ĐORĐE ŠILIĆ ISPITIVANJE MOTORNIH VOZILA

Transcription

1 ĐORĐE ŠILIĆ ISPITIVANJE MOTORNIH VOZILA

2 VELEUČILIŠTE VELIKA GORICA Uredništvo: Renata Peternel, Vjekoslav Stojković, Sanja Kalambura, Alen Stranjik Autor: prof. dr. sc. Đorđe Šilić, dipl. ing. Recenzenti: prof., dr. sc. Dinko Mikulić, dipl. ing. viši pred., mr.sc. Sven Čerlek, dipl. ing. Lektorica: mr.sc. Smiljka Janaček Kučinić, prof. Glavni urednik: prof., mr.sc. Ivan Toth Nakladnik: Veleučilište Velika Gorica Naklada: 300 primjeraka Grafičko uređenje i tisak: Kolumna d.o.o. CIP zapis dostupan u računalnom katalogu Nacionalne i sveučilišne knjižnice u Zagrebu pod brojem ISBN Copyright Veleučilište Velika Gorica Umnožavanje ove knjige nije dopušteno ni u cjelini ni u dijelovima bez prethodnog pisanog dopuštenja nakladnika

3 Đorđe Šilić ISPITIVANJE MOTORNIH VOZILA Velika Gorica, 2010.

4

5 PREDGOVOR Rezultati stupnja razvitka i dostignuća u znanosti i tehnici neposredno su doprinijeli i razvoju motornih vozila. Pritom je iznimnu važnost imao veliki gospodarski potencijal angažiran i u proizvodnji i u uporabi motornih vozila, te njihov ekonomski učinak. Ukupnost je razvoja utjecala na široku primjenu suvremenih tehnologija u svim fazama životnog ciklusa motornog vozila od razvoja, preko proizvodnje i uporabe, do sanacije pa tako i u području teorije i ispitivanja motornih vozila. Sadržaj knjige Ispitivanje motornih vozila prilagođen je materiji koja obuhvaća istoimeni predmet na studiju Održavanje motornih vozila Veleučilišta u Velikoj Gorici, kao nastavna literatura za praćenje predavanja i vježbi koji se slušaju u četvrtom semestru nakon što su studenti apsolvirali gradivo obrađeno kroz predmete Motori s unutarnjim izgaranjem i Motorna vozila. Uvjeren sam da će ova knjiga biti korisna ne samo studentima strojarskih visokih škola i fakulteta, već će poslužiti i kao prikladna literatura u praksi kao priručnik. Knjiga daje sažeti prikaz suvremenih metoda ispitivanja motornih vozila, te opisuje osnovna svojstva uređaja i opreme koja se pritom koristi. Dva su bitna čimbenika utjecala na pisanje knjige prvi je nedostatak stručne literature sukladne nastavnom programu predmeta, a drugi potreba dizanja razine znanja u poznavanju suvremenih stručnih rješenja u ispitivanju motornih vozila. Primjena novih tehnologija u ispitivanju motornih vozila, odnosno njihovih sastavnica, vrlo je izražena, pa se zaposleni na organizaciji održavanja voznih parkova, u servisima, odnosno svi koji se u svom redovitom poslu bave ispitivanjem i provjerom ispravnosti motornih vozila moraju brzo prilagođavati novim zahtjevima struke. Sve to može biti lakše i sigurnije uz poznavanje opće teorije ispitivanja motornih vozila, postojećih zakonskih obveza, ali i konstrukcije i principa rada uređaja koji se koriste u poslovima ispitivanja. Materija ispitivanja motornih vozila objašnjena je na ilustrativan i stručan način. U pisanju je korištena brojna literatura, tablice podataka i prikladne ilustracije. Kratke osnove teorije ispitivanja motornih vozila potkrijepljene su odgovarajućim izborom tehničkih podataka i preporukama. Knjiga je podijeljena na tri dijela. U prvom dijelu, uz kraći uvod o osnovnim principima mjerenja i sustavu mjernih jednica, dan je temeljni prikaz mjerenja mehaničkih veličina elektičnim putem. Pritom su u poglavlju o senzorima tehničkim elementima (elektronike, strojarstva itd.) prikazani poglavito oni koji se koriste kao sastavnice mjernih lanaca u poslovima ispitivanja različitih performansi i karakteristika motornih vozila. Međutim, senzori koji imaju identičnu konstrukciju i vrlo sličnu funkciju, ali bit- 5

6 no drukčiju misiju, koji se pojavljuju kao sastavnice suvremenih automobila da ih učine sigurnijim, udobnijim, ekonomičnijim i konfornijim, pa i pouzdanijim gradivo su drugih predmeta Veleučilišta Velika Gorica. U drugom dijelu priručnika, nakon osnovne teorije i uobičajene klasifikacije ispitivanja cijelog automobila, dan je prikaz ispitivanja njegovih glavnih sastavnica, motora i prijenosa snage (transmisije), te najčešća eksploatacijska ispitivanja ispitivanja parametara stabilnosti, buke, vibracija, udobnosti i kočenja. U trećem dijelu knjige, u obliku sedam različitih priloga, prikazani su primjeri obavljenih ispitivanja i izračuni koje studenti obrađuju kroz vježbe tijekom nastave. Zahvaljujem recenzentima knjige na korisnim savjetima, koje sam u potpunosti prihvatio da bi se dobila bolja knjiga. Zahvaljujem i voditeljstvu instituta Centra za vozila Hrvatske u Velikoj Gorici, na dobivenim podacima i rezultatima obavljenih ispitivanja motornih vozila u okviru njihove uobičajene redovite djelatnosti. Zahvaljujem suradnicima Veleučilišta Velika Gorica na pomoći pri pisanju priručnika. Posebno zahvaljujem dekanu Veleučilišta Velika Gorica mr. sc. Ivanu Tothu na poticaju i prijedlogu izrade ove knjige. Autor 6

7 SADRŽAJ Predgovor UVOD U OSNOVE TEORIJE MJERENJA Zadaća mjerenja Mjerne veličine Metode mjerenja Mjerni uređaj Karakteristika mjernog uređaja Izbor mjernih uređaja Greške pri mjerenju Mjerne jedinice Dogovor o metru Međunarodni ured za utege i mjere Međunarodni sustav jedinica Međunarodni sustav jedinica u Republici Hrvatskoj Osnovne jedinice SI Izvedene jedinice s posebnim nazivima i znakovima Izvedene jedinice bez posebnih naziva i znakova Iznimno dopuštene jedinice izvan SI MJERENJE MEHANIČKIH VELIČINA ELEKTRIČNIM PUTEM Osnovni princip mjerenja mehaničkih veličina električnim putem Prednosti mjerenja mehaničkih veličina električnim putem Senzori Aktivni senzori Elektrodinamički senzori Piezoelektrični senzori Pasivni senzori Senzori promjene otpora Indukcijski senzori Kapacitivni senzori Fotoelektrični senzori Senzori na motornim vozilima OBD Prijenosni dio Mjerni most Indikatori

8 3. ISPITIVANJE MOTORNIH VOZILA Klasifikacija ispitivanja automobila Klasifikacija ispitivanja automobila prema opsegu Klasifikacija ispitivanja automobila prema načinu Klasifikacija ispitivanja automobila prema namjeni Homologacija Ispitivanje motora SUI Stolovi za ispitivanje motora Ispitivanje onećišćenja okoliša motorom SUI Definiranje granica onećišćenja okoliša motorom Ispitivanja ispušnih plinova motornih vozila u uporabi Oprema za ispitivanja ispušnih plinova motora SUI Ispitivanja ispušnih plinova benzinskih motora bez katalizatora ili s nereguliranim katalizatorom (BEZ-KAT) Ispitivanje ispušnih plinova benzinskih motora s reguliranim katalizatorom (REG-KAT) Ispitivanje ispušnih plinova dizelskih motora (dizel) Ispitivanje transmisije automobila Uređaji s otvorenim tokom snage Uređaji sa zatvorenim tokom snage Uređaji s mehanički zatvorenim tokom snage Uređaji s konstantnim opterećenjem u tijeku rada Uređaji s promjenljivim opterećenjem u tijeku rada Uređaji s elekrički zatvorenim tokom snage Ispitni stolovi za mehaničke transmisije Ispitni stolovi za hidromehaničke transmisije Ispitivanje eksploatacijskih parametara motornog vozila Stabilnost motornih vozila Određivanje položaja centra mase (težišta) vozila Ispitivanje buke i vibracija Osnovno o automobilskoj buci Ispitivanje buke Osnovno o automobilskim vibracijama Ispitivanje vibracijske udobnosti Ispitivanje vučnih svojstava vozila Valjci za ispitivanje pogona automobila Ispitivanje kočnih svojstava vozila Kočni parametri motornog vozila Kočna sila vozila Raspodjela sila kočenja Usporenje vozila Vrijeme kočenja Put kočenja Snaga kočenja

9 Stvarni parametri kočenja Vrijeme zaustavljanja Put zaustavljanja Ispitivanje efikasnosti kočenja na tehničkim pregledima Koeficijent kočenja Propisani tehnički normativi efikasnosti kočnica Mjerna oprema za ispitivanje kočnih svojstava vozila Valjci za ispitivanje kočnica Mjerači usporenja vozila Ispitivanje trajnosti automobilskih kočnica Cestovno ispitivanje trajnosti frikcijskih detalja mehaničkih kočnica Ispitivanje pouzdanosti motornih vozila LITERATURA POJMOVI I KRATICE PRILOZI Prilog 1. Pregled vozila prema kategorizaciji Prilog 2. Prikaz pojedinačnih ECE pravilnika kojima moraju udovoljiti motorna vozila prije prve registracije u Republici Hrvatskoj Prilog 3. Primjer ispitivanja snage motora SUI Prilog 4. Primjer ispitivanja štetnih plinova ispuha pogonskog motora mopeda 168 Prilog 5. Prikaz tehničkog izvještaja o obavljenom ispitivanju buke jednog teretnog vozila Prilog 6. Primjer određivanja položaja centra mase (težišta) jednog automobila 182 Prilog 7. Primjer ispitivanja usporenja automobila na cesti

10

11 1. UVOD U OSNOVE TEORIJE MJERENJA Mjerenja su osnova svih spoznaja i primjene znanosti u tehničkim i društvenim djelatnostima. Općenito, mjerenje je sveprisutna djelatnost u tehnici i tehničkim znanostima. U traženju rješenja većine tehničkih problema operira se s određenim fizikalnim veličinama. Realne vrijednosti tih parametara pokušava se dobiti njihovim mjerenjem. Razvoj znanosti je bitno uvjetovan napretkom eksperimentalnih postupaka i analizom rezultata mjerenja s pomoću suvremenih informacijskih (računalom podržanim) sustava. Zato pod pojmom mjerenja treba razumijevati širi niz radnji od jednostavne usporedbe do vrlo složenih poslova. Pod mjerenjem u tehnici motornih vozila razumijeva se skup djelovanja radi određivanja brojčane vrijednosti mjerene veličine. Drugim riječima, mjerenje je postupak informiranja koji ima objektivno obilježje, a temelji se na određivanju (posredno ili neposredno) stanovitih mjernih veličina. Zbog svojih temeljnih obilježja, mjerenje ima posebni značaj u informacijskom sustavu gdje je na jednoj strani proizvođač, a na drugoj korisnik motornog vozila. Nužno je naglasiti da mjerenje ne predstavlja neki posebni proces ili postupak odvojen od razvoja, proizvodnje ili uporabe. Ono nije samo sebi cilj. Mjerenje se koristi u svim fazama životnog vijeka motornog vozila Zadaća mjerenja Mjerenja na motornim vozilima obavljaju se s ciljem utvrđivanja vrijednosti određenog parametra koji karakterizira neko njihovo svojstvo, odnosno parametara njihovih uređaja, agregata, sklopova ili pojedinih dijelova. Mjerenje je eksperimentalno određivanje vrijednosti neke prirodne (fizikalne, kemijske, ) veličine. To je postupak kojim se ostvaruju informacije o prirodi promatranog procesa. Može služiti u svrhu o promatranja nekog procesa, o njegovog vođenja ili o eksperimentalne analize. Svaka fizikalna veličina F može se predstaviti kao proizvod mjernog broja B i odgovarajuće jedinice D, tj. F = B * D, pri čemu se mjerenje svodi na usporedbu konkretne mjerne veličine i njezine jedinice. 11

12 Promijeni li se mjerna jedinica, dobiva se drukčiji mjerni broj, dok sama fizikalna veličina koja se mjeri ostaje nepromijenjena, bez obzira na to koja je mjerna jedinica odabrana. Brojenje je poseban oblik mjerenja. Sastoji se u određivanju broja nekih elemenata ili pojava koji ne moraju imati svoju jedinicu. Ono se često veže i za određeni prostor (prijeđenog puta, vremena i sl.). Mjerni broj (ili rezultat mjerenja) rezultat je usporedbe mjerne veličina F i jedinice mjerenja D: B = F / D. Često se mjerni broj izražava kao funkcionalna ovisnost dvije ili više veličina koje se istodobno mjere (npr. vremenski tijek promjene vučne sile i brzine gibanja vozila, ili pak njihova međusobna ovisnost, tj. ovisnost promjene vučne sile o brzini gibanja motornog vozila). Princip je osnova, temelj iz kojeg potječe sve što jest; načelo, početak, prapočetak, odnosno zakon ili utvrđene činjenice u znanosti. Princip mjerenja predstavlja fizikalnu osnovu na kojoj se temelji mjerenje. Poznato je da se za mjerenje temperature može primijeniti n.pr. princip toplinske dilatacije neke tvari, princip generiranja termoeletriciteta, ili pak princip promjene električnog otpora. Slično, za mjerenje sile može se primijeniti princip postojanja elastične deformacije ili pak princip mjerenja ubrzanja, itd Mjerne veličine Mjerene veličine mogu biti raznorodne i omogućuju kvalitativno i kvantitativno određivanje stanja. Stanja su dinamičke veličine koje se mijenjaju zbog promjena u promatranom sustavu i međudjelovanjem sustava s okolinom. Na osnovu informacije dobivene mjernim sustavom i matematičkim modelom moguće je odrediti buduća stanja (predvidjeti razvoj) sustava. Mjerenja stanja sustava, bilo da se radi o tehničkim, biološkim ili društvenim, osnova su upravljanja sustavima. Načelno, u tehnici mjerenja i ispitivanja susreće se s potrebom mjerenja prirodnih veličina koje mogu biti kemijske i fizikalne, odnosno: 12

13 o o o o o o o akustične, električne, magnetske, mehaničke, optičke, radiološke ili termičke. termi~ke akusti~ne magnetske radiolo{ke opti~ke MEHANI^KE ELEKTRI^NE kemijske Slika 1. Područja prirodnih mjernih veličina U ispitivanju motornih vozila pojavljuje se velik broj mehaničkih veličina koje treba mjeriti. One se mogu odnositi na sami automobil, ili pak na okruženje u kojem se motorno vozilo koristi: 1. Put ili pomak je jedna od najčešće mjerenih mjernih veličina. Pri svim eksploatacijskim ispitivanjima posebno se usredotočuje na put koji je prešao automobil tijekom određenog procesa promatranja mjerenja istraživanja pouzdanosti, ekonomičnosti potrošnje goriva, režima opterećenja pojedinih sklopova i uređaja. Mjerenje puta se susreće i tijekom stanovitih funkcionalnih ispitivanja (put kočenja ili zaustavljanja, put ubrzanja, ). Posebni oblici mjerenja pomaka susreću se pri istraživanju vibracija na motornim vozilima, pri mjerenju zanimljivih deformacija noseće konstrukcije itd. 2. Frekvencija ili učestalost je vrlo česta mjerna veličina tijekom eksploatacijskih ispitivanja i onih u laboratoriju. Mjerenje frekvencije se najčešće odnosi na vibracijske promjene raznih dinamičkih veličina te na brojenje pojedinih događaja ili zanimljivih pojava (broj aktiviranja nekih komandi, broj prolaza kroz određene razine itd.). 3. Brzina kao prva derivacija pomaka (ili prijeđenog puta) osnovna je mjerna veličina pri svim cestovim ispitivanjima automobila u uvjetima uporabe (maksimalna brzina, vučna karakteristika, dijagram ubrzanja automobila, kočna karakteristika, ). Brzina se mjeri i u nizu laboratorijskih ispitivanja, a ponekad je i osnovni cilj cjelokupnog ispitivanja (brzina automobila u određenim uvjetima uporabe, brzina prenošenja nekog impulsa, brzina aktiviranja nekog sklopa ili uređaja kočnice, spojnice, ). 4. Ubrzanje (usporenje) kao derivacija brzine neophodna je mjerna veličina pri ispitivanju svih dinamičkih procesa u normalnoj eksploataciji ili u laboratoriju. Uglavnom se mjeri posebnim senzorima, mada se ponekad dobiva i kao proračunska vrijednost nakon mjerenja promjene brzine. 5. Brzina vrtnje (kutna brzina) mjeri se i u normalnoj uporabi i u laboratoriju. Posebno se često mjeri razlika brzine vrtnje u nekim procesima klizanje što je jedan od osnovnih parametara (mjernih veličina) mnogih karakteristika: klizanje spojnice, kotača pri pogonu ili kočenju, itd. 13

14 6. Sila ili moment (kao i naprezanje, odnosno deformacija) izuzetano su važni pokazatelji kojima se direktno dobiva informacija o opterećenju promatranog detalja, sklopa ili uređaja. Nema ispitivanja trajnosti, pouzdanosti, sigurnosti, pa i ekonomičnosti bez mjerenja sile, naprezanja ili deformacije. Često je dovoljno mjeriti jedan od njih, pa se poznatim mehaničkim zakonima i relacijama (uključujući i Hoockeov zakon) dobivaju ostali. 7. Tlak kao mjerna veličina posebno se mjeri pri ispitivanju hidrauličnih i pneumatskih instalacija u laboratorijskim ili eksploatacijskim uvjetima. 8. Vrijeme se mjeri gotovo uvijek, neovisno o vrsti ispitivanja. Kod pojedinih funkcionalnih karakteristika vrijeme je jedna od osnovnih veličina (vrijeme zaustavljanja motornog vozila pri gibanju stanovitom brzinom na određenoj podlozi, vrijeme reakcije kočnog sustava itd). 9. Temperatura je (uz vrijeme) najčešća mjerna nemehanička veličina. Ovaj parametar je posebno zanimljiv kad su posrijedi procesi kod kojih je neophodno spriječiti pregrijavanje zbog prisutnog trenja ili zbog nekih drugih uzroka zagrijavanja, odnosno termičkog opterećivanja Metode mjerenja Metoda mjerenja predstavlja način primjene određenog principa mjerenja u konkretnom slučaju. Pritom se uočava da se mjerenje bilo koje veličine (pa i mehaničke) može ostvariti na dva načina: metodom neposrednog mjerenja (obavljamo direktnu usporedbu istovjetnih veličina mjerenje duljine metrom, veličine kutova kutomjerom, težine utezima na vagi...) i metodom posrednog mjerenja (kad između mjerene veličine i pokazivača indikatora stoji neka druga veličina, ili više njih. Tako se ustvari mjeri posredna veličina, a o mjernoj veličini se odlučuje na osnovu poznatih fizikalnih i matematičkih relacija između mjerne i posrednih veličina). Postupak mjerenja može biti analogan i digitalan. Kod analognog postupka mjerenja dobiveni se rezultat usporedbe mjerne veličine i njene jedinice prikazuje u nekom obliku koji je analogan mjernoj veličini. Promjenljiva se mjerna veličina u tom slučaju može prikazati i kao zapis analogan promjeni mjerne veličine (mjerenje temperature toplomjerom sa skalom ili zapisivanje promjene temperature na papirnoj traci printera ). Kod digitalnog postupka mjerenja dobiveni se rezultat usporedbe mjerne veličine i njene jedinice prikazuje kao brojčana vrijednost njihova odnosa. 14

15 1.4. Mjerni uređaj Mjernim se uređajem naziva svako sredstvo za mjerenje, osim onih najjednostavniji za neposredna mjerenja. Svaki mjerni uređaj ima tri grupe dijelova: senzor (davač, osjetnik, prijemnik, prijamnik, pretvarač) To je grupa elemenata koja prima signal mjerne veličine i daje ga prijenosnom dijelu. Ova grupa dijelova često pretvara primljenu veličinu u neku drugu posrednu veličinu. Dakle, zadaća je ove grupe osjetiti mjernu veličinu, primiti je, pretvoriti je eventualno u neku drugu posrednu veličinu i konačno predati signal mjerne veličine prijenosnom dijelu; prijenosni dio Ima zadaću primljeni signal senzora prenijeti na indikator. Pritom se redovito signal prerađuje, kako bi na optimalni način bio prenesen i na najpogodniji način prikazan na indikatoru. Najčešća prerada signala se ogleda u njegovom pojačavanju. Posljedica je toga stanoviti prijenosni odnos gotovo svakog mjernog uređaja; te pokazni dio (indikator) U mjernom uređaju uspoređuje dobivenu brojčanu razinu mjernog signala s unaprijed odabranom jedinicom mjerenja. Imaju zadaću da vizualno prikazivuju mjerne veličine. To mogu biti pokazni instrumenti s monitorom, osciloskopom, pisačem, brojačem, skalom itd. senzor prijenosni dio indikator Slika 2. Blok shema mjernog uređaja Mjerno područje mjernog uređaja određuje dijapazon mjerne veličine koji se može realizirati tim uređajem, bez njegova oštećenja i sa željenom točnošću. Svaki mjerni uređaj mora imati definirano i na vidljivom mjestu jasno označeno mjerno područje. Za uređaje koji su namijenjeni mjerenju dinamičkih veličina (koje se mijenjaju tijekom vremena) razlikuju se dva mjerna područja: mjerno područje intenziteta i frekvencijsko mjerno područje ( uvijek je ograničeno vlastitom frekvencijom mjernog uređaja frekvencijsko mjerno područje uvjek mora biti znatno niže od frekvencije mjernog uređaja). 15

16 1.5. Karakteristika mjernog uređaja S obzirom na to da mjerni uređaj ima jednu ulaznu i jednu izlaznu veličinu, njihov odnos se naziva karakteristikom mjernog uređaja. Taj je odnos definiran određenom funkcionalnom ovisnošću. Najpogodnije je (radi jednostavnosti proračuna) kad je taj odnos linearan, tj. kad mjerni uređaj ima linearnu karakteristiku kako prikazuje slika 3. B - očitana vrijednost A - mjerena veličina Slika 3. Graf linearne karakteristike mjernog uređaja Slika 4. Primjer brzinomjera i brojača okretaja s linearnim područjima skale indikatora jednog osobnog automobila B - očitana vrijednost 16 A - mjerena veličina Slika 5. Graf nelinearne karakteristike mjernog uređaja

17 Slika 6. Primjer brzinomjera (i mjerača količine goriva u spremniku) osobnog motornog vozila s nelinearnim područjima skale Postoje mjerni uređaji i s nelinearnim karakteristikama. U tom slučaju je odnos očitavane i mjerene vrijednost promjenljiv, tj. nelinearan. Nužno je da karakteristika ne smije imati ekstrema, jer mjerenje ima smisla samo ako jednoj ulaznoj veličini odgovara samo jedna izlazna. Primjer nelinearne karakteristike prikazuje slika 5. Od svakog se mjernog uređaja traži da ima što veću točnost (sposobnost da što realnije prikaže mjernu veličinu), osjetljivost (sposobnost da prikaže što manju promjenu mjerne veličine) i stabilnost (sposobnost da vjerno slijedi promjene mjerne veličine). Dobra osjetljivost i stabilnost povećavaju točnost mjernog uređaja. Nužno je napomenuti međutim, da povećanje osjetljivosti mjernog uređaja dovodi do smanjenja njegova opsega mjerenja Izbor mjernih uređaja Prilikom određivanja mjernog odnosno eksperimentalnog lanca za neko konkretno ispitivanje trebalo bi analizirati sve uvjete koji imaju utjecaj na točnost mjerenja i njegovo realiziranje u cijelosti. Svako ispitivanje ima svoje posebnosti, pa zato pri izboru mjernih uređaja i utvrđivanju mjernog lanca treba voditi računa o prirodi mjerne veličine (je li ona statička ili dinamička, je li mehanička ili toplotna...), rasponu amplituda (maksimum i minimum), rasponu frekvencija, točnosti, odnosno o dopuštenim greškama mjerenja, raspoloživom vremenu za obavljanje mjerenja, djelovanju okoliša na mjerenja (temperaturi, vlazi, nečistoći ) 17

18 mogućnosti postavljanja ili ugradnje optimalnog senzora na mjerni objekt, povratnom djelovanju ugrađenog senzora ili cijelog mjernog lanca na ispitivani objekt, ili ispitivanu pojavu (ometanje normalnog rada mjernog objekta ili promjenu njegovih performansi ), cijeni i troškovima ispitivanja, itd Greške pri mjerenju U svakom ispitivanju mjerenje je osnovna aktivnost. Točna i precizna mjerenja omogućavaju dobivanje realne slike o suštini promatranog procesa, a time i realnije utvrđivanje određenih zakonitosti. U tehnici, načelno, upravljanje nekim procesom je nemoguće bez točnog (i dovoljno preciznog) mjerenja, jer nijednu veličinu ne možemo kontrolirati, pa niti njome upravljati, ako je nismo u stanju izmjeriti. Odstupanja od prave vrijedosti mjerene veličine nazivaju se greškama mjerenja. Pod pravom vrijednošću smatra se ona koja se u danom trenutku može izmjeriti najtočnijim postupkom. Najtočniji uređaj kojim se utvrđuje iznos neke fizikalne veličine naziva se ETALON. Nažalost, apsolutno točni mjerni uređaji ne postoje. Zbog svoje nesavršenosti, svi imaju neku vlastitu grešku. Njome je definirana točnost mjernog uređaja. Vlastita greška mora biti utvrđena i dana kao jedan od osnovnih podataka o mjernom uređaju. Točnost mjerenja ne ovisi isključivo o točnosti mjernog uređaja. Jasno je da on ima primarni utjecaj. Međutim, i uz vrlo točni mjerni uređaj, mjerenje se može opteretiti greškom čiji je uzrok na drugoj strani. Drukčije rečeno, postoji čitav niz drugih činitelja koji mogu dovesti do odstupanja dobivenih rezultata mjerenja od realne vrijednosti mjerne veličine. Svako mjerenje je opterećeno greškama različitih uzroka. Apsolutnom se greškom ΔX naziva odstupanje rezultata dobivenog mjerenjem X m od realne vrijednosti mjerne veličine X: ΔX = X- X m. Vrijednost apsolutne greške vrlo često ne može dovoljno dobro okarakterizirati točnost mjerenja. Naprimjer, apsolutna greška od 0,5 mm pri mjerenju duljina od 5 m ili 5 mm vodit će različitim zaklučcima o opterećenošću mjerenja greškom. Mjereći duljinu od pet metara vjerojatno će točnost biti zadovoljena, a ako je mjerena duljina pet milimetara vjerojatno će točnost biti upitna. Zato za ocjenu točnosti mjerenja može bolje poslužiti relativna greška. 18

19 Relativna greška ΔX r je postotni odnos apsolutne greške ΔX i mjerne veličine X, tj. ΔX r = ΔX / X * 100 [%] Zbog toga se i greške pri mjerenju najčešće i izražavaju u postocima, dakle kao relativna greška. S obzirom na to da postoje brojne greške za čije se uzroke i ponašanje ne može tvrditi da ih potpuno poznajemo, nije jednostavno načiniti njihovu jedinstvenu sveopću klasifikaciju. Zato se to uglavnom čini parcijalno, uzimajući u obzir samo uzroke zbog kojih greške nastaju, te karakter grešaka. S obzirom na uzroke grešaka, sve će se navesti i ukratko opisati: a. Greške mjernog uređaja Posljedica su nesavršenosti mjerne opreme. Uglavnom se izražavaju kao relativna greška u postocima i daje se kao jedan od osnovnih podataka mjernog uređaja. b. Greške koje nastaju pod utjecajem okoline u kojoj se nešto mjeri Pojavljuju se jer je često u dva uzastopna mjerenja nemoguće ostvariti potpuno identične uvjete (temperatura, tlak zraka, vjetar, osvjetljenje itd.). Nadalje, obično je teško potpuno imitirati uvjete u kojima se realizira konkretno mjerenje s uvjetima u kojima je izrađen ili podešen mjerni uređaj. c. Osobne greške Ovise od individualnih osobina mjeriteljske momčadi. Presudan utjecaj ima njihovo obrazovanje, stručnost, osposobljenost, iskustvo, fizičke osobine, raspoloženje,... Ova vrsta grešaka je češća kod indikatora koji ostavljaju prostor za osobnu procjenu mjeritelja (očitavanja sa skale itd.). d. Greške iz neutvrđenih razloga Nažalost ova vrsta grešaka je sveprisutna kod većine tehničkih mjerenja. Predstavljaju najveći problem upravo zato što im se ne zna uzrok, pa onda niti karakter, niti su predvidive. S obzirom na KARAKTER grešaka, također će se sve navesti i ukratko opisati: Sistematske greške To su greške koje jednako i stalno utječu na rezultat mjerenja pri višekratnom ponavljanju mjerenja. Njihov se karakter ogleda u činjenici da je veličina sistematske greške ista kod svih mjerenja, ako se ona izvode na isti način, istom opremom, istim metodama i u jednakim uvjetima okoline. Najčešća sistematska greška je greška mjernog uređaja. To može biti njegova inherentna greška, dakle u njegovoj prirodi, konstrukciji, izvedbi... Može na- 19

20 stati i naknadno, trošenjem ili promjenom vlastitih svojstava tijekom uporabe, zbog dotrajalosti ili nepodešenosti. Nastanka sistematskih grešaka može se izbjeći pozornim odabirom mjernih postupaka, uporabom više mjernih metoda, uporabom umjerenih uređaja i ispravne opreme neosjetljive na vanjske utjecaje. Ispitivač treba dobro poznavati veličine koje utječu i znati ispraviti dobivene rezultate na pravi način. Slučajne greške To su greške koje nastaju iz nepoznatih razloga (nekontrolirana promjena svojstava mjerne opreme, ili mjernog objekta, te neke druge utjecaje) i ne podliježu nikakvoj zakonitosti. Veličina odstupanja od realnih (točnih) rezultata mjerenja je vrlo varijabilna, i po veličini i po predznaku. Osnovno im je obilježje da se ponašaju poput tipičnih stohastičkih veličina. Mogu se izbjeći uporabom opreme postojanih svojstava. Ako su nastale, moguće ih je ukloniti provedbom više mjerenja i obradom rezultata mjerenja primjerenim dobivenim stohastičkim veličinama, tj. primjenom zakona teorije vjerojatnosti i matematičke statistike. Grube greške Po svojoj veličini ove greške mogu biti veće od svih ostalih. Nastaju najčešće zbog nekog grubog propusta u utvrđenom i propisanom postupku mjerenja (nepravilno spajanje mjernog uređaja, neispravnosti mjernog uređaja, nepravilnog postupka mjerenja, grube greške pri očitavanju, itd.). Najčešće se takve greške mogu ukloniti isključivo ponavljanjem mjerenja. Uvijek je posrijedi osobna greška mjeritelja. Jedina je dobra posljedica takvog događaja u tome što će mjeritelja za dulje vrijeme poučiti obazrivosti u pripremi i realizaciji mjerenja. Dakle, lako ih je izbjeći ako mjeritelj dovoljno zna, ako je pažljiv, ako je sposoban stručno odabrati opremu, ako se uređajima koristi primjereno te ako se ima jasna predodžba o očekivanim rezultatima i njihovim okvirnim vrijednostima Mjerne jedinice Dogovor o metru Uvođenje metričkog sustava trajalo je dugi niz godina uz puno napora u početku u Francuskoj, a zatim i u drugim državama. Pri tome je bilo potrebno svladati dugogodišnje navike. S vremenom je sazrijevala ideja o potrebi jednog univerzalnog međunarodnog desetičnog sustava mjera. Ta ideja je naročito došla do izražaja povodom Prve svjetske međunarodne izložbe u Londonu godine, kad se svijet suočio s mnoštvom proizvoda iz svih krajeva svijeta čije su se značajke izražavale raznolikim mnoštvom različitih jedinica. Nizom inicijativa znanstvenika i političara postignut je i potpisan Dogovor o metru koji u početku priznaju 43 države. 20

21 Međunarodni ured za utege i mjere Međunarodni ured za utege i mjere stvoren Dogovorom o metru nastavio je radove koje je započelo Međunarodno povjerenstvo i njegov Stalni odbor. Prvo razdoblje njegova rada bilo je posvećeno izradi i međusobnom uspoređivanju (kao i uspoređivanju s međunarodnim etalonima) prvih 30 etalona metra i 42 etalona kilograma koji su kasnije predani državama potpisnicama Dogovora. Međunarodni odbor je prvotno zaključio da slitina koju je izlio Claire Deville godine sadrži suviše nečistoća, pa je izlijevanje nove slitine povjerio tvrtki Johnson Matthey iz Londona. Kasnije su i od prve slitine izrađeni etaloni koji su pokazali istovjetnu stabilnost. Međunarodni ured dobio je na čuvanje prvi etalon metra i etalon kilograma koji su izabrani kao međunarodne pramjere i na kojima su se temeljile definicije metra i kilograma. Slika 7. Arhivski kilogram i arhivski metar u Državnom arhivu u Parizu Međunarodni sustav jedinica Na stogodišnjicu prihvaćanja Dogovora o metru prihvaća se i međunarodni sustav jedinica SI. Prethodno je Deveta opća konferencija godine naložila Međunarodnom odboru da izradi potpunu regulativu mjernih jedinica, a slijedeća Opća konferencija godine prihvaća šest osnovnih jedinica. Konačno Jedanaesta opća konferencija godine prihvatila je naziv Le Systeme International d Unites s međunarodnom kraticom SI Međunarodni sustav jedinica u Republici Hrvatskoj Mjerne jedinice u Republici Hrvatskoj uređene su Pravilnikom o mjernim jedinicama, te Hrvatskim normama (HRN ISO 1000 i niz HRN ISO 31). Sukladno tome, to su tzv. jedinice SI, a one mogu biti 21

22 1.1. Osnovne, 1.2. izvedene s posebnim nazivima i znakovima, 1.3. izvedene bez posebnih naziva i znakova, 1.4. iznimno dopuštene jedinice izvan SI Osnovne jedinice SI Sedam osnovnih veličina kojima odgovara sedam osnovnih jedinica jesu: duljina, masa, vrijeme, električna struja, termodinamička temperatura, količina tvari i svjetlosna jakost. Osnovne jedinice SI prikazane su u tablici 1. Tablica 1. Osnovne jedinice SI Naziv Znak Veličina metar m duljina kilogram 1) kg masa sekunda s vrijeme amper A električna struja kelvin K termodinamička temperatura mol mol (količina tvari kandela cd svjetlosna jakost 1) Decimalne jedinice za masu ne tvore se od kilograma, nego od grama Izvedene jedinice s posebnim nazivima i znakovima Određenim izvedenim jedinicama dani su posebni nazivi koji omogućuju da se u sažetu obliku izraze kombinacije osnovnih jedinica koje se često upotrebljavaju.tako je na primjer džul (znak J) po definiciji jednak m 2 kg s 2. Trenutačno postoje 22 posebna naziva za jedinice odobrene za uporabu u SI-u, a one se daju u tablici 2. 22

23 Tablica 2. Izvedene jedinice s posebnim nazivima i znakovima Naziv Znak Veza s drugim jedinicama SI Veličina bekerel Bq s 1 aktivnost radioaktivnog izvora Celzijev stupanj 1) C K Celzijeva temperatura džul J N m rad, energija, toplina farad F C/V električni kapacitet grej Gy J/kg apsorbirana doza ionizirajućeg zračenja henri H Wb/A induktivnost herc Hz s 1 frekvencija katal kat s 1 mol katalitička aktivnost kulon C A s elektricitet luks lx lm/m 2 osvjetljenje lumen lm cd s r svjetlosni tok njutn N kg m/s 2 sila om Ω V/A električni otpor paskal Pa N/m 2 tlak radijan 2) rad 1 kut simens S A/V električna vodljivost sivert Sv J/kg ekvivalentna doza steradijan 2) st 1 ugao (prostorni kut) tesla T N/(A m) magnetna indukcija vat W J/s snaga veber Wb T m 2 magnetni tok volt V Ω/A električni potencijal, napon, elektromotorna sila 1) Najnovije preporuke predviđaju da se i od Celzijeva stupnja tvore decimalne jedinice, što prije nije bilo dopušteno. 2) Jedinice radijan i steradijan bile su svojedobno razvrstane u posebnu skupinu tzv. dopunskih jedinica SI. Dvadeseta opća konferencija za utege i mjere god. svojom je Rezolucijom br. 8 ukinula tu skupinu, a jedinice radijan i steradijan proglasila izvedenim jedinicama SI, bez dimenzije. Uporaba njihovih naziva i znakova pri tvorbi izvedenih jedinica slobodna je, ali neobvezatna. Pri promjenama međunarodnih i državnih normi te državnih zakona postupno se provodi takvo razvrstavanje navedenih jedinica. 23

24 Izvedene jedinice bez posebnih naziva i znakova Prikazane su u tablici 3. Tablica 3. Izvedene jedinice bez posebnih naziva i znakova Naziv Znakovi Veličina četvorni metar m 2 površina kubni metar m 3 obujam recipročni metar 1/m, m -1 valni broj metar u sekundi m/s brzina metar u sekundi na kvadrat m/s 2 ubrzanje kubni metar u sekundi m 3 /s obujamni protok kilogram po kubnom metru kg/m 3 gustoća džul po četvornom metru J/m 2 energijska gustoća džul po kilogramu J/kg energijski tok džul po kilogramkelvinu J/(kgK) specifični toplinski kapacitet kandela po četvornom metru cd/m 2 osvjetljivost mol po kubnom metru mol/m 3 množinska koncentracija grej u sekundi Gy/s brzina apsorbirane doze (broj) jedan 1) 1 lomni indeks 1) Znak broja jedan (1) obično se ispušta pri iskazivanju brojčane vrijednosti Iznimno dopuštene jedinice izvan SI SI je jedini sustav jedinica koji je univerzalno prihvaćen, tako da on ima izrazitu prednost u uspostavljanju međunarodnog dijaloga. Druge jedinice, tj. jedinice izvan SI-a općenito se definiraju s pomoću SI-a jedinica. Uporaba SI također pojednostavnjuje školovanje. Iz svih tih razloga u svim područjima znanosti i tehnike preporučuje se uporaba SI jedinica. 24

25 Tablica 4. Neke iznimno dopuštene jedinice izvan SI Veličina Jedinica Znak Vrijednost u SI jedinicama vrijeme minuta min 1 min = 60 s sat h 1 h = 60 min = s dan d 1 d = 24 h = s obujam litra L ili l 1 l = 1 dm 3 = 10-3 m 3 masa tona t 1 t = 10 3 kg energija elektronvolt ev 1 ev 1, J tlak bar bar 1 bar = 100 kpa milimetar živina stupca mmhg 1 mmhg 133,3 Pa duljina angstrem Å 1 Å = m morska milja M 1 M = 1852 m sila din din 1 din = 10-5 N energija erg erg 1 erg = 10-7 J Ipak, široko se još upotrebljavaju neke jedinice izvan SI-a. Nekoliko takvih jedinica, kao što su jedinice vremena minuta, sat i dan, uvijek će se upotrebljavati, jer su duboko ukorijenjene u našu kulturu. Druge se upotrebljavaju iz povijesnih razloga kako bi se zadovoljili interesi posebnih skupina, ili jer ne postoji prikladna SI zamjena. Znanstvenicima treba uvijek ostaviti pravo upotrebljavanja jedinica koje su najprikladnije svrsi. Međutim, kad se upotrebljavaju jedinice izvan SI-a treba uvijek navesti njihove faktore pretvorbe prema SI jedinicama. U tablici 4. navodi se nekoliko jedinica izvan SI-a zajedno. 25

26 2. MJERENJE MEHANIČKIH VELIČINA ELEKTRIČNIM PUTEM 2.1. Osnovni princip mjerenja mehaničkih veličina električnim putem Pri mjerenju mehaničkih veličina električnim putem primjenjuje se osnovni princip koji se temelji na uzajamnoj povezanosti između mjerne veličine i neke od električnih veličina. Na toj osnovi su izrađeni senzori (davač, osjetnik, osjetilo, pretvarač, pretvornik, prijemnik, prijamnik), koji pod djelovanjem određene mehaničke veličine koju želimo izmjeriti mogu generirati ili promijeniti neku električnu veličinu, te koja na taj način postaje električni signal mjerne veličine. Slika 8. Blok shema mernog uređaja za mjerenje mehaničke veličine električnim putem Slika 8. prikazuje osnovnu shemu mjernog uređaja za mjerenje mehaničke veličine električnim putem. Nakon pretvaranja mjerne mehaničke veličine u električni signal, tehnika mjerenja prelazi u područje električnih mjerenja i obrade podataka. Dobivanje električnog signala, kao parametra mjerne veličine, čini osnovu suvremenog razvoja i napretka mjerne tehnike. Pritom se pokazalo da je to svakako najpogodniji način za prenošenje i obradu podataka o mjernoj veličini. Ova činjenica dobiva posebnu važnost kad se mjeri neka dinamička veličina visoke frekvencije. Kod motornih vozila, tijek promjene vrlo velikog broja dinamičkih parametara ima takva svojstva da ih mehaničkim prijenosom nije moguće niti slijediti, pa niti mjeriti. Primjeri su brojni: promjena tlaka u cilindru motora, torzijske vibracije koljenastog vratila motora, dinamička naprezanja pojedinih detalja transmisije ili dinamička opterećenja elemenata noseće konstrukcije automobila pri gibanju po neravnom terenu, cesti itd. 26

