• Nie Znaleziono Wyników

5. Analiza parametrów ruchu autobusów i pracy układów napędowych

5.8. Linia miejska

Dla pełnego poznania wpływu warunków eksploatacji oraz rodzaju zastosowanego układu napędowego na parametry pracy silników spalinowych, wykonano badania autobusów na linii miejskiej. Na podstawie zarejestrowanych danych wyznaczono profile prędkości przejazdów poszczególnych obiektów badawczych (rys. 5.37).

Uzupełninie wykresów stanowią proste przedstawiające uśrednione prędkości w testach drogowych SORT 1 oraz SORT 2. Największą prędkość średnią osiągnął autobus hybrydowy (4,73 m/s), natomiast najmniejszą pojazd zasilany paliwem alternatywnym CNG (4,16 m/s). W odniesieniu do rozwiązania konwencjonalnego uzyskano średnią wynoszącą 4,6 m/s. Wszystkie uzyskane wyniki zawierają się w przedziale prędkości określonym wartościami obowiązującymi dla testu drogowego SORT 1 (3,5 m/s), a także SORT 2 (5,19 m/s).

Rys. 5.37. Przebiegi prędkości badanych autobusów na linii miejskiej z naniesionymi średnimi prędkościami testów drogowych SORT 1 i SORT 2

Spośród wszystkich analizowanych udziałów czasu pracy autobusów w przedziałach prędkości i przyspieszenia na linii miejskiej, najmniejsze wartości prędkości uzyskał trzeci obiekt badawczy. Dla pojazdu wyposażonego w układ konwencjonalny zarejestrowano najwięcej przedziałów dotyczących ruchu ze stałą prędkością i ich udział stanowił sumarycznie 3%, natomiast postój stanowił 22,6% czasu całego przejazdu (rys. 5.38). Odnosząc się do drugiego obiektu badawczego uzyskano w tych warunkach 3,1% oraz 28,1%. Trzeci autobus, w wymienionych obszarach, osiągnął odpowiednio 4,6%, a także 23,2%. Na przedstawionych charakterystykach istotne udziały w ujęciu całego przejazdu zarejestrowano dla prędkości (0 m/s; 12 m/s

i przyspieszenia w przedziałach –0,8 m/s2; 0 m/s2) oraz (0 m/s2; 0,8 m/s2. Podczas badań autobusu konwencjonalnego zarejestrowano w tych zakresach 23,5% i 36,8%;

dla rozwiązania hybrydowego 17,5% oraz 36,7%; natomiast dla obiektu zasilanego sprężonym gazem ziemnym otrzymano 27,3%, a także 34,9% udziału czasu pracy.

Przeprowadzone analizy parametrów ruchu wskazują, że zarejestrowane prędkości badanych autobusów najbardziej zbliżone były do warunków występujących w teście drogowym SORT 2 (symulującym warunki miejskie). Różnice prędkości średnich

83

a) b)

c)

wyniosły dla kolejnych obiektów badawczych w odniesieniu do tego cyklu: 11%, 8,5%

oraz 19,5%. W przedziale opisującym postój zarejestrowano mniejsze udziały czasu pracy podczas badań na linii miejskiej w porównaniu do testu zdefiniowanego przez UITP (rys. 5.39). Otrzymane różnice wyniosły odpowiednio –9,45%, –3,91% oraz –8,82%. Dla wszystkich rozpatrywanych autobusów miejskich istotne rozbieżności udziału czasu pracy wystąpiły w przedziałach prędkości (12 m/s; 14 m/s

i przyspieszenia –0,8 m/s2; 0,8 m/s2. Średnia ich wartość w tym obszarze dla pierwszego i drugiego obiektu badawczego osiągnęła –5,2%, natomiast dla trzeciego autobusu wykorzystującego do zasilania gaz ziemny ukształtowała się na poziomie –5,4%. Obliczone bezwzględne średnie różnice wyniosły odpowiednio dla kolejnych pojazdów: 1,5%, 1,3% i 2,1%.

