Dynamiczne testy homologacyjne

W celu porównania warunków pracy silników spalinowych w testach homologacyjnych i badaniach drogowych, wyznaczono udziały czasu pracy tych jednostek w przedziałach prędkości oraz momentu obrotowego odnosząc się do dynamicznych cykli ETC i WHTC. Testy te opracowano w taki sposób, aby symulować warunki rzeczywistej eksploatacji, dla tego zostały one uwzględnione w niniejszych rozważaniach. Na podstawie przeprowadzonych działań symulacyjnych wyznaczono sumaryczną pracę wykonaną podczas ich realizacji. Poznanie parametrów pracy silników obiektów badawczych jest także niezbędne do wyznaczenia wskaźników emisji zanieczyszczeń na zgodność w eksploatacji, co uwzględniono w Rozporządzeniu UE 582/2011 [70]. Zawarta w nim procedura przewiduje wykorzystanie sumarycznej energii wytworzonej przez silnika spalinowy w teście WHTC, na podstawie której określa się okna pomiarowe. Jednak obiektami badawczymi były autobusy spełniające normę Euro V, dlatego uwzględniono także test ETC. Przedstawione wartości uwzględniają wyznaczoną moc ujemną, co wynika z charakteru rozpatrywanych cykli, przy czym krzywa sumy pracy uwzględnia jedynie wartości dodatnie (rys. 6.1–6.3).

a)

b)

Rys. 6.1. Udziały zakresów prędkości obrotowej i momentu obrotowego oraz przebieg mocy wraz z sumaryczną pracą silnika spalinowego DAF PR265 w teście: a) ETC, b) WHTC

90 Silnik spalinowy autobusu konwencjonalnego zasilanego ON w teście ETC pracował najczęściej przy prędkości obrotowej wału korbowego (1600 obr/min; 2000 obr/min, w pełnym przedziale występującego obciążenia 0 N·m; 1600 N·m, gdzie całkowity udział czasu pracy wyniósł 73% (rys. 6.1a). Istotna wartość pola pracy 8,7% wystąpiła również w obszarze najmniejszej prędkości obrotowej (największe znaczenie miał zakres, gdzie moment obrotowy nie przekraczał 200 N·m). Przebieg chwilowej generowanej mocy przez silnik spalinowy wskazuje, że badany obiekt często osiągał wartości bliskie mocy znamionowej, co wpłynęło na uzyskany znaczący wynik pracy sumarycznej 47,4 kW·h. W teście dynamicznym obowiązującym dla normy Euro VI zakres pracy jednostki obejmuje również znaczne pole, przy czym największe udziały czasu pracy występują w zakresie mniejszych obciążeń (rys. 6.1b). Główny udział wyniósł 61,6% dla prędkości obrotowej (1200 obr/min; 1800 obr/min przy obciążeniu do 1200 N·m, natomiast w obszarze do 200 N·m uzyskano udział czasu pracy 29,7%.

Dla biegu jałowego czas pracy stanowił 17,6% testu WHTC. Przebieg generowanych mocy pokazuje, że obiekt osiągał wartości znamionowe znacznie rzadziej niż w teście ETC. W związku z tym sumaryczna praca również była mniejsza i wynosiła 28 kW·h.

Zastosowany w napędzie hybrydowym silnik Cummins ISB6.7 285H podczas testu ETC pracował najczęściej przy prędkości obrotowej (1400 obr/min; 1800 obr/min

w pełnym zakresie obciążeń do 1008 N·m (rys. 6.2a). Udział czasu pracy przy tych parametrach wyniósł 77,8%. W obszarze obejmującym prędkość obrotową biegu

a)

b)

Rys. 6.2. Udziały zakresów prędkości obrotowej i momentu obrotowego oraz przebieg mocy wraz z sumaryczną pracą silnika spalinowego Cummins ISB6.7 285H w teście: a) ETC, b) WHTC

91 jałowego i momencie obrotowym do 200 N·m uzyskano 9,1% całkowitego czasu pracy.

Osiągane moce chwilowe w pewnym zakresie były bliskie wartościom znamionowym, jednak w odniesieniu do silnika DAF PR265 zakres ten był mniejszy. Fakt ten oraz mniejsza moc znamionowa badanego obiektu przyczyniły się do wytworzenia mniejszej energii całkowitej w teście wynoszącej 30,8 kW·h. W cyklu WHTC uzyskano większy obszar pracy silnika spalinowego, przy czym największy udział czasu pracy (58,8%) wystąpił dla zakresu prędkości obrotowej (1000 obr/min; 1600 obr/min i obciążenia do 600 N·m (rys. 6.2b). Dla takiego obszaru prędkości, w przedziale momentu obrotowego

0 N·m; 200 N·m uzyskano wartość 34,2%. W punkcie obejmującym bieg jałowy udział czasu pracy wyniósł 18,7%. Praca wytworzona podczas trwania tego testu wyniosła 17,9 kW·h. Przebieg generowanej mocy wskazuje, że prawie w całym obszarze cyklu WHTC silnik generował mniejszą moc niż w teście ETC.

Dla silnika Cummins ISLG 320 o ZI zasilanego CNG, w teście ETC największy udział pracy (73,9%) uzyskano przy prędkości obrotowej (1400 obr/min; 1800 obr/min

w całym zakresie obciążenia do 1356 N·m (rys. 6.3a). Znaczące są również udziały przedziałów w najmniejszym obszarze momentu obrotowego do 200 N·m – dla prędkości biegu jałowego jego wartość stanowiła 7,6%, natomiast dla prędkości obrotowej z zakresu (1200 obr/min; 1800 obr/min wyniosła ona 32,3% dla całego testu. Przebieg chwilowej mocy wskazuje na silne obciążenie silnika, jednak warunki,

a)

b)

Rys. 6.3. Udziały zakresów prędkości obrotowej i momentu obrotowego oraz przebieg mocy wraz z sumaryczną pracą silnika spalinowego Cummins ISLG 320 w teście: a) ETC, b) WHTC

92 w których uzyskano parametry znamionowe wystąpiły tylko trzy razy. Całkowita praca dla rozpatrywanego testu wyniosła 37,8 kW·h. W cyklu WHTC największy udział pracy stanowiący 56% czasu wystąpił w przedziale (1000 obr/min; 1600 obr/min przy obciążeniu do 600 N·m (rys. 6.3b). Dla punktu uwzględniającego bieg jałowy udział ten osiągnął wartość 18,5%. Całkowita praca była mniejsza niż w dynamicznym teście ETC i wyniosła 22,2 kW·h.

Przedstawione udziały czasu pracy oraz przebiegi chwilowych mocy silników spalinowych badanych obiektów w testach dynamicznych różnią się między sobą.

Wynika to m.in. z różnych wytycznych dotyczących realizacji testów ETC i WHTC.

Test obowiązujący w normie Euro VI wyróżnia się mniejszym udziałem punktów silnie obciążających silnik, bliskich charakterystyce zewnętrznej. Ponadto każda rozpatrywana jednostka cechowała się innym przebiegiem momentu obrotowego i mocy, co ma bardzo istotne znaczenie podczas przeliczania rzeczywistych parametrów pracy danego obiektu, związanych z wyznaczaniem prędkości charakterystycznych (n_ref, n_hi oraz n_lo). Należy jednak zauważyć, że tendencje rozkładów punktów dla danych testów były zbliżone, dotyczy to także silnika o ZI Cummins ISLG 320, który ma inną charakterystykę przebiegu krzywej maksymalnego momentu obrotowego w odniesieniu do pozostałych jednostek o ZS.

6.2. Porównanie parametrów pracy silników spalinowych w testach