27 2.2. Prednosti mjerenja mehaničkih veličina električnim putem Glavne prednosti mjerenja mehaničkih veličina električnim putem s: 1. Širok dijapazon mjernog područja intenziteta Vrlo jednostavan način promjene osjetljivosti uređaja, daje mogućnost mjerenja sasvim malenih, ali i vrlo velikih intenziteta mjerne veličine. Primjena elektronike omogućava primjenu visokih pojačanja električnog signala, pa tako i mogućnost mjerenja onih mjernih veličina koje drugim metodama ne bi niti bilo moguće. 2. Širok dijapazon frekvencijskog mjernog područja Iznimno mala inercija električne opreme daje mogućnost širokog dijapazona frekvencijskog mjernog područja, danas i više od 50 khz, što je uz pomoć klasičnih mehaničkih mjernih uređajima bilo nezamislivo. 3. Mogućnost mjerenja na većoj udaljenosti od promatranog procesa, odnosno od mjernog mjesta Zanemarivi gubici u prijenosu električnog signala daju mogućnost da senzor bude vrlo udaljen od ostalog dijela opreme, koja može biti smještena u okolinu koja je prema njoj manje agresivna. Time se može očekivati i veća točnost mjerenja, jer glavni dio mjerne oprema može biti manje izložen vanjskim utjecajima (vibracije, neželjena temperatura, ili vlaga, buka, vjetar...). 4. Univerzalnost velikog broja sastavnica mjernog uređaja Različiti mjerni lanci mogu imati dosta zajedničkih komponenata, odnosno istom se opremom može mjeriti više različitih mjernih veličina. Posebna pogodnost je omogućavanje mjerenja više različitih veličina tijekom istog procesa. Takva univerzalnost omogućuje kompleksnija mjerenja, pa i ispitivanja. 5. Mogućnost jednostavne primjene informatičke obrade rezultata mjerenja Električni signal, kao informacija o mjernoj veličini, omogućava relativno jednostavno uključivanje elektroničkih procesora i računalnih jedinica, pa tako i informatičku obradu rezultata mjerenja. 6. Mogućnost automatizacije postupka mjerenja Električni signal, kao informacija o mjernoj veličini, omogućava relativno jednostavno automatiziranje mjerenja, a primjenom procesne elektronike i upravljanje samim procesom mjerenja. 27

28 2.3. Senzori Senzor (davač, osjetnik, osjetilo, pretvarač, pretvornik, prijemnik, prijamnik) element je mjernog lanca napravljen na ideji postojanja prirodne veze između mjerne veličine i neke od električnih veličina. Kada ga se izloži stanovitoj mehaničkoj mjernoj veličini, na njegovom se izlazu dobiva neka analogna električna veličina. Mjerna veličina koja djeluje na senzor može na njega utjecati aktivno tako da on proizvede (generira) električni signal, ili pasivno tako da promijeni neki parametar električnog signala. S ozirom na tu činjenicu, stvara li mjerna veličina odgovarajući električni signal, ili pak samo mijenja neki parametar postojećeg električnog signala u stanovitoj korelaciji, postoje dvije osnovne grupe senzora a. aktivni ili energetski (engl. self-generating, self-exciting), koji pod utjecajem mehaničke mjerne veličine generiraju električni signal i b. pasivni ili parametarski (engl. modulating), koji se nalaze u električnom krugu, napajanom posebnim izvorom električne energije. Mjerna veličina djeluje na senzor tako da se pod njezinim utjecajem mijenja neki od električnih parametara toka elektične struje (otpor, kapacitet, induktivnost itd.). Slika 9. Osnovni prikaz principa sustava aktivnog i pasivnog senzora U oba slučaja, odnosom između ulazne (mjerna veličina) i izlazne vrijednosti (odabrani parametar električnog signala), određena je karakteristika senzora Aktivni senzori Aktivni senzori pod utjecajem mehaničke mjerne veličine generiraju električni signal. Za mjerenje mehaničkih veličina danas se najčešće primjenjuju dvije sljedeće grupe: elektrodinamički senzori i piezoelektrični senzori. 28

29 Elektrodinamički senzori Temelje se na primjeni principa indukcije napona pri gibanju nekog vodiča kroz magnetsko polje, prema prikazu na slici 10. Slika 10. Osnovni prikaz principa indukcije napona pri gibanju vodiča kroz magnetsko polje Prikazan je stalni magnet 3, sa sjevernim N i južnim S polom, između kojih se nalazi električni vodič 2. Njegovim pomicanjem 1, dolazi do presijecanja magnetskih silnica 4 stalnog magneta, a naboji u vodiču se pomiču tijekom tog procesa na jednu stranu vodiča. U skladu s time, na drugom kraju vodiča stvara se manjak elektrona. Rezultirajući potencijal između krajeva vodiča naziva se induciranim naponom. Inducirani napon E u tom je slučaju određen izrazom E = B l v [V], gdje je B magnetska indukcija [T], l aktivna duljina vodiča [m] i v brzina gibanja vodiča [m/s]. Za određenu konstrukciju senzora veličine magnetske indukcije B i aktivna duljina vodiča l uglavnom su konstantne, pa ih se može izraziti zajedničkom konstantom k, tako da prethodni izraz dobiva oblik E = k v [V] Iz prethodnog se izraza vidi da je električna veličina inducirani napon E koju daje senzor proporcionalna brzini gibanja vodiča v. Primjenom ovog fizikalnog principa može se relativno jednostavno realizirati ideja kojom mehaničku veličinu brzinu gibanja v pretvorimo u inducirani napon E i to u definiranom linearnom odnosu određenom konstatom k. S obzirom na to da se integriranje i diferenciranje električnog signala izvodi prilično jednostavno elektronskim 29

30 sklopovima, takvi aktivni senzori služe i za mjerenje puta s, odnosno ubrzanja a (kako pravocrtnog, tako i kružnog gibanja), jer je poznato da je za pravocrtno gibanje: a = dv / dt v = ds / dt, a = d 2 s / dt 2, i odnosno a za kružno gibanje: ε = dω / dt ω = dϕ / dt, ε = d 2 ϕ / dt 2. i odnosno Zato se ovi senzori u praksi relativno često koriste kao senzori vibracija (pomaka) ili senzori brzine vrtnje, odnosno broja okretaja (kao tahometri, ili tahogeneratori) Piezoelektrični senzori Takvi senzori djeluju na principu prirodne pojave nekih kristala da se pod utjecajem mehaničkog naprezanja na nekim njihovim plohama pojavljuje električni naboj. Ta je pojava poznata pod nazivom piezoelektrični efekt. Skica na slici 11. prikaz je kristala kvarca (SiO 2 ), koji u prirodi ima oblik šesterokutne prizme. Prikazane su i njegove glavne osi X električna os Y mehanička os Z neutralna os Ako se iz takvog kristala brušenjem izvadi pločica (na slici 11. crtkano označeni paralelopiped), čije su osnovne plohe okomite na glavne osi, pa se pločica izloži mehaničkom opterećenju, na njenim osnovnim plohama pojavit će se električni naboj. 30 Slika 11. Kristal kvarca

31 poprečni efekt uzdužni efekt Slika 12. Nastajanje električnog naboja na kristalu kvarca Bitno je napomenuti da je količina generiranog elektriciteta proporcionalna opterećenju. Iznimno je važno svojstvo ovog elementa da je količina generiranog električnog naboja proporcionalna sili koja djeluje na bočne plohe kristalne pločice. Promjenom smjera i pravca djelovanja mehaničkog opterećenja mijenja se i polarizacija generiranog električnog naboja, kako je prikazano na slici 12. Koeficijent proporcionalnosti k ovisi o: prirodi samog kristala (za kvarc k = 2.26*10-12 C/N na sobnoj temperaturi), te o njegovim dimenzijama Pasivni senzori Pasivni senzor se nalazi u električnom krugu koji je napajan posebnim izvorom električne energije. Mjerna veličina djeluje na senzor tako da se pod njezinim utjecajem mijenja neki od električnih parametara toka elektične struje (otpor, kapacitet, induktivnost itd.). 31

32 Ovisno o tome koji se električni parametar mijenja pod djelovanjem mehaničke mjerne veličine, razlikuju se pojedine vrste senzora. Najčešće se koriste senzori koji mijenjaju električni otpor, induktivnost i kapacitet, pa onda i postoje: senzori promjene otpora, indukcijski senzori kapacitivni senzori i fotoelektrični senzori Senzori promjene otpora Senzor promjene otpora koristi prirodno svojstvo vodiča električne struje da njegov električni otpor ovisi o njegovim dimenzijama (koje se mogu mijenjati pod djelovanjem određene mehaničke mjerne veličine). U ovoj grupi pasivnih senzora postoji nekoliko podgrupa, s obzirom na princip promjene otpora koji se primjenjuje za mjerenje mjerne veličine. Jednu od podgrupa predstavljaju potenciometarski senzori, kod kojih mjerna veličina djeluje na promjenu aktivne duljine vodiča. Naime, poznato je da je otpor nekog vodiča kroz koji protječe električna struja jednak: R = ρ l / A, [Ω], gdje su ρ specifični otpor materijala vodiča na sobnoj temperaturi (20 o C) [Ωm], l aktivna duljina vodiča [m], A ploha poprečnog presjeka vodiča [m 2 ]. Pod djelovanjem mjerne veličine mijenja se aktivna duljina vodiča X, kako je prikazano na slici 13., pri čemu se mijenja i otpor električnoj struji koja kroz njega protječe. Slika 13. Shema potenciometra 32

33 Ovisno o prirodi mjerne veličine mogu se upotrebljavati linearni ili kutni potenciometri, tako da se problem mjerenja mjerne veličine svodi na mjerenje promjene električnog otpora uporabljenog potenciometra. Jednostavno rečeno kako se vidi iz prethodne sheme koristi se promjenljivi otpornik s klizačem. Uporabljeni otpornik može biti u obliku obične glatke žice, ili pak u obliku zavojnice. Kod prvih je promjena potpuno linearna, ali imaju prilično ograničen dijapazon interval moguće promjene. Za proširenje intervala mjerenja trebalo bi produžiti duljinu otpornika. Kad ta duljina postane praktična prepreka u radu, pretvara se u zavojnicu. Stvaranjem zavojnice skraćuje se ukupna duljina potenciometra, ali se gubi njegova osjetljivost (preciznost). Frekvencijsko mjerno područje ove vrste senzora promjene otpora obično je do 3 Hz. Vrlo su stabilni, jer na promjenu temperature reagiraju neznatno greškom od 0,005 do 0,015 % za svaki o C. Posebnu grupu čine tzv. tenzometri, koji koriste isto prirodno svojstvo otpornika, kako bi se promjenom njegovih dimenzija mijenjala veličina otpora električnoj struji koja kroz njega protječe. Kod ove vrste senzora to je prirodno svojstvo oplemenjeno novom idejom: Mjerna veličina na određeni način deformira tenzometar. Ta deformacija ispitivanog strojnog detalja (koja se želi izmjeriti) proporcionalna je izazvanoj deformaciji tenzometra, a deformacija tenzometra proporcionalna je izazvanoj promjeni otpora tenzometra. Slijedi da je mjerna veličina proporcionalna promjeni otpora tenzome- tara, pa se opet mjerenje promjene mjerne veličine svodi na mjerenje promjene otpora u tenzometaru izazvanog promjenom vrijednosti mjerne veličine. Pojašnjenje navedenog principa prikazano je na slici 14., gdje je vodič opterećen na vlak. Pod djelovanjem opterećenja, sile F, vodič duljine l i kružnog poprečnog presjeka promjera d, deformirao se za duljinu Δl, pa je u ovom slučaju otpor R = ρ l / A =ρ l / (π D 2 /4) [Ω]- Slika 14. Vodič opterećen i deformiran vlačnim silama 33

34 Deformiranjem vodiča pod djelovanjem opterećenja dolazi do njegova produljenja, ali i do smanjenja njegova poprečnog presjeka, odnosno do smanjenja njegova promjera. Specifični se otpor pritom može smatrati konstantnim. Diferenciranjem prethodnog izraza, smatrajući nastale promjene konačnim, dobiva se da je 34 ΔR/R = Δl/l 2 ΔD/D. Poznato je da je Δl/l specifična uzdužna deformacija ε, a ΔD/D specifična poprečna deformacija. Odnos tih dviju deformacija definiran je Poissonovim brojem ν, odnosno: tako da je ν = (ΔD/D) / (Δl/l) ν = (ΔD/D) / ε, (ΔD/D) = ν ε Uvrsti li se ovaj izraz u izraz za promjenu otpora dobiva se ΔR/R = (1+2ν) ε S obzirom na to da je Poissonov broj ν značajka materijala koja se u području elastičnosti vodiča ne mijenja, vrijednost u zagradi prethodnog izraza (1+2ν) je konstanta, a označi li se s k, bit će: ΔR/R = k ε Tako dokazano da je promjena otpora direktno proporcionalna deformaciji tenzometara, pa se mjerenje mjerne veličine svodi na praćenje promjena otpora električnoj struji koja pri mjerenju protječe kroz tenzometar. Iz prethodnog izraza vidljivo je da veličina električnog signala, kao mjere ostvarene deformacije, ovisi o konstanti k. Zato konstanta k predstavlja koeficijent osjetljivosti tenzometra. U biti, tenzometar je otpornik čiji se otpor mijenja pod utjecajem deformacije. Praktična primjena se sastoji u tome da se tenzometar zalijepi na mjesto čiju deformaciju želimo mjeriti, tako da se deformacijom dijela na mjernom mjestu deformira i nalijepljeni otpornik tenzometar. Na osnovi snimljene specifične deformacije ε, kao ishodišnog podatka, može se doći do niza veličina koje su u stanovitoj korelaciji s deformacijom: naprezanje, sila, moment, tlak itd.

35 Najčešće se koristi za mjerenje naprezanja u materijalu, ali i za ostale svrhe postoji vrlo širok spektar mogućnosti. Poznato je da u području elastičnih deformacija postoji linearna ovisnost između naprezanja i deformacije definirana Hookovim zakonom: σ = ε E, gdje je : E modul elastičnosti materijala. Ako se mjerenjem odredi specifična deformacija ε i ako se zna modul elastičnosti ispitivanog materijala E, može se jednostavno izračunati naprezanje σ u materijalu na mjernom mjestu. Kako je prethodno pokazano, karakteristika ovakvog senzora je linearna. Slika 15. Karakteristika tenzometra Otpornici tenzometra izrađuju se uglavnom od konstantana (slitina bakra, nikla i mangana) u obliku tanke žice promjera φ 18 do 25 μm, ili od tanke folije debljine 3 do 5 μm. Taj materijal ima relativno visok koeficijent osjetljivosti (k = 2) i stabilan je u dovoljno širokom dijapazonu i deformacija i radnih temperatura. Slika 16. Tenzometar 35

36 Slika 16. prikazuje osnovne elemente tenzometra, čiji je otpornik od žice. Rešetka otpornika se nalijepi na osnovu tenzometra i potom se prekrije zaštitom. Tako se formira jedna traka. Aktivna duljina otpornika može biti i manja od 1 mm, ali izrađuju se senzori i do 200 mm. U jednoj traci može biti ugrađeno više otpornika, sukladno namjeni. Takve trake se koriste za mjerenje višeosnih naprezanja, odnosno kad su naprezanja kombinirana. Slika 17. prikazuje tri osnovna oblika tenzometra kojima se često koristi pri mjerenju jednoosnih i višeosnih naprezanja (opterećenja, naprezanja, deformacija). Slika 17. Tri osnovna oblika jednog tipa tenzometra tvrtke HBM LC1x za jednoosna mjerenja XC1x za dvoosna mjerenja RC1x rozeta za višeosna mjerenja Materijal osnove na koju se ugrađuje otpornik, mora zadovoljavati neke temeljne tehničke uvjete: mora imati takva mehanička svojstva koje ne ometaju deformiranje otpornika sukladno deformiranju ispitivanog materijala; mora biti dobar izolator; mora imati potrebnu otpornost na vlagu i povišene temperature (su- 36 kladno radnim uvjetima) i treba imati svojstvo dobre ljepljivosti. Takve uvjete uglavnom zadovoljavaju razni umjetni materijali na bazi fenola te razne akrilne i epoksidne smole. Debljina osnove je vrlo mala, 20 do 50 μm. Zaštita je uglavnom od iste tvari kao i osnova. Naprijed navedena svojstva osnove trebaju imati i ljepila koja se upotrebljavaju za pričvršćenje mjernih traka na mjerno mjesto. Otpori mjernih traka normirani su na vrijednosti od 120, 300 i 600 Ω, mada se na tržištu (odnosno u uporabi) znaju naći i mjerne trake s otporima od 350, 500 ili 1000 Ω.

37 Frekvencijsko mjerno područje je i do 50 khz. Ispravno naljepljenom mjernom trakom mogu se ostvariti točnosti i unutar 0,1 %. U protivnom, greške mogu prijeći i 20 %. Glavni uzrok takvim odstupanja može biti loša mehanička veza trake s materijalom mjernog mjesta (mjehurići u ljepilu između trake i mjernog mjesta), utjecaj vlage, nastanak termoelektričnih struja na spojevima otpornika trake, ili pak zbog greške u umjeravanju mjernog uređaja. Slika 18. Primjer primjene tenzometra u mjerenju naprezanja (opterećenja, deformacija) željezničke tračnice Indukcijski senzori Osnovni element ovih senzora je električna zavojnica, čija je induktivnost L definirana izrazom: L = μ n 2 A / l [H] gdje su: μ magnetska vodljivost jezgre [H/m], n broj navoja električne zavojnice, A veličina poprečnog presjeka električne zavojnice [m 2 ] i l prosječna duljina magnetskih silnica [m]. Osnovni princip rada indukcijskih senzora temelji se na činjenici da mehanička mjerna veličina izaziva promjenu induktivnosti zavojnice L. Promjenom induktivnosti mijenja se i ukupni otpor (impedancija) jednog takvog elementa, koji je određen izrazom: Z = [ R 2 + (ω L) 2 ] 1/2 [Ω], gdje je: R omski otpor zavojnice [Ω], a ω L indukcijski otpor [Ω], odnosno L induktivnost zavojnice [H], a ω kružna frekvencija električne struje [1/s]. 37

38 Pritom je ω = 2π f, gdje je f frekvencija struje kojom se napaja zavojnica [Hz]. S obzirom na primjenjeni princip za promjenu induktivnosti, postoji nekoliko vrsta indukcijskih senzora. Najčešće se koriste: indukcijski senzori s promjenljivim zračnim zazorom, indukcijski senzori s pomičnom jezgrom, magnetnoelastični senzori i transformatorski senzori. Osnova indukcijskog senzora s promjenljivim zračnim zazorom je zavojnica s permanentnom feromagnetičnom jezgrom, pri čemu magnetski fluks prolazi djelomično željezom, a djelomično zrakom, čije se magnetne vodljivosti razlikuju. Mjerenje se izvodi tako da mjerna veličina djeluje na detalj senzora kojim se mijenja veličina njegova zračnog zazora. Promjenom veličine zračnosti utječe se na vrijednost ukupne magnetske vodljivosti, a time i na iduktivnost zavojnice. Kod malih zračnosti osjetljivost je ovog senzora vrlo visoka. Osnovni problem je značajni pad njegove osjetljivosti pri povećanju zračnosti, te nelinearna karakteristika. Slika 19. Indukcijski senzor s promjenljivom zračnošću Kod senzora s pomičnom jezgrom mjerna veličina djeluje tako da izaziva pomicanje njegove feromagnetične jezgre uzduž osi zavojnice, prema slici 20. Na taj se način utječe na magnetičnu vodljivost zavojnice, a time i na njegove električne parametre. Područje linearnosti senzora može se proširiti primjenom indukcijskog senzora s pomičnom jezgrom diferencijalnog tipa. Taj senzor ima znatno šire linearno područje od prethodnog, pa se češće primjenjuje. I kod ovog senzora mjerna veličina djeluje tako da izaziva pomicanje njegove feromagnetične jezgre uzduž osi zavojnice. Skica i karakteristika takvog senzora prikazane su na slici

39 Slika 20. Indukcijski senzor s pomičnom jezgrom Ovakvi senzori se vrlo široko primjenjuju za mjerenje pomaka u mjernim područjima od 1 do 200 mm. Maksimalna osjetljivost je i do 0,1 % od nazivne vrijednosti. Visoka osjetljivost čini ih primjenljivim i u mjerenju deformacija, odnosno naprezanja, tlaka, sila (u kombinaciji s odgovarajućim elastičnim elementom) itd. Slika 21. Indukcijski diferencijalni senzor s pomičnom jezgrom diferencijalnog tipa i njegova karakteristika Magnetnoelastični senzor djeluje na principu piezomagnetnog efekta. Koristi se svojstvo feromagnetičnog materijala da pod utjecajem mehaničkih naprezanja mijenja svoju magnetnu vodljivost. Ova osobitost je posebno izražena kod feroniklovih slitina. Jezgra od takvog materijala pod djelovanjem vanjskih sila doživljava promjenu svoje magnetične vodljivosti, a time se mijenja i induktivnost zavojnice. 39

40 Transformatorski senzori djeluju na principu uzajamne induktivnosti, a senzor predstavlja u suštini transformator. Promjena električnih parametara u sekundarnom namotaju nastaje pod utjecajem mehaničke mjerne veličine. Osnovna razlika u odnosu na senzor s promjenljivom zračnošću, ili magnetnoelastičnog senzora je u tome što se sekundarna zavojnica odakle se dobiva električni signal ne napaja električnom strujom, već u njoj nastaje inducirani napon Kapacitivni senzori Kod kapacitivnih senzora osjetljivi element je električni kondenzator. Mehanička mjerna veličina utječe na promjenu kapaciteta kondenzatora. Ako je napon U na elektrodama konstantan, onda je količina elektriciteta Q direktno proporcionalna kapacitetu kondenzatora C, odnosno Q = C U. U ovom je slučaju nositelj informacije o mjernoj veličini količina elektriciteta Q. Karakteristika senzora definirana je odnosom između mehaničke mjerne veličine i kapaciteta kondenzatora C. Slika 22. Pločasti kondenzator Kapacitet kondenzatora čija je shema na slici 22. može se prikazati i sljedećim izarazom: C = ε A / d [F], gdje je: d razmak između ploča kondenzatora [m], A veličina aktivnih ploha kondenzatorskih ploča (elektroda) [m 2 ] ε dielektrična konstanta izolatora između elektroda [F/m] Prethodni izraz bio je nametnuo ideju da se na kapacitet kondenzatora može utjecati promjenom bilo koje veličine o kojoj je ovisan. Tako su i stvoreni kapacitivni senzori na bazi promjene razmaka među elektrodama d, aktivne plohe kondenzatora A i dielektrične konstante ε. 40

41 Kod kapacitivnih senzora na bazi promjene razmaka među elektrodama jedna je ploča učvršćena, a druga se pod utjecajem mjerne veličine pomiče. Pomicanjem se mijenja razmak između elektroda kondenzatora, kako se vidi na slici 23.: Slika 23. Kapacitivni senzor s promjenom razmaka među pločama U ovom je slučaju kapacitet C kondenzatora C = ε A/d x [F]. Budući da su veličine A (aktivna ploha kondenzatorskih ploča) i ε (dielektrična konstanta izolatora između elektroda) konstantne, mogu se združiti u jednu konstantu K: K = ε A pa prethodni izraz dobiva oblik: C = K / d x. Iz ovog je izraza vidljivo da karakteristika senzora nije linearna, već predstavlja neku hiperbolu, kako prikazuje slika 24. Slika 24. Karakteristika kapacitivnog senzora s promjenom razmaka među pločama 41

42 Analizom karakteristike senzora može se zaključiti da je ova vrsta osjetljivija u području koje je bliže ishodištu. U njemu se malim pomacima između ploča d x realizira relativno velika promjena kapaciteta C koji se može dobro registrirati. To ga čini praktičnim za primjenu u mjerenju mehaničkih veličina koje se mogu registrirati na osnovi malih pomaka (vibracije, deformacije, naprezanja, sile...). Kod kapacitivnih senzora na bazi promjene veličine aktivne plohe kondenzatora jedna je ploča učvršćena, a druga se pod utjecajem mjerne veličine pomiče. Pomicanjem se ne mijenja ni paralelnost, ni razmak između elektroda kondenzatora, nego se mijenja veličina aktivne plohe, kako se vidi na slici 25. Slika 25. Kapacitivni senzor s promjenom veličine aktivne plohe kondenzatora Veličina aktivne plohe kondenzatora, prema slici 25,. je 42 A x = a x b, gdje su a x i b dimenzije ploče kondenzatora, pri čemu je: b konstantna dimenzija, a a x promjenljivi činitelj aktivne plohe. U ovom je slučaju kapacitet kondenzatora: C = ε A / d = ε a x b / d [F]. Budući da su veličine b (nepromjenljiva dimenzija plohe kondenzatorskih ploča), d (nepromjenljivi razmak između elektroda) i ε (nepromjenljiva dielektrična konstanta izolatora između elektroda) konstantne, mogu se združiti u jednu konstantu: k = ε b / d pa prethodni izraz dobiva oblik C = k a x. Iz ovog je izraza vidljivo da je karakteristika senzora potpuno linearna, osim na samom početku, zbog prirode prostiranja električnog polja (čak i u slučaju da je

43 dimenzija sukladno prethodnoj slici a x = 0, postojat će neki mali kapacitet kondenzatora, različit od nule), kako prikazuje slika 26. Slika 26. Karakteristika kapacitivnog senzora s promjenom veličine aktivne plohe kondenzatora Kod kapacitivnih senzora na bazi promjene dielektrične konstante kondenzatora koristi se činjenicom da postoji različita dielektričnost zraka ε ο i nekog čvrstog izolatora ε. Pod djelovanjem mjerne veličine pomiče se umetnuti čvrsti izolator između ploča kondenzatora, kako prikazuje slika 27.: Slika 27. Kapacitivni senzor s promjenom dielektrične konstante kondenzatora Umetnuta ploča ima znatno drukčiju dielektričnu konstantu ε. Principijelno, to se svodi na slučaj kao da je posrijedi električna shema s dva paralelno spojena kondenzatora, od kojih je jedan sa zrakom, a drugi s umetnutim čvrstim izolatorom između elektroda kondenzatora. Slika 28. Električna shema kapacitivnog senzora s promjenom dielektrične konstante kondenzatora 43

44 Ukupni kapacitet paralelno spojenih kondenzatora, prema slici 28., je: C * = C o + C C * = ε o (a-a x ) b / d + ε a x b / d C * = b/d [a x (ε ε o ) + ε o a]. Iz prethodnog je izraza vidljivo da je karakteristika ovog senzora linearna i da ne prolazi kroz ishodište, kako je prikazano na slici 29. Slika 29. Karakteristika kapacitivnog senzora s promjenom dielektrične konstante Budući da je razlika dielektričnih konstanti zraka i uporabljenog čvrstog izolatora obično nevelika, karakteristika ovog senzora je dosta položena (mali koeficijent pravca). To čini ovaj senzor često nedovoljno osjetljivim, zbog čega se i relativno rijetko koristi u mjerenju mehaničkih veličina Fotoelektrični senzori Neki metali, kao selen, kalij, rubidij, cerij, litij i još neki, imaju svojstvo da pod djelovanjem svjetlosti emitiraju elektrone. Ta je pojava u fizici poznata pod nazivom fotoelektrični efekt. Radi li se o oslobađanju elektrona unutar tvari, ili na njegovoj vanjskoj površini, razlikuje se unutarnji i vanjski fotoelektrični efekt. elektroni 44 Slika 30. Svjetlosne zrake izbijaju elektrone i stvara se električna struja

45 Tako se nailazi na pojavu emitiranja elektrona, a na tom principu radi fotoćelija najčešći senzor u primjeni tog fenomena. Na slici 31. prikazana je fotoćelija kao senzor pomaka. Katoda je izrađena od nekog materijala s vanjskim fotoelektričnim efektom. Kad se katoda izloži svjetlosti, počinje emitiranje elektrona. Slika 31. Fotoelekrični senzor fotoćelija Taj se efekt može prikladno iskoristiti za mjerenje tijeka promjene neke mehaničke veličine. Kad je fotoćelija zamračena, priključeni galvanometar pokazuje da nema nikakve svjetlošću izazvane električne struje. Mjerna veličina služi za pomicanje zaslona. Pomicanjem zaslona (pod djelovanjem mjerne veličine) mijenjat će se svjetlosni fluks koji dolazi do katode, pa će se promjenom emitirane količine elektrona s katode mijenjati i količina elektrona koji su stigli do anode, odnosno jačina generirane struje, te otklon priključenog galvanometra. Tako je uspostavljen odnos između pomaka zaslona i intenziteta električnog signala. Fotoćelije se mogu primjenjivati kao senzori pri mjerenju pomaka, kutnih vibracija, brzine vrtnje itd Senzori na motornim vozilima U prethodnom tekstu ovog poglavlja opisivani su senzori koji služe poglavito kao sastavnice mjernih lanaca, odnosno kao sastavnice opreme namijenjene ispitivanjima različitih performansi i karakteristika motornih vozila. Dakle, prikazani senzori dio su ispitne opreme i mjernih uređaja koji nisu sastavnice (uređaji, sklopovi ili dijelovi) automobila. Međutim, senzori tehnički elementi (elektronike, strojarstva itd.) koji imaju identičnu konstrukciju i vrlo sličnu funkciju, ali bitno drukčiju namjenu, pojavljuju se kao sastavnice suvremenih automobila. U tom je slučaju njihova osnovna 45

46 zadaća učiniti uporabu današnjih motornih vozila sigurnijom, udobnijom, ekonomičnijom, a automobil ne samo sigurnim i udobnim, nego i pouzdanim. Danas je takve automobile ugodno voziti, jer je na njima sve više opreme koja je postignuće primjene suvremene sofisticirane automatizacije. Cilj primjene ovakvih automatskih uređaja i opreme te njihove ugradnje u suvremena motorna vozila je: povećanje sigurnosti (i aktivne i pasivne), smanjenje rada i angažiranja vozača tijekom uporabe automobila, smanjenje potrošnje energije pri kretanju automobila, smanjenje onečišćenja okoliša, ili povećanje pouzdanosti pojedinih dijelova, sklopova uređaja, pa i radnog vijeka automobila. Kao potvrda tomu, navode se neki primjeri: 46 Tijekom vožnje pri kočenju uključuju se upozoravajuća ( stop ) svjetla na stražnjoj strani vozila, ili pri ulasku u tunel, glavna svjetla automobila automatski se pale. Kad počne kiša brisači vjetrobranskog stakla automatski se uključuju. Pri završetku skretanja vozila, tijekom vraćanja upravljača u položaj pravocrtnog gibanja automatski se isključuje svjetlo žmigavca. U slučaju naleta automobila na neku prepreku i njegovog naglog usporavanja, u djeliću sekunde aktiviraju se zračni jastuci koji tako čuvaju vozača i putnike. Pri promjeni režima vožnje posebni procesori optimiraju količinu goriva koja se dovodi u prostor za izgaranje pogonskog motora SUI. U slučaju blokiranja kotača pri naglom kočenju, oni se deblokiraju ABSom, kako bi se optimalno iskoristile mogućnosti prianjanja kotača i ceste, te vozilo zaustavilo na najkraćem mogućem putu, ili u slučaju proklizavanja kotača pri prevelikoj motornoj vučnoj sili na pogonskim kotačima, oni se usporavaju ASR-om da bi se opet optimalno iskoristile mogućnosti prianjanja kotača i ceste te tako svladalo trenutačne otpore kretanja. Pri nailasku na neku prepreku (zid, drugo vozilo, drvo, stup,...), senzor razmaka aktivira zvučni signal i upozorava vozača na aktualnu prometnu situaciju. Uređaj za klimatizaciju automatski održava željenu temperaturu zraka u putničkom prostoru, ili temperaturu sjedala vozača i putnika. Nakon određenog vremena, ili nakon prijeđenog tvornički propisanog puta, OBD (On-Board Diagnostic) upozorava da je vrijeme za odlazak u servisnu radionicu radi obavljanja određenih radova preventivnog održavanja, ili upozorava da je razina neke od nekoliko vrsta bitnih radnih tekućina preniska (ulje za podmazivanje motora, rashladna tekućina, tekućina

47 kočnog prijenosa, ili uređaja za upravljanje, tekućina za pranje vjetrobranskog stakla,...), odnosno da je potrošena preko dopuštene granice, itd. Naveden je tek manji dio pogodnosti suvremenih automobila u kojima današnji vozači uživaju, odnosno dio uređaja i postupaka tijekom vožnje koji se događaju bez znanja i volje vozača, t.j. automatski, na najučinkovitiji i najsigurniji način. Sva ta oprema i uređaji bili bi nezamislivi bez vrlo širokog spektra elemenata mehatronike (strojarstvo+elektrotehnika+informatika). U svim postojećim automatiziranim uređajima i opremi suvremenih automobila neizostavna je vrlo široka primjena senzora. Neki od njih su prikazani na slici 32. Slika 32. Primjeri primjene senzora u uređajima i opremi na suvremenom automobilu 47

48 OBD OBD je općeprihvaćena kratica engleskog termina on board diagnostic. U doslovnom prijevodu to bi značilo dijagnostika na palubi, odnosno dijagnostika na ploči vozača. Taj se pojam koristi kada se misli na sustave samodijagnostike u automobilima općenito. Kratice OBD1 i OBD2 (OBD II) označavaju standarde kojima se u prošlim vremenima usmjeravao razvoj sustava za dijagnostiku automobila. Kratka kronologija razvoja sustava OBD bila bi kako slijedi. Na tržištu se godine pojavljuju prvi automobili s ugrađenim računalom koje je u realnom vremenu pratilo i podešavalo ubrizgavanje goriva motora SUI. Tada se po prvi put pojavljuje nestandardizirani OBD. Nekoliko proizvođača stvara vlastite sustave u nomenklaturi, opisivanju, označavanju i pohranjivanju događaja koji su zanimljivi za praćenje i naknadno analiziranje (poglavito grešaka u radu). General Motors godine stvara Assembly Line Communications Link (ALCL), prethodnicu OBD-I standard. Nedugo nakon toga, isti standard preimenovan je u Assembly Line Diagnostics Link (ALDL). Do godine standard ALDL se unapređuje poglavito u segmentu količine i brzine transferiranih podataka. Država Kalifornija godine zahtijeva da se svi proizvođači automobila usuglase oko nekih osnovnih okvira koji bi omogućili i olakšali pristup podacima u računalima vozila s vanjskim servisnim službama koje nisu pod nadzorom proizvođača automobila. Dolazi se do prvoga normiranja u ovoj oblasti, a standard je nazvan OBD-I. Do tada nije postojao dogovor u automobilskoj industriji o jedinstvenom protokolu svatko je primjenjivao svoj. Niti konektori koji su služili za povezivanje automobila sa serviserskim računalom nisu bili standardizirani. Američka udruga Society of Automotive Engineers (SAE) godine predlaže jedinstveni standardni konektor i jedinstveni protokol zapisivanja odabranih podataka koji se prate tijekom rada automobila. OBD-II standard nastaje godine i sva vozila prodana u Kaliforniji morala su od tada ispunjavati uvjete toga standarda. Kalifornija je upravo uz pomoću OBD-II standarda uspjela znatno ograničiti emisiju štetnih plinova iz automobila. Već dvije godine kasnije, godine, ovaj se propis proširuje na SAD i sva prodana vozila morala su ispunjavati zahtjeve propisane ODB-II standardom. Europska unija godine stvara EOBD standard (modifikacija OBD-II standarda). Sva vozila s benzinskim motorima prodana u Europskoj uniji moraju biti usklađena s propisima EOBD standarda. Europska unija godine proširuje obvezatnost propisa EOBD standarda na sva ostala vozila, uključujući automobile s dizel motorima. Od godine svi automobili prodani u SAD-u moraju biti usklađeni sa standardom ISO (CAN bus protokol). 48

49 Suvremeni su automobili iz godine u godinu, iz generacije u generaciju,sve sofisticiraniji, što znači i složeniji (pa i skuplji), a prema servisima i službama održavanja automobila sve zahtjevniji. Danas proizvedeni osobni automobili imaju u sebi i po nekoliko desetaka računalnih jedinica (ECU), koji vožnju čine udobnijom, ekonomičnijom i sigurnijom. Zadatak je svakog računala da analizira podatke očitane sa senzora i na osnovi njih prilagođava rad bilo kojeg uređaja automobila. U slučaju da se tijekom rada uoči bilo kakva nepravilnost, tj. da bilo koji nadgledani parametar izađe izvan očekivanih i dopuštenih granica, računalo u memoriju grešaka upisuje kodnu oznaku uočenog problema (DTC). Neka računala uz kod greške zapisuju i uvjete, tj. očitanja sa senzora u trenutku nastanka greške ( freeze frame podaci). Kodove grešaka koji se pojavljuju povremeno, računalo će prvo označiti kao pending codes, a tek ako se pojave određeni broj puta, ili greška postane stalna, dobit će status fault code i o njima će biti obaviješten vozač, najčešće paljenjem ili treptanjem takozvane mil žaruljice ( check engine lampica). Nakon paljenja mil žaruljice nužno je automobil što prije odvesti do servisne radionice, spojiti ga na uređaj za dijagnostiku automobila i pročitati zabilježene greške. Ovi kodovi upozorit će na detalj vozila na kojem je nastao problem, te olakšati i ubrzati njegov popravak. Nakon popravka, uređajem za dijagnostiku zabilježene kodove moguće je još jednom provjeriti i poništiti ih (obrisati, resetirati ). Postoji mnogo raznih izvedbi uređaja koje se mogu svrstati pod dijagnostiku automobila: od malih uređaja specifične namjene (recimo mali samostalni uređaj za resetiranje servisnih intervala) do sofisticiranih sustava koji mogu pristupiti doslovce svakom elektronički kontroliranom parametru u vozilu. Vrlo često se kao osnovni uređaj za dijagnostiku upotrebljava osobno računalo (PC). Na njega se priključuju različite izvedbe međujedinica, odnosno elemenata prilagodbe ( interfejsa ). Izvedbeno rješenje najčešće je ovisno o vozilu koje se želi testirati i o softverskom programu koji se instalirao na računalo. Već više godina se takvi proizvodi nude i javnim (ne tvorničkim) servisnim radionicama i ambicioznim vozačima koji se u slobodno vrijeme rado bave svojim automobilom. Jedan iz mnoštva takvih proizvoda prikazan je na slici 33. Slika 33. Prikaz jednog adaptera OBD priključka za vozilo i izgled početne stranice SW alata na zaslonu računala 49

50 Najjednostavniji interfejs je adapter koji prilagođava naponsku razinu, koju koristi testirani automobil u svom dijagnostičkom sustavu, onome koje koristi računalo i obratno. Naime, kada bi se računalo direktno bez ikakva interfejsa spojilo s vozilom, vrlo vjerojatno bi došlo do nekog oštećenja (ili računala ili spojenog uređaja automobila). Takvi interfejsi osmišljeni su, projektirani i izvedeni tako da se mogu koristiti s raznim verzijama freeware i shareware programa kakve je moguće naći i na internetu. (Primjer su starije verzije programa VAG- COM, VW-TOOL, VEHICLE EXPLORER, ALFA DIAG i sl.) Neki programi za dijagnostiku koriste zaštićene interfejse s takozvanim HARD- VERSKIM ZAKLJUČAVANJEM. U takav interfejs ugrađuje se memorijski čip s ključem koji se pri svakom uključivanju provjerava. Ako program ima zaštitu izvedenu na takav način, bit će upotrebljiv i funkcionirat će isključivo s originalnim interfejsom Prijenosni dio Prijenosni dio mjernog lanca ima osnovnu zadaću prenijeti električni signal mjerne veličine od senzora do indikatora. Pritom se najčešće obavlja njegovo prilagođavanje, pa i obrada, da bi se na indikatoru prikazao na željeni način. Ovisno o karakteru mjerne veličine i signala te ovisno o suvremenosti i automatiziranosti mjernog uređaja, prijenosni dio može biti vrlo složen. On u sebi može sadržavati niz električnih i elektroničkih sklopova, kao što su pojačala, frekvencijski generatori, različite komponente za modulaciju i demodulacija signala modemi, razni prečistači ( filteri ), te elektronički računalni sklopovi za različite obrade mjerenjem dobivenih signala. U prijenosnom dijelu mjerna POJAČALA su vrlo česte komponente. Njihova osnovna zadaća je pojačati slabije signale senzora, kako bi se olakšalo, pa i omogućilo njihovo prikazivanje na indikatorima. Pojačanja se obavljaju danas već standardnim elektroničkim komponentama. Temeljni zahtjev koji moraju udovoljiti pojačala njihovo je konstantno pojačanje u cijelom radnom opsegu, tj. konstantni odnos između izlazne i ulazne veličine Mjerni most Dugi niz godina se, pri mjerenju mehaničkih veličina električnim putem, kao osnovna mjerna shema primjenjivao Wheatstoneov mjerni most posebna kombinirana veza otpornika prikazana na slici 34. Na mjesto jednog, ili više otpora prikazane kombinacije, uključuje se željeni senzor. 50

51 A B dijagonala napajanja mosta C D mjerna dijagonala mosta a, b, c, d grane mjernog mosta Slika 34. Osnovna shema Wheatstoneova mjernog mosta Prema prikazanoj kombinaciji električnih sastavnica Wheatstoneova mosta, mogu se mjeriti omski otpor, induktivnost i kapacitet. Ako se na mjesto bilo kojeg otpornika uključi indukcijski ili kapacitivni senzor, onda se on tretira kao indukcijski, ili kapacitivni otpor. Veličine uključenih otpornika trebaju biti tako odabrane da kroz mjernu dijagonalu CD (kroz galvanometar) ne protječe nikakva struja, tj. da je razlika potencijala na mjernoj dijagonali jednaka nuli. Poznato je da je I g = U (R a R d R b R c ) / (R a R b R c + R a R b R d + R a R c R d + R b R c R d ) Za slučaj ravnoteže mosta, kada je razlika potencijala na mjernoj dijagonali jednaka nuli, odnosno za I g = 0, iz prethodnog izraza se dobiva brojnik koji mora biti jednak nuli, tj. da je R a R d R b R c = 0 Time se dobiva da je odnosno R a R d = R b R c R a / R c = R b / R d. Ako je neki od otpornika senzor, onda će se pod djelovanjem mjerne veličine mijenjati njegov otpor, što će izazvati debalans mjernog mosta i protjecanje električne struje kroz galvanometar, odnosno kroz mjernu dijagonalu. Promjena mjerne veličine može se pratiti praćenjem promjene struje kroz mjernu dijagonalu. 51

52 Kad su posrijedi statička mjerenja, može se za očitavanje takvog signala upotrijebiti dovoljno osjetljiv galvanometar. Međutim, ako zatreba (recimo za neke dinamičke promjene mjerne veličine) uptrijebiti neke druge indikatore, najčešće će tako dobiveni signal biti slab. Zato se mora pojačavati, tj. u mjernu dijagonalu se umjesto galvanometra, kao na slici 35., treba uključiti i odgovarajuće pojačalo prije dovođenja signala na poželjniji indikator. Slika 35. Blok-shema mjernog mosta s pojačalom U mosnu se vezu mogu uključiti jedan, dva ili četiri tenzometra (ili neka druga parametarska senzora). Ovisno o tome, postoji: četvrtmosna veza (jedan senzor) prikazana na slici 36., zatim polumosna veza (dva senzora) prikazana na slici 37. i puna mosna veza (četiri mjerne trake) prikazana na slici Slika 36. Shema uključivanja tenzometra (R 1 ) u četvrtmosnu vezu

