Trasa badawcza nr 2

Doboru trasy badawczej nr 2 do realizacji pomiarów drogowych dokonano w taki sposób, aby w jak największym stopniu uzyskać warunki miejskiej eksploatacji, takie jak są odzwierciedlane w teście SORT 2. Na podstawie zarejestrowanych przebiegów prędkości wyznaczono ich średnie wartości, które wyniosły: dla pojazdu oznaczonego ON – 5,14 m/s, HYBRYDA – 4,8 m/s oraz CNG – 5,59 m/s (rys. 5.25). Uzupełnienie przedstawionej charakterystyki stanowi prosta określająca prędkość średnią testu drogowego SORT 2 – 5,19 m/s. Największa różnica między rozpatrywanymi wartościami wystąpiła między drugim, a trzecim obiektem badawczym. Przyjmując jako kryterium podobieństwa prędkość średnią, najbardziej zbliżony do warunków testu drogowego SORT był przejazd autobusu konwencjonalnego, który uzyskał także największe wartości chwilowe powyżej 16 m/s.

Rys. 5.25. Przebiegi prędkości autobusów miejskich na trasie badawczej nr 2 z naniesioną średnią prędkością testu drogowego SORT 2

Postój pojazdów charakteryzował się największym udziałem czasu pracy badanych autobusów miejskich (rys. 5.26). Obiekt z napędem konwencjonalnym zasilany ON uzyskał wartość 26,8%; hybrydowy 30%, natomiast wykorzystujący do napędu CNG – 20,8%. We wszystkich rozpatrywanych próbach wykonanych na trasie nr 2, istotny był udział pracy w polu opisanym przedziałem prędkości (0 m/s; 14 m/s i zakresami przyspieszenia –0,8 m/s²; 0 m/s²), a także (0 m/s²; 0,8 m/s². Pierwszy pojazd w tych obszarach osiągnął wartości, odpowiednio, 26,1% i 21% udziału czasu pracy, a autobus hybrydowy uzyskał 15,9% oraz 32,4%. W odniesieniu do pojazdu z silnikiem ZI uzyskano wartości 18,3% i 36,6%. Istotne różnice na przedstawionych wykresach wystąpiły dla pola opisującego ruch jednostajny (przyspieszenia 0 m/s²) w zakresie

70 wszystkich rozpatrywanych prędkości. Najmniejsza wartość udziału ruchu jednostajnego osiągnął pierwszy rozpatrywany obiekt badawczy i stanowił 1%, dla drugiego pojazdu uzyskano 6,9%, natomiast dla trzeciego analizowanego autobusu komunikacji miejskiej zarejestrowano 2,1% odnosząc się do całego testu.

a) b)

c)

W celu porównania udziałów czasu pracy autobusów w przedziałach prędkości i przyspieszenia wyznaczono różnice między tymi wartościami uzyskanymi na trasie badawczej nr 2 oraz w teście drogowym SORT 2 (rys. 5. 27). Analiza przedstawionych wykresów wskazuje, że najbardziej zbliżone udziały czasu pracy uzyskano w próbach dotyczących pojazdu hybrydowego, gdzie średnia otrzymanych wartości wyniosła 1,2%. Dla przedziałów opisanych parametrami (12 m/s; 14 m/s i –0,8 m/s²; 0 m/s², a także (2 m/s; 4 m/s i (0 m/s²; 0,8 m/s² uzyskano największe różnice wynoszące powyżej 4%. Dla tego autobusu zarejestrowano najmniejsze rozbieżności dotyczące udziału postoju, które stanowiły –1,34%, natomiast w próbie pomiarowej obejmującej obiekt badawczy wyposażony w układ napędowy zasilany sprężonym gazem ziemnym, uzyskano największą różnicę w tym zakresie, stanowiącą –11,25%. W cyklu odnoszącym się do pierwszego autobusu największe rozbieżności, powyżej 4,1%, spośród wszystkich występujących przedziałów, osiągnięto dla zakresów prędkości (2 m/s; 4 m/s oraz przyspieszenia –0,8 m/s²; 0 m/s²) i ruchu jednostajnego w obszarze (12 m/s;14 m/s. Trzeci obiekt badawczy zasilany sprężonym gazem ziemnym uzyskał najmniejsze pole pracy podczas rzeczywistej eksploatacji. W przedziałach prędkości

Rys. 5.26. Udziały czasu pracy autobusów miejskich w przedziałach prędkości i przyspieszenia podczas badań na trasie badawczej nr 2: a) autobus zasilany ON, b) autobus hybrydowy, c) autobus

zasilany CNG

71 a)

b)

c)

Rys. 5.27. Różnica udziałów czasu pracy obiektów badawczych podczas pomiarów na trasie badawczej nr 2 oraz w teście drogowym SORT 2 w przedziałach prędkości i przyspieszenia: a) autobus zasilany ON,

b) autobus hybrydowy, c) autobus zasilany CNG

72 (6 m/s, 8 m/s i (8 m/s; 10 m/s przy przyspieszeniu (0 m/s²; 0,8 m/s² osiągnięto znaczące różnice wynoszące odpowiednio 4,57% i 4,01%. Największe pole pracy w odniesieniu do testu drogowego SORT 2 wystąpiło dla autobusu konwencjonalnego.

