Cykl jezdny SORT 1

Wyniki badań przeprowadzonych w rzeczywistych warunkach eksploatacji poddano szczegółowej analizie, w której porównane zostały prędkości przejazdów obiektów badawczych w kolejnych próbach testu SORT 1 (rys. 6.1). Dla trzech wybranych prób (przejazdów) z danego cyklu pomiarowego dokonano porównania prędkości VON i VCNG

uwzględniając zgodność w czasie. Na tej podstawie określono współczynniki determinacji. Wartości otrzymanych współczynników obejmowały przedział R²=0,9955–0,966. Przyjmuje się, że współczynnik R²>0,95 wskazuje na wyraźną zależność między badanymi parametrami. Ze względu na uzyskanie dużej powtarzalności wyników pomiarów, w dalszych analizach przedstawiono rezultaty pomiarów wybranych przejazdów z danych cykli pomiarowych.

Rys. 6.1. Porównanie prędkości pojazdów w kolejnych próbach cykli SORT 1 uwzględniając zgodność w czasie

Prędkości pojazdów rejestrowane były na podstawie danych odczytywanych z pokładowych systemów diagnostycznych i weryfikowano je z informacjami uzyskiwanymi z systemu pozycjonowania GPS. Z wewnętrznych systemów diagnostycznych pojazdów dokonywano również rejestracji chwilowych wartości parametrów pracy silników spalinowych (moment obrotowy i prędkość obrotowa wału korbowego). Teoretyczna prędkość średnia w teście SORT 1 wynosi 12,6 km/h, natomiast w kolejnych cyklach badawczych uzyskano dla: pojazdu zasilanego ON – 12,1 km/h, pojazdu zasilanego CNG – 12 km/h (rys. 6.2). Uzyskanie idealnych profili przejazdu jest nie możliwe w warunkach drogowych, ponieważ istotne znaczenie na ruch pojazdu ma wiele czynników, m.in. jego masa i związana z nią bezwładność, praca kierowcy, czy też warunki otoczenia.

Rys. 6.2. Przebieg prędkości w teście jezdnym SORT 1 oraz w wybranych próbach autobusów zasilanych ON i CNG

Parametry pracy silników spalinowych badanych obiektów podczas realizacji badań w teście jezdnym SORT 1 były odmienne, co wynikało m.in. z ich różnej konstrukcji oraz sposobu zapłonu mieszanki paliwowo-powietrznej (rys. 6.3). W pojeździe zasilanym paliwem konwencjonalnym największy udział parametrów pracy uzyskano dla biegu jałowego – 29% (rys. 6.3a). Poza tym można wyróżnić dwa najczęściej występujące zakresy: 400–1200 obr/min i 0–400 Nm (65%) oraz 1000–1600 obr/min i 1000–1400 Nm (14%). Silnik zasilany paliwem alternatywnym najczęściej pracował w przedziale 600–800 obr/min i 0–200 Nm, dla którego całkowity udział czasu pracy wyniósł 49% (rys. 6.3b). W zakresach 800–1200 obr/min i 0–400 Nm oraz 1000–1800 obr/min i 600–1200 Nm uzyskano odpowiednio 31% i 17%.

a) b)

Rys. 6.3. Udział pracy silnika spalinowego w teście SORT 1 dla autobusu zasilanego: a) ON, b) CNG

Do pomiaru sekundowego natężenia emisji zanieczyszczeń użyto mobilnego analizatora SEMTECH DS. Największe wartości emisji sekundowej CO dla badanych pojazdów występowało podczas rozpędzania pojazdów (rys. 6.4). Wartość chwilowa przyspieszenia miała duży wpływ na emisję rozpatrywanego związku – im większy

przyrost prędkości, tym większa emisja sekundowa (największa w trzecim segmencie testu jezdnego). Emisja autobusu zasilanego CNG osiągała większe wartości maksymalne w czasie przyspieszania (do 307 mg/s) w odniesieniu do rozwiązania konwencjonalnego (do 208,6 mg/s).