53 Slika 37. Shema uključivanja tenzometara (R 1 i R 2 ) u polumosnu vezu Slika 38. Shema uključivanja tenzometara u punu mosnu vezu Povećanjem broja uključenih senzora u mjerni most mogu se poboljšati neka njegova svojstva povećanje osjetljivosti (preciznosti) mjerenja, ili kompenzacija nekih neželjenih djelovanja iz okruženja (npr. temperature,...). Slika 39. Primjer primjene mosne veze u mjerenju brzine vrtnje kotača 53

54 Slika 39. prikazuje primjer primjene Wheatstonova mosta u mjerenju brzine vrtnje kotača automobila. Ovakav dio uređaja za mjerenje brzine vrtnje najčešće se sastoji od dva magneto-otporna senzora koji su zajedno spojeni s pomoću dva konstantna otpora u obliku Wheatstonova mosta. Prikazani spoj daje i mogućnost kompenzacije netočnosti u mjerenju zbog starenja (trošenja dijelova ovog uređaja) i temperature koji utječu na rad tijekom životnog vijeka vozila Indikatori Medij na kojem se prikazuju rezultati mjerenja naziva se pokazni dio ili INDI- KATOR. Prikaz rezultata mjerenja može biti jednodimenzionalan, dvodimenzionalan i (kvazi)višedimenzionalan. Kod jednodimenzionalnog prikaza očitava se iznos mjerne veličine (npr. brzina), dok se kod dvodimenzionalnog, tj. višedimenzionalnog dobiva dijagram (graf) promjene jedne mjerne veličine u ovisnosti o drugoj (npr. ovisnost brzine o vremenu), odnosno jedne mjerne veličine u ovisnosti o nekoliko njih. Osnovna svrha i funkcija indikatora je prikaz neke mjerne veličine u obliku koji je razumljiv čovjeku. Pritom se najčešće primjenjuje vizuelna percepcija. Ton (glas, govor) također može poslužiti kao izlaz na pokaznom dijelu mjernog uređaja osobito u raznim automatiziranim sustavima, i to pretežito kao upozorenje (alarm). Kao mediji za vizualni prikaz mogu se upotrijebiti: o skala s kazaljkom Mjerna veličina (uz opisano djelovanje senzora i prijenosnog dijela mjernog lanca) djeluje silom na pomični dio instrumenta koji pokreće kazaljku. Ovisno o principu na kojem radi instrument, skala može biti linearna ili nelinearna (najčešće kvadratna, ili logaritamska). Skala je podijeljena u veći broj dijelova koji se nazivaju dijelovima skale. Npr. ako instrument mjeri brzinu do 200 km/h, a skala je podijeljena na 40 dijelova, jednom dijelu skale odgovara brzina od 5 km/h. Za položaj kazaljke između dvije oznake na skali, očitanje se procjenjuje što može biti jedan od relativno čestih uzroka grešaka pri mjerenju. Početak skale (nula) može biti bilo gdje u području pomicanja, ali je obično na sasvim lijevoj strani (većina postojećih instrumenata), sasvim desnoj strani, ili u sredini (tada se lako utvrđuje predznak mjerne veličine nul-instrumenti ). Glavna prednost ovih indikatora je preglednost promjene mjerne veličine. Primjenom različitih boja lako se određuje dopušteno, ili preporučeno, odnosno zabranjeno područje rada, kao na slici 40; 54

55 Slika 40. Primjeri indikatora skale s kazaljkom u funkciji brzinomjera i termometra automobila, te brojčanog pokaznika u funkciji prikaza vremenskog sata o brojčani pokaznik Imaju ga uglavnom digitalni instrumenti. Broj znamenaka je obično između tri i osam, najčešće četiri kao na slici 40. Prve dvije brojke pokazuju sate, a druge dvije brojke pokazuju minute. Danas se pokaznik gotovo uvijek izvodi sa svijetlećim diodama (LED) ili tekućim kristalom (LCD). Za prikaz svake brojke postoji uglavnom sedam segmenata, slika 40. i 41. Slika 41. Aktiviranjem pojedinih segmenata dobivaju se različiti brojevi (ili slova) Na pokazniku se mogu prikazati i neke dodatne informacije (npr. mjerno područje, vrsta mjerenja, predznak, neki bitni podatak vlastite dijagnostike i slika). Digitalni pokaznici (osobito oni precizniji s više znamenaka) imaju znatnu prednost u smislu točnosti očitavanja, odnosno u otklanjanju subjektivnih pogrešaka kao rezultat procjene koju je potrebno obaviti kod indikatora s kazaljkom; o stupičasti pokaznici Nemaju veću primjenu u mjerenjima, posebno kod onih kod kojih se traži veća preciznost. Prikladni su za prikazivanje promjena dinamičkih mjernih veličina. Vrlo se često koriste u kombinaciji s brojčanim pokaznikom. Tehnički, to se izvodi kao svjetleći stupac, ili svjetleća točka, a sve to s pomoću niza dioda, odnosno tekućih kristala. 55

56 o papir Koristi se kao izlazni medij kod indikatora kojima vremenski pratimo promjenu određene mjerne veličine. To su t.zv. registratori (koji mogu biti elektronički ili elektromehanički) te gotovo svi danas postojeći printeri ili ploteri. o zaslon, odnosno ekran Ima vrlo značajnu primjenu u prikazivanju mjernih rezultata, posebno dvodimenzionalnih. Na početku razvoja dvodimenzionalnih prikaza, služila je katodna cijev poput ekrana. Već je niz godina posebno kod prijenosnih uređaja katodna cijev uspješno zamijenjena ekranom s tekućim kristalima. Slika 42. Primjer prikaza signala na zaslonu jednog radioničkog dijagnostičkog uređaja Na slici 42. prikazan je primjer signala na zaslonu jednog radioničkog dijagnostičkog uređaja. Vidljivo je da se može istodobno prikazati promjena više zanimljivih veličina u funkciji vremena (ili nekog drugog parametra). Broj mogućih različitih prikaza ovisi o potrebi, ali i o veličini zaslona, njegovoj rezoluciji i nizu drugih tehničkih performansi. Slika 43. primjer je suvremenijega indikatora jednog uređaja za ispitivanje snage motornog vozila, na kojem se osim praćenja trenutačne brzine gibanja automobila pri ispitivanju može istovremeno pratiti i nekoliko drugih parametara. Pri mjerenju statičkih veličina, mogu kao indikator poslužiti mjerni instrumenti sa skalom (bilo analogni, bilo digitalni), omogućuju ispis vrijednosti snimljenog signala. Za mjerenje dinamičkih veličina upotrebljavaju se uređaji za registriranje, pisači i osciloskopi. Za opsežnija mjerenja (vrlo često i više zanimljivih veličina istovre- 56

57 Slika 43. Primjer mjerenja brzine na zaslonu uređaja za ispitivanje snage automobila meno) služe magnetofoni ili neki drugi snimači električnih signala. Broj snimljenih veličina može se popeti i na nekoliko desetaka, pa i stotina istovremeno. Velika prednost takvog snimanja je u činjenici da se reprodukcijom snimljenih signala može naknadno, posve opušteno, u odabranim uvjetima, obrađivati snimljeni materijal i izdvajati na željeni način sve ono što je zanimljivo za neki posao, projekt... Danas je u sve to gotovo bez iznimaka uključen i vrlo širok spektar informatičke opreme, sa svim njenim pogodnostima. Mjerne se veličine učitavaju u raspoloživo računalo (pa i PC), putem sabirnica i programa za akviziciju u njegove sastavnice za memoriranje podataka, odnosno pohranjivanje na poseban način uređenih baza podataka. Za prikaz tako dobivenih rezultata mjerenja i računalom prikupljenih, sređenih, obrađenih i pohranjenih podataka u prihvatljivim oblicima (tablice, dijagrami,...) koristi se zaslon računala (monitor, ekran), kao i sva ostala računalna periferija printeri, ploteri, 57

58 3. ISPITIVANJE MOTORNIH VOZILA Složenija mjerenja, ili istodobno mjerenje više različitih veličina čini određeno ispitivanje. Na temelju rezultata ispitivanja zaključuje se o konstrukcijsim i eksploatacijskim svojstvima ispitivanog motornog vozila, o kvaliteti proizvodnje, o funkciji pojedinih sklopova i uređaja, o kakvoći uporabljenih konstrukcijskih ili pogonskih materijala Ispitivanje najčešće uključuje više postupaka: utvrđivanje cilja (i objekta ispitivanja) Često se objekt i cilj ispitivanja nazivaju predmetom ispitivanja. Ponekad se te dvije stvari ne mogu niti odvojiti (ako treba ispitati ispravnost funkcioniranja prototipa automobila). Međutim, ako se želi ispitati neku pojavu, zakonitost, onda se sukladno prethodno utvrđenom cilju odabire objekt. Objekt se tada bira s obzirom na cilj ispitivanja, a ponekad se u tom slučaju objekt ispitivanja posebno projektira i izvodi. Tada je riječ o eksperimentalnom objektu. određivanje metode, uređaja i mjerne opreme Metoda ispitivanja, te uređaji i mjerna oprema najčešće su predodređeni ciljem ispitivanja. provođenje ispitivanja Obavlja se prema programu ispitivanja, koji sadrži kompletan popis svih radnji koje treba obaviti da bi se došlo do rezultata ispitivanja. ocjenjivanje rezultata ispitivanja Ocjena rezultata ispitivanja sadrži analizu grešaka mjerenja. izvođenje potrebnih zaključaka o obavljenom ispitivanju. U posljednjoj etapi ispitivanja se na temelju rezultata (i ostalih zapažanja u tijeku) ispitivanja osvrće na ispunjenost postavljenog cilja ispitivanja i daje završna ocjena Klasifikacija ispitivanja automobila Postoji mnogo kriterija po kojima se može napraviti klasifikacija ispitivanja automobila, a najčešći su vrsta ispitivanog objekta, namjena ispitivanja, njihov opseg, način realizacije ispitivanja itd. 58

59 Klasifikacija ispitivanja automobila prema opsegu S obzirom na opseg ispitivanja razlikuju se: ispitivanje kompletnog sustava motornog vozila, motora SUI,... ispitivanje pojedinog uređaja, agregata ili sklopa, te ispitivanje pojedinog dijela ili detalja, ali i ispitivanje primijenjenih eksploatacijskih materijala u vozilu (gorivo, ulje, masti i dr.), ili ispitivanje određenih eksloatacijskih karakteristika vozila (prohodnost, vučne, kočne, dinamičke karakteristike, ubrzanja...) Klasifikacija ispitivanja automobila prema načinu S obzirom na način (prema mjestu i uvjetima) ispitivanja razlikuju se o stacionarna laboratorijska ispitivanja Obavljaju se u laboratoriju na posebno izrađenim uređajima za ispitivanje. Povoljni uvjeti omogućuju primjenu vrlo raznolike i točnije opreme, što jamči i opsežnija mjerenja i preciznije rezultate ispitivanja. Osnovni je nedostatak povremena nemogućnost potpunog simuliranja vanjskih utjecaja na ispitivani problem i razmatranje njihovog djelovanja na ponašanje objekta ispitivanja. o cestovna ispitivanja Obavljaju se tijekom kretanja motornog vozila po cesti, tako da postoji mogućnost ispitati automobil u stvarnim uvjetima uporabe. Pritom se suočava s otežanim, a ponekad i onemogućenim korištenjem kvalitetne laboratorijske opreme, koja je osjetljivija, te često neprimjerena za uporabu izvan laboratorija. I kada se uspije uporabiti, moguće je suočavanje s problemom manje točnosti dobivenih rezultata u odnosu na laboratorijska mjerenja zbog otežane kontrole i podešavanja mjerne opreme. Ova ispitivanja mogu biti, a uglavnom i jesu realnija, ali dugotrajnija i skuplja. o poligonska ispitivanja To su cestovna ispitivanja na poligonu. U traženju mogućnosti ispitivanja vozila u različitim cestovnim uvjetima uporabe problem može biti svladavanje prostora od lokacije do lokacije. Troškovi traženja i svladavanja prostora pri traženju različitih uvjetima uporabe ponekad čine isplativim izgradnju poligona, gdje se na manjem prostoru ispitivani automobil može dovesti u čitav spektar različitih uvjeta uporabe. Predstavljaju vrstu ubrzanih ispitivanja motornog vozila pri forsiranim režimima vožnje po posebnim pokusnim stazama i objektima izrađenim na pokusnom poligonu. To su specijalni građevinski oblikovani prostori na kojima se nesmetano i intenzivno sprovode raznovrsna ispitivanja i provjere od posebne važnosti za 59

60 istraživanje i razvoj automobila, kako prototipa, tako i primjeraka iz serijske proizvodnje. Poligonskim se ispitivanjima osiguravaju znatno povoljniji i stabilniji uvjeti za rad u odnosu na cestovna ispitivanja kod kojih niz vanjskih faktora i slučajnosti utječe na točnost i duljinu trajanja ispitivanja. Posebna je pogodnost poligonskih ispitivanja uočljiva pri usporednom ispitivanju više različitih modela vozila (pri istim režimima vožnje i opterećenja). o eksploatacijska ispitivanja Ova ispitivanja su poseban oblik cestovnih ispitivanja. Obavljaju se praćenjem određenih parametara tijekom uobičajene uporabe ispitivanog motornog vozila. S obzirom na navedene posebnosti laboratorijskih i cestovnih ispitivanja, u praksi se često radi rješavanja određenog problema primjenjuju u kombinaciji. Time se često postiže optimiranje u dobivanju dovoljno dobrog rezultata uz sniženje troškova ispitivanja Klasifikacija ispitivanja automobila prema namjeni S obzirom na namjenu ispitivanja razlikuju se o osnovna ispitivanja Najsadržajnija su jer obuhvaćaju ispitivanje svih karakteristika i svojstava motornog vozila, od geometrijskih i težinskih parametara, dinamičke i eksploatacijske karakteristike, te parametre i režime opterećenja bitnih i vitalnih sklopova i uređaja i naprezanje njihovih elemenata. Obavljaju se na prototipovima novih ili rekonstruiranih vozila. Cilj im je određivanje konstrukcijskih parametara, tehničkih karakteristika, dinamičkih i eksploatacijskih značajki i njihova usporedba s projektnim zahtjevima ili tehničkim uvjetima, koji su predstavljali osnovu za projektiranje prototipa, ili otkrivanje nedostataka konstrukcije zbog njihova otklanjanja, radi izbora optimalnog podešavanja pojedinih uređaja ili izvedenih svojstava i karakteristika sukladno projektnim zahtjevima. o znanstvena ispitivanja Obavljaju se radi utvrđivanja općih odnosa ili zakonitosti. Uglavnom se realiziraju u posebno ovlaštenim i osposobljenim znanstvenim ustanovama institutima. Njima najčešće prethode opsežna teorijska razmatranja, a njihova najčešća svrha je potvrda i verifikacija takvih razmatranja, odnosno njihova dopuna. o proizvodna (prijemna) ispitivanja Vezana su za proizvodnju, ili generalne popravke automobila i osnovni im je cilj kontrola kvalitete proizvoda na kraju proizvodnje ili remonta, prije početka uporabe vozila. 60

61 o prijemno-kvalifikacijska ispitivanja Imaju cilj svestranog ispitivanja radi ocjene tehničkog stanja i eksploatacijskih svojstava ispitivanog objekta radi donošenja odluke o početku proizvodnje ispitanog motornog vozila ili dopuštenja početka njegove uporabe. o kontrolna ispitivanja Mogu biti tvornička, kada se provode s ciljem sustavne provjere kvalitete izrade, funkcioniranja i deklariranih karakteristika te izvedenih značajki i karakteristika motornog vozila. Pritom je osnovno dobiti odgovor na pitanje je li motorno vozilo izrađeno sukladno utvrđenim karakteristikama, postojećim standardima i tehničkim uvjetima proizvodnje. Mogu biti i periodično eksploatacijska kada se njima provjerava očuvanost zahtijevanih tehničkih svojstava automobila nakon određenog razdoblja uporabe. o usporedna homologacijska ispitivanja Cilj im je provjera zadovoljavaju li neki propisani zahtjev u vezi s tehničkim svojstvima koja se odnose na sigurnost uporabe i intenzitet agresivnosti utjecaja automobila na okoliš Homologacija Naziv homologacija dolazi od francuske riječi la homologation što označuje utvrđivanje sukladnosti prema nečemu. Provjera homologacijske podobnosti vozila koja se uvoze i prvi put registriraju u Republici Hrvatskoj započela je godine. Od tada svako vozilo (i njegova pripadajuća dokumentacija), prije uvoznog carinjenja (osim nekih propisom određenih iznimaka), podvrgavaju se homologacijskom pregledu. Potrebno je pojmovno razlučiti I. homologaciju vozila (odnosno nekog dijela i uređaja na vozilu) od II. provjere homologacijske podobnosti vozila. I. HOMOLOGACIJA VOZILA (odnosno dijelova i uređaja na vozilu) jest ispitivanje i utvrđivanje sukladnosti ispitivanih dijelova s europskim pravilnicima ili smjernicama koje se odnose na ispitivani dio i za određenu kategoriju vozila. Homologacijsko ispitivanje mogu obavljati samo ovlaštene ustanove i nakon ispitivanja (ako je dio vozila u skladu sa zahtjevima pravilnika ili smjernice prema kojoj je ispitivanje obavljeno), proizvođač dijela mora na ispitivani dio postavljati znak kojim se dokazuje da je dio homologacijski ispitan. Retultat uspješno provedene homologacije kompletnog vozila za europsko tržište jest dobivanje CE oznake ovlaštene ustanove. Proizvođači automobila (ili dijelova za automobile) prije početka proizvodnje nekog novog vozila ili dijela na njemu, moraju obaviti homologacijsko ispitivanje prije ulaska u prodaju nekog vozila, tako da sva vozila, kada stignu na tržište, moraju imati na sebi prikazane homologacijske oznake. 61

62 62 Slika 44. Primjeri homologacijskih oznaka na bočnom i vjetrobranskom staklu jednog osobnog automobila Homologacijom vozila, odnosno određenih dijelova na vozilu, ispituju se uređaji bitni za sigurnosno i ekološko funkcioniranje vozila. To je postupak kojim u svakoj europskoj državi ovlaštena ustanova, potvrđuje sukladnost vozila kao cjeline s odredbama propisa o homologaciji opreme i dijelova motornih vozila, čime se želi regulirati poglavito o sigurnost uporabe motornih vozila i o zaštita okoliša pri uporabi motornih vozila. U području sigurnosti ispituju se uređaji bitni za aktivnu sigurnost vozila (npr. kočnice, uređaj za upravljanje, gume, svjetla, signalni uređaji i dr.), za pasivnu sigurnost vozila (npr. sigurnosni pojas, sigurnosna stakla, smanjenje opasnosti od požara, unutarnja oprema vozila i dr.) i opće sigurnosni zahtjevi (npr. zaštita od neovlaštene uporabe, brzinomjer, mjerenje potrošnje i snage goriva i dr.). U području ekologije ispituje se emisija ispušnih plinova iz motora, emisija krutih čestica iz motora, buka, radijske smetnje i dr. Doskora je u Hrvatskoj ovlaštena ustanova za homologacije bio Državni zavoda za normizaciju i mjeriteljstvo (DZNM). Od godine Hrvatski zavod za normiranje (HZN) i Državni zavod za mjeriteljstvo (DZM) rade odvojeno. Svi poslovi, vezani za homologacije motornih vozila, danas su u nadležnosti Državnog zavoda za mjeriteljstvo. II. PROVJERA HOMOLOGACIJSKE PODOBNOSTI VOZILA odnosno dijelova i uređaja na vozilu je postupak koji se obavlja prije uvoznog carinjenja (za vozila koja se ne proizvode u Hrvatskoj) i kojim se dokazuje da su dijelovi vozila ispitani u skladu s onim europskim pravilnicima ili smjernicama koje su na snazi u Hrvatskoj. Ova provjera ima zadatak spriječiti uvoz sigurnosno i ekološki nepodobnih vozila koja, u trenutku uvoza i prve registracije, ne odgovaraju homologacijskim propisima u Republici Hrvatskoj. Provjerom homologacijske podobnosti vozila samo se dokazuje je li vozilo uistinu ispitano u skladu s europskim homologacijskim pravilnicima ili smjer-

63 nicama, tj. svim zahtjevima bitnim za sigurnost prometa i zaštitu okoliša. Riječ je prije svega o administrativnom postupku. Uvidom u homologacijsku dokumentaciju i homologacijske oznake na vozilu utvrđuje se je li vozilo homologacijski podobno ili nije. Temeljni propis koji određuje postupak provjere homologacijske podobnosti vozila je PRAVILNIK O HOMOLOGACIJI VOZILA koji je donio Državni zavod za normizaciju i mjeriteljstvo (NN 15/02), a koji se relativno često dopunjuje i prilagođava europskom zakonodavstvu iz ovog područja, odnosno novim tehnološkim rješenjima koja nalaze primjenu u automobilskoj industriji. Taj je Pravilnik donesen na temelju ZAKONA O NORMIZACIJI (NN 55/96). Mora se napomenuti da se u tekstu ovog pravilnika koristi termin homologacije često i za postupak homologacije vozila i za postupak provjere homologacijske podobnosti vozila. To znači da provjera homologacijske podobnosti vozila uključuje o pregled dokumentacije i o pregled vozila, o izdavanje izvještaja o zadovoljavanju propisanih uvjeta, te o izdavanje potvrde o sukladnosti. Postupak obavlja Državni zavod za mjeriteljstvo (DZM), odnosno pravna osoba koju je ovlastio Državni zavod za mjeriteljstvo. DZM može za homologaciju i provjeru homologacijske podobnosti vozila, odnosno za stručne i tehničke poslove u postupku homologacije i provjere homologacijske podobnosti, ovlastiti pravnu osobu koja ispunjava određene uvjete. Prema navedenom pravilniku, homologacija (ustvari provjera homologacijske podobnosti) provodi se kao o homologacija tipa vozila i o homologacija pojedinačnog vozila. Homologacija tipa vozila postupak je potvrđivanja sukladnosti tipa vozila s propisima, a provodi se za vozila koja se proizvode ili uvoze u RH. Provjera homologacijske podobnosti tipa vozila provodi se za vozila koje uvoze generalni zastupnici (ili ovlašteni dobavljači) proizvođača vozila u RH ili sam proizvođač vozila. Provedbu postupka obavlja Državni zavod za mjeriteljstvo. Provjera se sastoji od pregleda svih homologacijskih izvješća kojima se dokazuje provedba homologacijskih ispitivanja za određene dijelove vozila i pregledom vozila uzorka tj. homologacijskih oznaka na njemu. Nakon provjere vozila uzorka i pripadajuće dokumentacije, te utvrđivanja je li određeni tip vozila homologacijski podoban, Državni zavod za mjeriteljstvo generalnom zastupniku izdaje Potvrdu o sukladnosti tipa vozila. Postojanje Potvrde o sukladnosti tipa vozila jedan je od uvjeta da bi vozila koje uvozi generalni zastupnik mogla prijeći gra- 63

64 ničnu crtu i biti uvozno ocarinjena. Također, generalni zastupnici, za svako pojedinačno vozilo koje prodaju, a na osnovi Potvrde o sukladnosti tipa vozila, izdaju Izjavu o sukladnosti vozila. Pomoću te izjave vozilo se može prvi put registrirati u Republici Hrvatskoj. Homologacija pojedinačnog vozila postupak je potvrđivanja sukladnosti pojedinačnog vozila s propisima, a provodi se za nova i rabljena * vozila koja dobavljač, koji nije posjednik potvrde o sukladnosti tipa vozila, pojedinačno uvozi radi prodaje ili ih uvozi pravna ili fizička osoba za svoje potrebe. Provjera homologacijske podobnosti pojedinačno uvezenog vozila provodi se za svako vozilo (osim nekih u trenutku uvoza važećim propisom izuzetih). Zahtjev za provedbu provjere homologacijske podobnosti pojedinačno uvezenog vozila pokreće uvoznik vozila. U tablici, u prilogu 1. ove knjige, nalazi se pregled vozila prema kategorizaciji. Tipom vozila, u smislu Pravilnika o homologaciji vozila, razumijevaju se vozila iste kategorije, istoga proizvođača i iste proizvođačke oznake tipa, koja se bitno ne razlikuju u pogonskom motoru i podvozju. Tip vozila može sadržavati o varijante i o izvedbe. Varijante tipa vozila, u smislu Pravilnika o homologaciji, sva su vozila jednog tipa koja se ne razlikuju po obliku karoserije i po motoru što se tiče radnoga postupka, broja i rasporeda cilindara, snage (više od 30%) i radnog obujma (više od 20%), po broju i rasporedu pogonskih osovina, kao i po broju i rasporedu upravljanih osovina. Izvedbe varijante tipa vozila u smislu Pravilnika o homologaciji jesu vozila jedne varijante s manjim međusobnim razlikama. Vozila koja se uvoze u Republiku Hrvatsku moraju biti homologirana sukladno odredbama Pravilnika ECE R da bi mogla biti uvozno ocarinjena. Potvrda o sukladnosti pojedinačno pregledanog vozila ili Izjava o sukladnosti vozila obvezno se prilaže pri tehničkom pregledu prije prve registracije vozila u Republici Hrvatskoj. U trenutku dovršetka ove knjige u Hrvatskoj je bilo na snazi 96 homologacijskih pravilnika, a riječ je o ECE pravilnicima (pravilnici Ekonomske komisije UN za Europu). Također, Hrvatska priznaje homologaciju dijelova vozila obavljenu prema EEC smjernicama (smjernice Europske unije) ako je smjernica sukladna odgovarajućem ECE pravilniku na snazi u Hrvatskoj. Popis pojedinačnih ECE pravilnika kojima moraju udovoljiti motorna vozila prije prve registracije u Republici Hrvatskoj predočen je u prilogu 2. ove knjige. * Rabljenim vozilima u smislu Pravilnika o homologaciji vozila smatra se motorno vozilo od čije je prve registracije prošlo najmanje tri mjeseca i koje je u tom razdoblju prešlo najmanje 3000 km. 64

65 Primjenom Pravilnika o homologaciji vozila, za svakog uvoznika bitna je homologacijska podobnost automobila. Odgovor na pitanje o homologacijskoj podobnosti svakog vozila može se dobiti poznavanjem VIN oznake (broj proizvođača podvozja) vozila. Prema VIN oznaci, generalni zastupnik može dati podatke na osnovu kojih je ECE pravilnika ili EEC smjernica vozilo homologirano, odnosno je li podobno za naš prostor. Načelno, sva vozila koja su bila namijenjena europskom tržištu, a proizvedena su poslije godine odgovaraju homologacijskim zahtjevima. Vozila koja su namijenjena nekim drugim neeuropskim tržištima (mogu biti proizvedena i ove godine), ne moraju udovoljavati homologacijskim zahtjevima i u tom se slučaju ne mogu registrirati u Hrvatskoj, tj. ne mogu se koristiti u našem javnom prometu. Hrvatska je uvela provjeru homologacijske podobnosti vozila, kao i sve europske države geografski smještene zapadno od naše. Na taj način štite svoja tržišta od sigurnosno i ekološki loših proizvoda. Učinak je dvostruk: u uporabi su bolji automobili (sigurniji i ekološki nježniji), ali i daje se stanovita prednost vlastitim proizvođačima automobilske industrije, jer činjenica je da svi neeuropski proizvođači vozila, žele li prodavati svoje proizvode u Europu, moraju ih prilagođavati europskim propisima o homologaciji vozila Ispitivanje motora SUI Motori s unutarnjim izgaranjem, kao pogonski agregati motornih vozila, najčešće se ispituju radi dobivanja podataka temeljem kojih se može doći do spoznaje o bitnim izvedenim svojstvima i karakteristikama koje određuju stupanj ispunjenosti projektnih zahtjeva i pogodnost za uporabu, kvalitetu proizvodnje, proces pretvaranja toplinske energije u mehanički rad, efektivnu snagu i moment motora, te brzinsku i ostale karakteristike motora, ekonomičnost rada, pouzdanost i izdržljivost, pogodnost za održavanje itd. Zbog svoje specifičnosti, u proizvodnji motora se na svakom proizvedenom primjerku obično obavljaju završna ispitivanja kako bi se provjerila kvaliteta montaže i veličine osnovnim efektivnih parametara motora te njegova konačna podešenost prije isporuke. Posebna, razvojna ispitivanja, koja se utvrđuju, zahtijevaju i planiraju u projektnim odjelima proizvođača, ili pak znanstvenim ustanovama institutima, traju znatno dulje. Njihov opseg zahtijeva redovito posebnu opremu sukladno utvr- 65

66 đenom cilju ispitivanja i odrađuju se u specijalnim, za tu svrhu namijenjenim ispitnim laboratorijima. Takvi laboratoriji, ili ispitne stanice, opremljeni su posebnim ispitnim stolovima Stolovi za ispitivanje motora Ispitni stolovi su posebno projektirani i napravljeni uređaji namijenjeni za navedena ispitivanja motora s unutarnjim izgaranjem. Takvi stolovi omogućuju osigurati većinu standardnih i posebnih zahtjeva. Opseg ispitivanja na stolu ovisi o njegovoj opremljenosti i obratno. Za standardna ispitivanja stol treba imati kočnicu, postolje s detaljima za pričvršćivanje motora, vratilo za spajanje ispitivanog motora i kočnice, sustav za napajanje motora gorivom s ugrađenim uređajem za mjerenje potrošnje goriva, vodovodni sustav za hlađenje motora (ako je motor s posrednim hlađenjem) i kočnice (ako je hidraulična), sustav za odvodnju ispušnih plinova, te uvijek i pult za upravljanje ispitivanjem. Osnovni uređaj ispitnog stola je kočnica. Ona mora apsorbirati efektivnu snagu motora i omogućiti stabilni rad na svim režimima ispitivanja motora. Osnovni je zahtjev da kočnica posjeduje barem uređaje za mjerenje okretnog momenta i brzine vrtnje motora. Svaka kočnica ima rotor, koji se mehanički povezuje s koljenastim vratilom ispitivanog motora, najčešće preko posebnog prijenosnog vratila. Ispitivani motor se opterećuje tako što se na odabrani način u kočnici izaziva kočenje njezinog rotora. S obzirom na primijenjeni način kočenja, postoje sljedeće izvedbe kočnica: mehaničke, hidraulične, zračne i električne. Neovisno o iskorištenom principu za kočenje motora, moment kočenja kočnice mora biti jednak efektivnom momentu motora (izlazni moment motora na njegovom zamašnjaku) 66 M k = M e, Pritom postoji i ravnoteža u bilanci snaga kočnice i ispitivanog motora, tj. P k = P e Jedan od najvažnijih podataka svake kočnice je njena karakteristika. Karakteristika kočnice je funkcionalna ovisnost njene apsorpcijske snage o brzini vrtnje

67 (broju okretaja). Uglavnom se daje u grafičkoj formi kao dijagram koji definira mogućnosti primjene konkretne kočnice. Kod mehaničkih kočnica kočni moment, kojim se apsorbira energija ispitivanog motora SUI, realizira se silom mehaničkog trenja na ugrađenim detaljima rotora kočnice. Tipični predstavnik ovakve izvedbe je takozvana Prony kočnica, čija je shema na slici 45. Mehanička energija se pretvara uz pomoć trenja u toplinsku energiju, pa je nužno izvesti prilično intenzivni sustav hlađenja. Slika 45. Prony mehanička kočnica, lit. [40] Snaga na vratilu kočnice je: P = 2rπ n T [W]. Iz sume momenata s obzirom na centar rotacije proizlazi: T r = F l [Nm]. Kombinacijom tih dvaju izraza slijedi izraz za snagu: P = 2rπ nfl/r [W], gdje je: P [W] snaga na vratilu kočnice, T [N] sila trenja, r [m] polumjer vratila, n [s -1 ] brzina vrtnje vratila, F [N] sila na kraku kočnice, l [m] duljina kraka kočnice. Iz prethodnog izraza dobije se pojednostavnjeni izraz s prikladnijim veličinama: P = 2π nfl/1000*60 [kw] 67

68 U tom se izrazu brzina vrtnje n uvrštava u [min -1 ]. Ako se odabere l = 0,9549 [m], prethodni izraz se svodi na približan izraz: P = F n / [kw] Sila F preko poluge stvara pritisak na vratilo kočnice, te se kao posljedica javlja sila trenja na vratilu (sila kočenja). Sila kočenja stvara moment kočenja. Energija kočenja pretvara se u toplinu koja se odvodi rashladnim sredstvom. Danas se ove kočnice vrlo rijetko koriste zbog nedovoljne točnosti uglavnom za vrlo slabe motore ili pak u kombinaciji s nekim drugim kočnicama. U kombinaciji s hidrauličnom kočnicom, osnovna im je zadaća pokriti područje ispitivanja malih brojeva okretaja, koje hidraulična kočnica ne može sasvim pouzdano ispitati. Hidraulična kočnica je pokazala niz prednosti u odnosu na mehaničke kočnice, te zbog toga ima široku primjenu, od najmanjih snaga, pa sve do kočenja velikih sporohodnih brodskih motora. Kočni se moment kod nje javlja kao posljedica sila hidrauličnog otpora trenja, koje djeluju na rotor kočnice pri njegovoj rotaciji u tekućini. Pritom se energija ispitivanog motora troši na zagrijavanje tekućine u kočnici. Zato je nužno održavati stalni protok tekućine, kako radna teperatura ne bi prešla dopuštenu razinu, tj. kako bi se održavala u dopuštenim granicama. Kao radni medij uglavnom se koristi voda zbog niske cijene, velike specifične topline i postojane viskoznosti u području uobičajenih radnih temperatura. 68 Slika 46. Hidraulična kočnica, lit. [40]

69 Hidraulična kočnica je prikazana na slici 46. Osnovni elementi kočnice su stator i rotor u kojima se nalaze lopatice. Voda ulazi u sustav preko dovodne cijevi (1) ravnomjerno u prstenastu komoru (2), te kroz provrt u statorskoj lopatici u vrtložnu komoru (3). Rotor (4) rotira, vrtloži vodu u vrtložnoj komori i pretvara energiju kočenja u toplinu. Moment kočenja ovisan je o stupnju punjenja vrtložnih komora. Punjenje se regulira preko ventila (14). Regulacija ventila izvodi se pomoću regulacijskog uređaja i njegovog pogona (16). Moment kočenja prenosi se od oscilirajućeg kućišta (19) preko poluge na senzoru (18). Da bi se kočili motori većih snaga, rotori se nadodaju aksijalno u paketu, kako je prikazano na slici 47. Apsorpcijska snaga P k hidraulične kočnice ovisi o njezinim konstrukcijskim parametrima (koji se izražavaju nekom konstantnom vrijednošću K p ), o tekućini koja se koristi kao radni medij, o količini radnog medija u kočnici (stupanj punjenja ϕ) te o brzini njene vrtnje ω. To se može izraziti na sljedeći način: P k = K p f(ϕ, ω 3 ) Slika 47. Hidraulična kočnica s paketom aksijalno spojenih rotora, lit. [40] Grafički prikaz karakteristike (dijagram) jedne tipične hidraulične kočnice predočen je na slici 48. Kao što se vidi iz dijagrama, kod maksimalnog punjenja ϕ max, apsorpcijska snaga hidraulične kočnice raste po krivulji OA (kubna parabola zbog ovisnosti snage P k o ω 3 ). U točki A opterećenje kočnice dostiže maksimalnu proračunsku vrijednost, s obzirom na projektiranu čvrstoću konstrukcije. To je ujedno i točka maksimalne vrijednosti kočnog momenta kočnice M k max. Od točke A do točke B moment kočnice zadržava svoju konstantnu (maksimalnu) vrijednost M k max, pri čemu apsorpcijska snaga raste proporcionalno porastu brzine vrtnje (pravac zbog ovisnosti o ω), uz permanentni pad stupnja punjenja ϕ. 69

70 Povećanje snage kočenja (uz smanjenje stupnja punjenja) ograničeno je dozvoljenim porastom temperature radnog fluida (vode). Zato linija BC predstavlja ograničenje na razini maksimalne apsorpcijske snage P k max, s obzirom na toplinske uvjete. Linija CD je vertikalna, zbog ograničenja određenog maksimalnom brzinom vrtnje rotora kočnice na koju je proračunat. Cijelo zatvoreno područje ograničeno linijama OABCDO predstavlja područje rada kočnice i tom kočnicom se može ispitivati svaki motor SUI čija vanjska karakteristika ulazi u to područje. Glavni nedostatak hidrauličnih kočnica ogleda se u činjenici da se apsorbirana energija ne može iskoristiti. Osim toga, te kočnice (što se vidi iz karakteristike) imaju malu snagu u području malih brzina vrtnje, pa se često u tom dijelu moraju kombinirati s mehaničkim kočnicama. Međutim, zbog svoje jednostavnosti, trajnosti i pouzdanosti još uvjek se prilično široko koriste pri ispitivanju motora SUI. Kod zračnih kočnica rotirajući element kočnice ima lopatice čiji se konstrukcijski parametri mogu mijenjati, odnosno ima elisu promjenjivog koraka. Snaga motora koji se ispituje apsorbira se otporom zraka. Principijelno, vrlo slično hidrauličnim kočnicama, samo što je ovdje u uporabi drugi fluid, tj. zrak. Ove kočnice su vrlo pogodne za ispitivanje zrakom hlađenih motora. Električne kočnice prema načinu rada mogu se podijeliti na one koje rade kao generatori elekrične struje ili one koje rade na principu vrtložnih struja. Na slici 49. prikazan je presjek kočnice koja radi na principu vrtložnih struja, a proizvođač je Hofmann. U statoru se nalazi uzbudni namotaj kroz koji teče istosmjerna struja. Ona stvara homogeno magnetsko polje čije su linije okomite na 70 Slika 48. Karakteristika hidraulične kočnice ϕmax= 1 najveći je stupanj punjenja ϕmin = najmanji mogući stupanj punjenja

71 Slika 49. Nacrt poprečnog presjeka električne kočnice Hofmann, lit. [40] ozubljene plohe rotora. Zbog rotacije ozubljenog rotora nastaju na unutarnjoj strani statora vrtložne struje, koje sa svoje strane stvaraju magnetsko polje suprotno rotaciji rotora. Stoga rotor nastoji zarotirati stator u svom smjeru gibanja. Stator je povezan preko poluge na senzor koji registrira silu, odnosno moment kočenja. Kroz uzbudni namotaj (1) električne kočnice Schenk, prikazane na slici 50., teče istosmjerna struja koja stvara magnetsko polje. Ozubljeni rotor (2), svojom vrtnjom, siječe magnetsko polje i u statorskom dijelu rashladnih komora (3) inducira se vrtložna struja koja stvara magnetsko polje i tako koči rotor (2, 4). Tijelo kočnice (12) povezano je preko poluge i senzora sile (13), koji registrira silu kočenja odnosno moment. Regulacija rada kočnice izvodi se regulacijom uzbudnog napona. Energija kočenja pretvara se u toplinu i odvodi rashladnom vodom kroz kanale u statoru. Treba napomenuti da temperatura rashladne vode ne smije rasti iznad 45 o C zbog intenzivnog stvaranja kamenca. Slika 50. Nacrt poprečnog presjeka električne kočnice Schenk, lit. [40] 71

72 Kad ispitivani motor snagu troši za pokretanje generatora elekrične struje, dobiva se električna kočnica koja apsorbiranu energiju ispitivanog motora pretvara u električnu energiju, koja se može iskoristiti. U usporedbi s prethodnim kočnicama, ove kočnice omogućavaju ne samo stabilan rad, jednostavnu regulaciju i jednostavno upravljanje nego i nezanemarive uštede u energetskim troškovima ispitivanja. Na ovakvim ispitnim stolovima najčešće se koriste generatori istosmjerne struje s kombiniranom pobudom. U Prilogu 3. ove knjige prikazan je primjer ispitivanja snage motora SUI s opisom ispitivanja koji uključuje uvjete ispitivanja, računsku obradu dobivenih rezultata ispitivanja, snimljenu brzinsku karakteristiku motora SUI i odgovarajući zaključak o obavljenom ispitivanju. Slika 51. Izgled jednog laboratorija za ispitivanje motora SUI električnom kočnicom Universitaet der Bundeswehr Hamburg 72

73 Ispitivanje onećišćenja okoliša motorom SUI Pri radu motora SUI u atmosferu se emitira niz štetnih tvari. Najveća količina štetnih tvari iz automobila u okoliš dospijeva iz ispušnih plinova nakon procesa izgaranja pogonskog goriva u motoru. Ispušni plinovi motora sadrže više od stotinu različitih spojeva. Gotovo svi su otrovni ili štetni. Ključni čimbenici koji pokreću promjene u konstrukciji novoproizvedenih oto i dizel motora, odnosno motornih vozila, propisi su o smanjenju količine štetnih ispušnih plinova. UN propisi Ekonomskog povjerenstva za Europu (ECE pravilnici), odnosno propisi Europske unije (EEC-direktive) usmjeravaju tehnologiju proizvodnje i nabave uvoza novih motornih vozila. Stoga domaći propisi pri nabavi novih vozila s tržišta, ili iz kooperacije-proizvodnje vozila, moraju biti usklađeni s ovim propisima. Republika Hrvatska je prihvatila obvezu primjene ECE pravilnika, odnosno EEC direktiva, ali s vremenskom odgodom stupanja na snagu, s obzirom na domaće uvjete i stupanj razvoja. Njima su, ovisno o razdoblju primjene, kategoriji vozila i vrsti motora, propisane metode ispitivanja i dopuštene granice emisija ugljičnog monoksida CO, ugljikovodika HC, dušikovih oksida NOx, čestica PM (engl. Particulate Matter), nemetanskih ugljikovodika NMHC, a kod motora na prirodni plin i količina metana CH4. Kod motora s kompresijskim paljenjem (dizel motori) ograničena je još i neprozirnost ispušnih plinova preko graničnog zacrnjenja. Također je ograničena količina hlapivih tvari koje vozilo ispušta iz sustava za gorivo. Euro 1 do Euro 6 su nazivi propisa različitih stupnjeva strogoće dopuštenih emisija navedenih štetnih tvari. Treba napomenuti da se zahtjevi za propisanim emisijama ne bi mogli ostvariti bez odgovarajućih goriva, pa se pratećim propisima također nadzire i kvaliteta goriva. Uz poboljšavanje kvalitete goriva, smanjivanje generiranja štetnih tvari uglavnom se ostvaruje: poboljšanjima procesa izgaranja u cilindru motora SUI (smanjivanje tzv. sirovih emisija), pročišćavanjem ispušnih plinova nakon što izađu iz motora, smanjivanjem otpora vožnje i optimiranjem upravljanja radom motora i motornog vozila u cjelini. S obzirom na kemijski sastav goriva i na prirodu procesa izgaranja, od štetnih tvari za ljude i okoliš, zasigurno najviše ugljičnog monoksida CO, ugljikovodika C m H n, dušikovih oksida NO x, aldehida R-COH, kemijskih spojeva olova i čađi. Zbog toga su se morala uvesti ograničenja uporabe motornih vozila u velikim gradovima tijekom kritičnih godišnjih razdoblja. Odluke o ograničenju uporabe automobila donose se na temelju podataka dobivenih praćenjem razine štetnih sastojaka ispušnih plinova koje u atmosferu emitiraju automobili. 73

