyficznych parametrów silnika i jego komponentów.

Przykładowe testy

• Crankshaft Stress Measurements
• Accelerated Crankshaft Test
• Torsional Vibration Test
• Start & Stop Test
• Oil Carry Over Test (Tilting Bench)
• Generator Test

Testy walidacyjne

Badania walidacyjne silników prowadzone na stanowisku hamownianym mają na celu określenie trwałości i niezawodności silnika w tym jego poszczególnych komponentów. Próby takie w zależności od rodzaju silnika (light duty / heavy duty) trwają od 1000 do 3000 godzin i symulują w stosunkowo krótkim czasie przebiegi rzędu 150000 do 500000 km. Na stanowisku hamownianym można odwzorować dowolny test i wykonywać go w powtarzalnych warunkach laboratoryjnych, co ułatwia interpretację uzyskanych wyników jak również obniża same koszty badań w stosunku do prac prowadzonych na pojeździe. Silniki podczas próby wyposażone są w szereg czujników mierzących bieżące parametry pracy (np. temperatura, ciśnienia, parametry ECU) rejestrowane przez system automatyki, a na zakończenie testu w zależności od wymagań klienta przeprowadzona jest szczegółowa analiza metrologiczna i materiałowa pozwalająca na ocenę końcową każdego komponentu i ewentualne zakwalifikowanie do produkcji.

Przykładowe testy

• GED (Diesel Engine Life Test)
• DELT (Diesel Engine Life Test)
• Reliability Growth Test
• Piston Ring Sticking Test
• Piston Functional Fatigue Test
• EGR Valve Sticking Test
• Accelerated Timing Chain Test
• Accelerated Bearing Test
• Valve Seat Pull Out Test
• EGR Clogging Test
• Valve Seat Pull Out Test
• Turbocharger Accelerated Endurance Test

Wykonujemy pomiary wibracji i hałasu silników na hamowni. Wykonaliśmy w sumie kilkadziesiąt pomiarów wibracji w różnych lokalizacjach na silniku: zarówno na bloku, osprzęcie, turbinie, jak i wydechu. Zawsze jednocześnie wykonujemy pomiar prędkości obrotowej silnika, co jest niezbędne np. do wykonania analizy rzędów (Order analysis).

Wykonaliśmy ocenę kabin pod kątem zgodności z normą ISO 3746 dotyczącą wyznaczania mocy akustycznej metodą ciśnieniową. Kabiny przeznaczone do badań akustycznych zostały odpowiednio zaadaptowane i poprawka K2 jest odpowiednio niska.

Jeżeli to nie wystarcza możemy również precyzyjnie określać moc akustyczną silnika dla stałych prędkości przy wykorzystaniu sondy natężeniowej.

Wyniki pomiarów mogą być opracowane w formie przeróżnych wykresów, ale możemy również dostarczyć surowe dane w formatach .uff, .txt, .wav i innych.

Przetworniki

• czujniki wibracji jednoosiowe i trójosiowe (ICP, charge)
• bezstykowe czujniki przemieszczeń CAPACITEC
• wibrometr laserowy IVS-500 (POLYTEC)
• laser do pomiaru drgań skrętnych (Bruel&Kjaer)
• przetworniki siły (PCB), młotek modalny (Bruel&Kjaer)
• polaryzowane (200V) mikrofony klasy 1 (Bruel&Kjaer oraz G.R.A.S.)
• sonda natężenia dźwięku (G.R.A.S.)

Analizy

• Analiza częstotliwościowa (FFT, CPB, FRF i inne)
• Analiza czasowa (Time Domain)
• Analiza rzędów (Order)
• Pomiar drgań skrętnych
• ODS (Operational Deflection Shapes)
• Overall
• Wykresy w funkcji czasu, prędkości obrotowej, częstotliwości, rzędów itp.
• Export: .uff, .txt, .wav, .sdf i inne
• Możemy wykonać również analizę sygnałów klienta (.unv, .uff itp.)

Normy

• SAE J1074
• ISO 3746
• PN-EN ISO 9614-1:2010
• PN-EN ISO 9614-2:2000
• PN-EN ISO 9614-3:2010

Aparatura pomiarowa

• Dysponujemy wielokanałowym sprzętem DAQ takich firm, jak: Brüel&Kjaer, OROS, DEWESOFT.

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 

• PN-EN ISO 3746 – Akustyka – Wyznaczanie poziomów mocy akustycznej i poziomów energii akustycznej źródeł hałasu na podstawie pomiarów ciśnienia akustycznego – Metoda orientacyjna z zastosowaniem otaczającej powierzchni pomiarowej nad płaszczyzną odbijającą dźwięk
• PN-EN ISO 9614-1 – Akustyka – Wyznaczanie poziomów mocy akustycznej źródeł hałasu na podstawie pomiarów natężenia dźwięku – Część 1: Metoda stałych punktów pomiarowych
• PN-EN ISO 9614-2 – Akustyka – Wyznaczanie poziomów mocy akustycznej źródeł hałasu na podstawie pomiarów natężenia dźwięku – Metoda omiatania
• PN-EN ISO 9614-3 – Akustyka – Wyznaczanie poziomów mocy akustycznej źródeł hałasu na podstawie pomiarów natężenia dźwięku – Część 3: Dokładna metoda omiatania
• SAE J 1074 – Engine Sound Level Measurement Procedure