Rys. 6.4. Natężenie emisji CO w teście jezdnym SORT 1 wraz z założonym profilem prędkości

Emisja sekundowa THC zmieniała się podobnie jak CO, przy czym znacznie większą emisję zanieczyszczeń zarejestrowano dla pojazdu zasilanego paliwem alternatywnym (rys. 6.5). Tutaj również istotny wpływ miało przyspieszanie pojazdu, jednak uzyskane wartości maksymalne w poszczególnych segmentach testu nie zależały ściśle od wartości przyspieszeń. Widoczny jest również duży wpływ współpracy silnika spalinowego ze skrzynia przekładniową – zmiany parametrów pracy podczas przełączania biegów istotnie wpływały na przebieg emisji. Maksymalne wartości sekundowych stężeń dla CNG wyniosły 49,2 mg/s, natomiast dla ON 1,3 mg/s.

Rys. 6.5. Natężenie emisji THC w teście jezdnym SORT 1 wraz z założonym profilem prędkości

Bardzo duże różnice pomiędzy autobusem zasilanym ON a CNG, wystąpiły w emisji sekundowej NOx (rys. 6.6). Dla pojazdu zasilanego konwencjonalnym paliwem

uzyskano wartości do 302 mg/s, natomiast w drugim rozwiązaniu maksymalne wartości były trzydziestokrotnie mniejsze – 9,7 mg/s. Na wartość emisji sekundowej rozpatrywanego związku toksycznego bardzo istotny wpływ miały zastosowane pozasilnikowe układy oczyszczania spalin. W konwencjonalnym rozwiązaniu zastosowano układ selektywnej redukcji katalitycznej, którego stopień konwersji silnie zależy od masowego natężenia przepływu spalin (konwersja jest mniejsza przy większym przepływie). Natomiast za jednostką napędową zasilaną CNG wykorzystano trójfunkcyjny reaktor katalityczny, którego stopień konwersji nie jest tak silnie zależny od przepływu spalin, natomiast istotny wpływ na jego sprawność ma wartość współczynnika nadmiaru powietrza.

Rys. 6.6. Natężenie emisji NO_x w teście jezdnym SORT 1 wraz z założonym profilem prędkości

Dla obu badanych pojazdów największe stężenia emisji CO₂ wystąpiły w trzecim segmencie testu jezdnego (rys. 6.7). Wpływ na to miała największa uzyskiwana prędkość oraz duża wartość przyspieszenia. W autobusie zasilanym CNG maksymalne wartości emisji sekundowej osiągnęły 39 g/s, natomiast w drugim badanym rozwiązaniu 32 g/s. Zgodnie z bilansem spalania można założyć, że emisja rozpatrywanego związku jest proporcjonalna do zużycia paliwa. W związku z tym największe zużycie paliwa występowało w czasie wykonywania przez silniki spalinowe największej pracy – podczas przyspieszania pojazdu.

Porównanie emisji drogowej wskazuje, że większe wartości CO, THC oraz CO2

uzyskano dla pojazdu zasilanego paliwem alternatywnym (rys. 6.8). W odniesieniu do dwóch pierwszych wymienionych związków, wynikało to między innymi z pracy jednostki napędowej na mieszance zbliżonej do stechiometrycznej (większa emisji CO) oraz przebiegiem reakcji spalania gazu ziemnego (większa emisja THC). Ponadto trójfunkcyjny reaktor katalityczny ma niewielką sprawność utleniania metanu.

Porównanie względne uzyskanych wartości wskazuje, że dla autobusu zasilanego CNG emisja drogowa CO była większa o 37%, THC o 1283%, natomiast CO2 o 15% (rys.

6.9). Emisja drogowa NO_x była o 88% większa w autobusie zasilanym paliwem konwencjonalnym. Wynika to z różnych rozwiązań układów oczyszczania spalin –

układ selektywnej redukcji katalitycznej charakteryzuje się małą efektywnością w trudnych warunkach eksploatacji, jakie odwzorowuje test SORT 1.

Rys. 6.7. Natężenie emisji CO₂ w teście jezdnym SORT 1 wraz z założonym profilem prędkości

Rys. 6.8. Porównanie emisji drogowej w teście jezdnym SORT 1

Rys. 6.9. Porównanie względnej emisji drogowej w teście jezdnym SORT 1