74 Sastojci štetnih tvari iz ispušnih plinova motornih vozila određuju se na propisani način. Prilikom snimanja karakteristika motora (brzinska, teretna, regulacijska,...) ispituje se i količina te sastav nastalih ispušnih plinova. Dijagrami u koje se standardno unose krivulje promjene efektivne snage motora P e, efektivnog momenta motora M e, ukupne G h i specifične potrošnje goriva g e u funkciji brzine vrtnje ω, kompletiraju se podacima o sastavu toksičnih tvari u ispušnom plinu, kako je prikazano na slici 52. Slika 52. Brzinska karakteristika toksičnosti motora s podacima o emitiranim sastojcima u ispušnim plinovima Brzinska karakteristika toksičnosti motora SUI koji se koristi na konkretnom automobilu, pokazuje kako se s promjenom režima rada motora mijenja količina emitiranih štetnih plinova. Tako se dolazi i do zaključaka o režimima rada koji su pogodniji za uporabu automobila s aspekta onečišćenja okoliša. Metode su ispitivanja motora SUI standardizirane kako bi se rezultati dobiveni u različitim ovlaštenim laboratorijima, ali i u različitim okolišnim uvjetima koji izravno utječu na dobivene rezultate, mogli uspoređivati. Propisani način ispitivanja je na stanovit način prilagođen posebnostima uporabe motora SUI na određenoj vrsti motornih vozila. Pritom je bitno da su principi korigiranja dobivenih konkretnih rezultata mjerenja s obzirom na uvjete okoliša identični za sve standardizirane postupke. 74

75 Slika 53. Shema uređaja za mjerenje štetnih emisija putničkih vozila U posebnom dijelu, u dodatku ove knjige, prikazan je primjer ispitivanja štetnih ispušnih plinova motora SUI za pokretanje mopeda (Prilog 4.). Emisije štetnih tvari putničkih (kategorija M1) i lakih teretnih vozila (N1) ispituju se tako da se na posebnom ispitnom uređaju (slika 53.) simulira vožnja prema novom europskom voznom ciklusu NEDC (engl. New European Driving Cycle), slika 54. Ispušni plinovi se pritom hvataju u posebne spremnike (vreće), te se analizira njihov sastav i izračunava se emisija svakog propisima ograničenog štetnog sastojka [g/km]. Novi europski vozni ciklus NEDC sastoji se od četiri pojedinačna gradska ciklusa i jednog izvangradskog. Prosječna brzina tijekom cijelog ciklusa iznosi 34 km/h, a najveća je 120 km/h. Za vrijeme ispitivanja, radne točke zahvaćaju samo dio radnog područja motora, ovisno o njegovoj snazi. Slika 54. Novi europski vozni ciklus NEDC za ispitivanje štetnih emisija automobila, lit. [35] 75

76 Kod autobusa (M2, M3) i teretnih vozila (N2, N3) ispituje se posebno pogonski motor s ugrađenim ispušnim sustavom i uređajima za pročišćavanje ispušnih plinova, a posebno vozilo. Ispitivanje se obavlja na dinamometru prema tri ispitna ciklusa jednom stacionarnom (ESC) i dva dinamička (ELR, ETC). Radne točke ispitivanja protežu se čitavim radnim područjem motora, a simulira se i gradska i izvangradska vožnja. Rezultati se izražavaju u [g/kwh]. S uvođenjem razine Euro 6 dolaze i novi ispitni ciklusi: WHSC (engl. World-wide Harmonized Steady-state test Cycle) i WHTC (engl. World-wide Harmonized Transient test Cycle). Zbog različitih mjernih jedinica [g/kwh] rezultati su neusporedivi s rezultatima ispitivanja motornih vozila kategorije M1 [g/km]. Osim sastava ispušnih plinova pri homologacijskim ispitivanjima ispušnih plinova dizelskih motora ispituje se i njihovo granično zacrnjenje. Ono je propisano homologacijskim Pravilnikom ECE-R 24 u kojem je, među ostalim, donesena i krivulja graničnog zacrnjenja (koeficijenta apsorpcije) u ovisnosti o volumenskom protoku ispušnog plina, slika 55. Ispitivanje zacrnjenja prema navedenom pravilniku obavlja se s pomoću dva različita mjerenja. Prvo se mjerenje provodi pri stacionarnom radu motora s najvećim opterećenjem i pri šest različitih brzina vrtnje. Brzine vrtnje biraju se ravnomjerno između najveće brzine vrtnje (pri kojoj djeluje regulator) i najmanje, koja odgovara najvećoj od sljedeće tri vrijednosti: 45% od najveće brzine vrtnje ili min ili brzina vrtnje praznog hoda. koeficijent apsorpcije k koeficijent apsorpcije k K = (- 1/L) * ln (1 N/100) n brzina vrtnje motora [min -1 ] L duljina mjerne sonde [m] N zacrnjenje [%] V radni volumen motora [m 3 ] volumenski protok ispušnog plina V 1 n Drugim mjerenjem se mjeri zacrnjenje ispušnog plina pri slobodnom ubrzanju motora od brzine vrtnje praznoga hoda do najveće brzine vrtnje (pri čemu regulator isključuje dovod goriva). Mjerenje se provodi s neopterećenim motorom. 76 Slika 55. Granična krivulja zacrnjenja (koeficijenta apsorpcije) u ovisnosti o volumenskom protoku ispušnog plina

77 Nakon toga obavlja se računska korekcija rezultata mjerenja na propisani način i kao granična vrijednost za ispitivani motor usvaja se manja vrijednost zacrnjenja od dva opisana mjerenja. Vrijednost tako dobivenog koeficijenta zacrnjenja obavezno se postavlja (uobičajeno u obliku pravokutne naljepnice) u neposrednoj blizini motora Definiranje granica onećišćenja okoliša motorom Kada je riječ o čistoći ispuha, članice EEZ-a, odnosno Europske unije, počele su s propisivati dopuštene razine onečišćenja još davne godine. U ispušnim plinovima automobilskih motora u Europi je prvo bila ograničena samo emisija ugljičnog monoksida CO i emisija ugljikovodika HC. Već se godinu dana kasnije, 1971., ta granica pomiče. Prvi put se uvodi ograničenje emisije dušičnih oksida (najprije samo za motore s vanjskim izvorom paljenja oto motori), a količina krutih čestica PM kod dizel motora, 11 godina kasnije, Od godine propisi koji određuju pojedine razine dopuštenih emisija štetnih tvari nose naziv Euro. Ograničenja se kod oto motora otada mogu zadovoljiti primjenom reguliranog katalizatora (katalitičkog konvertora) s λ-sondom i bezolovnog benzina. Euro 5 donosi ograničenje količine čestica i za oto motore s izravnim ubrizgavanjem. Tablica 6. i grafički prikaz na slici 56. pokazuju za sve propise Euro 1 do Euro 6 ne samo od kad je koji na snazi nego i kako su se te granice u odnosu na početne limite mijenjale tijekom kraja prošlog i početkom ovog stoljeća. Tablica 6. Granične vrijednosti emisija štetnih tvari automobila kategorije M1 Na snazi od CO HC HC + NO x No x PM Dizel (g/km) Euro /07 3,16 1,13 0,18 Euro 2, IDI 1996/01 1,00 0,70 0,08 Euro 2, DI 1996/01 1,00 0,90 0,10 Euro /01 0,64 0,56 0,50 0,05 Euro /01 0,50 0,30 0,25 0,025 Euro /09 0,50 0,23 0,18 0,005 Euro /09 0,50 0,17 0,08 0,005 Oto (g/km) Euro /07 3,16 1,13 Euro /01 2,20 0,50 Euro /01 2,30 0,20 0,15 Euro /01 1,00 0,10 0,08 Euro /09 1,00 0,10 (1) 0,06 0,005 (2) Euro /09 1,00 0,10 (1) 0,06 0,005 (2) (1) MNHC = 0,068 (2) samo za motore s izravnim ubrizgavanjem 77

78 Na slici 56. navedeni su relativni iznosi, jer su izravne usporedbe otežane, s obzirom na to da su se u međuvremenu promijenile i metode mjerenja, ali i oblik iskazivanja rezultata mjerenja [%], [g/km] ili [g/test]. Slika 56. Smanjivanje dopuštenih emisija štetnih tvari ispuha motora u EU Uvođenjem ograničenja štetnih emisija u područje homologacijskih propisa započelo je razdoblje značajnog smanjivanja onečišćenja okoliša cestovnim prometom. U dijagramima na slici 57. vidi se da su već stupanjem na snagu prvih jedinstvenih graničnih emisija Euro 1 u godini granične emisije bile znatno smanjene. Primjerice kod automobila kategorije M1 koje pokreću dizel motori, stupanjem na snagu razine Euro 5, emisija CO smanjena je u odnosu na razdoblje prije Euro propisa za 98 %, dok su omjeri za pojedine sastojke sljedeći: 78 CO Euro1 / CO Euro5 = 6,32 (HC+NO x ) Euro1 / (HC+NO x ) Euro5 = 6,60 i kod čestica PM Euro1 / PM Euro5 = 3,30. Slični omjeri smanjenja dopuštenih emisija postignuti su i u ostalim kategorijama vozila. Tako veliko smanjivanje dopuštenih emisija ne bi se moglo ostvariti bez stalnog poboljšavanja kvalitete goriva. Prihvaćanjem sporazuma UN o promjeni klime, iz Kyota (1997.), stvorene su regulatorne pretpostavke za smanjivanje emisija stakleničkih plinova. Prema podacima Europske agencija za okoliš EEA (engl. European Environment Agency), u državama EU je godine 19 % ukupne emisije stakleničkih plinova dolazilo od cestovnog prometa. Da bi se ovaj iznos smanjio, EU je bila sebi postavila novi ekološki cilj. Direktivom 2003/30 EU propisano je da se do godine 5,75 % fosilnih goriva u prometu treba zamijeniti gorivima

79 Slika 57. Prikaz smanjivanja dopuštenih emisija štetnih tvari kod automobila kategorije M1 s dizel motorom iz obnovljivih izvora, čime u prvi plan dolaze goriva proizvedena od biomase i goriva proizvedena s pomoću čiste energije. Za godinu ta se predviđena granica pomiče na 20%. U EU se nova goriva i nove generacije vozila postupno uvode na tržište. Primjerice, za motore Euro 4 koji su na tržištu morali biti od početka 2005., gorivo je moralo biti na raspolaganju već od (kada je za proizvodnju vozila tek stupio na snagu propis Euro 3). U prijelaznom razdoblju (2000. do 2005.) tehnička se rješenja motora na taj način provjeravaju u realnim uvjetima, kako bi se do datuma obvezne primjene poboljšala do zahtijevane razine. 79

80 Ispitivanja ispušnih plinova motornih vozila u uporabi EKO test Zbog ekoloških razloga razvijeni se svijet ne zadovoljava samo kontrolom proizvođača novih vozila pri homologacijskim ispitivanjima. Tijekom uporabe automobila tehničko stanje njegova motora SUI se mijenja, a to može bitno utjecajati na kvalitetu njegova ispuha i intenzitet onečišćenja okoliša. Zato sve razvijene zemlje propisuju periodično kontroliranje vozila u određenim rokovima kako bi se provjerilo nije li za vrijeme uporabe takvog vozila došlo do nekih poremećaja, koji za posljedicu imaju povećanje koncentracije štetnih ispušnih plinova. Smisao periodične kontrole ispušnih plinova jest utvrđivanje jesu li sastav ispušnih plinova i pojedine značajke ispuha još uvijek u dopuštenim granicama koje je propisao proizvođač vozila, odnosno zakonodavac. Ispituje se truje li nas određeni automobil više nego što to možemo prihvatiti u promatranom tehnološkom trenutku. Na žalost, potpuno čistog vozila pogonjenoga fosilnim gorivima nema i svako, pa i ono konstrukcijski najsavršenije vozilo svojim ispuhom još uvijek onečišćuje zrak i okoliš. Treba istaknuti da rezultati ispitivanja ispušnih plinova pri homologacijskim ispitivanjima novih vozila, koje je dužan obaviti proizvođač vozila, nisu usporedivi s periodičnim ispitivanjem ispušnih plinova koje obavlja korisnik vozila. Riječ je o različitim vrstama ispitivanja, ali čiji je zajednički konačni cilj što čišći ispuh radi što nježnijeg djelovanja na okoliš. Ispitivanje ispušnih plinova ( EKO test ) provodi se za vrijeme i u rokovima redovitoga tehničkog pregleda. Nakon obavljenog ispitivanja svakom vozaču vozila se predaje ispis rezultata mjerenja s odgovarajućim objašnjenjima. U prometne dokumente se ne unosi nikakva oznaka o stanju ispušnih plinova, već je ispravnost ispuha uvjet za prolaz na redovitom tehničkom pregledu. Dakle, ako su na vozilu ustanovljeni kontrolirani ispušni plinovi iznad dopuštenih vrijednosti, vozilo ne prolazi redoviti tehnički pregled i bez otklanjanja uočenih neispravnosti takvo motorno vozilo ne može u promet na javne ceste u Republici Hrvatskoj. Za potrebe ispitivanja ispušnih plinova motornih vozila, motori ugrađeni u vozila podijeljeni su na tri osnovne skupine: a. BEZ-KAT benzinski motor bez katalizatora ili motor s nereguliranim katalizatorom, b. REG-KAT benzinski motor s reguliranim katalizatorom i c. DIZEL dizelski motor s prednabijanjem ili bez prednabijanja. Radne operacije za obavljanje ispitivanja ispušnih plinova različite su za sve tri skupine i temelje se na smjernici Europske unije 96/96/EU (s pripadajućim nadopunama), kojom se i inače propisuju obvezne radnje i tehnologija tehničkog pregleda motornih vozila u EU. Provedba ispitivanja ispušnih plinova motornih vozila u Republici Hrvatskoj temeljem Pravilnika o tehničkim pregledima vozila ( Narodne novine, broj 9/93, 69/96, 2/2001, 149/2002 i 150/2003) započela je od 18. travnja godine za benzinske motore, odnosno od 18. travnja godine za dizelske motore. Također je prvobitno bilo 80

81 zamišljeno da se ispušni plinovi benzinskih motora provjeravaju do 1. siječnja godine, a dizelski motori do 1. siječnja godine od kojih datuma bi rezultati EKO testa utjecali na prolaznost vozila na redovitom tehničkom pregledu. Međutim, zbog vrlo velike neispravnosti vozila uočene u pripremnoj fazi ispitivanja ispušnih plinova (ukupna neispravnost godine iznosila je 60,26%, godine = 44,32% i godine = 39,78%) prijelazni rok je bio pomaknut do 1. Listopada godine. Od tada su rezultati ispitivanja ispušnih plinova jedan od kriterija prolaznosti vozila na redovitom tehničkom pregledu. Prelazni rok u kojem se ispitivanja ispušnih plinova provodilo, a rezultati EKO testa nisu utjecali na prolaznost vozila na redovitom tehničkom pregledu bio je uveden kako bi se korisnicima vozila omogućilo da poprave svoja vozila, te da se na taj način prilagode novim uvjetima. U ispitivanju ispušnih plinova motornih vozila, sukladno aktualnom Pravilnika o tehničkim pregledima vozila uvijek se koriste podaci iz kataloga proizvođača svakog konkretnog motornog vozila za ovo ispitivanje. Ako su podaci za ispitivano vozilo nepoznati iz bilo kojeg razloga, onda se primjenjuju zakonske granične vrijednosti propisane Pravilnikom o tehničkim uvjetima vozila u prometu na cestama. Ispitivanju ispušnih plinova podvrgavaju se sljedeće kategorije vozila: osobni automobili, autobusi, kombinirani automobili, teretni automobili i radna vozila. Postoje grupe vozila koje su oslobođene obveze ispitivanja ispušnih plinova kao što su vozila opremljena benzinskim dvotaktnim motorima, vozila opremljena benzinskim motorima ako su proizvedena prije godine, vozila opremljena benzinskim motorima ako im konstrukcijska brzina nije veća od 50 km/h, vozila opremljena dizelskim motorima ako su proizvedena prije Godine, vozila opremljena dizelskim motorima ako im konstrukcijska brzina nije veća od 30 km/h, vozila opremljena alternativnim pogonskim motorima ili izvorom energije (vodik, metan, propan-butan, gorive ćelije, elektromotor i sl.),... Nova vozila prvom ispitivanju ispušnih plinova trebaju pristupiti nakon dvije godine od prve registracije, a nakon toga svake godine. Nova vozila pri prvom tehničkom pregledu i prvoj registraciji ne moraju obavljati ispitivanje ispušnih plinova. Već registriranim vozilima u Republici Hrvatskoj ritam ispitivanja ispušnih plinova poistovjećuje se s ritmom obavljanja redovitih tehničkih pregleda. Sukladno tome i rabljena vozila iz uvoza podliježu obvezi ispitivanja ispušnih plinova pri prvom redovitom tehničkom pregledu u Republici Hrvatskoj Oprema za ispitivanja ispušnih plinova motora SUI U Centru za vozila Hrvatske sastavljena je posebna uputa sukladno Pravilniku o tehničkim pregledima vozila, namijenjena obuci (i radu) nadzornika tehničke ispravnosti vozila u svim stanicama za tehničke preglede u RH, kao tehnički vodič za obavljanje ispitivanja ispušnih plinova motornih vozila EKO testa. 81

82 Za provedbu ispitivanja ispušnih plinova mora svaka stanica za redoviti tehnički pregled vozila imati propisanu opremu: Analizator ispušnih plinova benzinskih i sličnih motora odobrenog tipa. Uređaj mora imati mogućnost analize volumnih udjela plinova: ugljičnog monoksida (CO), ugljičnog dioksida (CO 2 ), ugljikovodika (HC) i kisika(o). Uređaj mora imati mogućnost izračunavanja faktora zraka (λ faktor) i mogućnost mjerenja temperature motora (ulja u kućištu motora ili rashladne tekućine), te mogućnost mjerenja brzine vrtnje (broja okretaja) motora. Svi rezultati mjerenja i izračunavanja moraju se moći ispisati. Analizator za mjerenje zacrnjenosti ispuših plinova dizelskih motora odobrenog tipa. Uređaj mora imati mogućnost mjerenja najmanje tri najveća zacrnjenja ispušnog plina pri uzastopnim ubrzanjima neopterećenog motora od brzine vrtnje na praznom hodu do najveće brzine vrtnje i izračunavanja srednjeg zacrnjenja ispušnog plina. Radne prostore stanice za tehničke preglede u kojima se obavlja ispitivanje ispušnih plinova moraju biti opremljeni uređajem za odsis ispušnih plinova koji se može postaviti na pod tehnološke linije pokraj izlazne cijevi ispušnog sustava. Uređaj za automatsku obradu podataka s pripadajućim pisačem za ispis zapisnika o ispitivanju ispušnih plinova i vođenje evidencije o obavljenim EKO testovima. Sustav za automatsku obradu podataka mora biti opremljen uređajem za sigurnosnu pohranu podataka. SW program za automatsku obradu podataka koji omogućuje unos svih mjerenih i izračunanih parametara rada motora i ispušnih plinova, ispis službenih zapisnika za ispitivanje ispušnih plinova, te pohranjivanje svih unesenih vrijednosti. Kataloge podataka za ispitivanja ispušnih plinova u tiskanom i elektronskom obliku. Slika 58. Tijek ispitivanja ispušnih plinova na motorima bez katalizatora ili s nereguliranim katalizatorom (BEZ-KAT) Ispitivanja ispušnih plinova benzinskih motora bez katalizatora ili s nereguliranim katalizatorom (BEZ-KAT) Svi benzinski motori koji nisu opremljeni λ-sondom, za potrebe ispitivanja ispušnih plinova svrstavaju se u skupinu motora bez katalizatora ili motora s nereguliranim katalizatorom (BEZ-KAT). Dakle, postojanje λ-sonda je osnovni razlikovni element među benzinskim motorima. Ispitivanja ispušnih plinova se provodi na tehnološkoj liniji u stanici za tehničke preglede, gdje su postavljeni analizatori ispušnih plinova i uređaj za odsis ispušnih plinova. Tijek ispitivanja ispušnih plinova ovih motora zajedno 82

83 sa svim osnovnim radnjama koje je potrebno obaviti prikazan je u blok-dijagramu na slici 58. Tablica 7. Granice najčešćih (uobičajenih) vrijednosti sastojaka ispuha Motori bez bilo kakvog katalizatora CO = 0,5... 3,0 % HC = ppm CO 2 = % O 2 = 0,5... 2,0 % Motori s nereguliranim katalizatorom CO < 0,5 % HC < 100 ppm CO 2 = % O 2 = 0,1... 0,5 % Vrijednosti sastojaka ispušnih plinova koji su navedeni u tablici 7. predstavljaju najčešće (uobičajene) vrijednosti koje se odnose na kakvoću odvijanja procesa izgaranja. Pojedine vrijednosti na nekim vozilima se mogu pojavljivati i izvan navedenih intervala, što ne znači da je izgaranje van optimalnog područja. Stoga se pri ocjeni kvalitete izgaranja prije svega treba postupiti u skladu s uputama proizvođača vozila. Slika 59. Izgled zapisnika o ispitivanju ispušnih plinova BEZ-KAT motora. 83

84 Međutim, iz slike 59. vidljivo je da se pri ispitivanju ove kategorije motora provjerava samo emitirana količina ugljičnog monoksida CO na praznom hodu (n min ) zagrijanog motora. Što se pak tiče zakonskog ograničenja, utrđeno je da na propisanom praznom hodu pogonskog motora SUI ove kategorije, koji je u trenutku ispitivanja zagrijan na radnu temperaturu (koja mora biti iznad 80 o C) količina izmjerenog ugljičnog monoksida CO ne smije biti veća od 3,5 %, ako je vozilo proizvedeno godine ili kasnije, a 4,5 % za vozila koja su proizvedena ili ranije. Na slici 59. prikazan je izgled zapisnika primjera o ispitivanju ispušnih plinova benzinskih motora bez katalizatora ili s nereguliranim katalizatorom. U ovom primjeru vozilo ne prolazi EKO test samo zbog prevelikog udjela ugljikova monoksida CO: 84 iz (crvenom elipsom na slici 60.) označenog se dijela vidi da je dopuštena razina ugljikova monoksida CO za ispitivano vozilo (koje je proizvedeno godine) 3,5 %, a izmjerena 9,7 % Ispitivanje ispušnih plinova benzinskih motora s reguliranim katalizatorom (REG-KAT) Slika 60. Tijek ispitivanja ispušnih plinova na motorima s reguliranim katalizatorom (REG-KAT) Svi benzinski motori koji su opremljeni λ sondom između motora i prvog ispušnog lonca na ispušnom sustavu, za potrebe ispitivanja ispušnih plinova svrstavaju se u skupinu motora s reguliranim katalizatorom ( REG-KAT ). Tijek EKO testa REG-KAT motora zajedno sa svim osnovnim radnjama koje je potrebno obaviti prikazan je u blok-dijagramu na slici 60. Kao što se vidi, nakon uobičajenih radova na identifikaciji vozila, motora i vrsti ugrađenih uređaja, prije mjerenja sastojaka ispušnih plinova, ispitivanom se automobilu treba pripremno zagrijati motor na radnu temperaturu iznad 80 o C. Zatim se obavlja njegovo propuhivanje držeći ga 60 s na više od o/min. Nakon toga se pristupa mjerenju pri brzini vrtnje motora na do o/ min. Mjere se dva bitna parametra udio CO i pretičak zraka λ.

85 Izmjereni pretičak zraka λ mora biti između 0,97 i 1,03, a izmjerena vrijednost ugljičnog monoksida ne smije biti iznad 0,3%. Nakon toga se brzina vrtnje motora spusti na razinu praznog hoda i izmjeri se sadržaj ugljičnog monoksida CO u ispuhu. Tada izmjerena vrijednost ne smije prijeći granicu od 0,5%. Ako su izmjerene vrijednosti unutar dopuštenih granica, vozilo je zadovoljilo na EKO-testu. Nije li automobil zadovoljio, vlasniku vozila treba dati uputu što dalje činiti u vezi s popravkom. Pritom treba imati na umu da se sastav ispušnih plinova uvijek ocjenjuje analizom plinova iza katalizatora. To znači da nije moguće samo na osnovi volumne analize ispušnih plinova procijeniti kvalitetu rada motora. Katalizator dio ispušnih plinova (CO, HC i NO x ) u kemijskoj reakciji s preostalim kisikom (O 2 ) pretvara u manje štetne plinove (među ostalim u CO 2 ). Analizatorom će se izmjeriti uvijek nešto manja vrijednost (CO i HC što je i zadaća katalizatora), ali isto tako će se izmjeriti i nešto manja koncentracija O 2 i nešto veća koncentracija CO 2 nego što to sam motor emitira. Na osnovi izmjerenih vrijednosti moguće je dijagnosticirati samo zajednički učinak stanja katalizatora i kakvoće rada motora. Neki proizvođači vozila su svojedobno upravo u dijagnostičke svrhe svoje motore s reguliranim katalizatorom opremali dodatnim cijevnim izvodom iz ispušne cijevi između motora i katalizatora. Uzimajući ispušni plin iz toga izvoda bilo je moguće utvrditi sastav plinova neposredno iza motora, te na osnovi toga izvesti zaključak o kvaliteti izgaranja u motoru. Međutim, takvo mjerenje nije predmet EKO testa već servisnog ispitivanja. Ako je udio CO, HC i O 2 mali, a udio CO 2 blizu najvećih vrijednosti, motor i katalizator se smatraju ispravnima. Vozila opremljena reguliranim katalizatorom, ako proizvođač svojim uputama nije drugačije naznačio, imaju uobičajen udio plinova i faktora zraka, u granicama kako je prikazano u tablici 8. Vrijednosti sastojaka ispušnih plinova koji su navedeni u tablici 8. predstavljaju najčešće (uobičajene) vrijednosti koje se odnose na kakvoću odvijanja procesa izgaranja i učinkovitost ugrađenog reguliranog katalizatora. Pojedine vrijednosti na nekim vozilima se mogu pojavljivati i izvan navedenih intervala, što ne znači da je izgaranje izvan optimalnog područja. Tablica 8. Granice najčešćih (uobičajenih) vrijednosti sastojaka ispuha Motori s reguliranim katalizatorom CO < 0,5 % HC < 100 ppm CO2 = % O2 = 0,1... 0,5 % λ = 1 ± 0,03 Stoga se pri ocjeni kvalitete izgaranja nadzornici u stanicama za tehničke preglede prije svega oslanjaju na podatke iz uputa proizvođača vozila. 85

86 Slika 61. Izgled analizatora tijekom mjerenja sastojaka ispuha Stanje i sastav izmjerenih količina sastojaka ispušnih plinova ne upućuje samo na podešenost motora nego i na stanje ispušnog sustava, uključujući i katalizator. U tablici 9. daje se prikaz mogućnosti brze ocjene stanja katalizatora, podešenosti motora i stanja ispušnog sustava usporedbom izmjerenih ispušnih plinova i izračunanog pretička zraka λ. Tablica 9. Prikaz ovisnosti razina koncentracije sastavnica ispuha o stanju motora i katalizatora Koncentracija CO HC CO 2 O 2 λ vrlo niska ili nula vrlo niska vrlo visoka vrlo niska ili nula λ = 1 pri bilo kojoj brzini vrtnje motora vrlo niska vrlo niska vrlo visoka visoka viši od jedan normalna visoka vrlo niska niska manji od jedan Ocjena stanja motora i katalizatora motor mehanički ispravan i podešen, izgaranje je optimalno, katalizator je ispravan katalizator je ispravan, najvjerojatnije je ispušni sustav propustan (ili propušta crijevo analizatora) neispravan katalizator, najvjerojatnije zbog neispravne regulacije rada motora Ispitivanje ispušnih plinova dizelskih motora (DIZEL) Pri ispitivanju ispušnih plinova dizelskih motora mjeri se samo zacrnjenje ispušnih plinova (a ne volumenski udio pojedinih plinova kemijski sastav ispušnog plina kao kod benzinskih motora). Zacrnjenje se izražava posebnim parametrom, koeficijentom zacrnjenja k. Granične vrijednosti zacrnjenja ispušnog plina dizelskih motora se razlikuju, ako je motor opremljen prednabijanjem. Pod prednabijanjem se u ovom slučaju ne smatra dinamičko prednabijanje usisnim granama promjenjive duljine (promjenjive geometrije) već samo mehaničko prednabijanje (Rootovo puhalo, spiralni 86

87 kompresor i sl.) ili prednabijanje ispušnim plinovima (turbopuhalo). Tijek ispitivanja ispušnih plinova svih dizelskih motora zajedno sa svim osnovnim radnjama koje je potrebno obaviti, prikazan je u blok dijagramu na slici 62. Kao što se vidi na slici 62, nakon uobičajenih radova na identifikaciji vozila, motora i vrsti ugrađenih uređaja, prije mjerenja sastojaka ispušnih plinova, ispitivanom se automobilu treba pripremno zagrijati motor. Nakon što se motor zagrije na potrebnu temperaturu slijedi kontrola najmanje i najveće brzine vrtnje motora. Najmanja brzina vrtnje kontrolira se tako da se motor nakon zagrijavanja pusti da radi određeno vrijeme na praznom hodu kako bi analizator memorirao tu brzinu vrtnje (slika 63.). Najveća brzina vrtnje mjeri se tako da se motor vrlo laganim pritiskom na papčicu za snagu ubrzava do najveće brzine vrtnje ograničene radom regulatora na Slika 62. Tijek ispitivanju ispušnih plinova na dizelskim motorima ( DIZEL ) visokotlačnoj pumpi ili ograničene računalom motora. Najveću brzinu vrtnje potrebno je zadržati sekundu ili dvije kako bi je analizator memorirao (slika 63.). Nakon toga se može postaviti mjerna sonda u ispušnu cijev. Svi analizatori su obično (radi svoje univerzalnosti) opremljeni dvjema mjernim sondama. Manja sonda je namijenjena za mjerenje zacrnjenja iz ispušnih cijevi lakih vozila, veća sonda za mjerenje zacrnjenja iz ispušnih cijevi teških vozila. Mjernu sondu treba Slika 63. Prikaz rezultata mjerenja najmanje i najveće brzine vrtnje motora tijekom ispitivanja ispušnih plinova na dizelskim motorima 87

88 čvrsto postaviti na ispušnu cijev kako, uslijed pojačanog strujanja ispušnog plina za vrijeme mjerenja, ne bi izletjela iz ispušne cijevi. Slika 64. Prikaz postavljanja mjerne sonde za mjerenje zacrnjenja tijekom ispitivanja ispušnih plinova na dizelskim motorima Zatim se obavlja propuhivanja motora. Izvodi se da bi se motori propuhali do najvećih brzina vrtnje i pritom izbacili svu čađu koja se zbog vožnje u nižim radnim područjima skupila na stijenkama ispušnog sustava. Pri propuhivanju, ubrzanje motora se izvodi jednolikim pritiskom na papučicu za snagu do kraja njenog fizički raspoloživog hoda tj. do postizanja najveće brzine vrtnje motora. Pritiskanje treba trajati oko 1 sekundu. Zadržavanje motora na najvećoj brzini vrtnje treba trajati između 0,5 i 2 sekunde, a nakon toga slijedi slobodno otpuštanje papučice akceleratora. Do sljedećeg slobodnog ubrzanja motora treba pričekati najmanje 15 sekundi, pa opet ubrazavati na isti način. Propuhivanje treba nastavljati sve dok ima učinka, odnosno sve dok se količina dima (zacrnjenje) svakim sljedećim ubrzanjem motora smanjuje. Nakon što se motor dovoljno propuše, može se pristupiti službenom mjerenju stupnja zacrnjenja ispušnog plina. Pritiskanje papučice za snagu obavlja se na isti način kao i pri propuhivanju motora. Papučicu treba stisnuti jednolikom brzinom do kraja njenog fizički raspoloživog hoda, tj. do postizanja najveće brzine vrtnje motora. Pritiskanje treba trajati jednu sekundu. Zadržavanje motora na najvećoj brzini vrtnje smije trajati od 0,5 do 2 sekunde, a nakon toga slijedi slobodno otpuštanje papučice akceleratora. Do sljedećeg slobodnog ubrzanja motora treba pričekati najmanje 15 sekundi, pa opet ubrazavati na isti način. Nakon najmanje tri slobodna ubrzanja motora i mjerenja zacrnjenja, izračunava se srednji koeficijent zacrnjenja. Dobiveni prosjek je rezultat koji mora biti manji od graničnog, koji daje proizvođač vozila u katalogu za EKO test. Mjerenje se treba ponavljati dok se ne dobiju tri uzastopne vrijednosti zacrnjenja koje se međusobno ne razlikuju za više od 0,5 m -1. Ako tvornički podaci za ispitivano vozilo ne postoje u stanici za tehničke preglede, biraju se propisane granične vrijednosti koeficijenta zacrnjenja k, a one su: za dizelske motore bez prednabijanja k 2,5 m -1, a za dizelske motore s prednabijanjem k 3%. 88

89 Slika 65. Nakon mjerenja stupnja zacrnjenja, analizator samostalno izračunava srednju vrijednost stupnja zacrnjenja Kod dizelskih motora računalo će samo na osnovi izračunane srednje vrijednosti obavljenih mjerenja stupnja zacrnjenja ispušnih plinova ocijeniti prolazi li vozilo EKO test. Ako je ta vrijednost veća od proizvođačke (ili ako je veća od zakonom propisane vrijednosti za ispitivani tip motora), vozilo će biti proglašeno neispravnim na EKO testu. Slika 66. Izgled zapisnika o EKO testu DIZEL motora 89

90 Svi ostali mjereni podaci (temperatura ulja, brzina vrtnje, pojas rasipanja rezultata mjerenja) kao i odgovori na pitanja o vizualnoj kontroli dijelova motora nemaju utjecaj na ispravnost vozila na EKO testu već služe samo kao preporuke vozaču vozila da i s tim dijelovima ili rezultatima nije sve bilo u redu. Na kraju se ispisuje Zapisnik o ispitivanju ispušnih plinova motornih vozila EKO test, prikazan na slici Ispitivanje transmisije automobila Kada se želi imati dokaz o opterećenju prijenosnika snage, ili u nekoj fazi projektiranja provjeriti neke parametre koji se ne mogu računski dokazati, tada je jedini način ispitati prijenosnik ili neki njegov dio na ispitnom uređaju u realnim ili sličnim uvjetima. Općenito za zupčaničke prijenosnike mogu se ispitivati čvrstoća korijena i boka, ili uvjeti podmazivanja. Kada se radi o korijenu zuba, odnosno ispitivanju dinamičke izdržljivosti materijala, koriste se u najjednostavnijim slučajevima dinamički pulzatori istosmjernim opterećenjem zuba zupčanika. Osim ispitivanja značajki opteretivosti, ponekad je potrebno obaviti i neka druga ispitivanja (kao što su npr. buka i vibracije). Određeni nacionalni standardi imaju i normirane postupke ispitivanja, kao što je na primjer FZG test prema DIN 51354, RYDER test prema ASTM D 6000, IAE test IP 166, itd. 90 Slika 68. Ispitivanje čvrstoće korijena zuba zupčanika na pulzatoru, lit. [22]

91 Ako se žele dobiti točniji pokazatelji nosivosti, uzimajući u obzir veći broj utjecajnih čimbenika, ispitivanje se mora provesti u uvjetima što sličnijim onima koji će biti tijekom uporabe. To se postiže tako da se već izvedeni prijenosnici ili njihovi modeli podvrgavaju određenim radnim opterećenjima, čime se simuliraju ekspioatacijski uvjeti. Transmisija kod automobila ima zadaću prijenosnika snage, odnosno mehaničke energije od zamašnjaka motora SUI do pogonskih kotača. Zbog toga, svaki probni stol za ispitivanje transmisije mora omogućiti tok mehaničke energije u koji se uključuje ispitivani sklop transmisije. Drugi je zahtjev da mora biti osigurana mogućnost reguliranja energetskog toka, tako da je to sukladno standardnim uvjetima uporabe transmisije. Tok mehaničke energije, odnosno snage, definiran je produktom opterećenja i brzine za slučaj pravocrtnog gibanja, tj. P = F v, a za rotacijsko gibanje vrijedi P = M ω. Opterećenje u transmisiji je posljedica aktivnog djelovanja pogonskog agregata vozila, tj. pogona i reakcije koja dolazi od sredine kroz koju se automobil giba, tj. vanjskih otpora gibanja svedenih na pogonske kotače automobila. Pri simulaciji takve eksploatacijske situacije, projektiraju se i ispitni stolovi, kod kojih se pogon određuje slično pogonu automobila, a vanjski otpori se simuliraju na neki prihvatljiv način. Upravo, s obzirom na način rješavanja spomenutog energetskog toka, razlikuju se dva osnovna tipa ispitnih stolova, i to: otvoreni sustavi i zatvoreni sustavi Uređaji s otvorenim tokom snage Kod otvorenih sustava tok energije započinje izvorom, prenosi se prijenosnim dijelom i završava u energetskom ponoru, sukladno shematskom prikazu na slici 69. Slika 69. Shema otvorenog sustava 91

92 To su konstrukcijsko najjednostavniji uređaji. Izvor energije je pogonski motor. U prijenosni se dio uključuje ispitivani sklop transmisije, tj. ispitivani objekt. Energetski ponor, ili apsorber, predstavlja kočnica simulator radnog stroja, odnosno simulator vanjskih otpora gibanja motornog vozila. Kao pogonski strojevi najčešće se primjenjuju elektromotori (izmjenične ili istosmjerne struje), jer im je najlakše regulirali brzinu vrtnje, odnosno mogu se primjenjivati u širem rasponu brzina vrtnje, nego na primjer motori SUI (koji su bučniji, lošije koriste energiju i stvaraju probleme vezane za odvodnju ispušnih plinova). Za opterećenje izlazne strane prijenosnika najčešće se primjenjuju različite izvedbe kočnica. S obzirom na to da se najveći dio energije koju daje pogonski stroj u kočnici pretvara u toplinu (manji dio i u prijenosniku), ovakvi su uređaji pogodni samo za kratkotrajna ispitivanja. Energetska bilanca ili bilanca snage takvog sistema prikazana je na slici 70. P i P p P k snaga izvora energije snaga ispitivanja snaga kočnice Slika 70. Bilanca snage otvorenog sustava Osnovni nedostatak ovog sustava je njegova mala ekonomičnost, odnosno nezanemarivi energetski troškovi pri ispitivanju pojedinih sklopova transmisije. To dolazi posebno do izražaja pri ispitivanju na režimima maksimalne snage. Posebni problem je što i pogonski agregat i kočnica moraju biti dimenzionirani na punu snagu ispitivanog objekta, što vrlo poskupljuje cijeli uređaj, pa i samo ispitivanje. Iznimka su otvoreni ispitni stolovi s električnom kočnicom generatorom električne struje. Tada se takav ispitni stol kombinira obično i s električnim pogonom. Za pogon se koristi električna energija proizvedena u električnom generatoru koji služi kao kočnica Uređaji sa zatvorenim tokom snage Da bi se smanjila potrebna snaga, pri ispitivanju prijenosničkih parova općenito, pa tako i zupčastih, upotrebljavaju se uređaji sa zatvorenim tokom opterećenja. Ti uređaji imaju velike prednosti s obzirom na prethodno opisane. Zatvoreni tok snage najčešće se postiže na dva osnovna načina: mehanički i električno. 92

93 Konstruktijski je moguće predvidjeti da takvi uređaji rade s konstantnim i promjenjivim opterećenjem Uređaji s mehanički zatvorenim tokom snage Kod zatvorenih sustava tok energije se realizira u mehanički zatvorenom krugu. U taj zatvoreni krug uključuje se i ispitivani objekt. Mehanički krug se zatvara posebno projektiranim elastičnim elementom, odnosno specijalnom spojnicom teretnicom. S pomoću tog elementa moguće je izvana, tijekom mirovanja sustava, unijeti neko torzijsko opterećenje elemenata koji zatvaraju mehanički krug. Na taj se način cijeli sustav napregne nekim unutarnjim opterećenjem, tj. opterećenjem koje vlada unutar zatvorenog sustava. Kao ilustracija može poslužiti shema takvog primjera zatvorenog sustava toka snage za ispitivanje zupčanika na slici 71. Slika 71. Principijelna shema zatvorenog sustava Kao što se vidi, sustav za ispitivanje sa zatvorenim tokom snage u prikazanom primjeru, ima dva para zupčanika koji se ispitiju. Međusobno su uzubljeni i povezani vratilima. Cijeli realni sustav ima neku vlastitu elastičnost koja ovisi o parcijalnim elastičnostima svake sastavnice uređaja, odnosno o modulima elastičnosti materijala od kojih su postojeći strojni elememti izrađeni. Teretnica je tako konstruirana i izrađena da dopušta mogućnost uvijanja (tordiranja) vratila pod opterećenjem za određeni kut i u tom se tordiranom položaju poveže s drugim vratilom. Ako se jedna od prirubnica teretnice s obzirom na drugu zaokrene za neki kut i u tom stanju fiksira, u sustavu će se uspostaviti moment uvijanja razmjeran ostvarenoj torzijskoj deformaciji parcijalnih dijelova prekinutog vratila odnosno cijelog sustava. Spajanjem prirubnica u tako opterećenom sustavu, čitav je sustav sa zupčastim parovima prethodno opterećen nekim torzijskim momentom. Ako se tada pogonskim elektromotorom dovede neka kutna br- 93

94 zina, svaki od dva para zupčanika prenosi snagu, razmjerno opisanom načinu, narinutom okretnom momentu i narinutoj kutnoj brzini. Na taj su način svi elementi koji zatvaraju postojeći mehanički krug namjerno izloženi željenom opterećenju M t. Elektromotor će izvana cijeli sustav okretati nekom kutnom brzinom ω i tada dolazi do cirkulacije snage unutar zatvorenog mehaničkog kruga. U ovom se slučaju potrebna snaga elektromotora P m nije snaga ispitivanja za opterećivanje zupčanika, nego je isključivo snaga potrebnu da se svladaju unutarnji otpori pokretanja cijelog sustava (trenje u ležajima i trenje u kontaktu zubaca zupčanika), što odgovara mehaničkom stupnju korisnog djelovanja postojećih prijenosnika snage. Bilanca snage zatvorenog sustava prikazana je shematski na slici 72. Slika 72. Bilanca snage zatvorenog sustava Snaga koja se troši na pokretanje ispitnog stola P m, odnosno snaga koja se troši na ispitivanje, može biti (a uglavnom pri takvim ispitivanjima i jest) višestruko manja od cirkulirajuće snage P c kojoj su izloženi mehanički elementi koji se ispituju u ovom slučaju dva para zupčanika. To ovaj sustav čini neusporedivo ekonomičnijim u samom ispitivanju, od sličnog otvorenog sustava Uređaji s konstantnim opterećenjem u tijeku rada Metode ostvarivanja momenta uvijanja u zatvorenom toku mogu se svesti na vrste i konstrukcijska rješenja sklopa za opterećenje teretnice. Prema načinu rada, teretnice mogu biti: tarne i zglobne. Osnovni oblik jedne tarne teretnice prikazan je na slici 73. Ravne površine prirubnica spojnice na mjestu prekida vratila međusobno se, u mirujućem stanju uređaja, zaokrenu na jedan od mogućih načina (polugom i utegom, pužem itd.) jedna u odnosu na drugu za neki kut uvijanja vratila. U tako zakrenutom stanju vijcima se spajaju dijelovi spojnice, te se među površinama ostvaruje moment 94

95 trenja koji se opire narinutom momentu. Ovaj statički uvedeni moment uvijanja uravnotežuje se reakcijskim momentom sustava. Na slici 73. prikazano je nekoliko varijanti tarnih spojnica teretnice s koničnim i ravnim dodirnim površinama. Slika 73. Neke varijante tarnih spojnica teretnica kao sklopova za unošenje okretnog momenta u zatvoreni tok snage, lit. [22] 1,2 krila spojnice Na slici 74. prikazana je zglobna tertnica. Jedna od prirubnica ima ugrađene posebne vijke čijim se uvijanjem povlači druga prirubnica.time se uneseni moment prenosi oblikom, a ne trenjem kao u prethodnom slučaju. To je svakako prednost, jer nema opasnosti od proklizavanja za vrijeme rada kao kod tarnih veza. Uneseni moment uvijanja kao i njegova kontrola za vrijeme pogona izvodi se obično tenzometarskim mjernim vratilima ugrađenima u tok snage. Kod veze oblikom može se uspostaviti veza kutne deformacije i unesenog okretnog momenta na relativno jednostavan način, pa se tako pojednostavnjuje mjerenje. Slika 74. Zglobna teretnica, lit. [22] 95

96 Navedene teretnice imaju prednost zbog jednostavnosti konstrukcije, lakog unošenja i mjerenja momenta uvijanja i relativno sigurnog održavanja momenta uvijanja na teretnici i za vrijeme ispitivanja. Ovo katkad može bitno smanjiti troškove ispitivanja, jer se eliminira skupa mjerna oprema. Najvažniji nedostatak ovog sustava opterećenja je činjenica da se prijenosnički parovi puštaju u rad i zaustavljaju pri punom opterećenju Uređaji s promjenljivim opterećenjem u tijeku rada Rad s konstantnim opterećenjem je poželjan, ali u praksi nažalost rijedak. Kod promjenjivog se opterećenja u tijeku rada mogu pojaviti i vrlo složeni slučajevi. Opterećivanje promjenljivim opterećenjem sustava može biti prema stupnju složenosti vrlo različito, a prema načinu ostvarivanja razlikuju se određene konstrukcije teretnica kao i njihove karakterestike. Slika 75. Zatvoreni tok snage s ugrađenom teretnicom sa zavojnim žlijebom s mogućnošću promjene opterećenja za vrijeme rada, lit. [22] PS pogonski motor MV1 prvo mjerno vratilo MV2 drugo mjerno vratilo β kut teretnice Na slici 75. prikazana je shema uređaja sa zatvorenim tokom opterećenja opremljenog teretnicom sa zavojnim žlijebom. Na slici je brojkom 1 obilježena teretnica. Na desnom dijelu teretnice izrađena su dva žlijeba u aksijalnon pravcu, a na lijevom dva žlijeba s kutom uspona zavojnice β. Postojanje zavojnog žlijeba, pri aksijalnom pomicanju tijela teretnice, izaziva uvijanje vratila. Aksijalna sila F a, koja preko polužja djeluje na tijelo teretnice, izaziva opterećenje uređaja momentom uvijanja M t : 96 M t = F a D / (2 tg β), gdje je D promjer teretnice na kome djeluje aksijaina sila na kosi žljeb, a a i b krakovi polužja preko kojih se iz sile F dobiva sila F a (prema slici 63.).

