5. Analiza parametrów ruchu autobusów i pracy układów napędowych
5.7. Trasa badawcza nr 3
Dla pełnego poznania wpływu warunków eksploatacji na parametry pracy silników spalinowych rozpatrywanych obiektów badawczych wykonano badania na trasie badawczej nr 3. Na podstawie otrzymanych przebiegów prędkości obliczono, że autobus konwencjonalny podczas całego przejazdu uzyskał średnią 7,39 m/s, pojazd wyposażony w napęd hybrydowy 7,34 m/s, a obiekt wykorzystujący CNG osiągnął średnią wartość 7,71 m/s (rys. 5.31). Analizowana trasa odzwierciedlała eksploatację w warunkach podmiejskich, w związku z tym na wykresie przedstawiono również średnią prędkość znormalizowanego testu drogowego SORT 3, która wynosi 7,31 m/s.
Porównując otrzymane wartości można stwierdzić, że największa różnica między rozpatrywanymi przejazdami wystąpiła dla autobusu hybrydowego oraz zasilanego paliwem alternatywnym i osiągnęła 5%.
Największa prędkość średnia wystąpiła dla autobusu zasilanego sprężonym gazem ziemnym, jednak podczas przejazdu maksymalne prędkości chwilowe, powyżej 16 m/s osiągnął pojazd konwencjonalny, co także przedstawiono na zależnościach dotyczących
Rys. 5.31. Przebiegi prędkości autobusów miejskich na trasie badawczej nr 3 z naniesioną średnią prędkością testu drogowego SORT 3
76 udziału czasu pracy pojazdu (rys. 5.32). Dla pierwszego obiektu badawczego postój stanowił ponad 11% całego przejazdu. Obszary charakteryzujące się istotnymi wartościami zarejestrowano w zakresie prędkości (0 m/s; 16 m/s oraz przyspieszenia
–0,8 m/s2; 0 m/s2), a także (0 m/s2; 0,8 m/s2, gdzie uzyskano 43,7%
i 42,1% udziału czasu pracy (dla pojedynczych przedziałów tych zakresów wartości maksymalne osiągnęły do 8%). Wyznaczone pole pracy ma w przybliżeniu symetryczny rozkład względem obszaru odnoszącego się do postoju i jazdy ze stałą prędkością, którego sumaryczna wartość stanowiła 1,8% czasu całego przejazdu.
Bardziej zróżnicowany rozkład udziałów na wyznaczonym polu pracy osiągnął autobus hybrydowy. Szczególnie wyraźny jest obszar opisany parametrami ruchu pojazdu (0 m/s; 16 m/s i (0 m/s2; 0,8 m/s2 stanowiący 47,6% czasu przejazdu. Zakresy dotyczące ujemnych przyspieszeń uzyskały bardziej równomierny rozkład, jedynie w przedziale (12 m/s; 16 m/s dla –0,8 m/s2; 0 m/s2) wystąpił większy udział czasu pracy, którego sumaryczna wartość wyniosła 10,1% w całej próbie. Postój pojazdu z napędem hybrydowym stanowił 14,9% czasu całego testu, natomiast dla trzeciego obiektu badawczego wyniósł on jedynie 8,6%. Jest to jedyny z rozpatrywanych przejazdów na trasie badawczej nr 3, gdzie udział tego przedziału nie stanowi największej wartości. Oznacza to, że uzyskane profile przejazdu były bardzo zbliżone do siebie. Maksymalne udziały czasu pracy na trasie badawczej nr 3 wystąpiły w obszarach (6 m/s; 16 m/s przy przyspieszeniu z zakresu –0,8 m/s2; 0 m/s2), a także (0 m/s2; 0,8 m/s2, gdzie osiągnięto odpowiednio 22,4% i 38,4%. Przedstawione zależności odniesiono do wyników uzyskanych w teście drogowym SORT 3 (rys. 5.33).
a) b)
c)
Rys. 5.32. Udziały czasu pracy autobusów miejskich w przedziałach prędkości i przyspieszenia podczas badań na trasie badawczej nr 3: a) autobus zasilany ON, b) autobus hybrydowy, c) autobus
zasilany CNG
77 a)
b)
c)
Rys. 5.33. Różnica udziałów czasu pracy obiektów badawczych podczas pomiarów na trasie badawczej nr 3 oraz w teście drogowym SORT 3 w przedziałach prędkości i przyspieszenia: a) autobus zasilany ON,
b) autobus hybrydowy, c) autobus zasilany CNG
78 Jak wynika z porównania udziałów czasy pracy autobusów na trasie badawczej nr 3 oraz w teście drogowym SORT 3, znaczące różnice wystąpiły dla obszaru dotyczącego postoju. W tym przedziale, podczas badań w rzeczywistych warunkach eksploatacji na trasie nr 3 wszystkie pojazdy uzyskały mniejsze wartości czasu pracy.