Na podstawie analizy udziałów pracy silników spalinowych można stwierdzić, że autobusy: konwencjonalny zasilany ON oraz CNG osiągnęły największe wartości 33%

i 32% w obszarze prędkości biegu jałowego dla momentu obrotowego w przedziale

0 N·m; 200 N·m (rys. 5.40). Dla drugiego obiektu badawczego udział ten wyniósł 26,4%. W rozpatrywanej próbie pomiarowej odnotowano także istotną część czasu pracy przy parametrach (1000 obr/min; 1200 obr/min i 0 N·m; 200 N·m, która stanowiła 22% całego przejazdu. Dla przedziału znajdującego się między wymienionymi zakresami wyznaczono udział czasu pracy 10,7%. We wszystkich obiektach badawczych najbardziej znaczące udziały w podstawowych zakresach wystąpiły dla prędkości (800 obr/min; 1200 obr/min i obciążenia do 200 N·m

Rys. 5.38. Udziały czasu pracy autobusów miejskich w przedziałach prędkości i przyspieszenia podczas badań na linii miejskiej: a) autobus zasilany ON, b) autobus hybrydowy, c) autobus

zasilany CNG

84 a)

b)

c)

Rys. 5.39. Różnica udziałów czasu pracy obiektów badawczych podczas pomiarów na linii miejskiej oraz w teście drogowym SORT 2 w przedziałach prędkości i przyspieszenia: a) autobus zasilany ON,

b) autobus hybrydowy, c) autobus zasilany CNG

85 uwzględniając całą trasę. Sumarycznie dla pierwszego i trzeciego autobusu wyniosły one odpowiednio: 21,5% oraz 23,4%. W odniesieniu do wszystkich badanych pojazdów dla kolejnego zakresu momentu obrotowego w obszarze prędkości obrotowej wału korbowego 600 obr/min; 1200 obr/min wyznaczono udziały czasu pracy: 7%, 10,5%, a także 17,9%. Dla niewymienionych pojedynczych zakresów rozpatrywane wartości nie przekraczały 4,2%.

a) b)

c)

Największe pole pracy w teście uzyskał pojazd z napędem konwencjonalnym, natomiast taka sama liczba przedziałów wystąpiła dla pozostałych dwóch badanych konstrukcji autobusów. Uzyskane charakterystyki rozpatrywanego cyklu najbardziej zbliżone są do rozkładów uzyskanych podczas pomiarów na trasie badawczej nr 2.

Uzupełnienie analizy pomiarów wykonanych na linii miejskiej stanowi porównanie oraz wyznaczenie różnic między udziałami parametrów pracy silników spalinowych uzyskanych podczas przejazdu rzeczywistego i zarejestrowanych w teście drogowym SORT 2 (rys. 5.41). Jednostka spalinowa autobusu zasilanego ON w obszarze prędkości obrotowej biegu jałowego uzyskała o 8,91% mniejszy udział dla przejazdu drogami aglomeracji poznańskiej. Kolejne istotne różnice wystąpiły w przedziałach prędkości obrotowej (800 obr/min; 1000 obr/min dla obciążenia 0 N·m; 200 N·m i przy parametrach (1000 obr/min; 1200 obr/min oraz (400 N·m; 600 N·m, które stanowiły odpowiednio 7,55%, a także –6,3% udziału czasu pracy. W pozostałych obszarach obliczone wartości nie przekroczyły 3,79%, z wyłączeniem rozbieżności uzyskanej dla największego obciążenia przy prędkości obrotowej (1200 obr/min; 1400 obr/min, gdzie

Rys. 5.40. Udziały czasu pracy silników obiektów badawczych w zakresach prędkości obrotowej i momentu obrotowego podczas pomiarów na linii miejskiej: a) autobus zasilany ON, b) autobus

hybrydowy, c) autobus zasilany CNG

86 a)

b)

c)

Rys. 5.41. Różnica udziałów czasu pracy silników spalinowych obiektów badawczych podczas pomiarów na linii miejskiej oraz w teście drogowym SORT 2 w przedziałach prędkości obrotowej i momentu

obrotowego: a) autobus zasilany ON, b) autobus hybrydowy, c) autobus zasilany CNG

87 uzyskano –5,61%. Średnia różnic bezwzględnych udziału czasu pracy silników spalinowych badanych obiektów wyniosła 1,9%. W warunkach drogowych uzyskano większe pole pracy o 15 przedziałów niż w teście drogowym SORT 2.