97 Prednost je ove teretnice uglavnom u relativno jednostavnoj konstrukciji. Nedostatkom se može smatrati: stalno djelovanje aksijalne sile i velika normalna sila F n pri malom kutu, ili potreba za velikim promjerom tijela teretnice D. Kinematičke značajke planetarnog gibanja zupčanika mogu se iskoristiti za konstrukciju planetarnih teretnica kod kojih se u tijeku rada uređaja može mijenjati opterećenje. Prema kinematičkom rješenju, teretnice mogu biti nepokretne i pokretne. Prema vrsti upotrijebljenih zupčanika, razlikujemo planetarne teretnice s cilindričnim i s koničnim zupčanicima. Kod nepokretnih planetarnih teretnica kućište za vrijeme rada uređaja miruje, dok se svi ostali elementi gibaju. Moment uvijanja u sustavu može se ostvariti zaokretanjem nosača satelita ili središnjeg zupčanika. Na slici 74. prikazan je takav uređaj s nepokretnom teretnicom i cilindričnim zupčanicima. Uvođenje momenta uvijanja ostvaruje se pomoću elektromotora i samokočećeg pužnog para. Slika 76. Shema teretnice s planetarnim prijenosnicima, lit. [22] Nepokretna planetarna teretnica s koničnim zupčanicima prikazana je u sustavu uređaja na slici 77. Opterećenje se ostvaruje zakretanjem kućišta, odnosno planetarnim gibanjem satelita. 97

98 Slika 77. Planetarna teretnica s koničnim zupčanicima (tlocrt), lit. [22] Uređaji s elekrički zatvorenim tokom snage Slika 78. Način rada električki zatvorenog toka snage pri ispitivanju prijenosnika, lit. [22] PS pogonski stroj MV1 ulazno mjerno vratilo P prijenosnik MV2 izlazno mjerno vratilo G generator električne struje R regulacijski uređaji Takvi su uređaji konstrukcijski vrlo slični uređajima s otvorenim tokom snage, kao što je to prikazano u poglavlju Umjesto mehaničkih ili hidrauličnih kočnica koje imaju ulogu radnog stroja, ovdje upotrebljavamo generatore istosmjerne struje. Pomoću regulacijskih uređaja ova se električna energija transformira u mrežnu energiju napajanja, te se na taj način iskorištava (vraća u mrežu). Najpovoljnije je u ovom slučaju da je pogonski stroj elektromotor (ali to ne mora biti uvjet). Prikazani se stol za ispitivanje prijenosnika snage transmisije sastoji od elektromotora i generatora, oba s 20 kw nazivne snage pri o/min i momentom 98

99 od približno 150 Nm. Elektromotor i generator se upravljaju frekvencijskim regulatorom. Između njih se nalazi ispitivani mjenjač (ili bilo koji drugi prijenosnik snage). Na ulaznom i izlaznom vratilu mjenjača nalaze se indukcijski senzori za mjerenje momenata. Broj okretaja se može mjeriti i na motoru i na kočnici. Slika 79. Ispitni stol s mehanički otvorenim (a električki zatvorenim) tokom energije Ispitni stolovi za mehaničke transmisije Pri ispitivanju mehaničkih transmisija uglavnom se provjerava: realizirani koncept transmisije ili nekog njenog sklopa, ponašanje upotrijebljenih konstrukcijskih materijala, razina buke, šumova, vibracija ili temperature na različitim radnim režimima, kvaliteta izrade i montaže, koeficijenta korisnog djelovanja, odnosno razina mehaničkih gubitaka, kvaliteta primjenjenih sredstava za podmazivanje, hlađenje itd. Posebni zadaci su utvrđeni u fazi razvoja transmisije ili nekog njenog sklopa. To su tada obično ispitivanja sa specijalnom namjenom u funkciji eksperimentalnog razrješenja nekog konkretnog razvojnog problema radi usavršavanja konstrukcije motornog vozila. Ispitni stolovi mogu biti na principu otvorenog ili zatvorenog sustava (sa svim prednostima i nedostacima koje nude ova dva osnovna tipa). 99

100 Slika 80. Stol za ispitivanje mjenjača otvorenog sustava S obzirom na to da su ispitni stolovi uglavnom u zatvorenom prostoru, motor SUI kao pogonski agregat je rijetko u primjeni. Uglavnom se primjenjuju elektromotori izmjenične, a nerijetko i istosmjerne struje, s odgovarajućom regulacijom. Slika 81. Stol za ispitivanje mjenjača zatvorenog sustava Na slici 81. predočena je shema stola za ispitivanje mjenjača koji je izrađen na principu zatvorenog sustava. Sustav zatvaraju dva bočna zupčanička prijenosnika, dva jednaka mjenjača, nekoliko vratila i spojnica za unošenje prethodnog opterećenja. Ugradnja dva mjenjača u zrcalnom položaju potrebna je kako bi se oba bočna prijenosnika mogla povezati na režimu rada s istom brzinom vrtnje. Pritom oba mjenjača moraju biti naravno u istom položaju, tj. u istom stupnju prijenosa. Uglavnom se ispituje jedan mjenjač, a drugi služi kao pomoćni. Spojnica mora biti takve konstrukcijske izvedbe da omogućava unošenje opterećenja u sustav. Mjerenje torzijskog momenta koji se unosi u sustav može se mjeriti raznim senzorima često i mjernim trakama (tenzometrima) nalijepljenima na najpogodnije vratilo u zatvorenom sustavu. 100

101 Ispitni stolovi za hidromehaničke transmisije Kod motornih se vozila, ne često, ali ipak, može naići na primjenu hidrodinamičke transmisije. Ona se tada uglavnom sastoje od tri grupe elemenata: hidrauličnog dijela, mehaničkog dijela i sustava upravljanja. Posebnost u ispitivanju čini hidraulični dio. U njegov sastav ubrajaju se hidrodinamički transformatori (pretvarači obrtnog momenta) i hidrodinamičke spojnice. Većinu najpotrebnijih podataka o hidrodinamičkom prijenosniku snage omogućuje njegova karakteristika. Zato se i najveći dio ispitivanja hidrodinamičkih prijenosnika svodi na određivanje njegove karakteristike. Analizom karakteristike hidrodinamičkog prijenosnika dolazi se do ocjene njegove funkcionalnosti, te se dobiva niz podataka koji su potrebni da bi se započelo s unapređenjem njegove konstrukcije. Za većinu takvih ispitivanja stolovi moraju imati iste elemente kao i stolovi za ispitivanje mehaničkih transmisija. Logična je to posljedice činjenice da obje transmisije (i mehanička i hidrodinamička) imaju istu zadaću na svakom motornom vozilu. To su otvoreni sustavi, sheme vrlo slične prikazanoj na slici 69. Pri ispitivanju se uvijek mjere brzine vrtnje prije ω 1 i iza hidrodinamičke spojnice ω 2 te odgovarajući momenti M 1 i M 2. Na osnovi tih podataka dolazi se do karakteristike hidrodinamičkog prijenosnika snage. Ako program ispitivanja zahtijeva, onda se mjere i neki drugi parametri, kao temperatura ili tlak radne tekućine itd. Takva laboratorijska ispitivanja donekle su slična stvarnim uvjetima jer se za pogonske motore ispitnih stolova upotrebljavaju motori s unutarnjim izgaranjem, kakvi se nalaze na automobilima čije se prijenosnike snage ispituje Ispitivanje eksploatacijskih parametara motornog vozila Stabilnost motornih vozila Stabilnost motornih vozila najčešće se definira kao njihova sposobnost kontroliranog gibanja, bez klizanja i prevrtanja. S obzirom na ravninu u kojoj se ponašanje motornog vozila promatra, razlikuje se uzdužna i poprečna stabilnost. Gubitak uzdužne stabilnosti znači da se pojavilo njegovo nekontrolirano gibanje u pravcu izdužne osi vozila, odnosno klizanje ili njegovo prevrtanja oko prednje ili stražnje osovine. Gubitak poprečne stabilnosti nastaje kao posljedica bočnog klizanja (jedne ili više osovina) ili bočnog prevrtanja. Najčešće sile koje mogu dovesti do nestabilnosti klizanja ili prevrtanja jesu komponenta gravitacije u vertikalnim ravninama (uzdužnoj ili poprečnoj) zbog nagiba ceste, terena (uzdužnog ili poprečnog), 101

102 inercijske sile (uzdužne, pri kočenju ili ubrzavanju vozila, te poprečne, kao što je centrifugalna sila posljedica normalnog ubrzanja, zbog gibanja brzinom većom od kritične u zavoju), vjetar, posebno bočni kod motornih vozila većih bočnih ploha (katni autobusi, tegljači s kontejnerskim priključnim vozilima,...) nalet drugog vozila, sudionika u prometu na javnim cestama, itd. Navedene destabilizirajuće sile se u konkretnom događaju nestabilnosti moraju uravnotežiti stabilizirajućom. Vanjske sile koje imaju tendenciju prevrtanja vozila moraju se uravnotežiti ukupnom težinom vozila i položajem težišta. Sile koje imaju tendenciju izazivanja klizanja uravnotežavat će se silama prianjanja (trenja) u kontaktu kotača i podloge. Poznato je da do pojava klizanja (i proklizavanja) dolazi u horizontalnoj ravnini, podjednako u oba pravca uzdužnom i poprečnom. Kad je u pitanju prevrtanje vozila, onda se može tvrditi da je ono neusporedivo češće poprečno (na bok) nego uzdužno (oko neke od osovina). Iz svega navedenog nameće se zaključak da će poremećajne sile koje dovode do nestabilnosti automobila biti posljedica aktualne prometno-eksploatacijske situacije. Načelno, s aspekta sigurnosti, iskustvo dokazuje da su posljedice prevrtanja motornog vozila uvijek s neugodnijim ishodom negoli posljedice klizanja. To i jest glavni razlog zašto se sprječavanju prevrtanja automobila posvećuje veća pozornost. U svrhu mogućnosti ocjenjivanja i uspoređivanja stabilnosti različitih automobila, posebno otpornosti motornog vozila na prevrtanje, definiran je posebni parametar, koeficijent statičke stabilnosti KSS (engl. Static Stability Factor SSF): KSS = s / (2*h T ), gdje je s širina automobila, a h T visina centra mase (težišta). Taj se parametar često primjenjuje i u kategorizaciji sigurnosti automobila. Tako je početkom ovog stoljeća američki Nacionalni ured za sigurnost prometa NHT- SA (National Highway Traffic Safety Administration) definirao kriterij o dodjeli broja zvjezdica za stabilnost automobila u ovisnosti o iznosu koeficijenta statičke stabilnosti što više zvjezdica, stabilnije motorno vozilo (tablica 10.). Tablica 10. Kriterij za dodjelu zvjezdica sigurnosti prema iznosu koeficijenta statičke stabilnosti KSS iznad 1.45 od 1.25 do 1.44 od 1.13 do 1.24 od 1.04 do 1.12 ispod 1.03 Broj zvjezdica 102

103 Raspored mase automobila kao jedan od konstrukcijskih parametara motornog vozila, očigledno je da će imati izuzetan utjecaj na njegovu stabilnost. Raspored mase motornog vozila se najjednostavnije definira položajem centra mase (težištem) vozila. Potrebno je podsjetiti da je položaj centra mase eksploatacioni parametar koji se tijekom uporabe automobila mijenja npr. ovisi o broju putnika (kod putničkih vozila), količini i rasporedu tereta (kod teretnih vozila) itd Određivanje položaja centra mase (težišta) vozila Jedan od važnijih parametara koji izravno utječe na stabilnost motornog vozila jest položaj njegova težišta. Zato je, kad se ispituje i statička i dinamička stabilnost automobila, nužno poznavati ovaj parametar. Slika 83. Mjerenje osovinskog opterećenja Pri određivanju položaja centra mase, odnosno težišta, najprije se mjerenjem na vagama izmjere osovinska opterećenja, odnosno vertikalno opterećenje ispod svakog kotača. Ako su poznate međuosovinske udaljenosti (ako ne, izmjere se) i razmak između kotača (trag kotača), može se proračunom doći do položaja težišta u horizontalnoj ravnini. Vrlo je bitno, pri mjerenju vertikalnih opterećenja, da se provjeri je li postignut potpuno vodoravni položaj automobila na vagama. Iz uvjeta jednakosti sume momenata oko točke koja se nalazi ispod kotača stražnje osovine, za slučaj ravnoteže vodoravnog automobila na vagama, dobiva se, prema slika 83.: G 1 L = G l 2. Odatle je udaljenost od centra mase do osi stražnje osovine: l 2 = L G 1 / G. 103

104 Time je definirana i udaljenost centra mase do osi prednje osovine: l 1 = L l 2. Na sličan se način dobiva položaj centra mase, odnosno težišta po širini vozila. Iz uvjeta jednakosti sume momenata za slučaj ravnoteže vodoravnog automobila na vagama, dobiva se, prema slika 84.: G L S = G s D. Odatle je udaljenost od centra mase do osi desnih kotača: s D = S G L / G. Time je definirana i udaljenost centra mase do osi lijevih kotača: s L = S s D. Slika 84. Mjerenje za određivanje položaja centra mase po širini Pri određivanju položaja centra mase (težišta) po visini, potrebno je podići jednu osovinu vozila za određenu visinu, tako da se dobije nagib α. Prethodnim mjerenjem (kad je automobil bio u vodoravnom položaju) izmjerena je ukupna težina automobila G i položaj centra mase (težišta) po dužini vozila l

105 Pri podizanju stražnje osovine automobila dolazi do preraspodjele težine i promjene statičkih reakcija podloge. Treba izmjeriti vertikalno opterećenje ispod prednje osovine G 1 * i kut za koji je u tom položaju automobil nagnut α (kutomjerom s libelom). Slika 85. Mjerenje za određivanje položaja centra mase po visini Za određivanje visine centra mase (težišta) h T, može se postaviti suma momenata za točku u osi kotača stražnje osovine, prema slika 85., pri čemu je radijus kotača r k, tako da se dobiva l 2 G cosα + (h T r k ) G sinα G 1 * L cosα= 0 Odatle je visina centra mase, odnosno visina težišta h T = (G 1* / G) L ctg α l 2 ctgα + r k Primjer izračuna položaja centra mase, odnosno težišta jednog automobila, nakon mjerenja na vagi vertikalnog opterećenja svakog njegovog kotača, navodi se u Prilogu br. 3. ove knjige Ispitivanje buke i vibracija Osnovno o automobilskoj buci Pri radu automobilskog motora i tijekom kretanja motornog vozila nastaje buka. Bukom se naziva zvuk koji smeta čovjeku ili ga uznemirava. Izvor buke može biti svaki vibrirajući predmet koji je dostigao određenu frekvenciju. U neposrednoj okolini vibrirajućeg predmeta stvara se zvučno polje koje se prostire i koje se obično mijenja tijekom vremena u ovisnosti o odabranom režimu rada motora, odnosno motornog vozila. 105

106 Osnovni generatori buke kod automobila su motor, zatim agregati transmisije, kotači i nadgradnja (karoserija). Buka motora nastaje pri periodičnoj izmjeni opterećenja zbog rada klipnog mehanizma, zbog rada razvodnog mehanizma sa svim ventilima i drugim pokretnim dijelovima motora, te kao posljedica vibracija u procesu rada usisnog i, posebno, ispušnog sustava (kolektora). Upravo se ispušni sustav motora SUI javlja često kao najmoćniji izvor buke. Razina buke uvijek raste s porastom brzine vrtnje motora, te s porastom opterećenja. Nadalje, dizel motori su bučniji u radu od benzinskih, kao što se zna da su motori s neposrednim hlađenjem ( zračnim ) bučniji od motora s posrednim hlađenjem ( vodenim ). Pri radu sklopova transmisije buka nastaje poglavito uslijed vibracija tijekom rada zupčanika u zahvatu te zbog neke nepreciznosti u njihovoj izradi. Određeni utjecaj na razinu buke može imati i vrsta nadgradnje (karoserije) automobila, odnosno njena konstrukcija. S obzirom na to da buka djeluje, ne samo na radnu sposobnost ljudi, nego i na njihovo zdravlje, postavljene su norme (standardi) koje ograničavaju najvišu dopuštenu razinu buke, te način njezinog mjerenja. Mjeri se buka unutar vozila i buka izvan vozila, tj. buka koju vozilo emitira u vlastiti okoliš. Vanjska buka mjeri se mikrofonima koji su postavljeni kraj ceste kojom ispitivani automobil prolazi. Buka unutar vozila mjeri se mikrofonima koji se postavljaju na propisana mjesta prostora namjenjenog vozaču putnicima. Uvjeti realizacije ispitivanja, dopuštene razine buke i način postavljanja mikrofona propisani su: Pravilnikom o homologaciji vozila ( Narodne novine br. 15/02, 88/02, 28/03 i 107/03) i Naputkom za provođenje postupka homologacije vozila ( Narodne novine br. 15/02). Intenzitet buke ocjenjuje se razinom zvučne sile ili razinom zvučnog tlaka. Zvučni tlak je odstupanje atmosferskog tlaka u nekoj točki prostora od njegove ravnotežne vrijednosti. 106 Slika 90. Prostiranje zvučnog tlaka

107 Slika 91. Tipične vrijednosti zvučnog tlaka koji uzrokuju na slici prikazani izvori Čovjek čuje zvučne tlakove između 10-5 i 10 2 Pa. S obzirom na to da omjer tih tlakova iznosi 10 7 :1, prikaz djelovanja ovim parametrom zbog njegove prevelike preciznosti prilično je nepraktičan. Zato je za ocjenu razine buke uveden pojam razine zvučnog tlaka L. On predstavlja logaritam odnosa srednje kvadratne vrijedosti odnosa izmjerenog tlaka p i veličine tlaka na pragu čujnosti p o : L = 20 log (p/p o ). Razina izmjerenog zvučnog tlaka mjeri se u decibelima (db). Slika 92. Odnos linearnih i logaritamskih veličina zvučnog tlaka 107

108 Za pretvorbu između linearnih i logaritamskih vrijednosti tlaka u praktičnom se radu uglavnom koriste odgovarajući dijagram kao na slici 93. ili tablica 12. Slika 93. Dijagram pretvorbe između linearnih i logaritamskih veličina zvučnog tlaka Tablica 12. Pretvorba linearnih i logaritamskih veličina zvučnog tlaka Pressure Ratio db + Pressure Ratio Pressure Ratio db + Pressure Ratio

109 Inače, buka predstavlja složen zvuk sastavljen od niza jednostavnih zvukova, različite frekvencije i različitih amplituda. Zato se za njegovo potpuno određivanje služi zvučni spektar. Ljudsko uho može čuti samo dio zvučnih frekvencija, a i na one koje je sposobno registrirati različito reagira. Tablica ECE propisa EU o razini buke motora prikazana je prema Pravilniku R za vozila kategorije M i N, iz godine, kad je započeo nadzor nad ovim parametrom onečišćenja okoliša. U Hrvatskoj je od na snazi Pravilnik R koji je još nešto stroži, što se vidi u tablici 13. Tablica 13. Granične vrijednosti dopuštene razine buke za razne kategorije motornih vozila KATEGORIJA VOZILA Granične vrijednosti db(a) ECE R51.01 ECE R51.02 Vozila za prijevoz putnika koja imaju više od devet sjedala uključujući vozačko sjedalo; vozila za prijevoz tereta najveće mase ne veće od 2 t najveće mase veće od 2 t, ali ne veće od 3,5 t Vozila za prijevoz tereta najveće dopuštene mase veće od 3,5 t snage motora manje od 75 kw snage motora veće od 75 kw, ali manje od 150 kw snage motora 150 kw ili veće Ispitivanje buke Ispitivanje buke tijekom razvoja nekog motornog vozila može se izvoditi, kao i razna druga ispitivanja, u stacionarnim (laboratorijskim) i cestovnim (poligonskim) uvjetima. Laboratoriji za ispitivanje buke motornog vozila posebno su uređene prostorije od kojih se očekuje da radni prostor zvučno izoliraju od okoliša i osiguraju mogućnost laboratorijskog simuliranja što realnijih uvjeta uporabe vozila. Zvučna izolacija takvog prostora postiže se u tzv. gluhim komorama, prostorijama čiji su zidovi obloženi posebnim građevnim materijalom koji sprječava prolazak zvuka i vibracija u radni prostor (i iz njega), kako se vidi na slici 94. Na slici se mogu uočiti i valjci za simulaciju otpora gibanja (na kojima je automobil), ventilator za simulaciju otpora zraka, te druga mjerna oprema i uređaji potrebni pri ispitivanju buke. Izvan laboratorija, buka koju proizvodi motorno vozilo ispituje se u dva tipična režima uporabe: 109

110 110 Slika 94. Jedna od većih gluhih komora na svijetu u razvojnom laboratoriju austrijskog poduzeća AVL (Anstalt für Verbrennungskraftmaschinen List) u mirovanju i u gibanju. U oba slučaja su propisani uvjeti koji moraju biti ispunjeni i koji jamče usporedivost rezultata različitih ispitivanja. Za mjerenje buke vozila u mirovanju treba biti ispunjeno slijedeće: buka okoline mora biti najmanje 10 db(a) ispod razine buke koja se mjeri, pogonski motor mora biti ugrijan na radnu temperaturu, u blizini vozila kojem se ispituje buka ne smije biti nikakve prepreke (zid, drugo vozilo,...) na udaljenosti od najmanje 3 m (kako je prikazano na slici 95.) brzina vrtnje motora mora se mjeriti uređajem koji ima relativnu grešku manju od 3% (ne smije se koristiti obrtomjer koji je ugrađen u vozilo), položaj uređaja za mjerenje buke ( fonometra ) ovisi o izvedbi ispušnog sustava, a treba biti u skladu sa shemom na slici 95; samo mjerenje obavlja se pri brzini vrtnje motora koja je na 3/4 brzine vrtnje pri najvećoj snazi pogonskog motora;

111 Slika 95. Prikaz propisanih položaja fonometra za različite izvedbe ispušnog sustava mjerenje kuta osi fonometra od 45 o u odnosu na os ispušnog lonca mjerenje udaljenosti fonometra od izlaza ispušnog lonca Izmjerena udaljenost (0.5 m) fonometra do izlaza ispušnog lonca Slika 96. Prikaz određivanja položaja fonometra pri mjerenju buke ispušnog sustava vozila kad se dostigne ta brzina vrtnje motora, papučica akceleratora ( gasa ) mora biti što je moguće brže vraćena u početni položaj ( lehr gas ); priprema za mjerenje n = n min ubrzavanje motora, brzina vrtnje n raste početak mjerenja n = 0,75*n Pemax Slika 97. Prikaz promjene brzine vrtnje motora tijekom mjerenja buke kraj mjerenja n = n min emitirana buka se mjeri od trenutka kad se brzina vrtnje ustali na 3/4 brzine vrtnje pri najvećoj snazi pogonskog motora do trenutka kad motor postigne brzinu vrtnje praznog hoda; rezultat mjerenja je najveća izmjerena vrijednost buke prilikom ispitivanja. 111

112 Slika 98. Prikaz mjerenja brzine vjetra anemometrom tijekom ispitivanja buke automobila Za mjerenje buke vozila u pokretu treba biti ispunjeno sljedeće: 112 Slika 99. Prikaz propisanih položaja fonometra pri mjerenju buke pokretnog vozila buka okoline mora biti najmanje 10 db(a) ispod razine buke koja se mjeri, pogonski motor mora biti ugrijan na radnu temperaturu, brzina vrtnje motora mora se mjeriti uređajem koji ima relativnu grešku manju od 3% (ne smije se koristiti obrtomjer koji je ugrađen u vozilo), pneumatici na automobilu moraju biti oni koji su predviđeni za ugradnju na ispitivano motorno vozilo, te u njima mora biti propisani tlak zraka, mikrofoni za mjerenje buke postavljaju se prema određenim pravilima, a trebaju biti u skladu s prikazanom shemom na slici 99.

113 Slika 100. Prikaz kontaktnog mjerenja temperature ceste pri ispitivanju buke pokretnog vozila Ispitno vozilo prilazi liniji fonometara Ispitno vozilo prelazi liniju fonometara Ispitno vozilo prolazi liniju fonometara Ispitno vozilo odlazi iz zone mjerenja buke Slika 101. Prikaz mjerenja buke pokretnog vozila Izmjerena vrijednost buke vozila u mirovanju Izmjerena vrijednost buke vozila u pokretu Slika 102. Prikaz izmjerenih vrijednosti buke motornog vozila Po završenom ispitivanju sastavlja se izvještaj o obavljenim mjerenjima i dobivenim rezultatima. Uobičajeno je da takav izvještaj čine slijedeći dijelovi: a. uvodni dio, koji sadrži opće podatke o mjerenju (tko je naručitelj, uvjeti ispitivanja,...) b. podaci o vozilu i. tehnički podaci o vozilu ii. podaci o pogonskom motoru iii. podaci o transmisiji prijenosu snage c. podaci o mjernoj opremi 113

114 d. podaci o mjestu i uvjetima ispitivanja e. podaci o rezultatima ispitivanja i. razina buke koju emitira vozilo u mirovanju ii. razina buke koju emitira vozilo u kretanju f. zaključna ocjena ispitivanja Primjerak takvog tehničkog izvještaja o obavljenom ispitivanju buke jednog gospodarskog vozila obavljenog u institutu Centra za vozila Hrvatske u Velikoj Gorici prikazan je u prilozima uz ovu knjigu, kao Prilog 5. Ustanovi li se tijekom prikazanog ispitivanja buke nekog konkretnog motornog vozila da je ona iznad dopuštenih granica određenih propisima, emitirana buka u okoliš se mora smanjiti. Pritom je svakako prvi korak dijagnosticirati i pronaći najintenzivnije generatore buke na automobilu. Nakon toga, buke se može smanjiti načelno na dva načina: 1. djelovanjem na generator buke s ciljem njegova utišavanja, ili 2. njegovom izolacijom. Najučinkovitija su rješenja obično ona koja koriste kombinaciju oba ta načina djelovanja. Upravo na osnovi takvih izvedbenih svojstava automobila razlikuju se pojedine kategorije motornih vozila jedna od druge i označavaju pripadnost određenoj klasi. Načelno, tiša su vozila uvijek udobnija, ali i skuplja. Postupak utišavanja i zvučne izolacije glavnih generatora buke uobičajeno već provodi većina uglednijih proizvođača motornih vozila. To se područje posebno odnosi na osobne automobila i autobuse, ali danas sve češće i na druga razna komercijalna vozila. Ponekad se na tržištu nudi ispunjavanje i dodatnih želja zahtjevnijih kupaca, koji traže dodatnu zvučnu izolaciju svojih motornih vozila. U tu se svrhu koriste posebno dizajnirani i izrađeni kompleti opreme. Jedan takav komplet za izolaciju najglasnijih generatora buke (motor i glavni prijenosnici snage transmisije) je na fotografijama, slika 103. i 104. Ugradnjom takvog kom- 114 Slika 103. Komplet dijelova za zvučno izoliranje pogonske grupe pripremljen za ugradnju u jedan kamion

115 pleta opreme za zvučnu izolaciju pogonske grupe na jednom kamionu, buka konkretnog vozila smanjena je s nedopuštene razine na razinu ispod maksimalnih granica koje su propisane zakonom, odnosno odgovarajućim homologacijskim pravilnikom. Mjerenje buke je obavljeno u institutu Centra za vozila Hrvatske u Velikoj Gorici. Slika 104. Pogled na pogonsku grupu jednog komercijalnog motornog vozila prije i nakon ugradnje dijelova za zvučnu izolaciju Osnovno o automobilskim vibracijama Pri mjerenju buke obično se mjere i vibracije, koje nastaju tijekom rada i koje se prenose na sve dijelove automobila, pa i na osobe koje se prevoze, odnosno na ono što se prevozi. Predmet ispitivanja ne mora biti cijeli automobil, nego samo neki njegov dio, ako je identificiran kao generator neželjenih vibracija. Jedna od takvih sastavnica je svakako motor SUI. Poznato je da vibracije motora nastaju kao posljedica periodične izmjene tlaka radnih plinova u prostoru za izgaranje cilindara te u dijelovima za pripremu i odvođenje radnih plinova (zraka na usisu i ispušnih plinova u ispušnom traktu), odnosno zbog inercijskih sila masa pokretnih dijelova motora. One nastaju i pri radu većine sklopova transmisije. Vibracije se prenose na noseću konstrukciju podvozja i na nadgradnju (karoseriju). Mjere se neposredno na motoru ili dijelovima nadgradnje na podu, na nosećim stijenama itd. Mjerenje vibracija obavlja se pri minimalnoj stabilnoj brzini vrtnje koljenastog vratila motora, te na tipičnim režimima rada njegovih osnovnih radnih karakteristika (brzinskoj, teretnoj). Oprema i mjerni lanci za mjerenje vibracija su vrlo slični opremi za mjerenje buke, samo što se umjesto mikrofona upotrebljavaju odgovarajući senzori vibracija. To se opet u konačnici svodi na mjerenje mehaničkih veličina električnim putem. Pri ispitivanju vibracija mjere se pomaci, brzine i ubrzanja pomno odabranih točaka, te frekvencije nastalih vibracija. Rezultate provedenih ispitivanje uvijek upotpunjuju grafički prikazi, dijagrami s pomoću kojih se iskazuju snimljeni podaci tijeka promjene vibracijskih ubrzanja 115

116 na različitim pozicijama motora i vozila pri raznim brzinama kretanja automobila, ili pri različitim režimima rada motora. Ako je pak predmet ispitivanja cijelo motorno vozilo, onda se najčešće polazi od pretpostavke da je osnovni generator vibracija gibanje automobila po manje ili više neravnoj cesti, terenu, tlu. Načelno, izučavanje a sukladno tome i ispitivanje vibracijskih problema motornih vozila svodi se na proučavanje i optimizaciju: o vibracijske udobnosti, o stabilnosti vožnje (dinamičkih opterećenja podloge) i o dinamičkih opterećenja i čvrstoće konstrukcijskih sastavnica motor- nog vozila. Pri planiranju mjerenja u ispitivanju vibracijskog sustava motornog vozila polazi se od postavljenog cilja i sukladno tome odabire odgovarajuća metoda, oprema, Sve to treba osigurati mogućnost mjerenja svih relevantnih parametara za koje se procijeni da mogu imati utjecaj na istraživani problem. Najčešći su utjecajni parametri o kojima ovisi vibracijsko ponašanje nekog motornog vozila tijekom uporabe, podijeljeni u tri skupine s obzirom na mjesto, odnosno uzrok nastanka: 1. vozilo o veličina ogibljene mase, o njen moment inercije, o parametri elastičnih elemenata oslanjanja automobila, o parametri prigušnih elemenata oslanjanja automobila, o parametri trenja oslanjanja automobila, o veličina neogibljenih masa, o parametri njihova rasporeda, o parametri pneumatika, o parametri sjedala vozača (i drugih putnika), o parametri oslanjanja motora na podvozje, te o parametri drugih dijelova automobila koji se pojavljuju kao značajni generatori vibracija; 2. poremećaj o parametri profila ceste (terena), o neuravnoteženost kotača i o sile i momenti motora i drugih uređaja na motornom vozilu koji se pojavljuju kao značajni generatori vibracija; 3. brzina vozila o brzina gibanja, o režim rada motora (broj okretaja koljenastog vratila) i o brzina vrtnje kotača. Najčešće mjerne veličine za ocjenu vibracijskih pojava tijekom uporabe motornog vozila su: 116

117 a. vibracijska udobnost o ubrzanje, o parametri načina djelovanja, o frekvencija; b. stabilnost vožnje o odnos dinamičkog i statičkog opterećenja; c. opterećenje elemenata motornog vozila o pomaci, o sile i momenti, o naprezanja, o deformacije, o parametri statistike i vjerojatnosti Ispitivanje vibracijske udobnosti Ljudski organizam različito podnosi vibracije kojima je izložen tijekom uporabe motornih vozila. Brojna ispitivanja pokazuju da su osnovni parametri za ocjenu vibracijske udobnosti frekvencija i iznos maksimalnih ubrzanja vibracija. Mehanički promatrano i čovjek predstavlja vrlo složen vibracijski sustav. Ispitivanja vibracijskog ponašanja ljudskog tijela pokazuju da pojedini vibracijski podsustavi imaju određene karakteristike koje su važne za ljude. Pokazuje se, naime, da harmonijske vibracije kojima je izložen čovjek izazivaju harmonijske vibracije ljudskog tijela s istim frekvencijama, ali s različitim amplitudama. Sva ispitivanja potvrđuju da je glavno rezonantno područje čovjeka u intervalu frekvencija između 4 i 5 Hz. Podatak se odnosi na čovjeka i u sjedećem i u stojećem položaju. Čovjek je u pokretnom automobilu izložen translatornim vibracijama u sva tri pravca i kutnim vibracijama oko sve tri osi. On sve te vibracije na različite načine opaža. Pokazalo se i to da je ljudsko opažanje različito i za različite pravce i za različita ubrazanja pri različitim frekvencijama. Pri optimizaciji vibracijskih parametara motornih vozila polazi se od pretpostavke da je pravocrtno gibanje prevladavajući oblik gibanja tijekom njihove uporabe, te da je pritom dominantni generator vibracija kretanje po (manje ili više) neravnoj cesti, terenu. Budući da su u tom slučaju najizraženiji vertikalni pomaci, odnosno vertikalne vibracije, najveći dio istraživanja ove oblasti tehnike odnosio se na istraživanje utjecaja vertikalnih vibracija na čovjeka. U takvim je istraživanjima i danas uobičajena subjektivna metoda, koja se sastoji u angažiranju osoba koje se dragovoljno izlažu takvim situacijama i onda istraživačima opisuju vlastite dojmove. Preko posebno konstruiranog uređaja sjedala koje vibrira na različite, ali kontrolirane načine ispitanici se izlažu vibracijama 117

118 različitih frekvencija i amplituda. Zadatak je ispitanika da pokuša upamtiti što je doživio i potom ocijeni ono što je zapamtio, a odnosi se na udobnost. Ocjene su bile tipa 0. ne opaža se 1. upravo se opaža 2. dobro se opaža 3. jako se opaža 4. neugodno (ali još podnošljivo) 5. suviše neugodno (nepodnošljivo) Rezultati jednog takvog istraživanja predstavljeni su dijagramom na slici 105. Slika 105. Dijagram ocjena opterećenja ispitanika s obzirom na vrijeme izloženosti vibracijama, lit. [26] Temeljem dijagrama na slici 105. može se zaključiti sljedeće: a. čovjek je vrlo osjetljiv na sasvim niske frekvencije u intervalu od 0.3 do1.0 Hz; b. između 1.0 i 3.0 Hz čovjek podnosi maksimalna ubrzanja pri istom nivou opterećenja; c. maksimalna vrijednost podnošljivih ubrzanja nalazi se između 1.5 i 2.5 Hz, što znači da je u tom intervalu čovjekovo opažanje najlošije, jer mu tada takve vibracije najmanje smetaju; d. između 3.0 i 5.0 Hz pojavljuje se nagli pad podnošljivih ubrzanja (bolje opažanje, jer je u tom intervalu čovjek osjetljiv); 118

119 e. pri 4.5 do 5.0 Hz uočeno je glavno rezonantno područje čovječjeg tijela. U tom intervalu frekvencija dolazi do vlastitih vibracija gornjega dijela trupa u odnosu na donji dio, a preko elastične veze trbuha. Kod punijih ljudi dolazilo je do otežanog disanja, praćenog ponekad bljedilom i znojenjem. Kod nekih rasa ljudi ovo rezonantno područje se pomiče prema višim frekvencijama čak do 7.0 Hz. f. između 5.0 i 20.0 Hz podnošljive granice ubrzanja polako opadaju i dostižu relativni minimum na približno 20.0 Hz. g. na 20 Hz pojavljuje se negativan utjecaj (mehaničkog podsustava) nogu, odnosno utjecaj njihovih vlastitih frekvencija; h. između 16 i 25 Hz uočeno je rezonantno mjesto glave, s vratom kao elastičnom vezom. Dolazi do osjećaja boli u vratu. U području od približno 18 Hz pojavljuje se rezonancija očiju. Najčešća je posljedica bila privremeno slabljenje vida i bol u očima; i. na frekvencijama iznad 30 Hz čovjek podnosi veća ubrzanja. Objašnjenje se moglo naći u karakteru prigušenja čovjekove muskulature sjedalnog dijela. Na kraju, treba podsjetiti na temeljni kriterij koji primjenjuju projektanti kojima je stalo do udobnosti korisnika motornih vozila: Opterećenje čovjeka tijekom vožnje u serijski proizvedenom automobilu namijenjenog svjetskom tržištu ne smije ni u kom slučaju biti veće od opterećenja kojem je izložen čovjek pri normalnom pješačenju. Pješačenje je sastavni dio ljudskog bića i od čovjekova postanka postanka ima i kao rad i kao navika bitan utjecaj na ponašanje i reagiranje njegovog organizma. Mjerenjem opterećenja (sila, ubrzanja, ) kojima je čovjek izložen pri normalnom hodu dobivaju se objektivni parametri, jer su potpuno neovisni o iskazu ispitanika i njegovom trenutačnom psihofizičkom stanju raspoloženju, kondiciji, Mjerenjima odgovarajućih parametara i ispitivanjem standardnog ljudskog hoda može se doći i do čovjekove osjetljivosti na translatorne vibracije u drugim pravcima, pa i do osjetljivosti na kutne vibracije oko sve tri osi. Vrlo jednostavno, što je pojedina vrsta vibracija prisutnija u pješačenju, ljudski je organizam na nju naviknutiji i bolje ju podnosi. Polazeći upravo od toga može se tvrditi da čovjek najbolje podnosi vertikalne vibracije. Na uzdužne je nešto osjetljiviji, a najteže podnosi poprečne vibracije. Kvantificirano, ta se osjetljivost može izraziti slijedećim odnosom: a x : a y : a z = 5 : 3 : 2, jer na takav način participiraju vibracije u pojedinim pravcima pri normalnom ljudskom hodu. 119