Silnik spalinowy autobusu konwencjonalnego uzyskał największy udział czasu pracy w obszarze najmniejszych prędkości obrotowej przy obciążeniu 0 N·m; 200 N·m, które wyniosło 42,5% (rys. 5.28). Dla pojazdu hybrydowego oraz wykorzystującego do zasilania paliwo alternatywne zarejestrowano zbliżone wartości 29% i 27% w tym zakresie. W rozpatrywanym teście pomiarowym na trasie nr 2 osiągnięto podobne obszary pól pracy, jak na charakterystykach opisujących wyniki badań na trasie badawczej nr 1. Jednostki spalinowe wszystkich obiektów badawczych pracowały najczęściej w polu opisanym zakresami parametrów 600 obr/min; 1200 obr/min, a także 0 N·m; 200 N·m, gdzie uzyskano odpowiednio dla autobusu oznaczonego:

ON – 59,9%, HYBRYDA – 58,5% i CNG – 41,6%. Ostatni obiekt uzyskał także istotny udział czasu pracy 10,9% przy parametrach (1000 obr/min; 1200 obr/min oraz (1000 N·m; 1200 N·m, ze względu na przebieg charakterystyki momentu obrotowego i współpracy elementów układu napędowego. W pozostałych występujących przedziałach na analizowanych charakterystykach wartości były mniejsze niż 4,9%.

Na podstawie wyznaczonych różnic dotyczących wartości udziałów czasu pracy silników na trasie badawczej nr 2 oraz w teście SORT 2, wskazano że najbardziej zbliżone wielkości pól pracy osiągnął autobus hybrydowy (rys. 5.29). Odnosząc

a) b)

c)

Rys. 5.28. Udziały czasu pracy silników obiektów badawczych w zakresach prędkości obrotowej i momentu obrotowego podczas pomiarów na trasie badawczej nr 2: a) autobus zasilany ON, b) autobus

hybrydowy, c) autobus zasilany CNG

73 a)

b)

c)

Rys. 5.29. Różnica udziałów czasu pracy silników spalinowych obiektów badawczych podczas pomiarów na trasie badawczej nr 2 oraz w teście drogowym SORT 2 w przedziałach prędkości obrotowej

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

74 się do jego próby, największą różnicę udziałów czasu pracy zarejestrowano dla parametrów w przedziałach: 600 obr/min; 800 obr/min i 0 N·m; 200 N·m – wyniosła ona –3,73%, a także (2000 obr/min; 2200 obr/min oraz (600 N·m; 800 N·m, gdzie uzyskano –4,84%. Konwencjonalny układ napędowy autobusu podczas badań w mieście pracował o 7,24% czasu mniej w zakresie (1000 obr/min; 1200 obr/min

i (400 N·m; 600 N·m oraz o 3,69% przy obciążeniu (200 N·m; 400 N·m. W obszarze najmniejszej prędkości obrotowej dla najmniejszego obciążenia uzyskano większy udział o 0,6% w teście obejmującym trasę nr 2. W tym punkcie pracy, spośród wszystkich pojazdów miejskich, największą rozbieżność wynoszącą –13,28% udziału czasu pracy uzyskał autobus zasilany CNG. Dla obszaru 0 N·m; 200 N·m w kolejnych dwóch wyznaczonych przedziałach prędkości obrotowej (1000 obr/min; 1200 obr/min, a także (1200 obr/min; 1400 obr/min uzyskano wartości: –0,1%, oraz 4,43%.

Przedstawione pola pracy wskazują jednoznacznie, że eksploatacja w warunkach miejskich powoduje występowanie większej liczby przedziałów parametrów pracy silników spalinowych, niż w znormalizowanych testach drogowych SORT. Największe pole pracy w analizowanym cyklu uzyskała jednostka spalinowa pierwszego obiektu badawczego zasilanego ON.

Analiza wykresów, na których przedstawiono sumaryczne prace wygenerowane przez silniki spalinowe badanych obiektów wskazuje, że tak jak podczas badań na trasie miejskiej nr 1, największą wartość 15,5 kW·h uzyskał autobus zasilany CNG (rys. 5.30). Pierwszy pojazd osiągnął zbliżoną wartość 14,9 kW·h, natomiast pracę wynoszącą 12,8 kW·h zarejestrowano podczas badań autobusu z napędem hybrydowym. Na przyrost całkowitej energii duży wpływ ma dynamika pojazdów;

a) b)

c)

Rys. 5.30. Przebiegi chwilowej prędkości oraz przyspieszenia autobusów wraz z sumaryczną pracą silników spalinowych podczas badań na trasie badawczej nr 2: a) autobus zasilany ON, b) autobus

hybrydowy, c) autobus zasilany CNG

75 szczególnie widoczne jest to w pierwszym z rozpatrywanych rozwiązań. Przykładowo w czasie od 482 s do 506 s (przedział zaznaczony czerwoną linią przerywaną) następuje zmiana prędkości od 0 do 17 m/s, co spowodowało konieczność wygenerowania energii wynoszącej 1 kW·h. W autobusie zasilanym sprężonym gazem ziemnym widoczne są takie same tendencje, jednak nie są one tak silne ze względu na inny rodzaj profilu przejazdu, który charakteryzował się mniejszymi wartościami przyspieszenia.

Najmniejsze przyrosty pracy w zależności od warunków ruchu (szczególnie przyspieszenia) wystąpiły podczas badań rozwiązania hybrydowego. Wynika to przede wszystkim z zastosowania silników elektrycznych w układzie napędowym, które charakteryzują się znacznym momentem obrotowym dla najmniejszych wartości prędkości obrotowej. Ponadto w pojeździe zastosowano zaawansowany system zarządzania i dystrybucji energii, która jest wykorzystywana przez niego w efektywny sposób podczas eksploatacji.