Silniki spalinowe drugiego i trzeciego obiektu badawczego uzyskały najbardziej zbliżone pola pracy podczas badań w ruchu miejskim; w odniesieniu do testu SORT 2 – zarejestrowano 8 dodatkowych przedziałów. Dla rozwiązania hybrydowego w obszarze biegu jałowego różnica udziału czasu pracy wyniosła –6,36%, natomiast dwie inne istotne wartości 5,01% oraz –5,43% wystąpiły przy prędkości obrotowej wału korbowego z zakresu (1000 obr/min; 1200 obr/min i obciążenia 0 N·m; 200 N·m, a także w zakresie największych przedziałów prędkości obrotowej przy momencie obrotowym (600 N·m; 800 N·m. Średnia różnica bezwzględna ze zbioru rozpatrywanych wartości stanowiła 1,2%, natomiast dla trzeciego obiektu badawczego uzyskano 2,5% (najwięcej spośród wszystkich autobusów). Dla jednostki zasilanej paliwem alternatywnym wystąpiły znaczące rozbieżności udziałów czasu pracy, wynoszące odpowiednio –7,78% i 9,71%, w zakresie obciążenia 0 N·m; 200 N·m dla dwóch kolejnych przedziałów prędkości od biegu jałowego. W kolejnym obszarze rozpatrywanego momentu obrotowego, przy najmniejszej prędkości obrotowej zarejestrowano różnice udziału czasu pracy stanowiącą 7,55%. Dla parametrów opisanych przedziałami (1000 obr/min; 1200 obr/min i (1000 N·m; 1200 N·m różnica ta wyniosła –7,55%. W pozostałych przedziałach wyznaczone wartości osiągały maksymalnie w ujęciu bezwzględnym 5,5%.

Ze względu na długość linii miejskiej oraz bieżące warunki drogowe w cyklach, jakie wystąpiły podczas pomiarów, obiekty badawcze wygenerowały znaczące wartości sumarycznej pracy (rys. 5.42). Wykonana praca autobusu z napędem konwencjonalnym

a) b)

c)

Rys. 5.42. Przebiegi chwilowej prędkości oraz przyspieszenia autobusów wraz z sumaryczną pracą silników spalinowych podczas badań na linii miejskiej: a) autobus zasilany ON, b) autobus

hybrydowy, c) autobus zasilany CNG

88 wyniosła 27,4 kW·h, pojazdu z napędem hybrydowym – 23,8 kW·h, natomiast dla trzeciego rozwiązania zasilanego CNG była równa 26,2 kW·h. Tak jak we wcześniejszych analizach, najmniejsza wartość uzyskana przez drugi obiekt badawczy wynikała z korzystnej dla warunków miejskich współpracy elementów napędu hybrydowego. Ponadto przedstawiony profil prędkości wskazuje najmniejszą liczbę zatrzymań w tym cyklu pomiarowym. Największe kongestie wystąpiły podczas badań autobusu zasilanego paliwem alternatywnym, co było niekorzystnie w aspekcie generowanej energii przez silnik spalinowy, szczególnie widoczne jest to od 830 s do 1300 s, gdzie średnia prędkość wynosiła 0,5 m/s (przedział zaznaczony czerwoną linią przerywaną). Krzywe przyspieszenia wyznaczone dla pojazdu konwencjonalnego wskazują najsilniejszą zależność względem przyrostu energii sumarycznej, co jest związane z wytwarzaniem przez silnik spalinowy chwilowej mocy charakteryzującej się znacznymi wartościami.

5.9. Podsumowanie analiz dotyczących parametrów pracy autobusów