120 Ispitivanje vučnih svojstava vozila Poznato je da na oblik vučne karakteristike automobila utječu vanjska karakteristika ugrađenog pogonskog agregata (danas je to još uvijek pretežito motor SUI), ali i primijenjena transmisija, odnosno karakteristične dimenzije pogonskih kotača. Vanjskom karakteristikom motora obuhvaćena su sva njegova najvažnije značajke, tj. ona je slika oblika dobivene mehaničke energije koja je stigla do zamašnjaka motora i koja predstavlja prikaz raspoložive energije na ulazu u transmisiju. Kroz transmisiju se neprihvatljiv oblik (prevelika brzina vrtnje i nedovoljni moment) iz motora dobivene energije transformira u oblik koji je potreban na pogonskim kotačima automobila. I pri toj transformaciji, dio raspoložive energije otići će u neželjeni oblik (zagrijavanje transmisije, buka,...), tako da se događa manji ili veći gubitak energije. Onaj dio energije koji dođe do pogonskih kotača u prihvatljivom obliku (brzina primjerena uvjetima na cesti kojom se vozilo kreće i pogonski moment dovoljan da svlada vanjske otpore gibanja) iskoristit će se za obavljanje osnovne funkcije automobila siguran transport s jednog mjesta na drugo. Neki od parametara koji određuju dobivenu raspoloživu energiju za pogon automobila na njegovim kotačima mogu se proračunati, tj. prognozirati, ali neki od njih nisu uvijek jednostavno predvidivi. Zato je nužno u nekim situacijama ispitati konkretni automobil, kako bi se odredile njegove stvarne performanse, odnosno ono čime korisnik automobila zaista raspolaže. Takvo ispitivanje se može obaviti na cesti ili poligonu, ali s obziron na niz dobro znanih pogodnosti koje pružaju stacionarna ispitivanja, pronađena su rješenja koja i to omogućuju. Osmišljeni su, projektirani i proizvedeni uređaji uz čiju se pomoć mogu ispitati automobili i dobiti njihova vučna karakteristika. To su valjci za ispitivanje pogona automobila ili dinamometri. Valjci za ispitivanje pogona automobila Uređaj za ispitivanje pogona namijenjen motornim vozilima s jednim pogonskim mostom ima jedan par valjaka, a namijenjen automobilima s dva pogonska mosta dva para valjaka. Na valjke se postavljaju pogonski kotači, bilo stražnji (slika 106.), bilo prednji (slika 107.) ili svi (slika 108.). Princip mjerenja se zasniva na ubrzanju inercijskih masa valjaka. Određivanjem promjene kutne brzine valjaka jednoznačno se određuje snaga motora na kotačima. U proračun je uključen korekcijski faktor koji u obzir uzima temperaturu zraka i okolišni tlak, tako da se dobivaju jednoznačni podaci ispitivanja koji se mogu uspoređivati neovisno o okolišnim uvjetima. Prije samog ispitivanja potrebno je obaviti određene pripreme: ispod nepogonskih kotača (koji nisu na valjcima) stavljaju se podmetači za sprječavanje neželjenog pomicanja automobila i automobil se snažnim užadima veže za kuke ugra- 120

121 Slika 106. Automobil sa stražnjim pogonom na ispitnim valjcima Slika 107. Automobil s prednjim pogonom na ispitnim valjcima Slika 108. Automobil s pogonom 4x4 na ispitnim valjcima 121

122 đene u pod radionice. Gume su pritom popunjene na za njih propisani pritisak, te se u uređaj upisuje broj podvozja pomoću kojeg se u raspoloživoj bazi podataka dolazi do točnih omjera u sustavu prijenosa snage. Mjerni se uređaj spaja s odgovarajućim elektronskim uređajima automobile. Veoma je važno osigurati odgovarajuće hlađenje motora velikim ventilatorom, kao i odvod ispušnih plinova. Nakon zagrijavanja motora i guma, ispitivanje može početi. Slijedi početno ubrzavanje do 50 km/h, a zatim se mjenjač stavlja u najviši stupanj prijenosa, te se papučica gasa pritisne do kraja kako bi se omogućilo maksimalno punjenje motora. Nakon postizanja najvećega broja okretaja, mjenjač se stavlja u neutralni položaj i tada valjci mjere usporenje koje služi za određivanje otpora u sustavu prijenosa snage. Uz poznate gubitke, izračunava se točna snaga motora na njegovom izlazu (zamašnjaku ili spojnici). 122 Slika 109. Vanjska karakteristika pogonskog motora dobivena na ispitnim valjcima MAHA LPS 3000 s detaljima koji se odnose na okolišne uvjete ispitivanja

123 Cijeli proces ispitivanja i snimanja odabranih ključnih parametara podržan je informatički, odgovarajućim SW za akviziciju bitnih vrijednosti. Svi podaci se spremaju u odgovarajuću bazu podataka i kasnije se standardnim procedurama mogu prikazati na odabranoj periferiji računala (zaslon, printanje...) u željenom obliku. Najčešći su prikazi odabranim standardnim dijagramom kao na slici 109., na kojem je prikazana promjena snage i momenta pogonskog motora u funkciji njegove brzine vrtnje. Predočeni dijagram se odnosi na automobil BMW 530d, s klasičnom mehaničkom transmisijom, a ispitivanje je obavljeno u Institutu CVH u Velikoj Gorici. Iz dobivenog zapisa se može očitati da je u trenucima ispitivanja; izmjerena najveća snaga motora pri 141,6 km/h 3655 o/min P Eng = 181,1 kw, korigirana najveća snaga motora (s obzirom na stanje okoliša) P Norm = 179,3 kw, izgubljena snaga u transmisiji P Drag = 40,5 kw, najveći moment pri 103,8 km/h 2680 o/min M Norm = 553,9 Nm, itd Ispitivanje kočnih svojstava vozila Na kočni proces, odnosno na proces zaustavljanja motornog vozila utječe cjelokupan sustav koji se sastoji od; vozača, automobila i okoliša kojim se vozilo kreće (cesta-teren, gustoća zraka, vjetar...) Svaka od tih satavanica kočnog sustava ostvaruje posebne utjecaje. U ispitivanju kočnih svojstava vozila najčešće se ispituje uređaj za kočenje. Uređaj za kočenje ili kraće kočnice vozila služe za usporavanje i zaustavljanje vozila na siguran način, te zadržavanje vozila u mirovanju. Stoga kočnice izravno utječu na aktivnu sigurnost kretanja vozila. Djelotvorne i pouzdane kočnice omogućuju sigurno zaustavljanje vozila. Mogućnost promjena intenziteta usporenja i ubrzanja vozila utječe na prosječnu brzinu kretanja vozila. Zbog toga je kočna karakteristika vozila dio ukupnih dinamičkih svojstava vozila. Kao što je poznato, uređaj za kočenje na svakom motornom vozilu ima: radnu kočnicu, pomoćnu kočnicu i parkirnu kočnicu, a neke kategorije težih motornih vozila moraju imati i usporivač za dugotrajno kočenje (retarder). Isto je tako poznato da svaka od tih kočnica ima: 123

124 izvršnu sastavnicu (koja neposredno usporava ili zadržava neke pokretne detalje automobila, pa onda i cijelo vozilo) i prijenosnu sastavnicu (koja ima zadaću da vozačevu zamisao, odnosno njegovo djelovanje na ručicu ili papučicu prenese do izvršne sastavnice). Zbog iznimnog utjecaja na aktivnu sigurnost uporabe automobila, kvaliteti se kočnih svojstava motornog vozila uvijek posvećivala posebna pozornost. Danas se od suvremenih uređaja zahtijeva i postiže: visoka učinkovitost djelovanja, ocjenjuje se standardnim kočnim parametrima; dostatan energetski kapacitet, omogućuje višekratno i trajno kočenje automobila, bez pojave pregrijavanja ili promjene kočnih karakteristika, odnosno opadanje sposobnosti kočenja zbog pregrijavanja nužna stabilnost (i upravljivost) pri kočenju, osigurava se podešavanjem kočnih momenata na svakom kočenom kotaču i sprječavanjem njihova blokiranja (danas su takvi uređaji postali dio standardne opreme svih putničkih vozila); visoka pouzdanost, vjerojatnost da će uređaj funkcionirati ispravno u određenim uvjetima; nužna pogodnost za održavanje, vjerojatnost da će uređaj za kočenje biti popravljen i doveden u ispravno stanje u određenim uvjetima održavanja. Ispunjavanjem navedenih zahtjeva obuhvaćena je većina problema koje mora riješiti proizvođač svakog uređaja za kočenje, kakvi se danas susreću na suvremenim motornim vozilima Kočni parametri motornog vozila Postoji širok niz kočnih parametara s obzirom na to što se pomoću njih određuje jedno od najvažnijih svojstava motornih vozila s aspekta aktivne sigurnosti kretanja. Ovdje se navode samo oni najčešći parametri koje treba pri ispitivanju kočnih svojstava izmjeriti, kao što su; sila kočenja F k [kn], usporenje pri kočenju a k [m/s 2 ], put kočenja S k [m], put usporavanja S us [m], zaustavni put S z [m], vrijeme kočenja t k [s], vrijeme zaustavljanja t z [s] itd. 124

125 Kočna sila vozila Pri kočenju općenito, na vozilo djeluju sljedeće sile: težina vozila G, normalne reakcije ispod osovina vozila N 1, N 2, normalne bočne reakcije ispod osovina N u, N v, otpor kotrljanja R k, otpor uspona/kosine R u = G sinα, otpor zraka R z, otpor inercije R i, sila kočenja F k. Pri normalnoj uporabi vozila koristi se radna kočnica. Ukupna sila kočenja vozila radnom kočnicom F k sastoji se od sile kočenja na prednjoj F k1 i sile kočenja na stražnjoj osovini F k2 : F k = F k1 + F k2. Jednadžba kočenja se dobiva iz balance sila koje djeluju u pravcu gibanja motornog vozila, sukladno sliici 110.: F k + R z + R k = R i ± R u. Pozitivni predznak ispred otpora uspona odnosi se na nizbrdicu, a negativni predznak na uspon. Iz prethodne bilance slijedi da je potrebna sila kočenja vozila: F k = R i R k R z ± R u, gdje su otpori kretanja: Ri = δ m a k otpor inercije, a δ koeficijent ubrzavanja rotirajućih masa; m masa vozila; a k usporenje vozila pri kočenju; Rk = f k G cos α otpor kotrljanja, a f k koeficijent otpora kotrljanja; Rz = c w A v 2 otpor zraka, a c w uzdužni aerodinamički koeficijent otpora zraka; A površina vozila; v brzina vozila; Ru = G sin α otpor uspona. Maksimalna sila kočenja iz uvjeta prianjanja između kotača i podloge: F k max = F k1 max + F k2 max F k max = N 1 φ + N 2 φ, N 1 + N 2 = N = G cosα 125

126 Slika 110. Sile na vozilu pri kočenju na nizbrdici G težina vozila R u = G sinα otpor uspona/nizbrdice N 1 normalna reakcija podloge ispod prednje osovine N 2 normalna reakcija podloge ispod stražnje osovine F k1 sila kočenja ispod prednje osovine R k otpor kotrljanja R z otpor zraka R i otpor inercije F k2 sila kočenja ispod stražnje osovine F k max = φ N F k max = φ G cosα F k max = φ G [N] (za α = 0); φ koeficijent prianjanja između kotača i podloge (φ = φ x uzdužni koeficijent prianjanja u pravcu kretanja). Pritom treba voditi računa o jednom detalju ako je sila kočenja veća ili jednaka od maksimalnoj sili kočenja iz uvjeta prianjanja, tj. ako je F k F k max. prestaje kotrljanje kotača, nastaje njegovo blokiranje i klizanje. Blokiranje i klizanje kotača je nepoželjno jer dovodi do gubitka upravljivosti vozila. Raspodjela sila kočenja Prednja se osovina pri kočenju dodatno opterećuje, a stražnja rasterećuje (slika 111.) To znači da su normalne dinamičke reakcije (N 1, N 2 ) promjenjive u odnosu na statičke (G 1, G 2 ). Prema tome, kako bi kotači mogli ravnomjerno kočiti bez zanošenja vozila, sila kočenja osovina treba biti proporcionalna njihovu opterećenju. Stoga slijedi uvjet efikasnosti kočnica: F F k1 k 2 N N

127 Kočenje Kako sila kočenja treba biti u skladu s opterećenjem osovina, u uređaj kočenja stražnje osovine ugrađuje se regulator kočenja koji će sukladno rasterećenju osovine smanjiti tlak kočenja u kočnom cilindru stražnjih kotača. Na taj će se način izbjeći nepoželjno prijevremeno blokiranja stražnjih kotača. Usporenje vozila Iz naprijed pokazanog načina dobivanja sile kočenja vozila F k = R i R z R k ± G sinα, slijedi sila inercije vozila R i. R i = F k + R z + R k ± G sin α. Teoretske vrijednosti kočnih parametara (koje služe za usporedbu i donošenje određenih zaključaka u svezi s provedenim ispitivanjem) određuju se i proračunavaju iz tzv. idealnih uvjeta kočenja, koji se odnose na sljedeće pretpostavke: kočenje se obavlja na idealno ravnom putu, tijekom kočenja svi ostali otpori kretanja su znatno manji od sile koče- nja, tj. takvog su reda veličina da se mogu zanemariti, tako da tijekom kočenja na automobil djeluju samo sile kočenja, tijekom cijelog procesa kočenja automobil je izložen konstantnoj vri- jednosti usporenja a k. U tom slučaju vrijedi da je R z 0, R k 0. Također je sila inercije usporenja vozila s konstantnim usporenjem: R i = δ m a k. Prihvati li se da je i koeficijent priraštaja masa u rotaciji δ = 1 (s obzirom na to da pri blokiranju kotača moment inercije rotirajućih masa preuzima kočni uređaj), dobiva se da je R i G/g a k. Slika 111. Preraspodjela opterećenja na osovine pri kočenju vozila 127

128 Zna li se da je najveća vrijednost sile kočenja vozila određena prianjanjem kotača na cestu, vrijedi i F k max = φ G cosα. Iz naprijed navedene balance sila slijedi: G/g a k = φ G cosα ± G sinα, odnosno, usporenje vozila uzbdo ili nizbrdo je a k = g (φ cosα ± sinα). Na vodoravnoj podlozi najveće moguće konstantno usporenje vozila je: a k = g φ [m/s 2 ] a k 10 φ [m/s 2 ]. Kao što je poznato, koeficijent prianjanja ϕ ovisi o vrsti, kakvoći i stanju ceste. Za njega se mogu pronaći podaci u postojećoj i dostupnoj stručnoj literaturi prikazani u tablici 14., npr. prema lit. [18]. Tablica 14. Granične i prosječne vrijednosti koeficijenta prianjanja ϕ raznih vrsta kolnika Vrsta kolničkog zastora Stanje kolničkog zastora Granične vrijednosti Prosječna vrijednost Beton Suh, nov, grub Suh, star, istrošen, glatki Mokar, star, istrošen, glatki Asfalt Suh, nov, grub Suh, star, istrošen, glatki Mokar, star, istrošen, glatki Makadam Suh, tvrd, prašnjav Vlažan, tvrd, blatnjav Mokar, tvrd, pješčan Snijeg Utrti suhi Rasuti suhi Raskvašeni mokri Vrijednosti u tablici 14. mogu se prihvatiti samo kao orijentacijske jer koeficijent prianjanja φ ovisi najviše o stanju podloge ceste, ali i o stanju pneumatika (novi, korišteni), te o početnoj brzini kočenja vozila (tablica 15.). Najveći koeficijent prianjanja postiže se na suhoj podlozi kad je brzina između 50 i 90 km/h. Maksimalni koeficijent prianjanja ispod kotača suvremenih vozila s potpuno novim gumama na vrlo kvalitetnoj suhoj asfaltnoj cesti može dostići vrijednosti i od φ = 1.2, a posebno izrađeni vrlo meki i ljepljivi pneumatici (sportska vozila za utrke) omogućuju koeficijente prianjanja i do φ =

129 Tablica 15. Vrijednosti koeficijenta adhezije φ na asfaltnim i betonskim cestovnim površinama* Brzina vozila [km/h] Stanje pneumatika Suha ploha puta Mokra ploha, visina vode 0.2 mm Stanje površine ceste Pljusak, visina vode 1 mm Lokva, visina vode 2 mm Poledica Koeficijent adhezije φ 50 Novi do 0.1 korišteni 1) novi korišteni 1) novi ) korišteni 1) ) * BOSCH, Automotive Handbook ) Korišteni pneumatik čija je dubina protektora šare 1.6 mm. 2) Aquaplaning (glisiranje) Postoji podjela razine usporenja vozila prema intenzitetu (vrsti) kočenja. Ostvare li se usporenja od: 0.1 do 0.2 g umjereno kočenje, normalna vožnja, 0.3 do 0.4 g tvrdo kočenje, brza vožnja, 0.6 do 1.0 g hitno (panično) kočenje. Pri umjerenom usporenju (prikočivanje, pomoćno kočenje, kočenje motorom) realiziraju se usporenja od a k = m/s 2, a pri usporenje kod hitnog kočenje vozila radnom kočnicom dobiva se a k max = m/s 2. Zahtjevi efikasnosti kočenja propisani su za sve vrste kočnica Direktivom EU EEC 71/320 i Pravilnikom ECE R 13. Tablica 16. Zahtjevi efikasnosti kočnica za osobna vozila (M1, izvod)* Parametri testiranja kočnica Radna kočnica Test tip 0 (spojnica isključena) Radna kočnica Test tip 1 (spojnica uključena) Pomoćna kočnica Test tip 0 (spojnica isključena) Test brzina v 0 = 80 km/h 80%v max ; 160 km/h 80 km/h Srednje usporenje a k m 5.8 m/s² 5.0 m/s² 2.9 m/s² Put kočenja s k 50.7 m (0.1v+v²/150) m (0.1 v + v²/130) 93.3 m (0.1 v + v²/150) Sila na papučici kočnice F p 500 N 500 N 500 N (nožno), 400 N (ručno) * BOSCH, Automotive Handbook 2007/ EU Directive 71/320 & ECE Directive 13 (StVZO). 129

130 Vrijeme kočenja Ako je na određenoj podlozi konstantno usporenje, može se izračunati vrijeme kočenja vozila: v o vo tk tk ak g [s], a k konstantno usporenje pri kočenju, v 0 početna brzina kočenja. Vrijeme kočenja ovisi osim o početnoj brzini vozila v o i o usporenju, odnosno o koeficijentu prianjanja ϕ. Ako se uzme u obzir vrijeme reakcije vozača i vrijeme kočenja, ukupno vrijeme zaustavljanja vozila jest: t z = t R + t k [s] Put kočenja Put kočenja s k možda je i najbitniji parametar sigurnosti vožnje. Pri kočenju mijenja se kinetička energija pokretnog vozila. Ta je promjena jednaka radu sile kočenja (i drugih sila otpora na putu kočenja): ΔE k = F i s k, F i = R i v m 2 0 v ( F R R G sin ) s k z k v 0, v 2 početna brzina kočenja i brzina na kraju kočenja. k Pri kočenju uz takozvane idealne uvjete kočenja (horizontalna podloga α=0, zanemariv iznos otpora kotrljanja f k =0, R k =0, do potpunog zaustavljanja vozila v 2 =0, uz zanemarivanje otpora zraka pri niskim brzinama R z =0, te aktiviranje najveće sile kočenja F k max = φ G) dobiva se teoretski najkraći put kočenja: 2 v o sk 2 g 2 vo sk 2 a, [m]. k Za određeno usporenje a k i put kočenja s k može se izračunati početna brzina kočenja vozila: v 2 a s [m/s]. o k k Osnovni parametri kočenja u funkciji brzine prikazani su na slici 112. Put kočenja ovisi o kvadratu početne brzine kočenja i usporenju vozila. Izraz za najmanji put kočenja je vrlo pojednostavljen tako da mu vrijednost ne ovisi o težini vozila. 130

131 Slika 112. Promjena osnovnih teoretskih parametara kočenja u funkciji brzine na početku kočenja a k usporenje (konstantno) s k put kočenja t k vrijeme kočenja Snaga kočenja Rad sile kočenja na putu kočenja u jedinici vremena daje snagu kočenja: Fk sk Pk t [W] k Snaga kočenja je brzina apsorbiranja neželjene trenutačne kinetičke energije vozila, ili energije vozila utrošene u jedinici vremena na kočenje: E mv 2 k 0 k [W] tk 2t k P v a 0 tk k mv P 2 0 k a k Promjena naprijed navedenih teoretskih parametara kočenja, sile na papučici kočnice, usporenja vozila i smanjenja brzine vozila u funkciji vremena zaustavljanja prikazana je na dijagramu kočne karakteristike vozila (slika 113.). Povećanjem sile na papučici kočnice generira se (s određenim zakašnjenjem) stanovito usporenje, koje raste i dostiže najveću konstantnu vrijednost. Pritom početna brzina kočenja linearno opada sve do zaustavljanja vozila. [W] 131

132 Slika 113. Dijagram kočne karakteristike vozila v o početna brzina kočenja s z put zaustavljanja F p sila na papučici kočnice T z vrijeme zaustavljanja a k usporenje vozila pri kočenju Stvarni parametri kočenja Stvarno vrijeme i put kočenja razlikuju se od teoretski izračunanih. Upravo se zbog toga u svim fazama životnog vijeka automobila pristupa iz različitih ciljeva ispitivanju kočnih svojstava vozila. Ispitivanja kočnih svojstava vozila pokazuju znatan utjecaj subjektivnih i tehničkih faktora kočenja na izmjerene, t.j. stvarne vrijednosti parametara kočenja. Reakcija vozača, stanje ispravnosti kočnica i regulacijskih sustava kočenja, te realno stanje na cesti, imaju bitan utjecaj na vrijeme zaustavljanja i put zaustavljanja vozila. Vrijeme zaustavljanja Ukupno vrijeme do zaustavljanja vozila moguće je promatrati podijeljeno u sljedeće ispitne faze: T z = t 1 + t 2 + t 3 + t 4 [s]. t 1 vrijeme reakcije vozača bitno utječe na zaustavni put, a ovisi o subjektivnom stanju svakog vozača, koje uključuje i prebacivanje noge s papučice gasa na papučicu kočnice (0.2 do 0.8 s). t 2 vrijeme reakcije kočnog uređaja t 2 = t 2 + t 2 132

133 t 2 vrijeme prijelaza mrtvog hoda papučice kočnice: 0.03 do 0.05 s za hidrauličko aktiviranje kočnica, 0.20 do 0.50 s za pneumatsko aktiviranje kočnica; t 2 vrijeme porasta usporenja do a k max : 0.10 do 0.2 s za hidrauličko aktiviranje kočnica; 1.50 do 2.0 s za pneumatsko aktiviranje kočnica. t 3 vrijeme kočenja t k uz konstantno usporenje a k : t 3 = v / a k. Vrijednost usporenja a k dobiva se mjerenjem u cestovnim uvjetima uz pomoć mjerača usporenja. Maksimalno usporenje iznosi: a k max 10φ 10 m/s 2. Pri izračunavanju puta kočenja (nakon obavljenih ispitivanja) ponekad se vremenu kočenja pridodaje vrijeme t 2 /2, jer usporenje vozila počinje prije pojave konstantnog usporenja, pa je t 3 = t 2 /2 + v / a k, a pritom je vrijeme reakcije t 2 = t 2 + t 2 / 2. t 4 vrijeme otkočivanja, odnosno usporenja nakon puštanja papučice Ima značenje na proces kočenja samo kada se kočenje ne obavlja do potpunog zaustavljanja. U tom slučaju, poslije otpuštanja papučice kočnice, usporenje vozila ne prestaje odjednom s obzirom na to da kočni sustav ne omogućava trenutačno smanjenje tlaka u uređaju za kočenje: s, kod hidrauličkog aktiviranja kočnica, s, kod pneumatskog aktiviranja kočnica. Vrijeme zaustavljanja vozila je: T z = t R + t 3, odnosno T z = t R + v o / a k [s]. Put zaustavljanja Put zaustavljanja vozila definira se kao put koji vozilo prijeđe tijekom vremena zaustavljanja, odnosno od trenutka kada vozač uoči potrebu kočenja, pa do potpunog zaustavljanja vozila. Pri ispitivanju se taj put zaustavljanja dobiva slično vremenu zaustavljanja: S z = s 1 + s 2 + s 3 + s 4 [m], s 1 put koji vozilo prijeđe za vrijeme reakcije vozača (t 1 ); s 2 put koji vozilo prijeđe za vrijeme reakcije kočnog uređaja (t 2 ) s 2 = s 2 + s 2, 133

134 s 2 put koji vozilo prijeđe za vrijeme prijelaza mrtvog hoda papučice kočnice (t 2 ), s 2 put koji vozilo prijeđe za vrijeme postizanja maksimalnog usporenja (t 2 ); s R put koji vozilo prijeđe tijekom reakcije vozača i reakcije kočnog uređaja: s R = s 1 + s 2 ; s 3 put kočenja s k s konstantnim usporenjem a k max do zaustavljanja vozila za vrijeme kočenja t 3, uz linearan pad brzine vozila v o ; s 4 put otpuštanja papučice za vrijeme t 4, uzima se u obzir kada se ne koči do potpunog zaustavljanja. Stvarni put zaustavljanja vozila je S z = s R + s k [m]. Vrijednosti duljine puta zaustavljanja vozila na temelju usporenja i početne brzine kočenja vozila prikazane su u tablici 17. Tablica 17. Vrijednosti puta zaustavljanja vozila na temelju usporenja i početne brzine kočenja vozila* Početna brzina kočenja vozila v o [km/h] Usporenje a k Put za vrijeme reakcije od 1 sekunde s R [m] [m/s 2 ] Put kočenja s k [m] *BOSCH, Automotive Handbook Ispitivanje efikasnosti kočenja na tehničkim pregledima Efikasnost procesa kočenja ocjenjuje se mjerenjima standardnih kočnih parametara. Ovo se ispitivanje može obavljati u stacionarnim uvjetima, ili na cesti poligonu. Ispitivanja u stacionarnim uvjetima obično se svode na ispitivanje uređaja za kočenje. Takvo je ispitivanje primjerice ispitivanje ispravnosti uređaja za kočenje pri periodičnom tehničkom pregledu motornog vozila, koje obavljaju ovlaštene stanice za tehničke preglede diljem Hrvatske. Inače, periodični tehnički pregledi mogu biti kao što je prikazano u tablici

135 Tablica 18. Vrste periodičnih tehničkih pregleda u Hrvatskoj REDOVITI TEHNIČKI PREGLED OBVEZAN ZA: motorna vozila priključna vozila IZUZECI: radni strojevi PREVENTIVNI TEHNIČKI PREGLED OBVEZAN ZA: rent a car vozila vozila za osposobljavanje vozača (auto škole) osim mopeda, motocikala i traktora u vlasništvu kandidata za vozača taksi vozila autobuse teretna vozila (teretne automobile i priključna vozila) ako im najveća dopuštena masa prelazi kg IZUZECI: vozila za stanovanje ili kampiranje vozila za prijevoz pčela teretna i priključna vatrogasna vozila teretna i priključna vozila za zabavu priključna vozila za traktore IZVANREDNI TEHNIČKI PREGLED OBVEZAN ZA: sva vozila nakon popravka sklopova i uređaja bitnih za sigurnost prometa, a koji su oštećeni u prometnoj nezgodi sva vozila na kojima je izvršena određena preinaka ili prepravka sva vozila koja ovlašteni djelatnik policije isključi iz prometa i uputi na izvanredni pregled Koeficijent kočenja Za kontrolu tehničke ispravnosti kočnica na valjcima, zakonski je uveden parametar koeficijent kočenja z, kao pokazatelj efikasnosti kočnica: z G F k 100 F k izmjerena ukupna sila kočenja na valjcima (N) G izmjerena težina vozila (N) Koeficijent kočenja z daje postotak ukupne sile kočenja u odnosu na težinu vozila koji služi pri provjeri vrijednosti sile kočenja (što se određuje aktualnim propisima). Sukladno aktiviranoj vrijednosti kočnih sila na svim kotačima F k, ostvarit će se neko usporenje vozila a k. Budući da je pritom F k = m a k te slijedi da je ak z 100 (%) g, na temelju toga se može procijeniti usporenje vozila izražena uz pomoć koeficijenta kočenja z (koji predstavlja ustvari aktivirani dio raspoloživog prianjanja u kontaktu svih kotača i podloge): a k = z g [m/s 2 ]. Propisani tehnički normativi efikasnosti kočnica 135

136 Vrijednosti najmanjih koeficijenata kočenja propisane su Pravilnikom o tehničkim uvjetima vozila u prometu na cestama, NN 74/2009, i to samo vrijednosti za osnovne kategorije vozila. Osim propisanih najmanjih koeficijenata kočenja, normirane su najveće sile aktiviranja radne i pomoćne kočnice, prema tablici 19. Tablica 19. Tehnički normativi efikasnosti kočnih uređaja motornih vozila i priključnih vozila ispitivanih u statičkim uvjetima ispitivanja na valjcima za ispitivanje kočne sile* KATEGORIJA VOZILA L1, L2, L6 (mopedi) L3, L4, L5, L7 (motocikli) M1 (osobna vozila) M2, M3 (autobusi) N1, N2, N3 (teretna vozila) O1, O2, O3, O4, (prikolice) koeficijent kočenja RADNO KOČENJE sila aktiviranja nožno aktiviranje ručno aktiviranje koeficijent kočenja POMOĆNO KOČENJE sila aktiviranja nožno aktiviranje ručno aktiviranje z [%] F p [dan] F r [dan] z [%] F p [dan] F r [dan] P M 6,5 bar *Normativi efikasnosti kočnih uređaja primjenjuju se pod sljedećim uvjetima: vozila se ispituju u statičkim uvjetima ispitivanja na valjcima za ispitivanje kočne sile površina valjaka na kojima se ispituju kočnice mora imati koeficijent trenja od najmanje 0.5 temperatura diska ili vanjske površine bubnja kočnice ne smije iznositi više od 100 C kod ispitivanja vozila s dvostrukom ili višestrukom osovinom mora biti osigurano da razina ispitivane osovine ne bude niža od ostalih osovina. Osim navedenih normativa efikasnosti kočnih uređaja i uvjeta pod kojim se primjenjuju, propisano je i ostalo kako slijedi. Tehnički normativi efikasnosti kočnih uređaja iz tablice 19. primjenjuju se tako da se zbroj sila kočenja na obodu svih kotača koje nastaju neposredno prije blokiranja kotača (ili zbroj sila kočenja aktiviranih maksimalnim silama aktiviranja) podijeli s težinom vozila uvećanom za težinu tereta koji se trenutačno nalazi u njemu i pomnoži s konstantom 100. Tako dobiveni rezultat mora biti veći ili jednak propisanoj vrijednosti koeficijenta kočenja. Razlika sila kočenja za radnu kočnicu na kotačima iste osovine ne smije biti veća od 25%, a za pomoćnu kočnicu od 30%. Za izračunavanje postotka razlike sile kočenja na istoj osovini uzimaju se sile kočenja koje nastaju tijekom ispitivanja kočnog uređaja neposredno prije blokira- 136

137 nja kotača ili sile kočenja aktivirane maksimalnim silama aktiviranja. Za osnovicu izračunavanja postotka razlike sile kočenja kotača na istoj osovini uzima se veća sila kočenja. Nejednolikost sile kočenja na kotaču ne smije biti veća od 20%. Postotak nejednolikosti sile kočenja izračunava se na približno polovici sile kočenja koja izaziva blokadu. Za osnovicu izračunavanja postotka nejednolikosti sile kočenja uzima se veća sila kočenja. Kod vozila koja imaju dva kruga kočenja u slučaju ispadanja jednog kruga preostali krug treba osigurati kočni koeficijent od 15%. Kočni uređaj radne kočnice treba biti takav da izdrži maksimalnu silu na papučici kočnice od 100 dan. Vozila koja se ne mogu ispitati na statičkom ispitivanju kočnica ispituju se kočenjem u vožnji mjereći usporenje vozila uz pomoć decelerometra. Tako dobiveno usporenje pomnoženo s 10 mora biti veće ili jednako od vrijednosti koeficijenta kočenja Mjerna oprema za ispitivanje kočnih svojstava vozila Na periodičnom tehničkom pregledu motornog vozila, ispitivanje se svodi na mjerenje kočne sile svakog pojedinog kotača. Osnovna je svrha takvog ispitivanja provjeriti ispravnost izvršnih organa uređaja za kočenje (kao zakonske obveze), s osnovnim ciljem da se utvrdi aktivna sigurnost svakog motornog vozila koje sudjeluje u prometu na javnim cesta. U tu se svrhu već dugi niz godina koristi razna oprema, ona za mjerenje kočnih sila i ona za mjerenje usporenja pri kočenju. Valjci za ispitivanje kočnica Valjke za ispitivanje kočnica posjeduje, ne samo svaka stanica za tehničke preglede nego danas već i svako veće poduzeće za obavljanje prijevozničke djelatnosti, koje u svom voznom parku ima veći broj transportnih jedinica motornih vozila. Ispitivanjem kočnica na valjcima mjeri se kočna sila na svakom kočenom kotaču. Tako se može odrediti ukupna kočna sila, kao zbroj parcijalnih kočnih sila svakog kotača. Poznatim iznosom tako dobivene ukupne kočne sile može se odrediti usporenje koje je njome moguće realizirati. Naravno, pritom se mora voditi račune da to vrijedi samo za kočenje po podlozi koja je istih tarnih svojstava kao i materijal od kojeg su načinjeni valjci za ispitivanje kočnica. Uređaj za kontrolu kočnica na valjcima sastoji se od dva para valjaka. Svaki par valjaka ima svoj pogon i mjerni lanac. Postavljeni su tako da istodobno mjere sile kočenja obaju kotača na jednoj osovini. Na slikama 114. i 115. prikazana je načelna shema valjaka za mjerenje sile kočenja s upravljačkim pultom. Na njima je prikazano slijedeće: 137

138 Slika 114. Načelna shema tlocrta valjaka za ispitivanje kočnica Slika 115. Načelna shema bokocrta i prostornog izgleda valjaka za ispitivanje kočnica 1 kotač, 2 pogonski valjak, 3 elektromotor s reduktorom, 4 poluga reaktivnog momenta, 5 senzor, 6 indikator, 7 signalni valjak (nagazni prekidač, uključ./isključ.), 8 okvir F k kočna sila, F R reaktivna sila, M R reaktivni kočni moment Valjci za ispitivanje kočnica proizvode se specijalizirano za mjerenje kočne sile određene kategorije vozila, ali i kao univerzalni uređaji za mjerenje kočne sile više kategorija. Kontrola kočnica motornog vozila na valjcima prilagođena je potrebama službenog tehničkog pregleda. Valjci za ispitivanje kočnica u stanicama tehničkog pregleda moraju imati tipno odobrenje i moraju biti umjereni sukladno Zakonu o mjeriteljstvu. 138

139 Valjci su najčešće (zbog tehnološkog postupka tehničkog pregleda) smješteni na kanalu za pregled postroja vozila. Konstrukcijski su izvedeni tako da pružaju mogućnost ispitivanja kočne sile na svakom kotaču, nejednolikosti sile kočenja na svakom kotaču i otpora kotrljanja kotača. Prilikom kontrole kočnica nadzornik navozi vozilo na uređaj za ispitivanje kočnica vozila, mjeri kočnu silu radne kočnice na svakoj osovini, a nakon toga i kočnu silu pomoćne (ručne) kočnice. Pri tome utvrđuje koeficijente kočenja ovisno o vrsti vozila i razliku sila kočenja između lijevog i desnog kotača. Neznatna razlika sila kočenja između lijevog i desnog kotača prednje i stražnje osovine osigurava pravocrtno kretanje vozila pri kočenju. Stoga je utvrđivanje razlike između sile kočenja lijevog i desnog kotača jednako važno kao izračunavanje koeficijenata kočenja. Svako odstupanje od propisanih vrijednosti znači da vozilo nije ispravno za promet na javnim cestama. Kada vozilo kotačima nagazi na valjke, aktivira se signalni valjak koji automatski uključuje uređaj za ispitivanje i zaštitu od blokiranja. Elektromotor pokreće valjke koji okreću kotače automobila, prednje ili stražnje osovine, konstantnom obodnom brzinom od približno 2.5 km/h. Pri ispitivanju, na samom početku, tako dugo dok se ne pritisne papučica za kočenje, indikator pokazuje samo otpor kotrljanja kotača. Pritiskom na papučicu kočnice počinje kočenje kotača uz njegovo kotrljanje. Koči se do granice klizanja kotača, kada nastupa parcijalno proklizavanje između kotača i valjaka prije blokiranja. Računalo valjaka neprekidno uspoređuje brzinu vrtnje pogonskih valjaka i brzinu vrtnje signalnog valjka koji se okreće istom obodnom brzinom kao kotači. Kada dođe do velike (unaprijed određene) razlike između tih dviju brzina, računalo zaustavlja valjke. Na indikatoru se prikazuje maksimalna kočna sila u trenutku isključenja. Kočna sila F k zapravo se mjeri kontrolom reaktivnog momenta M R, jer se uz pomoć poluge premješta moment kočenja na senzor savijanja grede (tenzometar). Generirani signali senzora vode se do indikatora na kojem se može očitati kočna sila na obodu kotača. Kočenjem vozila na valjcima mjeri se otpor pogonskog valjka, odnosno kočne sile na svakom kotaču, što daje ukupnu silu kočenja: F k = F k = F kpl + F kpd + F ksl + F ksd ; F kpl sila kočenja na prednjem lijevom kotaču, F kpd sila kočenja na prednjem desnom kotaču, F ksl sila kočenja na stražnjem lijevom kotaču, F ksd sila kočenja na stražnjem desnom kotaču. Nakon toga može se izračunati: koeficijent kočenje z, razlika u silama kočenja kotača svake pojedine osovine ΔF, te očekivano usporenje vozila a k. 139

140 za osobna vozila za gospodarska vozila za motorkotače Koeficijent kočenja ne predstavlja realnu kočnu sposobnost ispitivanog vozila. U realnim uvjetima kočenja na cesti mogu vozila postići i veća usporenja odnosno sile kočenja. Najveća sila kočenja koja se može postići na valjcima direktno je ovisna o koeficijentu prianjanja između valjka i pneumatika. Ako bi se jedno vozilo testiralo na dva različita valjka, dobile bi se različite sile kočenja, a time i koeficijenti kočenja. Isto tako, valjci ne daju mogućnost ispitivanja utjecaja preraspodjele vertikalnih dinamičkih reakcija podloge, koje su realno egzistirajuće u stvarnim uvjetima pri kočenju na cesti. Dakle, na periodičnom tehničkom pregledu vozila ne promatra se stvarni (eksploatacijski) odnos sila kočenja među osovinama, nego se na temelju izračunanoga koeficijenta kočenja odlučuje o zadovoljavanju propisom utvrđenih iznosa. Pritom se uzimaju najveće postignute sile kočenja, bez obzira na to kojom se silom djeluje na papučicu kočnice do najveće propisane sile na papučicu 500 N. Također i sve izračunane vrijednosti koeficijenata kočenja i razlike sila kočenja između lijevog i desnog kotača moraju biti unutar propisanih granica. U suprotnom, vozilo je tehnički neispravno. Na klasičnim valjcima za ispitivanje kočnica jedne osovine nije moguće potpuno ispitivanje kočnica na vozilima s pogonom na više osovina. Kod nekih vozila izvedivo je mehaničko isključivanje prednjeg ili stražnjeg pogona, pa je moguće i pojedinačno ispitivanje kočnica prednje i stražnje osovine. Međutim, kod nekih vozila sa stalnim pogonom na više osovina nije moguće ostvariti razliku brzine vrtnje između njihovih detalja pogona (kotača, vratila pogonskih kotača,...). Kočnice vozila sa stalnim pogonom na sve osovine mogu se ispitati isključivo 140 Slika 116. Fotografije specijaliziranih valjaka za ispitivanje kočnica raznih kategorija vozila

141 Slika 117. Zapis primjera ispitivanja s izmjerenim silama kočenja na valjcima na posebnim valjcima. Takvi valjci izvedeni su tako da sprječavaju prijenos sila s ispitivane osovine na osovinu koja miruje. Zbog skupe konstrukcije valjaka (i zakonske neobaveze), takva se vozila ispituju na poligonu ili osiguranoj cesti uz pomoć uređaja za mjerenje usporenja. Radna se kočnica tada ispituje pri brzinama jednakim ili većim od 40 km/h, a pomoćna kočnica pri brzinama do 40 km/h. Pritom se isključuje spojnica, odlučno pritišće papučica kočnice i mjeri usporenje vozila do najveće sile kočenja (ako je moguće bez blokiranja kotača). Dobiveno usporenje mora biti jednako vrijednosti propisanog koeficijenta kočenja pomnoženog s 10 ili veće. 141

142 Na prikazanom ispisu ispitivanja s izmjerenim silama kočenja na valjcima Provjere vozila, slika 117., u prvom dijelu pisanog dokumenta navedeni su podaci koji se odnose na samo ispitivanje, zatim podaci ustanove koja je obavila ispitivanje i zatim osnovni podaci o ispitivanom vozilu. U nastavku se daju rezultati ispitivanja u obliku tablica i dva dijagrama vremenskog tijeka promjene izmjerenih vrijednosti kočnih sila svake osovine (za oba kotača). Na temelju prikaza rezultata ispitivanja vozila na valjcima, može se zaključiti da su kočnice vozila bile ispravne, kako radna nožna, tako i pomoćna ručna kočnica. Za mjerenje ostalih kočnih parametara, odnosno parametara zaustavljanja vozila kompletnog kočnog sustava koji se sastoji od vozača, automobila i okoliša u kojem se ispitivani automobil koristi moraju se obaviti ispitivanja u realnim uvjetima. Ispitivanja u realnim, tj. cestovnim (poligonskim) uvjetima, uvijek su znatno kompleksnija. Mjerači usporenja vozila Ako se želi mjeriti usporenje automobila u različitim fazama njegova kočenja ili zaustavljanja, mora se koristiti mjerač usporenja. Sve naprave za mjerenje usporenja (retardacije), kao i ubrzanja (akceleracije), djeluju na principu mjerenja inercijske sile koja u mjernom uređaju djeluje na dio takvog uređaja, a čija je masa poznata. U praksi je uobičajen izraz za takvu masu inertna masa. Veličina inercijske sile proporcionalna je ubrzanju, odnosno usporenju motornog vozila. Pod djelovanjem inercije ostvaruje se stanoviti pomak inertne mase, koja je pričvršćena određenom elastičnom vezom (nosačem) za kućište uređeja koje se mora pravilno učvrstiti za vozilo, čiji se proces kočenja ispituje, istražuje. Kočenjem izazvani pomak inertne mase generira određenu deformaciju elastičnog nosača. Deformaciju elastičnog nosača moguće je mjeriti i tenzometrima mjernim trakama. Taj pomak je proporcionalan sili inercije, odnosno ubr- 142 Slika 118. Principijelna shema konzolnog senzora usporenja (ubrzanja)