Wyznaczone różnice udziałów czasu pracy dla kolejnych obiektów badawczych wyniosły odpowiednio –10,09%; –6,17% oraz –12,52%. Ponadto autobus miejski z konwencjonalnym układem napędowym uzyskał największe pole pracy spośród wszystkich analizowanych w tym cyklu charakterystyk. Dla niego, istotna rozbieżność 6,31% wystąpiła w przedziale (10 m/s; 12 m/s i –0,8 m/s2; 0 m/s2). W tym samym zakresie prędkości przy przyspieszeniu –0,8 m/s2; 0 m/s2) oraz (0 m/s2; 0,8 m/s2 uzyskano znaczące wartości podczas przejazdu autobusu hybrydowego, które wyniosły odpowiednio 5,56% oraz 7,71%.
Trzeci obiekt badawczy charakteryzował się najmniejszym polem pracy, przy czym w pojedynczych przedziałach obliczone rozbieżności udziałów czasu pracy większe niż 5% występowały częściej, niż we wcześniej rozpatrywanych przypadkach. Dla zakresu prędkości (10 m/s; 12 m/s i przyspieszenia (–0,8 m/s2; 0 m/s2 wyznaczono różnicę 5,37%, natomiast dla przedziałów udziału czasu pracy (8 m/s; 10 m/s, (10 m/s; 12 m/s, a także (10 m/s; 12 m/s w obszarze (0 m/s2; 0,8 m/s2 uzyskano wartości, odpowiednio, 7,12%, 6,17% oraz 5,41%. Wśród pozostałych niewymienionych zakresów, wszystkich analizowanych charakterystyk, największe różnice udziałów czasu pracy wynosiły maksymalnie do 4,37%.
Eksploatacja autobusów w warunkach trasy badawczej nr 3 miała bezpośredni wpływ na uzyskane zależności udziałów czasu pracy silników spalinowych w przedziałach prędkości obrotowej i momentu obrotowego (rys. 5.34). Dla pierwszego obiektu badawczego (autobus oznaczony ON) największy udział czasu pracy silnika spalinowego 52,1% pracy wystąpił w przedziale prędkości 600 obr/min; 1400 obr/min
i momentu obrotowego 0 N·m; 200 N·m. W zakresie tych samych obciążeń, przy prędkości wału korbowego do 1200 obr/min uzyskano 43,5-procentowy udział czasu pracy dla autobusu oznaczonego HYBRYDA, natomiast dla CNG zarejestrowano 42,9%. Tylko pojazd wyposażony w tradycyjny układ napędowy w zakresie prędkości obrotowej biegu jałowego charakteryzował się udziałem czasu pracy równym 24,3%.
Drugi obiekt badawczy uzyskał w tym obszarze 13,1%, a trzeci 14,8%.
Autobus wyposażony w układ hybrydowy osiągnął istotną wartość czasu pracy 22,5% w zakresach parametrów (800 obr/min; 1200 obr/min i (200 N·m; 600 N·m
odnosząc się do całego przejazdu. Dla obiektu badawczego zasilanego sprężonym gazem ziemnym przy prędkości obrotowej (1000 obr/min; 1200 obr/min oraz obciążeniu z obszaru (1000 N·m; 1200 N·m udział czasu pracy osiągnął 11,1%.
Największe pole pracy wystąpiło na charakterystyce opisującej silnik spalinowy zastosowany w konwencjonalnym układzie napędowym, gdzie zarejestrowano przedziały powyżej prędkości obrotowej 2000 obr/min, co wynikało przede wszystkim z uzyskanego profilu przejazdu, a także współpracy jednostki napędowej ze skrzynią biegów. W pozostałych zakresach, we wszystkich rozpatrywanych próbach na trasie badawczej nr 3, uzyskano udziały czasu pracy nie większe niż 5,4%.
