• Nie Znaleziono Wyników

6. Parametry pracy silników spalinowych w testach homologacyjnych

6.2. Porównanie parametrów pracy silników spalinowych w testach

W celu porównania warunków pracy silników spalinowych w testach homologacyjnych i w rzeczywistej eksploatacji, wyznaczono różnice zarejestrowanych udziałów czasu pracy w zakresach prędkości obrotowej oraz momentu obrotowego (rys. 6.4 i 6.5). Zarówno w znormalizowanych testach jezdnych, jak i na opracowanych trasach badawczych, zarejestrowane pola pracy i występujące na nich udziały znacząco różnią się od warunków uzyskiwanych w badaniach na hamowni silnikowej.

Dynamiczne testy homologacyjne przygotowywano w taki sposób, aby jak najbardziej odzwierciedlały rzeczywistą eksploatację silnika w pojeździe ciężkim. W związku z tym do analizy przyjęto różnicę dwóch wartości: udział czasu rozpatrywanego przedziału w teście homologacyjnym oraz udział czasu odpowiedniego przedziału w badaniach drogowych. Wynik dodatni świadczył o większej wartości udziału czasu pracy w badaniach homologacyjnych. Dodatkowo na charakterystykach zaznaczono obszary (szary – ON, niebieski – HYBRYDA, zielony – CNG), które wystąpiły podczas badań na linii miejskiej, dzięki czemu możliwe jest porównanie wielkości pól pracy.

Biorąc pod uwagę dane dotyczące testu ETC, największe rozbieżności w zakresie wielkości pól pracy wyznaczono dla silnika spalinowego DAF PR265 zastosowanego w pojeździe konwencjonalnym. Natomiast najmniejsza różnica pokrycia przedziałów wystąpiła dla jednostki Cummins ISB6.7 285H wykorzystanej w napędzie hybrydowym. Średnie wartości bezwzględnych różnic udziałów czasu pracy dla kolejnych obiektów badawczych wyniosły: 2,6%, 4% i 3,5%. Zarówno dla silnika autobusu konwencjonalnego, jak i zasilanego sprężonym gazem ziemnym w zakresie prędkości obrotowej biegu jałowego, a także najmniejszego obciążenia, uzyskano

93 a)

b)

c)

Rys. 6.4. Różnica udziałów czasu pracy silników spalinowych obiektów badawczych w teście homologacyjnym ETC oraz podczas pomiarów na linii miejskiej w przedziałach prędkości obrotowej

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

94 a)

b)

c)

Rys. 6.5. Różnica udziałów czasu pracy silników spalinowych obiektów badawczych w teście homologacyjnym WHTC oraz podczas pomiarów na linii miejskiej w przedziałach prędkości obrotowej

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

95 zbliżone wartości różnic stanowiące odpowiednio –24,25% oraz –24,6%. Rozbieżności te są największe spośród obydwu analizowanych charakterystyk. Świadczy to o tym, że jednostki podczas pomiarów na hamowani silnikowej pracują w zbyt ograniczonym czasie w takich warunkach, które są często uzyskiwane podczas rzeczywistej eksploatacji autobusów miejskich. Działanie układu hybrydowego przyczyniło się do uzyskania mniejszej różnicy dla przywołanego przedziału, gdzie uzyskano –17,3%.

Największą wartość analizowanych wskaźników obliczono dla obszaru prędkości obrotowej (1000 obr/min; 1200 obr/min w zakresie momentu obrotowego do 200 N·m i stanowiła ona –21,68% udziału czasu pracy.

Silnik spalinowy pierwszego obiektu badawczego uzyskał większe udziały w teście homologacyjnym ETC niż w warunkach drogowych dla prędkości z zakresu (1800 obr/min; 2000 obr/min i obciążenia w przedziale 0 N·m; 600 N·m, gdzie dla pojedynczych obszarów uzyskano różnicę czasu pracy od 7,17% do 13,32%.

Dodatkowo na hamowni silnikowej w teście ETC osiągano znacznie większe wartości prędkości obrotowej (ponad 2400 obr/min), co nie wystąpiło w badaniach drogowych.

Związane to było z charakterystyką jednostki napędowej i doborem przełożeń skrzyni przekładniowej. Dla silnika wykorzystanego w układzie hybrydowym uzyskano różnicę w udziale czasu pracy dla prędkości (1600 obr/min; 1800 obr/min w najmniejszym zakresie obciążenia stanowiącą 18,1%, a w przedziale (200 N·m; 400 N·m wyniosła ona 12,14%. W ostatnim badanym obiekcie zasilanym sprężonym gazem ziemnym osiągnięto istotne rozbieżności rozpatrywanych udziałów dla prędkości obrotowej wału korbowego (1400 obr/min; 1600 obr/min i momentu obrotowego do 200 N·m (15,17%), natomiast dla większego obciążenia niż 1200 N·m wyznaczono 9,79%.