143 zanju ili usporenju i dobiveni signal realizirane deformacije, odnosno pomaka inertne mase ishodišna je informacija mjerne veličine. S obzirom na to da su mjerači ubrzanja i usporenja zasnovani na primjeni identičnog principa, isti se uređaj može koristiti za oba ispitivanja (procesi kočenje i ubrzavanje) vozila. U uporabi se može naići na dvije vrste mjerača ubrzanja, s obzirom na svoje mjerne mogućnosti. Jednostavniji daju podatak samo o maksimalnoj dostignutoj vrijednosti ubrzanja (usporenja) tijekom određenog mjerenja, a drugi složeniji sposobni su registrirati cijeli proces, odnosno vremenski tijek promjene usporenja. Stvarno usporenje vozila može se ispitati na poligonu (cesti) uz pomoć jednostavnih uređaja za mjerenje usporenja, ili procijeniti drugim mjernim uređajima. Zapis uređaja sadrži podatke o izvršenom kočenju vozila na kojemu je provedeno ispitivanje. To je promjena usporenja u vremenu kočenja. Složeniji uređaji mjere i ostale parametre kočenja, silu na papučici kočnice, smanjenje brzine vozila, kao i put kočenja. Najčešće se koriste jednostavni mjerači za mjerenje usporenja (ili ubrzanja). Mjerač je prijenosni uređaj malih dimenzija s baterijskim napajanjem. Mjerač se najprije učvrsti i nivelira u vozilu prije kočenja. U primjeni se nalazi više vrsta mjerača različitih proizvođača. Mjerač usporenja VZM 100 upotrebljava se u stanicama za tehnički pregled vozila kad se utvrđuje ispravnost kočnica na temelju maksimalnog usporenja. Može služiti za mjerenje usporenja vozila s hidrauličkim i pneumatskim kočnicama. mjerenje usporenja, do 10 m/s² točnost mjerenja, 0.1 m/s² sila na papučici, do 100 dan baterijsko napajanje, 6 V / 1.2 Ah masa s baterijom, 1.1 kg dimenzije, 120 x 65 x 245 mm Slika 119. Mjerač usporenja decelerometar MAHA VZM 100 Za ispitivanje sile na papučici kočnice ili ručici pomoćne kočnice upotrebljava se mjerač sile, dinamometar, uz pomoć kojega se sila pri ispitivanju prenosi na papučicu ili ručicu kočnice. Dinamometar se povezuje s mjeračem usporenja radi zajedničkog grafičkog prikaza usporenja i sile u funkciji vremena kočenja. 143

144 Slika 120. Postavljanje decelerometra i dinamometra u osobno vozilo Sličan primjer još jednog od takvih uređaja jest uređaj BRAKER, na slici 121, koji je izveden kao prijenosni uređaj malih dimenzija (140x76x39), s baterijskim napajanjem. Uređaj je jednostavan i veoma lagan, tako da se može pričvrstiti vakumskim držačima na vozilo (na vjetrobransko staklo ispitivanog automobila, na spremnik goriva motocikla... ). Senzor ubrzanja korišten u uređaju seizmičkog je tipa konzolni senzor s mjernim trakama u punom mosnom spoju, slika 121. Masa na kraju konzole na koju djeluje ubrzanje vozila generira odgovarajuću inercionu silu, a mjernim trakama ugrađenim na konzolu mjere se nastale deformacije elastičnog nosača. Osjet- Izgled mjerača Blok dijagram mjerača ubrzanja Slika 121. Mjerača ubrzanja BRAKER 144

145 ljivost senzora kod ovog uređaja je približno 2mV/V za 10g. Vlastita frekvencija konkretnog senzora je 56 Hz. Blok-dijagram kompletnog uređaja prikazan je na slici 121. Buduću da je senzor pasivan (Wheatstoneov most s mjernim trakama od 1 kω proizvodnje HBM, Darmstadt), napaja se s izvora referentnog napona 5V. Izlazni signal razine od 0 do 1mV pojačava se u niskošumnom pojačalu. A/D konverzija obavlja se u 12-bitnom konvertoru (sample-hold, A/D). Digitalni signal se dalje obrađuje mikrokontrolerom PIC 16F84. Obrađene rezultate mikrokontroler prosljeđuje na jedinicu s displejem i u lokalnu memoriju preko I2C busa. Slika 122. Prijenos podataka na printer IR vezom Po završetku mjerenja, signal se očitava iz lokalne memorije, modulira na 30 khz noseće frekvencije i šalje na IR predajnu diodu. Realizirana je mogućnost primitka podataka s prijenosnog uređaja na PC računalo RS232 vezom, ili tiskanjem dijagrama direktno na printeru s RS232 vezom (Epson LX300). Za prijem signala izrađeni su posebni IR/RS232 adapteri koji koriste takozvano fantomsko napajanje s RS232 porta, pa im nije potrebno vanjsko napajanje. Uređaj je napravljen tako da stalno prati mjerene vrijednosti vremenskog tijeka promjene ubrzanja, ispisuje ih na displeju i istodobno sprema u raspoloživu memoriju. U trenutku kad se pojavi aktivirajući signal (ubrzanje vece od 0.1g), uređaj na displeju ispisuje maksimalnu vrijednost izmjerenog ubrzanja u periodu od sljedećih 5 sekundi. Potom na displeju pokazuje spremnost za slanje podataka, i po aktiviranju send/reset tastera, IR putem prenosi na prijemnik niz mjernih vrijednosti. Ovakvim načinom mjerenja osigurano je da se mjerenje započinje automatski (bez korištenja senzora na papučici nožne komande kočnice) i da se pritom ne gubi ni jedan dio promatranog procesa kočenja. 145

146 Ispitivanje trajnosti automobilskih kočnica Trajnost kočnih uređaja motornih vozila iznimno su važne karakteristike koje određuju sigurnost konstrukcije automobila. Uspjeh napora vezanih za povećanje pouzdanosti i trajnosti kočnica na današnjem stupnju razvoja ovisi itekako i o metodi ispitivanja. Danas se dobivaju već vrlo točne i precizne informacije, u vrlo kratkom vremenu, o radnoj sposobnosti cijelog uređaja i njegovih dijelova, pa i najopterećenijih elemenata. Najpoznatije tvrtke proizvođača (FIAT, BENDIKS, LEYLAND, RUTS itd.) u prošlosti su, boreći se za tržište radi stvaranja što boljega proizvoda, razvijale vlastite metode ispitivanja habanja frikcijskih detalja kočnica. Njihovim pregledom mogu se ustanoviti znatne razlike i u opsegu i u režimima ispitivanja. Ta ispitivanja su dio ispitivanja trajnosti cijelog kočnog uređaja. Mnoge istraživačke ustanove također su razrađivale metode cestovih ispitivanja trajnosti kočnih mehanizama, po nalogu svojih poslodavaca. Ponekad su to proizvođači, a ponekad i neke državne ili slične institucije. Bitno je da se sve te metode odnose na sve kategorije motornih vozila, a ograničavaju se na frikcijske elemente i njihove parove te kočne cilindre, odnosno na one detalje koji se pojavljuju kao najčešći limitatori trajnosti kočnog uređaja automobila. Kao kriterij ocjene trajnosti najčešće se uzima veličina prijeđenog puta automobila (recimo, na posebnoj dionici za ispitivanje na poligonu), pri kojoj je promatrani dio (ili dijelovi) dostigao granično stanje ispravnosti. Primjenom takve ili bilo koje slične metode, vrlo se precizno utvrđuju uvjeti ispitivanja, jer se samo propisanim postupanjem omogućuje dobivanje usporedivih podataka. Kako bi se dobili rezultati u što kraćem roku, primjenjuju se tzv. ubrzane metode ispitivanja koje uključuju drastično povećanje intenziteta uporabe. Naravno da se tako dobivena slika o trajnosti, odnosno pouzdanosti ispitivanih uređaja i detalja znatno razlikuje od slike iz uobičajene uporabe istog automobila. Ispitivanja kočnog mehanizma (izvršnih organa, frikcijskih parova) obično se provodi po ciklusima, od kojih se svaki sastoji od niza kočenja različitim intenzitetom. Različiti propisi su u različitim razdobljima na različite načine određivali ove detalje. U trenutku konkretnog ispitivanja, svakako se mora poznavati propis koji je na snazi i postupati u skladu s njim tijekom ispitivanja. Svojedobno su osnovna ispitivanja kočenja obavljana usporenjem od 3 m/s 2, jer kočenje tim intenzitetom čini zapravo najčešći oblik kočenja tijekom normalne uporabe automobila u gradskim uvjetima i u uporabi po brdskim cestama. Taj intenzitet se često kombinira i kočenjem intenzitetom od 4 m/s 2, pa i više, jer se time uspijeva ispitati kočni mehanizam ne samo u uobičajenim nego i u ekstremnim uvjetima. Ubrzana ispitivanja postižu se eliminiranjem ispitivanja niskog intenziteta (ispod 3 m/s 2 ) dakle ispitivanjem pretežno kočenjem većeg intenziteta, odnosno skraćenjem vremena između dva kočenja. Pritom se mora voditi računa da se povećenjem učestalosti kočenja termički ne preoptereti kočni par, tj. da se isključi mogućnost neželjenog pregrijavanja kočnica (nakon čega bi 146

147 došlo do izgaranja organskih sastojaka materijala od koji su izrađeni tome izloženi dijelovi kočnica, što bi moglo dovesti do bitnih promjena i dinamici habanja). Inače, metoda ispitivanja sastoji se od pripremnih radova ispitivanja, samog ispitivanja na trajnost i obrade rezultata ispitivanja. Pripremni radovi ispitivanja, koji naravno prethode osnovnom ispitivanju, uključuju razrađivanje (uhodavanje) novih frikcijskih elemenata po plohama kočnih diskova (bubnjeva). Razrađivanje se izvodi sukcesivnim kočenjem u određenim vremenskim intervalima i određenim intenzitetom, tako da ne dođe do pregrijavanja. Nakon toga se trebaju obaviti što preciznija mjerenja da bi se dobio podatak o dimenzijama (karakterističnim za informaciju o trošenju habanju) prije ispitivanja. To su uglavnom karakteristične debljine, odnosno dimenzije za koje se očekuje da će se mijenjati (trošiti) tijekom planiranog ispitivanja. Svakako treba provjeriti i odgovarajuće sklopove kočnog uređaja radi otkrivanja mogućih pojava neispravnosti. Osnovni dio ispitivanja trajnosti kočnica, realizira se, dakle, sukcesivnim kočenjem. Svaki ciklus obuhvaća ubrzavanje ispitivanog automobila do približno 80 % maksimalne brzine (prema tehničkim podacima za to vozilo) sa sukcesivnim kočenjem do polovice tog iznosa, tj. do 0,4 v max. Ispitivanje se obavlja s nekoliko kompleta obloga do njihova potpunog istrošenja. Naravno, prije samog ispitivanja treba utvrditi koja je to maksimalno dopuštena istrošenost. Prilikom ispitivanja obavezno se registrira prijeđeni put automobila i na ispitnoj dionici, te broj kočenja. Na osnovi rezultata mjerenja trošenja diskova (ili obloga pakni i bubnjeva) kočnica ocjenjuje se njihova otpornost na habanje u usporedbi s primjercima poput onih iz serijske proizvodnje. Na temelju toga utvrđuje se uvjetni resurs kočnog mehanizma svake osovine, pri čemu se on izražava u jedinici kilometrima prijeđenog puta tijekom ispitivanja Cestovno ispitivanje trajnosti frikcijskih detalja mehaničkih kočnica Iskustvo iz uporabe različitih kočnih uređaja na motornim vozilima, a isto tako i analiza neispravnosti pokazuju da se većina problema odnosi na funkciju frikcijskih detalja. Zato, pri projektriranju i uporabi kočnog uređaja potrebno je pravilno odrediti režim rada, utvrditi određene radne resurse rada uređaja, uključujući i frekvenciju uporabe (aktiviranja) uređaja, radi dobivanja optimalnog opterećenja frikcijskih elemenata. Pritom svakako treba pratiti temperature koje se pojavljuju pri uporabi, jer zagrijavanje znatno intenzivira njihovo habanje i dovodi do pojave naglog pada koeficijenta trenja μ (feding). Smanjenje koeficijenta trenja μ može dovesti do toga da pravilno projektiran i izrađen uređaj zbog pregrijavanja ne može ostvariti očekivani, pa i zahtijevani put kočenja vozila, što može 147

148 imati i katastrofalne posljedice. Osim toga, pregrijavanje kočnica dovodi do promjena svih zazora u dosjedima, što može značajno poremetiti funkciju niza detalja. Nadalje, pregrijavanje može djelovati i na promjenu svojstava frikcijskog materijala. U takvim uvjetima i dobro izabran materijal frikcijskih detalja teško osigurava očekivani kočni moment i radne karakteristike kočnice. Osnovni zahtjevi koje treba ispuniti dobar kočni uređaj automobila jesu: sukladnost projektiranog kočnog momenta i uvjeta uporabe automobila, dovoljna čvrstoća svih sastavnih dijelova kočnog uređaja, jednostavnost konstrukcije kojom se osigurava niska cijena u proizvodnji, kratko vrijeme reakcije (brzi porast do nominalne vrijednosti kočnog momenta), elastičnost u radu (početak djelovanja bez udaraca i trzanja), što manje promjene veličine kočnog momenta, pozdanost u radu, te pogodnost za održavanje. Većina tih zahtjeva ovisi o promišljenom izboru frikcijskog materijala. Ova faza projektiranja često ima dominantan utjecaj, uz zadovoljavanje ostalih zahtjeva, na potrebnu efikasnost te trajnost i pouzdanost kočnica. S ciljem ocjenjivanja radne sposobnosti izvršnih organa kočnog uređaja (frikcijskih parova) uvode se posebni parametri koeficijenti: a. koeficijent stabilnosti kočnog momenta 148 α st = M k sr / M k max ; b. koeficijent variranja kočnog momenta γ = M k min / M k max ; c. koeficijent efikasnosti kočenja β ef = α st / t k 2 ; d. koeficijent reducirane efikasnosti kočenja gdje je θ ef.k = n β ef / h = n α st / ( h t k 2 ), M k sr srednji kočni moment, M k max maksimalni kočni moment, M k min minimalni kočni moment, t k vrijeme trajanja kočenja, h trošenje kočnica za jedinicu kočenja (ili za jedan ciklus podjednakih kočenja), n broj podjednakih kočenja.

149 Reducirana efikasnost kočnica predstavlja kompleksnu karakteristiku, jer ona omogućuje ocjenu konstrukcije i odabrani frikcijski materijal ne samo na temelju promjene kočnog momenta, nego i na osnovi trajnosti. Kočni uređaji trebaju odgovarati i svim zahtjevima tehnologičnosti u uvjetima uporabe. Pod eksploatacijskom tehnologičnošću, odnosno pogodnošću za održavanje razumijeva se ukratko pogodnost pristupa svakom elementu koji traži neka podešavanja ili češće zamjene, lakoća zamjene, stupanj unificiranosti, mogućnost automatske provjere tehničkog stanja, a pouzdanost rada mora biti stabilna u stanovitom planiranom vremenskom intervalu. Naravno, tijekom uporabe kočnih uređaja ne smiju se događati prekoračenja utvrđenih režima rada za sve pokazatelje, posebno temperaturne. Sami frikcijski elementi moraju se karakterizirati što višim koeficijentima prijenosa topline, a njihova čvrstoća treba biti dovoljno visoka da dobro podnosi očekivana radna opterećenja uz što manje gabarite i težine. Radi utvrđivanja kočnih karakteristika Europsko ekonomsko povjerenstvo (EEC) je okupilo stručnjake i njihovim angažiranjem razradila oblike i uvjete ispitivanja efikasnosti kočnih uređaja na cestama (tablica 16.). Naprimjer: ispitivanje se obavlja na motornim vozilima čije su osovine opterećene maksimalnim vertikalnim opterećenjem, pneumatici na kotačima moraju biti hladni i napumpani na razinu projektiranog i propisanog tlaka, kolnik mora biti suh i mora biti u takvom stanju da ima određeni koeficijent prianjanja itd. Postoje tri tipa cestovnih ispitivanja automobilskih kočnica: a. ispitivanje tipa 0 To su obična ispitivanja učinkovitosti kočenja, tj. ispitivanja duljine puta kočenja ili usporenje pri naglom aktiviranju papučice radne kočnice, pri određenoj početnoj brzini vozila, do potpunog zaustavljanja. Pritom je motor odvojen od transmisije. b. ispitivanje tipa I Sastoji se od ispitivanja gubitka učinkovitosti kočnica zbog njihova zagrijavanja tijekom dugotrajnog kočenja. Uvjet je da kočnice automobila moraju biti sposobne apsorbirati takvu količinu energije koja se mora apsorbirati tijekom vremena koje je potrebno u slučaju gibajućeg automobila pri brzini od 40 km/h na nizbrdici od 10 % i duljine od 1 km. Na kraju takve pripreme koja se sastoji od zagrijavanja kočnica, provjerava se njihova učinkovitost, odnosno sposobnost nastavka kočenja. Pritom njihova učinkovitost ne smije biti manja od 80 % propisane norme, niti manja od 60 % učinkovitosti istog automobila ispitivanog ispitivanjem tipa 0, tj. gdje je S I zag S 0 hl / 0.8 S I zag S s hl / 0.6, 149

150 S I zag kontrolni put kočenja dobijen ispitivanjem tipa I, S 0 hl put kočenja određen normama za ispitivanje tipa 0, S s hl stvarni put kočenja dobiven tijekom ispitivanja tipa 0, odnosno prikazano drugim kočnim parametrom a I zag 0.8 a 0 hl a I zag 0.6 a s hl, gdje je a I zag usporenje dobiveno ispitivanjem tipa I, a 0 hl usporenje određeno normama za ispitivanje tipa 0, a s hl stvarno usporenje dobijeno tijekom ispitivanja tipa 0. c. ispitivanje tipa II To su ispitivanja zagrijanih kočnica nakon dugotrajne vožnje automobila nizbrdicom. Kočni uređaj treba biti sposoban apsorbirati takvu količinu energije koja se apsorbira tijekom gibanja brzinom od 30 ± 5 km/h na nizbrdici nagiba 6 % dugoj 6 km. Pritom se može kočiti motorom, može se aktivirati i pomoćna (ručna) kočnica, ali ne i usporivač (retarder). Mjenjač treba biti u onom stupnju prijenosa koji mu omogućuje takvo gibanje propisanom brzinom za ovaj tip ispitivanja, tako da pri kočenju motorom ne dođe do prekoračenja njegove maksimalne brzine vrtnje. Nakon provedenog gibanja radi određenog zagrijavanja kočnica provodi se njihovo ispitivanje identično ispitivanju tipa I. Pritom efikasnost kočnog uređaja ne smije biti manja od 75 % normama propisane efikasnosti. Te norme se povremeno mijenjaju. Svake se godine, s tehnološkim razvojem, određuju sve stroži uvjeti (što znači da su automobili sve sigurniji), a stručnjaci koji rade na tim ispitivanjima upoznati su, svakako, s najnovijim propisanim normama. Dakle, S II zag S 0 hl / 0.8, gdje je S II zag kontrolni put kočenja dobiven ispitivanjem tipa II, odnosno a II zag 0.75 a 0 hl, gdje je a II zag usporenje dobiveno ispitivanjem tipa II. 150

151 Ispitivanje pouzdanosti motornih vozila Za ispitivanje pouzdanosti automobila i bilo kojeg agregata, sklopa, uređaja ili detalja, pa i motora, treba najprije odrediti pokazatelje koji će opisivati, odnosno definirati pouzdanost ispitivanog vozila. Kao što je poznato, pouzdanost se definira kao vjerojatnost, da će sustav uspješno obaviti funkciju za koju je namijenjen bez otkaza i unutar određenih uvjeta. To je svojstvo nekog tehničkog sustava koja pokazuje njegovu sposobnost da obavlja svoje zadatke određeno vrijeme bez otkaza funkcije (neispravnosti, kva- ra ) i s očekivanim radnim učinkom. Pouzdanost se analizira uzimajući u obzir očekivano vrijeme korištenja sustava, specificirano vrijeme trajanja aktivnosti tijekom uporabe na propisani način pod specificiranim razinama opterećenja i u svrhu za koju je motor namijenjen. Teorija pouzdanosti ustanovljava zakonitosti pojave neispravnosti, odnosno gubitka očekivanih radnih sposobnosti, tehničkih utjecaja na njih, daje osnove proračuna pouzdanosti i prognoziranje pojave neispravnosti. Proučava način povećanja pouzdanosti pri projektiranju, izradi i uporabi tehničkih sustava, određuje metode prikupljanja podataka, obrade i analize podataka koji karakteriziraju pouzdanost. Kod pouzdanosti postoje uglavnom četiri osnovne funkcije: distribucija otkaza (neispravnosti) u vremenu, tj. funkcija gustoće otkaza ili frekvencija otkaza (histogram i poligon), funkcija pouzdanosti, funkcija nepouzdanost i funkcija intenziteta otkaza, s parametrima koje ispitivanjem treba definirati: λ intenzitet otkaza (engl. failure rate) definira se kao brzina pojavljivanja otkaza, kvarova. Ova se vrijednost obično izražava kao broj otkaza u nekom vremenu rada (npr. tisuću sati). Predstavlja, na neki način, predviđanje broja otkaza koji će se pojaviti u određenom vremenu. MTBF obično se definira kao srednje vrijeme između otkaza (engl. mean time between failure) i predstavlja recipročnu vrijednost za konstantni intenzitet otkaza motora, sustava. Može se opisati i kao broj sati koji treba proći do otkaza na nekom promatranom motoru ili njegovoj nekoj sastavnici. Poznato je da to nije neka točna konkretna vrijednost, već statistička očekivana prosječna vrijednost do trenutka otkaza. To je prosječno vrijeme između otkaza nekog tehničkog sustava, pa i motora, u određenom razdoblju eksploatacijskog vijeka trajanja i u principu je promjenljiva velićina u različitim fazama vijeka uporabe. MTTR srednje je vrijeme do ponovne uspostave funkcije (engl. mean time to restore function). Često se zamjenjuje s pojmom srednjeg vremena popravka mean time to repair. MTTF sličan je parametar određen kao srednje vrijeme do otkaza (engl. mean time to failure). U analizi pouzdanosti ima isto značenje i brojčanu vrijed- 151

152 nost za neki određeni sustav i određeno razdoblje eksploatacijskog vijeka trajanja. Daje orijentacijsku vrijednost vremena rada sustava u kojem vjerojatno neće doći do pojave otkaza sustava iako je takav podatak vrijedi općenito, a ne za odabrani trenutak eksploatacijskog vijeka. Ovaj parametar pretpostavlja višestruke otkaze tijekom životnog vijeka, nakon čega dolazi do popravka. MTBM srednje je vrijeme (engl. mean time between maintenance) između održavanja. U suštini, ima značenje u eksploataciji samo u vezi s preventivnim održavanjem kada služi za planiranje zahvata održavanja. Do pojave neočekivanih neispravnosti motornog vozila, odnosno do gubitka očekivanih radnih sposobnosti, dolazi iz brojnih razloga. Uzroci se mogu tražiti i u: lošem projektu motora (greškama u projektiranju), uporabi neodgovarajućih (loših) materijala, greškama u proizvodnji (montaži, kontroli...), lošim ispitivanjem proizvedenog motora, lošim čuvanjem, pripremom za transport i lošim transportiranjem, ili neadekvatnom ugradnjom u automobil, preopterećivanjem tijekom uporabe, te lošem održavanju. Za ocjenu pouzdanosti motornog vozila uglavnom se provode dvije vrste ispitivanja: procjena sposobnosti rada na projektirano vrijeme bez neispravnosti i procjena istrošenosti (pohabanosti) motora. Takva ispitivanja se mogu obavljati praćenjem ponašanja motornog vozila tijekom uobičajene uporabe, ispitivanjem na cesti / poligonu i u laboratoriju (na ispitnim stolovima). U eksploatacijskom ispitivanju, tj. praćenjem unaprijed određenih eksploatacijskih parametara u normalnoj realnoj uporabi, osim na prikupljanje podataka, mnogo napora se trošilo na sistematiziranje i obradu prikupljenih podataka. U samom prikupljanju podataka treba posebno voditi računa da se oni prikupljaju sukladno utvrđenim uvjetima, zatim da su uvjeti uporabe u skladu s onim uvjetima za koje je automobil i motor projektiran, namijenjen. Neophodno je da se u praćenje uključi što veći broj jedinica. Takva praćenja ponašanja tijekom uporabe mogu trajati i po nekoliko godina (3... 4). 152

153 4. LITERATURA [1.] Balabin, I. V.: Metodika polygonoyh isspytanij tormozov avtomobilej na dolgovečnost, Avtomobil naja promyšlennost, 1975., No.1, [2.] BOSCH, Automotive Handbook, 7 th Edition, Robert Bosch Gmbh, ISBN , Plochingen, [3.] Braess, H. H.; Seiffert, U.: Vieweg Handbuch Kraftfahrzeugtechnik, ATZ-MTZ Fachbuch, ISBN , [4.] Brezinščak, M.: Zakonska metrologija (zakonsko mjeriteljstvo), Tehnička enciklopedija Jugoslavenskoga leksikografskog zavoda Miroslav Krleža, 8. svezak, str , Zagreb, [5.] Brlošić, D.: Mjerenje snage prema pravilniku ECE R-85 ; FSB Sveučilišta u Zagrebu, Katedra za motore i vozila, [6.] Cerovac, V.: Tehnika i sigurnost prometa, Sveučilište u Zagrebu, Fakultet prometnih znanosti, Zagreb, [7.] Čerlek, Sv.: Električna i elektronička oprema u vozilima senzori i izvršni sklopovi, priručnik Veleučilišta Velika Gorica, Velika Gorica, [8.] Filipović, I., Bibić, Dž., Pikula, B., Trobradović, M.: Metode ispitivanja motora i vozila metodički priručnik rađen u okviru projekta CDP+ WUS Austrija, Sarajevo Office, Mašinski fakultet Sarajevo, [9.] Filipović, I., Knor, P., Pikula, B., Bibić, Dž.: Priručnik za voditelje stanica tehničkog pregleda vozila, Mervik, Sarajevo, [10.] Germančuk, F. K.: Dolgovečnost i effektivnost tormoznyh ustroistv, Moskva, Mašinostroenie, [11.] Gillespie, T.D.: Fundamentals of Vehicle Dynamics, SAE, Warrendale, ISBN ,1992. [12.] Gobel, E.; Mills, I.; Wallard, Andr.: Sažeti prikaz Međunarodnog sustava jedinica, BIPM, Paris, 2006., [13.] Grebe, U. D.: Weiterentwicklung des Ottomotors, Kapitel 1, Vorlesungen, TU Wien, [14.] Jakobović, Zv.: Povijest metričkog sustava, Državni zavod za mjeriteljstvo RH, [15.] Kalauz, Z.: Ispitivanje ispušnih plinova motornih vozila EKO test, Stručni bilten br.107, CVH Zagreb, rujan [16.] Lazović, M.; Mjerenje i ispitivanje na motornim vozilima ; CVTŠ VVTŠ u Zagrebu, Katedra motornih vozila, [17.] Lechner, G., Naunheimer, H.: Automotive Transmission, ISBN , Springer Verlag, Berlin-Heidelberg-New York,

154 [18.] Mahalec, I.,: Skup u Grazu kategorije vozila Web-adrese, FSB Sveučilišta u Zagrebu, Katedra za motore i vozila, [19.] Medved, S.: Ispitivanje štetne emisije mopeda prema ECE R-47, FSB Sveučilišta u Zagrebu, Katedra za motore i vozila, [20.] Mikulić, D.: Motorna vozila predavanja za nastavu održanu u školskoj 2008/9. elektronska varijanta, Veleučilište Velika Gorica, Velika Gorica, [21.] Mikulić, D.: Kočnice motornih vozila, priručnik Veleučilišta Velika Gorica, Velika Gorica, [22.] Opalić, M.: Prijenosnici snage i gibanja, FSB Sveučilišta u Zagrebu, Zagreb, [23.] Radišić, Sl., Ličen, H.: Provera ispravnosti kočnog sistema motornih vozila merenjem usporenja vozila tokom probnog kočenja, TRCPro, Novi Sad, [24.] Rotim, Fr.: Elementi sigurnosti cestovnog prometa, udžbenik Fakulteta prometnih znanosti Sveučilišta u Zagrebu, Zagreb, [25.] Sagerer, R.: Kuenftige Abgasvorschriften erfordern neue Abgasstrategien, Universitaet der Bundeswehr, Muenchen, [26.] Simić, D.: Dinamika motornih vozila, Naučna knjiga, Beograd, [27.] Schäfer F., van Basshuysen R.: Schadstoffreduzierung und Kraftstoffverbrauch von Pkw-Verbrennungskraftmotoren, Neue Folge Band 7, Springer-Verlag, Wien New York 1993, ISBN [28.] Sokolovskij, E.: Experimental Investigation of the Braking Process of Automobiles, Transport 22/3, Vilnius, [29.] Šilić, Đ.: Eksperimentalna provjera jednog oscilacionog modela oklopnog automobila, Naučno-tehnički pregled br. 2., vol. XXXVIII., str.19-23, Beograd [30.] Šilić, Đ.: Ispitivanje motornih vozila, predavanja za nastavu održanu u školskoj 2008/9. elektronska varijanta, Veleučilište Velika Gorica, Velika Gorica, [31.] Šilić, Đ.: Ispitivanje otpora zraka autobusa Eurobus AV-120, Promet br. 7, suppl. 3 ; str , Zagreb, [32.] Šilić, Đ.: Utjecaj nekih karakteristika elemenata veze na kočne karakteristike vučnog vlaka, X. međunarodni simpozij Nauka i motorna vozila, Kragujevac [33.] Todorović, J.: Ispitivanje motornih vozila, Mašinski fakultet Beograd, Univerzitet u Beogradu, Beograd, [34.] Todorović, J.: Kočenje motornih vozila, Zavod za udžbenike i nastavna sredstva, Beograd, [35.] Tomić, R., Šagi, G., Ilinčić, P.: Emisije štetnih tvari iz MSUI tendencije smanjivanja i tehnike pročišćavanja ispušnih plinova, Sveučilište u Zagrebu, FSB, [36.] Vuksanović, B.: Mjerenje na motorima i vozilima, CVTŠ VVTŠ Zagreb, Katedra motornih vozila, [37.] Walsh, B.: Global Agreement Worldwide Harmonized Regulation on the Construction and Testing Vehicles, Washington DC, USA,

155 [38.] Wister, W.: Homologation als integrierender Bestandteil der technischen Produktentwicklung, Steyr Daimler Puch Fahrzeugtechnik, Graz, [39.] Žanetić, R.; Stipišić, R.: Mjerni pretvornici u procesnoj industriji, Zavod za kemijsko inženjerstvo, Kemijsko-tehnološki fakultet Sveučilišta u Splitu, Split

156 5. POJMOVI I KRATICE ABS sustav za sprečavanje blokiranja kotača, protublokirni kočni sustav (Anti-Lock Braking System, Anti Blockier System). aktivni senzori senzor koji pod utjecajem mehaničke mjerne veličine generira električni signal (energetski senzor). apsolutna greška odstupanje rezultata dobivenog mjerenjem od realne vrijednosti mjerne veličine. ASR sustav za sprečavanje proklizavanja pogonskih kotača (Anti Slip Regulation, Antribesschlupfregelung). decelerometar uređaj koji daje grafički zapis podataka o kočenju vozila na kojemu je provedeno ispitivanje. DSC dinamičko upravljanje stabilnošću (Dynamic Stability Control). ECE pravilnici propisi Ujedinjenih naroda, Ekonomskog povjerenstva za Europu (Economic Commission for Europe) EEC-direktive propisi Europske unije, odnosno Europske ekonomske zajednice (European Economic Community) EKO test periodično ispitivanje ispušnih plinova motornih vozila u uporabi tijekom redovitih tehničkih pregleda. BEZ-KAT benzinski motor bez katalizatora ili motor s nereguliranim katalizatorom; DIZEL dizelski motor s prednabijanjem ili bez prednabijanja; REG-KAT benzinski motor s reguliranim katalizatorom. ESC elektroničko upravljanje stabilnošću (Electronic Stability Control, Elektronisches Stabilitätssteuerung). ESP elektronički program stabilnosti (Electronic Stability Program, Elektronisches Stabilitätsprogramm). etalon najtočnija naprava kojom se utvrđuje iznos neke fizikalne veličine. homologacija ispitivanje vozila (odnosno dijelova i uređaja na vozilu) i utvrđivanje sukladnosti ispitivanih dijelova s europskim pravilnicima ili smjernicama, koje se odnose na ispitivani dio i na određenu kategoriju novih vozila. intenzitet otkaza parametar pouzdanosti sustava, brzina pojavljivanja otkaza, kvarova (failure rate). Obično se izražava kao broj otkaza u nekom vremenu (npr. tisuću sati). ispitivanje motornog vozila složenija mjerenja, ili istodobno mjerenje više različitih veličina. Na temelju rezultata ispitivanja zaključuje se o konstrukcijskim i eksploatacijskim značajkama ispitivanog motornog vozila, o kvaliteti proizvodnje, o funkciji pojedinih sklopova i uređaja, o kakvoći uporabljenih konstrukcijskih ili pogonskih materijala 156

157 ispitni stol posebno projektirani i napravljeni uređaj namjenjen ispitivanju motora SUI, transmisija i raznih drugih uređaja i detalja sastavnica motornih vozila. kočni uređaj konstrukcija ili skup dijelova i sastavnica koji omogućuju kočenje (usporavanje i zaustavljanje na siguran način te zadržavanje u mirovanju) vozila uz pomoć kotača. Kočni uređaj čine: radna (nožna) kočnica, pomoćna (ručna) kočnica, parkirna kočnica i dodatne kočnice-usporivači za dugotrajno kočenje. kočni sustav širi pojam razmatranja procesa kočenja automobila koji uključuje vozilo, vozača i okoliš (cestu, uvjete vožnje). koeficijent kočenja zakonom je uveden parametar kočenja za provjeru tehničke ispravnosti kočnica na valjcima kao minimalan pokazatelj efikasnosti kočnica. Daje postotak ukupne sile kočenja (prema težini vozila) koji se može iskoristiti za upravljanje silom kočenja i usporenjem vozila. KSS koeficijent statičke stabilnosti (Static Stability Factor), keoficijent koji daje podatak o sklonosti automobila bočnom prevrtanju, definiran odnosom za stabilnost bitnih geometrijskih parametara vozila širinom vozila i visinom centra mase. mjerni broj rezultat usporedbe mjerne veličine i jedinice mjerenja (rezultat mjerenja). mjerni uređaj svako sredstvo za mjerenje (osim onih najjednostavnijih za neposredna mjerenja). Ima tri grupe dijelova: senzor, prijenosni dio i pokazni dio. mjerno područje mjernog uređaja raspon (dijapazon) u kojem se mjerna veličina može izmjeriti uređajem, bez njegova oštećenja i sa željenom točnošću. Svaki mjerni uređaj mora imati određeno i na vidljivom mjestu jasno označeno mjerno područje. MTBF parametar pouzdanosti sustava, srednje vrijeme između otkaza (mean time between failure) i predstavlja recipročnu vrijednost za konstantni intenzitet otkaza sustava. MTBM parametar pouzdanosti sustava, srednje vrijeme između održavanja (mean time between maintenance). MTTF parametar pouzdanosti sustava, srednje vrijeme do otkaza (mean time to failure). U analizi pouzdanosti ima isto značenje i brojčanu vrijednost za neki određeni sustav i određeni period eksploatacijskog vijeka trajanja. MTTR parametar pouzdanosti sustava, srednje vrijeme do ponovne uspostave funkcije (mean time to restore function). NEDC novi europski voznim ciklus (New European Driving Cycle), postupak ispitivanja automobila standardiziranim načinom (režimima) vožnje. NHTSA američki Nacionalni ured za sigurnost prometa (National Highway Traffic Safety Administration) OBD kratica engleskog termina on board diagnostic u doslovnom prijevodu znači dijagnostika na palubi, odnosno dijagnostika na ploči vozača. 157

158 OBD1, OBD2 kratice normi kojima se standardizirao razvoj sustava za dijagnostiku automobila. (OBD I, OBD II) pasivni senzor senzor koji pod utjecajem mjerne veličine mijenja neki od električnih parametara toka elektične struje (otpor, kapacitet, induktivitnost itd). Uvijek se nalazi u električnom krugu koji je napajan posebnim izvorom električne energije (parametarski senzor). piezoelektrični senzor senzor kojem je osnovni element kristal s piezoelektričnim svojstvima. piezoelektrični efekt prirodna pojava nekih kristala da se pod utjecajem mehaničkog naprezanja na nekim njihovim plohama pojavljuje električni naboj. potenciometarski senzor senzor kod kojeg mjerna veličina djeluje na promjenu aktivne duljine vodiča. preciznost mjerenja sposobnost prikazivanja što manje promjene mjerne veličine (osjetljivost). senzor element mjernog lanca napravljen na ideji postojanja prirodne veze između mjerne veličine i neke od električnih veličina (davač, osjetnik, prijemnik, prijamnik, pretvarač). SI međunarodno prihvaćena kratica za Međunarodni sustav jedinica (Le Systeme International d Unites) TCS sustav za upravljanje pogonom (Traction Control System). tenzometar senzor kod kojeg mjerna veličina koristi prirodno svojstvo otpornika da se promjenom njegovih dimenzija mijenja veličina otpora električnoj struji koja kroz njega protječe. Mjerna veličina deformira ispitivani strojni detalj za koji je zalijepljen tenzometar, pa se i on deformira. Izazvana deformacija tenzometra proporcionalna je izazvanoj promjeni otpora tenzometra. Mjerenjem promjene otpora mjeri se mjerna veličina. teretnica posebno projektirani elastični element, odnosno specijalna spojnica kod zatvorenih sustava toka energije u ispitivanju transmisije, njenih sastavnica ili drugih prijenosnika snage. točnost sposobnost što realnijega prikazivanja mjerne veličine. usporivač sastavnica uređaja za kočenje, namijenjena dugotrajnom kočenju teških vozila (autobusi, kamioni,...) posebice na dugim nizbrdicama. Wheatstoneov mjerni most posebna shema kombinirane veze četiri otpornika s dvije karakteristične dijagonale (mjerna dijagonala i dijagonala napajanja). 158

159 6. PRILOZI Prilog 1. Pregled vozila prema kategorizaciji U tablici 19. Navode se vozila prema kategorizaciji u Republici Hrvatskoj. Tablica je sastavljena sukladno o ECE pravilniku broj Jednaki propisi o homologaciji vozila kategorije M, N i O koji se odnosi na kočenje, o ECE pravilniku broj Jednaki propisi o homologaciji vozila kategorije L koji se odnosi na kočenje i o normi HRN M.N4.812 Motorna i priključna vozila, poljoprivredna vozila i samohodne radne mašine KOČENJE KATEGORIZACIJA. Tablica 19. Prikaz kategorizaciji vozila u RH Kategorija Motorna vozila L mopedi, motocikli, laki četverocikli i četverocikli L1 motorna vozila na dva kotača radnog obujma cilindra motora koji nije veći od 50 cm 3 i konstrukcijske brzine koja nije veća od 50 km/h L2 motorna vozila na tri kotača radnog obujma cilindra motora koji nije veći od 50 cm 3 i konstrukcijske brzine koja nije veća od 50 km/h L3 motorna vozila na dva kotača radnog obujma cilindra motora koji je veći od 50 cm 3 ili konstrukcijske brzine koja je veća od 50 km/h L4 motorna vozila na tri kotača asimetrično postavljena u odnosu na srednju uzdužnu os radnog obujma cilindra motora koji je veći od 50 cm 3 ili konstrukcijske brzine koja je veća od 40 km/h (motorkotači s bočnom prikolicom) L5 motorna vozila na tri kotača simetrično postavljena u odnosu na srednju uzdužnu os najveće dopuštene mase koja nije veća od kg i radnog obujma cilindra motora koji je veći od 50 cm 3 ili konstrukcijske brzine koja je veća od 50 km/h L6 laki četverocikli s masom neopterećenog vozila manjom od 350 kg, bez mase akumulatora kod električnih vozila, čija najveća konstrukcijska brzina nije veća od 45 km/h i: (i) čiji radni obujam motora nije veći od 50 cmł, kod motora s prinudnim paljenjem (ii) ili čija najveća netosnaga nije veća od 4 kw, kod ostalih motora s unutarnjim izgaranjem, (iii) ili čija najveća trajna snaga nije veća od 4 kw, kod elektromotora; L7 četverocikli, osim navedenih u prethodnoj točki, s masom neopterećenog vozila manjom od 400 kg (550 kg za vozila za prijevoz robe), bez mase akumulatora kod električnih i čija najveća netosnaga motora ne prekoračuje 15 kw. 159

160 M cestovna motorna vozila koja služe za prijevoz putnika i koja imaju 4 kotača ili 3 kotača i najveću dopuštenu masu veću od 1 t N O M1 M2 M3 N1 N2 N3 O1 O2 O3 O4 motorna vozila za prijevoz putnika koja osim sjedišta vozača imaju još najviše 8 sjedišta motorna vozila za prijevoz putnika koja osim sjedišta vozača imaju više od 8 sjedišta i čija najveća dopuštena masa nije veća od 5 t motorna vozila za prijevoz putnika koja osim sjedišta vozača imaju više od 8 sjedala i čija je najveća dopuštena masa veća od 5 t. cestovna vozila koja služe za prijevoz tereta i koja imaju najmanje 4 ili 3 kotača i najveću dopuštenu masu veću od 1 t motorna vozila za prijevoz tereta čija najveća dopuštena masa nije veća od 3,5 t motorna vozila za prijevoz tereta čija je najveća dopuštena masa veća od 3,5 t, ali nije veća od 12 t motorna vozila za prijevoz tereta čija je najveća dopuštena masa veća od 12 t priključna vozila tj. prikolice i poluprikolice koje se priključuju na cestovna motorna vozila prikolice s jednom osovinom, osim poluprikolica čija najveća dopuštena masa nije veća od 0,75 t prikolice čija je najveća dopuštena masa manja od 3,5 t, osim prikolica kategorije O1 prikolice čija je najveća masa veća od 3,5 t, ali nije veća od 10 t prikolice čija je najveća dopuštena masa veća od 10 t Prilog 2. Prikaz pojedinačnih ECE pravilnika kojima moraju udovoljiti motorna vozila prije prve registracije u Republici Hrvatskoj 160