79
a) b)
c)
Najmniejsze różnice między udziałami zarejestrowanych przedziałów czasu pracy silników spalinowych dla trasy badawczej nr 3 i testu SORT wystąpiły dla autobusu ON (rys. 5.35). Średnia otrzymanych wartości bezwzględnych wynosiła 1,47%, przy czym największe rozbieżności, odpowiednio 7,07% oraz –8,22%, wystąpiły dla zakresów opisanych parametrami (800 obr/min; 1000 obr/min przy najmniejszych obciążeniach, a także (1200 obr/min; 1400 obr/min i (1400 N·m; 1600 N·m. Dla tego pojazdu w obszarze prędkości obrotowej biegu jałowego w badaniach drogowych na trasie nr 3 wyznaczono mniejszy udział czasu pracy o 4,63% w odniesieniu do testu SORT 3, natomiast drugi obiekt badawczy w tym zakresie uzyskał mniejszą wartość rozpatrywanego parametru o 8,3%. Dla autobusu hybrydowego największe różnice w udziale czasu pracy wystąpiły w zakresach: (1000 obr/min; 1200 obr/min przy momencie obrotowym mniejszym niż 200 N·m, (1600 obr/min; 1800 obr/min, (800 N·m; 1000 N·m, a także (2000 obr/min; 2200 obr/min i (600 N·m; 800 N·m – wyznaczone wartości wyniosły kolejno: 3,8%, –3,86% oraz –9,97%. Średnia różnic bezwzględnych wyznaczona na podstawie wszystkich występujących pojedynczych zakresów udziału czasu pracy silnika spalinowego wyniosła 1,75%.
Pojazd zasilany sprężonym gazem ziemnym, podczas porównania rozpatrywanej trasy badawczej ze znormalizowanym testem drogowym, uzyskał największe różnice w pojedynczych przedziałach udziału czasu pracy silnika spalinowego. Dla następujących po sobie obszarów prędkości obrotowej, zaczynając od wartości
Rys. 5.34. Udziały czasu pracy silników obiektów badawczych w zakresach prędkości obrotowej i momentu obrotowego podczas pomiarów na trasie badawczej nr 3: a) autobus zasilany ON, b) autobus
hybrydowy, c) autobus zasilany CNG
80 a)
b)
c)
Rys. 5.35. Różnica udziałów czasu pracy silników spalinowych obiektów badawczych podczas pomiarów na trasie badawczej nr 3 oraz w teście drogowym SORT 3 w przedziałach prędkości obrotowej
i momentu obrotowego: a) autobus zasilany ON, b) autobus hybrydowy, c) autobus zasilany CNG
81 opisujących bieg jałowy do 1200 obr/min, w zakresie obciążenia 0 N·m; 200 N·m
wyznaczono rozbieżności: –10,71%, 5,13% oraz 8,53%. Ponadto dla prędkości obrotowej z przedziału (1200 obr/min; 1400 obr/min przy największym obciążeniu uzyskano –8,17%. Średnia wartość uzyskana ze wszystkich różnic bezwzględnych wynosiła 2,3%. Jednak należy zwrócić uwagę, iż opisywana charakterystyka przedstawia najbardziej zbliżone wielkości porównywanych pól pracy. Największe rozbieżności w ich rozmiarach wystąpiły dla pojazdu wyposażonego w konwencjonalny układ napędowy.
Podczas przeprowadzonych badań na trasie badawczej nr 3, inaczej niż w poprzednich cyklach pomiarowych, największą wartość energii wygenerował autobus oznaczony ON, która wyniosła 11,7 kW·h (rys. 5.36). Drugi obiekt badawczy wykonał pracę 8,9 kW·h, natomiast trzeci – 10,6 kW·h. Należy zauważyć, że dla tych dwóch autobusów uzyskano bardzo zbliżony profili przejazdu, przy czym w ostatnim cyklu pomiarowym wystąpiła mniejsza liczba hamowań i związanych z tym mniejsza liczba przyspieszeń, mających istotny wpływ na generowaną moc chwilową. Pojazd konwencjonalny uzyskał największe wartości przyspieszeń dodatnich, co niekorzystnie wpłynęło na wyznaczoną pracę całkowitą. Podczas przejazdu drugiego obiektu badawczego wystąpił postój trwający około 90 s. W czasie jego trwania widoczny jest przyrost energii całkowitej, co wynikało nie tylko z konieczności przekazywania momentu obrotowego do dodatkowych odbiorników pojazdu, ale przede wszystkim z charakterystyki źródła napędu – moment obrotowy generowany był w celu doładowywania akumulatorów energii. Dzięki temu wytwarzane były mniejsze moce podczas zwiększania prędkości autobusu.
a) b)
c)
Rys. 5.36. Przebiegi chwilowej prędkości oraz przyspieszenia autobusów wraz z sumaryczną pracą silników spalinowych podczas badań na trasie badawczej nr 3: a) autobus zasilany ON, b) autobus
hybrydowy, c) autobus zasilany CNG
82