Ponadto przy najmniejszym momencie w przedziale (1600 obr/min; 1800 obr/min

uzyskano różnicę udziałów czasu pracy wynoszącą 11,9%.

Na podstawie wyznaczonych charakterystyk można stwierdzić, że w warunkach testu ETC występuje zdecydowanie zbyt mały udział czasu pracy w zakresie najmniejszych obciążeń do 200 N·m i prędkości obrotowej mniejszej niż 1200 obr/min (szczególnie dla silników ZS). Zdecydowanie zbyt duże udziały czasu pracy występują w zakresie prędkości obrotowej większej niż 50% wartości maksymalnej, przy momencie obrotowym do 50% wartości znamionowej oraz w zakresie największych wartości obu tych parametrów. Podczas porównywania udziałów czasu pracy zarejestrowanych w teście WHTC i rzeczywistych warunkach eksploatacji uzyskano mniejsze różnice dla pojedynczych przedziałów (rys. 6.5). Rozbieżności w uzyskanych zakresach pierwszego i trzeciego obiektu badawczego uzyskały zbliżone wyniki, natomiast dla silnika spalinowego wykorzystanego w autobusie hybrydowym były one większe. Na podstawie wielkości otrzymanych pól pracy można stwierdzić, że warunki dynamicznego testu homologacyjnego obejmują większy zakres prędkości obrotowej i obciążenia silnika spalinowego niż występuje w warunkach drogowych.

Takie same rozważania dotyczące różnic w udziałach czasu pracy przeprowadzono również dla testu WHTC. Na podstawie pierwszej charakterystyki (rys. 6.5a) można wnioskować, że największe różnice rozpatrywanych wartości wystąpiły dla obciążenia do 200 N·m w zakresie od prędkości obrotowej biegu jałowego do 1800 obr/min. Dla

96 pierwszego pojedynczego przedziału uzyskano różnice czasu pracy wynoszącą –15,35%; natomiast w kolejnych obszarach wartości te zmieniały się od –11,01%

do 11,3%. Silnik ISB6.7 285H osiągnął w rozpatrywanym zakresie mniejsze rozbieżności. W obszarze prędkości obrotowej biegu jałowego wyniosła ona –7,76%, a przy prędkości z zakresu (1000 obr/min; 1600 obr/min dla pojedynczych przedziałów osiągnęły odpowiednio: –15,27%, 14,17% oraz 12,36% udziału czasu pracy. Silnik ZI, zastosowany w trzecim obiekcie, w zakresie najmniejszej prędkości obrotowej i obciążenia uzyskał różnicę udziałów czasu pracy równą –13,72%, zaś dla momentu obrotowego z obszaru (200 N·m; 400 N·m wyznaczono –11,16%. Największa różnica (–16,04%) wystąpiła przy parametrach pracy silnika spalinowego opisanego przedziałami (800 obr/min; 1000 obr/min i 0 N·m; 200 N·m. Kolejne istotne różnice rozważanych wartości osiągnięto dla tego samego obciążenia w pojedynczych zakresach prędkości (1200 obr/min; 1600 obr/min, które wyniosły, odpowiednio, 14,29% oraz 11,31%.

Wyznaczone średnie wartości bezwzględnych różnic wyniosły dla pierwszej charakterystyki 2,1% (autobus konwencjonalny zasilany ON), natomiast dla drugiej i trzeciej 2,5%, czyli dla pojazdu hybrydowego oraz zasilanego sprężonym gazem ziemnym. Na podstawie przedstawionej analizy można stwierdzić, że dynamiczny test homologacyjny WHTC lepiej odzwierciedla warunki rzeczywistej eksploatacji jednostki spalinowej autobusu miejskiego, należącego do grupy pojazdów ciężkich.

Jednak charakteryzuje się on zbyt szerokim zakresem parametrów pracy – szczególnie dotyczy to prędkości obrotowej wału korbowego. Ponadto w przedziale najmniejszego obciążenia przy prędkości obrotowej do 1200 obr/min dla silników ZS (do 1000 obr/min silniki ZI) występuje niedoszacowanie udziałów czasu pracy, zaś powyżej tych wartości są one zbyt duże.

97

7. Analiza wskaźników ekologicznych i zużycia paliwa autobusów