161 161

162 Prilog 3. Primjer ispitivanja snage motora SUI prema lit. [8.] Opis i uvjeti ispitivanja Pravilnik ECE R-85 propisuje način ispitivanja snage pogonskog motora vozila kategorije M i N. Mjerenjem snage dobiva se krivulja snage motora u ovisnosti brzine vrtnje, pri maksimalnom opterećenju. Mjerenje se obavlja na način opisan u pravilniku. Pritom se koristi gorivo čija su svojstva i kvaliteta određeni prema o CEC dokumentu RF-03-A-84 za motore s kompresijskim (dizel) palje- njem, a prema o CEC dokumentu RF-03-A-84 i RF-03-A-85 za motore sa stranim (oto) paljenjem. Slika 123. Mjerenje snage prema pravilniku ECE R-85: mjerenjem se određuje njegova vanjska karakteristika, odnosno snaga motora P(n) Pomoćni uređaji su oni uređaji koji su potrebni za pogon motora ugrađenog u vozilo, a to su: o usisni kolektor, o ispušni kolektor, o uređaj za napajanje gorivom (sa svim pumpama, rasplinjačem ), o generator električne struje itd. Oni se ugrađuju na istu poziciju koju zauzimaju tijekom uobičajene uporabe vozila u normalnoj uporabi. 162

163 Uređaji ugrađeni na motoru, koji su neophodni samo za pogon vozila, ali ne i za pogon motora, za vrijeme ispitivanja ne smiju biti ugrađeni na motor. To su primjerice zračni kompresor za kočnice, pumpa servovolana, kompresor zračnih opruga, uređaj za klimatizaciju i sl. Snaga onih uređaja koji nisu nužni za rad motora nego su potrebni za pogon vozila, ali se ne mogu demontirati s motora za vrijeme ispitivanja, određuje se pri radu motora u neopterećenom stanju i zatim se ta snaga dodaje izmjerenoj snazi motora. Atmosferski uvjeti u ispitnoj stanici-laboratoriju tijekom ispitivanja, prema ECE R-85, moraju biti unutar sljedećih granica o tlak zraka između 80 kpa i 110 kpa, o temperatura za motore s kompresijskim paljenjem između 283 o K i 313 o K, za motore sa stranim paljenjem između 288 o K i 308 o K. Kako je potreban veći broj mjerenja da bi se mogla ispravno definirati krivulja snage između najniže i najviše brzine vrtnje, doći će do rasipanja rezultata, kako zbog točnosti mjerenja, tako i zbog moguće promjene atmosferskih uvjeta u ispitnoj stanici. Rezultati mjerenja snage korigiraju se na referentne atmosferske uvjete: temperatura zraka ( T o ): 298 o K (25 C) tlak suhog zraka ( p S0 ): 99 kpa Računska obrada rezultata Korekcija snage obavlja se prema slijedećim izrazima (točka 5.1., Pravilnika ECE R-85, Dodatak 4.) P o = α P gdje je: P o korigirana snaga P izmjerena snaga kod uvjeta za vrijeme ispitivanja α faktor korekcije i to: α a za motore sa stranim paljenjem Da bi ispitivanje bilo valjano, faktor korekcije α a mora biti između 0.93 i Ako te vrijednosti nisu u traženom intervalu, ispitivanje neće vrijediti i u izvještaju o ispitivanju se to navodi kao razlog, tj. nezadovoljavajući atmosferski uvjeti za vrijeme ispitivanja (tlak i temperatura). α d za motore s kompresijskim paljenjem 163

164 α d = f a f m pri čemu su f a atmosferski faktor za motore bez prednabijanja i motore nabijene mehanički pogonjenim kompresorom za motore s prednabijanjem turbopuhalom f m faktor motora karakteristični parametar za svaki tip motora i za svako podešavanje. f m = q c 1.14 za q c = 40 do 60 mg/(ciklus. dm 3 ) f m = 0.03 za q c = do 40 mg/(ciklus. dm 3 ) f m = 1.2 za q c = preko 65 mg/(ciklus. dm 3 ) gdje je q c korigirani protok goriva, tj. q c = q/r q protok goriva u miligramima po ciklusu i litri radnog volumena motora u mg/(ciklus. dm 3 ) r omjer tlakova na ulazu i izlazu kompresora (r = 1 za nenabijene motore) Slika 124. Faktor motora f m u ovisnosti o korigiranom protoku goriva q c 164

165 Vrijednosti faktora motora f m prikazane su na slici 124. Da bi ispitivanje bilo valjano, faktor korekcije α d mora biti između 0.9 i 1.1. Ako te vrijednosti nisu u traženom intervalu, ispitivanje neće vrijediti i u izvještaju o ispitivanju se to navodi kao razlog, tj. nezadovoljavajući atmosferski uvjeti za vrijeme ispitivanja (tlak i temperatura). Podaci se upisuju u obrazac REZULTATI ISPITIVANJA I MJERENJA NETO SNAGE MOTORA, koji je dan u prilogu Dodatka 4., Pravilnika ECE R-85, a koji je prikazan na slici 125. REZULTATI ISPITIVANJA I MJERENJA NETO SNAGE MOTORA 1. Ispitni uvjeti 1.1. Pritisak izmjeren kod najveće snage Ukupan barometarski tlak Pa Tlak vodene pare Pa Ispušni tlak Pa 1.2. Temperature izmjerene kod najveće snage Usisnog zraka K Na izlazu iz međuhladnjaka motora K 1.3. Rashladne tekućine Na izlaznom dijelu kod motora s rashladnom tekućinom K U referentnoj točki (za slučaj zračnog hlađenja) K 1.4. Mazivog ulja (označena točka mjerenja) K 1.5. Gorivo Na ulaznom dijelu pumpe goriva K Na uređaju za mjerenje potrošnje goriva K 1.6. Karakteristika dinamometra K Proizvođač Model Tip Gorivo 2.1. Za motore s normalnim paljenjem koji rade na tekuće gorivo Proizvođač Specifikacije Dodaci protiv udara (olovo itd.) Tip Sadržaj mg/l Oktanski broj RON (ASTM D ) Specifična gustoća g/cm3 pri 288K Donja ogrjevna vrijednost kj/kg 2.2. Za motore s normalnim paljenjem koji rade na plinovito gorivo Proizvođač Specifikacije Tlak skladištenja bar Uporabni tlak bar Donja ogrjevna vrijednost kj/kg Slika 125. Obrazac za upisivanje podataka 165

166 Primjer ispitivanja snage pogonskog motora malog osobnog automobila Prilikom ispitivanja treba mjeriti sve veličine propisane u prilogu naprijed navedenog dodatka Pravilnika ECE R-85, od kojih su ovdje navedene samo najvažnije. REZULTATI ISPITIVANJA I MJERENJA SNAGE MOTORA 1. Ispitni uvjeti 1.1. Tlak izmjeren kod najveće snage ukupni barometarski tlak Pa ispušni tlak Pa 1.2. Temperature izmjerene kod najveće snage usisnog zraka 294 o K rashladne tekućine na izlaznom dijelu kod motora s rashladnom tekućinom 343 o K mazivog ulja 363 o K goriva na ulaznom dijelu pumpe goriva 294 o K u uređaju za mjerenje potrošnje goriva 295 o K 1.3. Karakteristike kočnice proizvođač SCHENCK Model: U tip hidraulička kočnica 2. Gorivo 2.1. za motore sa stranim paljenjem koji rade na tekuće gorivo proizvođač INA specifikacija MB Super 98 (IOB 98) oktanski broj RON 98 (ASTM D ) gustoća 0,741 g/cm 3 pri 294 K donja ogrjevna vrijednost: kj/kg 3. Sredstvo za podmazivanje 3.1. proizvođač INA 3.2. specifikacija Millennium 3.3. SAE viskoznost: 10 W Detaljni rezultati mjerenja Podaci koji se nalaze u tablici 21. ispisuju se za svaku točku obavljenog mjerenja snage pogonskog motora. 166

167 Tablica 21. Rezultati mjerenja snage jednog pogonskog motora SUI Brzina motora, [min -1 ] Izmjereni okretni moment, M [Nm] 70,94 74,452 77,964 79,37 Izmjerena snaga, P [kw] 15,6 19,48 23,67 27,42 Izmjereni protok goriva, [g/h] 4921, ,7 7451,4 Barometarski tlak, [kpa] 101,5 101,5 101,5 101,5 Tlak vodene pare, [kpa] 2,503 2,503 2,503 2,503 Temperatura usisnog zraka, [K] Faktor korekcije snage α 0,9924 0,9924 0,9924 0,9924 Korigirana snaga kočenja, [kw] (s ventilatora i bez njega) Snaga ventilatora, [kw] (biti će oduzeta ako ventilator nije dodan) Neto snaga P o = α P [kw] Neto okretni moment M o = α M [Nm] 70,4 73,9 77,4 78,8 Korigirana specifična potrošnja goriva, g o = α g [g/(kwh)] Temperatura rashladne tekućine na odušku, [K] Temperatura maziva na ispitnoj točki, [K] Temperatura zraka nakon tlačnog punjenja, [K] Temperatura goriva na sapnici, [K] Temperatura zraka nakon punjenja zračnog hladnjaka, [K] Tlak nakon tlačnog punjenja, [kpa] Tlak nakon punjenja zračnog hladnjaka, [kpa] Slika 126. Brzinska karakteristika motora krivulja ovisnosti neto snage P o, momenta M o i potrošnje goriva g o u ovisnosti o brzini vrtnje motora 167

168 Zaključak Uvjeti za vrijeme ispitivanja bili su unutar dopuštenih granica: o tlak suhog zraka p S = 99 kpa (dopušteno 80 do 110 kpa); o temperatura T = 294 o K (dopušteno 288 do 308 K); o faktor korekcije snage α = (dopušteno 0.93 do 1.07). Prema tome, zaključuje se da su svi propisani parametri uvjeta ispitivanja bili u traženim okvirima, što podrazumijeva da je ispitivanje bilo valjano. S obzirom na to da su izvan propisanih tolerancija podaci za neto snagu dobiveni ispitivanjem u laboratoriju u odnosu na podatke koje je dao proizvođač, ispitivanjem dobiveni podaci se usvajaju kao vrijedeći za ispitivani motor (umjesto tvorničkih). Prilog 4. Primjer ispitivanja štetnih plinova ispuha pogonskog motora mopeda prema lit. [21.] Slika 127. Moped Pravilnik ECE R-47 odnosi se na emisiju štetnih plinova motora SUI ugrađenih na mopede. Pod pojmom moped podrazumijeva se motorno vozilo na dva ili tri kotača, čija ukupna masa ne prelazi 400 kg, maksimalna brzina nije veća od 50 km/h, te radni volumen motora SUI nije veća od 50 cm 3 (kategorija L1 i L2). Pravilnikom se određuje maksimalna dopuštena emisija ugljičnog monoksida i ugljikovodika, što je prikazano u tablicama 22. i 23. Tablica 22. Maksimalna dopuštena emisija ugljičnog monoksida i ugljikovodika za vozila na dva kotača (kategorija L1) za dobivanje homologacijskog odobrenja Masa ugljičnog monoksida g/km Masa ugljikovodika g/km

169 Tablica 23. Maksimalna dopuštena emisija ugljičnog monoksida i ugljikovodika za vozila na tri kotača (kategorija L2) za dobivanje homologacijskog odobrenja Masa ugljičnog monoksida g/km Masa ugljikovodika g/km Ove vrijednosti provjeravaju se za svaki tip vozila (osim onih navedenih u točki 7. Pravilnika; definiciju tipa vozila vidi u članku 4. Pravilnika o homologaciji vozila, NN br. 82/1996) i to: o ispitivanjima tipa-i (simulacija vožnje u gradu), o ispitivanjima tipa-ii (prazni hod). Međutim, vozila u serijskoj u proizvodnji mogu imati veću štetnu emisiju, propisanu granicama navedenim u tablicama 24. i 25. Ukoliko rezultati ispitivanja slučajno odabranog serijskog vozila premašuju i ove granice, ispitivanje sukladnosti proizvodnje provodi se prema statističkim metodama navedenim u točki Pravilnika. Tablica 24. Maksimalna dopuštena emisija ugljičnog monoksida i ugljikovodika za vozila na dva kotača (kategorija L1) u serijskoj proizvodnji Masa ugljičnog monoksida g/km Masa ugljikovodika g/km Tablica 25. Maksimalna dopuštena emisija ugljičnog monoksida i ugljikovodika za vozila na tri kotača (kategorija L2) u serijskoj proizvodnji Masa ugljičnog monoksida g/km Masa ugljikovodika g/km Svako od ispitivanja (tip-i i tip-ii) ponavlja se tri puta (detaljniji opisi u točki Pravilnika) ali: o ispitivanje se izvodi samo jedanput ako su dobiveni rezultati mjere- nja manji od 70% propisanih vrijednosti; o ispitivanje se izvodi dvaput ako su dobiveni rezultati mjerenja manji od 85% propisanih vrijednosti, s tim da zbroj rezultata oba mjerenja mora biti manji od 170% propisanih vrijednosti. Rezultati svakog od ispitivanja moraju biti manji od graničnih vrijednosti navedenih u tablicama, osim u slučaju da jedan rezultat ispitivanja prekoračuje propisanu vrijednost za 10%, ali je aritmetička sredina rezultata triju mjerenja manja od propisane vrijednosti (detaljniji opisi u točki Pravilnika). 169

170 Ispitivanje tipa-i Ispitivanjem tipa-i provjerava se emisija štetnih plinova u gradskim područjima s velikom gustoćom prometa. Ispitivanje se provodi na dinamometarskom ispitnom uređaju opremljenom kočnicom i valjcima za simuliranje otpora vožnje i mjerenje prevaljenog puta. Svako od ispitivanja traje 448 sekundi i izvode se jedno iza drugoga. Prije početka prvoga ispitivanja vozilo se zagrijava u trajanju od 448 sekundi. Vozilom, koje je prije ispitivanja prešlo najmanje 250 km, naprave se četiri uzastopne vožnje, svaka u trajanju od 112 s, prije samog ispitivanja, da bi se vozilo zagrijalo. Provjeri se tlak zraka u gumama (može se povećati za 30 do 50% u odnosu na vrijednost koju preporučuje proizvođač, ako je promjer valjka uređaja za ispitivanje manji od 500 mm). Prilikom ispitivanja se mora osigurati opterećenje na pogonskom kotaču unutar ±3 kg u odnosu na opterećenje koje daje vozač mase 75±5 kg pri normalnoj vožnji u uspravnom položaju. Zatim se vozilo stavi na ispitni uređaj. Kočnica mora biti podešena tako da brzina vozila na ispitnom uređaju, pri punom gasu, bude jednaka maksimalnoj brzini vožnje. Valjak treba biti podešen tako da ukupna inercija rotirajućih masa predstavlja referentnu masu vozila. Za vrijeme ispitivanja treba, izravno na motor usmjeriti struju zraka brzine 25±5 km/h, koju daje ventilator postavljen ispred vozila. Površina presjeka izlaznog dijela ventilatora mora iznositi minimalno 0.2 m2. Temperatura u prostoriji mora biti između 20 C i 30 C, a vozilo mora biti u položaju koji što je moguće više odgovara horizontalnoj cesti. Za cijelo vrijeme ispitivanja mora se iscrtavati dijagram ovisnosti brzine o vremenu, na osnovi kojega se naknadno utvrđuje ispravnost izvođenja mjernog ciklusa. Tablica 26. Ispitni ciklus prema Pravilniku ECE R-47 Broj operacije Operacija Ubrzanje (m/s2) Brzina (km/h) Trajanje operacije (s) Ukupno vrijeme (s) Prazni hod Ubrzavanje Konstantna brzina Usporavanje Konstantna brzina Usporavanje Prazni hod puni gas puni gas max max max ovisno o vozilu 57 ovisno o vozilu Ispitivanje traje ukupno 448 sekundi i sastoji se od četiri identična ciklusa, koji se uzastopno izvode bez prekidanja. Svaki se ciklus sastoji od sedam operacija podijeljenih prema tablici 26. S prvim ciklusom ispitivanja treba započeti u isto vrijeme kao i s mjerenjem protoka razrijeđenih ispušnih plinova, odnosno prikupljanjem uzoraka. 170

171 Opis pojedinih operacija ciklusa Prazni hod Ako vozilo ima mehanički mjenjač, da bi se pravilno ubrzalo, mjenjač se postavlja u prvu brzinu, a spojka se otpusti unutar pet sekundi prije početka ubrzavanja. Ako vozilo ima automatski mjenjač, uređaj za biranje brzina se isključi prije ispitivanja, a poluga se stavi u položaj road (otvorena cesta), postoji li mogućnost izbora. Ubrzavanje Na kraju svake od operacije praznog hoda slijedi operacija ubrzavanja, koja se izvodi s potpuno otvorenim gasom te, ako je potrebno, mijenjajući brzine da bi se što je prije moguće postigla maksimalna brzina. Konstantna brzina Operacija s konstantnom maksimalnom brzinom održava se držeći gas potpuno otvorenim sve do početka operacije usporavanja. Pri operaciji s konstantnom brzinom od 20 km/h, gas treba držati što je više moguće u fiksnom položaju. Usporavanje Sva se usporavanja izvode potpunim zatvaranjem gasa, pri čemu spojka ostaje uključena. Mehaničku spojku treba isključiti (stisnuti polugu spojke) kad se brzina spusti na vrijednost od 10 km/h. Ako je usporavanje sporije od propisanog za određenu operaciju, treba upotrijebiti kočnicu vozila kaka bi se omogućilo ispravno izvođenje ciklusa. Slika 128. Shema uređaja za prikupljanje uzoraka ispušnih plinova 171

172 Ako je usporavanje brže od propisanog za određenu operaciju, mijenja se teorijsko vrijeme trajanja operacije te se preostalo vrijeme za usporavanje zamjenjuje ili vremenom trajanja operacije s konstantnom brzinom ili vremenom praznog hoda u ovisnosti o operaciji koja slijedi. Na kraju drugog usporavanja (vozilo u praznom hodu na ispitnim valjcima), mjenjač mora biti u neutralnom položaju, a poluga spojke pritisnuta. Cijelo vrijeme trajanja ispitivanja, ispušni plinovi se propuštaju kroz uređaj za prikupljanje uzoraka. Ispušni plinovi se razrjeđuju zrakom da bi se zadržao konstantan volumetrijski protok mješavine ispušnih plinova i zraka. Sadržaj vreće treba što je moguće prije analizirati, a u svakom slučaju najkasnije 20 min nakon početka punjenja vreća. Vrijednosti na analizatoru moraju postati stabilne u roku od jedne minute nakon spajanja vreće na analizator. Očitavanje se obavlja kad vrijednosti postanu stabilne. Određivanje količine štetnih ispušnih plinova Masa ugljičnog monoksida utvrđuje se sljedećom formulom:, gdje je: COm masa ugljičnog monoksida emitirana za vrijeme ispitivanja u g/ km; S prevaljena udaljenost u kilometrima (dobije se umnoškom broja okretaja valjka i opsega valjka); d CO = kg/m 3 gustoća ugljičnog monoksida pri temperaturi od 0 C i tlaku od mbar; COC volumetrijska koncentracija, izražena u dijelovima na milijun, u uzorku razrijeđenih plinova (ppm), korigirana tako da se uzme u obzir onečišćenost zraka za razrjeđivanje: CO C = CO e CO d (1 1/DF), gdje je: CO e volumetrijska koncentracija ugljičnog monoksida, mjerena u dijelovima na milijun (ppm), u uzorku razrijeđenih plinova prikupljenih u vreći SA; CO d volumetrijska koncentracija ugljičnog monoksida, mjerena u dijelovima na milijun (ppm), u uzorku zraka za razrjeđivanje prikupljenog u vreći SB; DF koeficijent izražen formulom: DF= 14.5 / (CO CO + HC) 172

173 CO, CO 2 i HC su volumetrijske koncentracije ugljičnog monoksida, ugljičnog dioksida i ugljikovodika, izražene u postocima, u uzorku mješavine ispušnih plinova i zraka u vreći SA; V ukupni volumen razrijeđenog plina, izražen u m 3, prilagođen referentnim uvjetima od 0 C (273 K) i mbar: gdje je: V 0 volumen plina koji prođe kroz pumpu za vrijeme jednog okretaja izražen u m 3 /okr. Taj volumen je funkcija razlike ulazne i izlazne površine presjeka pumpe; N broj okretaja pumpe P1 za vrijeme trajanja četiriju ciklusa ispitivanja; p a okolišni tlak [mbar]; p i prosječni podtlak na usisu pumpe P1 za vrijeme trajanja četiriju ciklusa ispitivanja [mbar]; T p temperatura razrijeđenih plinova za vrijeme četiriju ciklusa ispitivanja, mjerena na usisu pumpe P1 [ C ]. Određivanje mase neizgorenih ugljikovodika obavlja se na identičan način naveden za ugljični monoksid, tako da se oznake CO zamijene oznakama HC, a indeksi ostaju isti, kao i DF. Što se tiče gustoće ugljikovodika d HC, ona se uzima d HC =0.619 kg/m 3 (uobičajeni ugljik/vodik omjer 1:1.85). Masa dušičnih oksida koje je vozilo ispustilo za vrijeme ispitivanja, računa se prema slijedećem obrascu: Može se uočiti da je formula analogna onoj za CO ili HC (zamijenjene oznake CO odnosno HC oznakama NO), s tim da je pomnožena korekcijskim faktorom vlažnosti zraka K h. Za sve ostale vrijednosti vrijedi analogija dana za ugljikovodike, s tim da se kao gustoća dušičnih oksida uzima d NO2 =2.05 kg/m 3 (gustoća dušičnog dioksida). K h je korekcijski faktor vlažnosti zraka i računa se prema sljedećem obrascu: gdje je: H apsolutna vlažnost u gramima vode po kilogramu suhog zraka 173

174 pri čemu je: U postotak vlažnosti (relativna vlažnost); p d tlak zasićenja pri temperaturi ispitivanja [mbar] (u Toplinskim se tablicama može pronaći ovisnost tlaka zasićenja o temperaturi: npr. za 20 C dobiva se da je p d = mbar); p a atmosferski tlak [mbar] Ispitivanje tipa-ii Ispitivanjem tipa-ii obavlja se mjerenje emisije ugljičnog monoksida i ugljikovodika u praznom hodu. S provedbom ovog ispitivanja započinje se odmah nakon završetka ispitivanja tipa-i. Pri tom ispitivanju upotrebljava se ista oprema, uz ista ograničenja, kao pri ispitivanju tipa-i. Za vozila s mehaničkim mjenjačem ispitivanje se obavlja u neutralnom položaju s isključenom spojnicom, dok se kod vozila s automatskim mjenjačem ispitivanje obavlja tako da je pogonski kotač u mirovanju, pri čemu je spojnica isključena. Brzina vrtnje motora u praznom hodu treba biti podešena prema uputama proizvođača. Ventil na uređaju za analizu razrijeđene ispušne mješavine, odnosno zraka, treba staviti u položaj za direktnu analizu. Vrijednost mjerenja, na analizatoru, bi se treba biti stabilna u roku od jedne minute. Ispitivanje je gotovo nakon što se očitaju vrijednosti s analizatora. Određivanje količine emitiranih štetnih ispušnih plinova Masa se ugljičnog dioksida određuje sljedećom formulom: gdje je: CO M masa ugljičnog monoksida emitirana za vrijeme ispitivanja [g/ min]; d CO =1.250 kg/m 3 gustoća ugljik monoksida pri temperaturi od 0 C i tlaku od mbar; CO C volumetrijska koncentracija ugljičnog monoksida, mjerena u dijelovima na milijun (ppm), u razrijeđenim plinovima, korigirana da uzme u obzir i onečišćenost zraka za razrjeđivanje: CO C = CO e CO d (1 1/DF), gdje je: CO e volumetrijska koncentracija, mjerena u dijelovima na milijun (ppm), ugljičnog monoksida u uzorku razrijeđenih ispušnih dimnih plinova; 174

175 CO d volumetrijska koncentracija ugljičnog monoksida, mjerena u dijelovima na milijun (ppm), u zraku za razrjeđivanje; DF koeficijent čije je računanje prikazano pri ispitivanju tipa-i; V ukupni volumen zraka za razrjeđivanje, izražen u m3/min, prilagođen referentnim uvjetima od 0 C (273 K) i mbar: gdje je: V 0 N p a p i T p volumen plina koji prođe kroz pumpu za vrijeme jednog okretaja izražen u m 3 /okr. Taj je volumen funkcija razlike ulazne i izlazne površine presjeka pumpe; broj okretaja pumpe P 1, za vrijeme ispitivanog praznog hoda, podijeljen s vremenom trajanja ispitivanja [min -1 ]; okolišni tlak [mbar]; prosječni podtlak na usisu pumpe P1 za vrijeme trajanja ispitivanja, [mbar]; temperatura razrijeđenih ispušnih plinova za vrijeme trajanja ispitivanja, mjerena na usisu pumpe P1. Određivanje mase neizgorjenih ugljikovodika obavlja se na identičan način naveden za ugljični monoksid, tako da se vrijednosti CO zamijene vrijednostima HC, a indeksi ostaju isti. DF ostaje isti. Što se tiče gustoće ugljikovodika d HC, ona se uzima d HC = kg/m 3 (uobičajeni omjer ugljik/vodik 1:1.85). Rezultati ispitivanja Za izlazne se podatke provedenih ispitivanja dobiva: Tip-I: CO [g/km] HC [g/km] NO x [g/km] Tip-II: CO [g/min] HC [g/min] Karakteristike korištenog goriva za ispitivanja dane su u Dodatku 6 Pravilnika. U slučaju korištenja mješavine (za napajanje dvotaktnog motora SUI), ulje mora po gradaciji odgovarati vrijednosti koju propisuje proizvođač. 175

176 Prilog 5. Prikaz tehničkog izvještaja o obavljenom ispitivanju buke jednog teretnog vozila 176

177 177

178 178

179 179

180 180

181 181

182 Prilog 6. Primjer određivanja položaja centra mase (težišta) jednog automobila Mjerenjem na vagi na vodoravnoj podlozi izmjereno je da se na svaki kotač osobnog vozila oslanja dio njegove težine automobile prema sljedećoj shemi Slika 129. Shema raspodjele vertikalnog opterećenja kotača automobila prednji lijevi G 1L = 3.7 kn prednji desni G 1D = 3.2 kn stražnji lijevi G 2L = 2.7 kn stražnji desni G 2D = 2.8 kn Nakon toga se očitaju iz postojeće dokumentacije ispitivanog automobila (ili izmjere) vrijednosti međuosovinskog razmaka L i traga kotača S: L = 3.20 m, S = 1.80 m. Opterećenje prednje osovine dobiva se zbrajanjem dijelova težine koje nose kotači prednje osovine: G 1 = G 1L + G 1D = = 6.9 kn, a opterećenje stražnje osovine zbrajanjem dijelova težine koje nose kotači stražnje osovine: G 2 = G 2L + G 2D = = 5.5 kn. Ukupna težina automobila je zbroj osovinskih opterećenja: G = G 1 + G 2 = = 12.4 kn. Iznos mase ispitivanog automobila se dobiva iz: 182

183 M = G/g =12.4 / 9.81 =1 264 kg. Iz uvjeta statičke ravnoteže (Σ F x = 0, Σ F y = 0 i Σ M o = 0) dobiva se položaj težišta po duljini automobila, odnosno razmaka od težišta do osi prednje osovine l 1 i od težišta do ose stražnje osovine l 2 : l 1 = L * G 2 / G = 3.2 * 550 / 1240 = 1.42 m, l 2 = L * G 1 / G = 3.2 * 690 / 1240 = 1.78 m. Identičnim postupkom se može doći do položaja centra mase (težišta) po širini automobila. Opterećenje lijevih kotača dobiva se zbrajanjem dijelova težine koje nose kotači na lijevoj strani automobila G L = G 1L + G 2L = = 6.4 kn, a opterećenje desnih kotača zbrajanjem dijelova težine koje nose desni kotači automobila: G D = G 1D + G 2D = = 6.0 kn. Ukupna težina automobila je zbroj opterećenja koju nose svi (lijevi i desni) kotači automobila: G = G L + G D = = 12.4 kn. Iz uvjeta statičke ravnoteže dobiva se položaj težišta po širini automobila, odnosno rastoja od težišta do lijevih kotača s L i od težišta do desnih kotača s D. s L = S * G D / G = 1.8 * 600 / 1240 = 0.87 m, s D = S * G L / G = 1.8 * 640 / 1240 = 0.93 m. 183

184 Prilog 7. Primjer ispitivanja usporenja automobila na cesti Ako iz bilo kojeg razloga pri provjeri ispravnosti uređaja za kočenje motornog vozila ne postoji mogućnost uporabe valjaka za ispitivanje kočnica, jednako može poslužiti mjerač usporenja. kočenje maksimalnim intenzitetom pri početnoj brzini od 80 km/h usporenje vozila kočenje maksimalnim intenzitetom pri početnoj brzini od 100 km/h usporenje vozila Slika 130. Grafički zapisi mjerenja usporenja vozila Primjer grafičkog zapisa mjerenja promjene usporenja u vremenu pri kočenju vozila na vodoravnoj cesti jednog osobnog vozila mjeračem usporenja u slučaju naglog (hitnog, paničnog ) kočenja prosječnog vozača je na slici 130. i iskusnog vozača na slici 131. Na slici 130., osim vremenskog slijeda prikaza promjene usporenja, prikazan je i slijed promjene sile kojom vozač djeluje na papučicu kočnice u vremenu. Na istom se zapisu mogu očitati i dostignute najveće vrijednosti tih kočnih parametara. Iz dobivenog ispitivanja procesa kočenja osobnog automobila koji je poslužio pri mjerenju usporenja prikazanog na zapisima (slika 131.), može se doći do ocjene o ispravnosti njegova kočnog uređaja. S obzirom na to da je zakonom propisan minimalni iznos koeficijenta kočenja, da bi se on izračunao, moralo se obaviti mjerenje težine (mase) koju nosi svaki kotač, osovina. Podaci izmjerene mase osobnog vozila na vagi prije provjere kočnica: masa prednje osovine 816 kg (lijevi + desni kotač/ ), masa stražnje osovine 539 kg (lijevi + desni kotač/ ), masa vozača i suvozača 200 kg; 184

185 kočenje maksimalnim intenzitetom pri početnoj brzini od 80 km/h usporenje vozila i sila na papučici kočnice kočenje maksimalnim intenzitetom pri početnoj brzini od 100 km/h usporenje vozila i sila na papučici kočnice ukupna masa vozila m = 1555 kg, ukupna težina vozila G = N; pogon vozila na prednje kotače, 195/65 R15, ljetni pneumatici, radna disk kočnica s ABS-om i servopojačalom, pomoćna disk-kočnica djeluje samo na stražnje kotače. Kočenje radnom (nožnom) kočnicom S obzirom na propisani najmanji koeficijent kočenja z = 50%, potrebna sila kočenja automobila mora biti: F km = z G F km = 0.50 * F km = 7750 N, a potrebno usporenje vozila pritom mora biti barem a k = z g a k = 0.50 * 9.81 a k = 4.9 m/s 2. Slika 131. Grafički zapisi mjerenja usporenja i sile na papučici Kako se vidi iz grafičkih zapisa mjerenja usporenja vozila (slike 130. i 131.) da je kod sva četiri kočenja maksimalno usporenje bilo veće (7.28 m/s 2, 8.90 m/s 2, 185

186 10.60 m/s 2 i m/s 2 ), tj. značajno veće od zakonom propisanoga minimuma od 4.9 m/s 2, dolazi se do zaključka o ispravnosti dijela konkretnog uređaja za kočenje radne kočnice. Pri istom ispitivanju (istog dana) obavljeno je mjerenje sile kočenja pomoću valjaka na svim kotačima (prednji lijevi F kp ; prednji desni F kpd ; stražnji lijevi F ksl ; stražnji desni F ksd ). Ukupna sila kočenja vozila je zbroj izmjerenih sila po kotačima: F k = F kpl + F kpd + F ksl + F ksd F k = F k = N Koeficijent kočenja radne kočnice: Fk z n 100 G z n = ( / )100% z n = 64.2 % Koči li se takvim intenzitetom kao pri provjeri na valjcima u vožnji po cesti dobilo bi se očekivano usporenje vozila uz kočenjem radnom kočnicom od a kn = z g a kn = 0.64 * 9.81 a kn = 6.3 m/s 2 Propisano je da razlika između sile kočenja jednog i drugog kotača iste osovine ne smije prijeći 25% u odnosu na veću kočnu silu, pa je i to potrebno računski provjeriti. Razlika sila kočenja na prednjoj osovini: Δ F kp = F kpl F kpd Δ F kp = = N Δ F kp % = (132.4/3099.3)100% = 4.27 % Razlika sila kočenja na stražnjoj osovini: Δ F ks = F ksl F ksd Δ F ks = = 26 N Δ F ks % = (26/1960)100% = 1.32 % Kočenje pomoćnom (ručnom) kočnicom Potreban propisani najmanji koeficijent kočenja ručne kočnice z = 20%, što znači da najmanja kočna sila realizirana pomoćnom kočnicom mora biti veća od 186

187 F kr = z G F kr = 0.20 * F kr = 3110 N, a pritom bi se moralo ostvariti najmanje dopušteno, tj. potrebno usporenje vozila od a k = z g a k = 0.20 * 9.81 a k = 1.96 m/s 2. Stvarni koeficijent kočenja ručne kočnice koji može ostvariti uređaj za kočenje koji se provjerava na ispitnim valjcima, određuje se tako da se zbroje izmjerene sile kočenja na onoj osovini na kojoj djeluje kočnica i podijeli težinom vozila tijekom ispitivanja. S obzirom na to da je na ispitivanom automobilu pomoćna kočnica ugrađena na stražnjoj osovini, koeficijent kočenja pri djelovanju na stražnje kotače iznosi: z r = (F ks l + F ks d ) / G z r = (( ) / 15550)*100 % z r = 23.2 %, a pritom bi se moralo ostvariti najmanje dopušteno, tj. potrebno usporenje vozila pri kočenju samo pomoćnom kočnicom od a kr = z g a kr = * 9.81 a kr = 2.15 m/s 2 Budući da razlika sile kočenja pomoćne kočnice na kotačima stražnje osovine ne smije biti veća od 30%, a dobiva se tako da se apsolutna razlika sila kočenja podijeli većom silom, slijedi: Δ F rs = (( F ks l F ks d ) / F ks l,d max ) * 100 % Δ F rs = (( ) / ) * 100 % Δ F rs = 6.4 %. 187

188

189 VELEUČILIŠTE VELIKA GORICA Tel. 01/ Zagrebačka cesta 5 Fax: 01/ Velika Gorica Veleučilište Velika Gorica je visokoobrazovna ustanova osnovana godine koje provodi pet stručnih studija i tri stručna specijalistička studija, kao redovni studij i studij uz rad. Osnivači i vlasnici veleučilišta su grad Velika Gorica i Visoka škola za sigurnost iz Zagreba. Veleučilište pokriva područja tehničkih znanosti u skladu sa Pravilnikom o znanstvenim i umjetničkim područjima, poljima i granama Ministarstva znanosti i tehnologije. Pet stručnih studija (3 godine): Održavanje motornih vozila Održavanje računalnih sustava Upravljanje u kriznim uvjetima Održavanje zrakoplova Očna optika Tri specijalistička diplomska stručna studija (1 ili 2 godine): Informacijski sustavi (1) Krizni menadžment (1) Upravljanje logističkim sustavima i procesima logistika (2) ECTS bodovi za 4 godišnje školovanje 3+1: = 240 bodova za 5 godišnje školovanje 3+2: = 300 bodova Završetkom stručnih studija polaznici stječu zvanje prvostupnika (baccalaureus) inženjera/bacc. ing. određene struke, a završetkom specijalističkih diplomskih studija stječu zvanje stručnog specijalista inženjera /str. spec. ing. određene struke. Veleučilište Velika Gorica je renomirana i tehnološki suvremena obrazovna ustanova s jedinstvenim studijskim programima na području R. Hrvatske. Vizija veleučilišta je provedba stručnih i specijalističkih studija u neposrednoj suradnji sa gospodarstvom. VELEUČILIŠTE VELIKA GORICA, Zagrebačka cesta 5, Velika Gorica Tel.: 01/ Fax: 01/ info@vvg.hr MB OIB ŽR ili

190 CENTAR ZA VOZILA HRVATSKE d.d. Ilica 15/I, Zagreb Tel Fax: Centar za vozila Hrvatske (CVH) je ovlaštena ustanova za osiguranje i koordinaciju tehničkih pregleda i registracije te pružanje stručne i profesionalne pomoći svim stanicama za tehnički pregled vozila u Republici Hrvatskoj. CVH zapošljava oko 1200 licenciranih nadzornika tehničke ispravnosti vozila i referenata za poslove registracije vozila koji su raspoređeni u 146 stanica za redovni i preventivni tehnički pregled vozila. Poslovi vezani uz tehnički pregled vozila osiguranje i provođenje tehničkog pregleda s ispitivanjem ispušnih plinova održavanje i provjera ispitnih uređaja stalna obuka nadzornika za tehničku ispravnost vozila organiziranje i provedba poslova registracije ispitivanje vozila homologacija vozila izdavanje kataloga vrijednosti vozila informiranje o novim tehničkim rješenjima Centar za vozila Hrvatske je izgradio Institut za vozila u Velikoj Gorici koji posjeduje softificiranu opremu, laboratorije, prostore i kadrove za stalnu stručnu izobrazbu nadzornika i ispitivača vozila, čime profesionalno doprinosi edukaciji kadrova u Republici Hrvatskoj. Poslovi vezani uz Institut za vozila sustavno se prate zakonski i tehnički propisi Europske unije, ekonomskog povjerenstva za Europu Ujedinjenih naroda, CEMT-a i drugih organizacija na području izrade, ispitivanja i registracije vozila obavljaju se ispitivanja i pojedinačne homologacijske provjere raznovrskih vozila (ADR vozila, samogradnje, dograđenih i pregrađenih vozila) 190

191 CONESTA d.o.o. Domjanićeva Zagreb Tel: +385 (1) Fax: +385 (1) BGI Baliranje, Gasifikacija, Injektiranje cjelovit i efikasan način uklanjanja zagađenja iz biosfere Conesta d.o.o. je tvrtka koja promovira i realizira energetsko ekološke projekte iz domene proizvodnje energije iz svih tipova energenata i distribuciju prirodnog plina putem CNG tehnologije virtualnog cjevovoda. Naš cilj je uvođenje novih, provjerenih tehničkih rješenja koja se zasnivaju na načelu održivog razvoja kroz naprednu, inovativnu i ekološki osviještenu tehnologiju. Gasifikacija Otplinjavanje svih vrsta energenata (poljski otpad, drveni otpad, građevina, komunalni otpad, opasni otpad itd.) bez štetnih ostataka, s minimalnim nastajanjem CO 2 uz proizvodnju električne i toplinske energije. CNG (Compressed Natural Gas stlačeni prirodni plin) Virtualni plinovod za distribuciju prirodnog plina i bioplina do potrošača. Iskorištavanje zanemarenih rezervi prirodnog plina nedostupnih drugim tehnologijama. Azbest Ekološko i trajno rješenje za uklanjanje azbestnog materijala. CNG Virtualni plinovod za distribuciju prirodnog plina i bioplina 191

192 BRODARSKI INSTITUT d.o.o. Av. V. Holjevca 20, Zagreb Tel Fax Brodarski institut d.o.o. je znanstveni i istraživačko-razvojni institut koji se bavi primijenjenim istraživanjima u području tehničkih znanosti i tehnologije. Brodarski institut primjenom rezultata istraživanja u gospodarstvu povezuje znanost i gospodarstvo. Šezdesetogodišnje tradicija i iskustvo u područjima brodogradnje i pomorskih tehnologija, vojno tehničkih znanosti, upravljanju i nadzoru, modeliranju i konstruiranju složenih proizvoda, mjerenju i ispitivanju te bogatstvo stručnjacima širokih usmjerenja i visokih razina, laboratorijskom opremom te mjernom i drugom specijalističkom tehnikom omogućili su u posljednjem desetljeću Brodarskom institutu transfer tehnologije u zaštitu okoliša, energetiku i obnovljive izvore energije, za što je Institut nagrađen Zlatnom kunom za inovacije Hrvatske gospodarske komore. Brodarski institut je član organizacije EARTO, europskog udruženja istraživačkotehnoloških organizacija. U znanstvenom i visoko-obrazovnom sustavu Republike Hrvatske, Institut je trajan oslonac društva u stvaranju i usavršavanju kadrova koji su brojem i vrsnošću nositelji razvoja hrvatskog gospodarstva. 192

193 AC JESENOVIĆ d.o.o. Zrinsko Frankopanska bb Čakovec Tel. 040/ Fax. 040/ AC Jesenović d.o.o. iz Čakovca ovlašteni je distributer i serviser za Volkswagen i Škoda vozila. Osim velikog izbora novih Volkswagen i Škoda vozila, AC Jesenović u ponudi ima i veliki izbor rabljenih vozila svih marki. U sklopu tvrtke nalazi se i servisni centar koji zadovoljava sve Volkswagen i Škoda standarde, a uz klasične servisne usluge postoje i usluge brzog servisa, vulkanizerske usluge, limarija i autotuning. Dolazak na servis može se dogovoriti i telefonski, a moguć je i dolazak po vozilo na vašu lokaciju i dostava nakon obavljenog servisa. PRODAJA VOZILA PRODAJA GOSPODARSKIH VOZILA PRODAJA RABLJENIH VOZILA SERVIS PRODAJA REZERVNIH DIJELOVA Škoda Centar Auto kuća Jesenović, Domašinec Tel. 040/ Fax. 040/863598, Katarine Zrinski Domašinec, Hrvatska 193