Trasa badawcza nr 1

Zgodnie z harmonogramem badań wykonano pomiary emisji w rzeczywistych warunkach eksploatacji w ruchu miejskim, w celu poznania ich wpływu na parametry pracy układów napędowych. Wybrana trasa badawcza nr 1 przebiegła głównymi ulicami aglomeracji poznańskiej, w ścisłym centrum miasta. Na podstawie zarejestrowanych danych wyznaczono przebiegi prędkości rozpatrywanego cyklu pomiarowego (rys. 5.19). Jako uzupełnienie przedstawionych zależności, naniesiono na wykres linię określającą wartość uśrednionej prędkości testu drogowego SORT 1 – 3,5 m/s. Dla pojazdu zasilanego ON wyposażonego w konwencjonalny układ napędowy średnia prędkość przejazdu wyniosła 3,83 m/s, natomiast autobus hybrydowy uzyskał wartość 2,98 m/s. Trzeci obiekt badawczy poruszał się ze średnią prędkością 3,39 m/s.

Osiągnięcie identycznych profili przejazdu jest niemożliwe ze względu na chwilowe warunki ruchu – w tym kongestie, organizację ruchu, sterowanie sygnalizatorów świetlnych na skrzyżowaniach itp. Największa różnica uzyskanych wartości średnich w odniesieniu do testu drogowego wyniosła 14,9% i wystąpiła dla autobusu z szeregowym napędem hybrydowym.

Rys. 5.19. Przebiegi prędkości autobusów miejskich na trasie badawczej nr 1 z naniesioną średnią prędkością testu drogowego SORT 1

W cyklu badawczym maksymalne prędkości do 14,6 m/s wystąpiły dla pojazdu z tradycyjnym układem napędowym (rys. 5.20). Największy udział czasu pracy dla rozpatrywanego obiektu wystąpił dla postoju i stanowił 22,7%. Udział czasu pracy w zakresie prędkości (0 m/s; 12 m/s i przedziale przyspieszenia (0 m/s²; 0,8 m/s² stanowił 26,7%, a dla parametrów (0 m/s; 8 m/s oraz –0,8 m/s²; 0 m/s²) sumaryczna wartość osiągnęła 26%. Ruch z prędkością jednostajną wystąpił dla 5,1% całego przejazdu. Udział czasu pracy autobus z napędem hybrydowym w przedziale parametrów opisujących postój to 39,8%, dla zakresu prędkości (0 m/s; 10 m/s

wyznaczono wartość 26,3%, natomiast dla ruchu z przyspieszeniem –0,8 m/s²; 0 m/s²) osiągnięto 14,4%. Praca obejmująca jazdę ze stałą prędkością wyniosła 4,5%

całkowitego przejazdu. Dla obiektu badawczego zasilanego CNG postój stanowił 36,7%, a ruch jednostajny 4,1% udziału w pełnym teście badawczym. W przedziałach

64 (0 m/s²; 0,8 m/s² i –0,8 m/s²; 0 m/s²) przy prędkości z zakresu (0 m/s; 12 m/s

uzyskano odpowiednio 26,4% oraz 16,6% udziału czasu pracy.

a) b)

c)

Jako uzupełnienie analiz warunków ruchu pojazdów dokonano porównania udziałów czasu pracy autobusów w przedziałach prędkości i przyspieszenia, zarejestrowanych podczas badań w teście drogowym SORT 1 i trasie badawczej nr 1 (rys. 5.21). Na charakterystykach przedstawiono różnice między testem SORT (odjemna), a rzeczywistą eksploatacją (odjemnik). Kolory odpowiadające danemu pojazdowi (szary – ON, niebieski – HYBRYDA, zielony – CNG) opisują przedziały, które zarejestrowano w teście drogowym. Wielkość okręgów odnosi się do uzyskanej różnicy, dla wartości dodatnich są one pełne (kolor niebieski), natomiast w zakresie ujemnych wyników nie zostały one zamalowane. Pozwoliło to wskazać w jaki sposób różnią się warunki testu znormalizowanego od badań drogowych.

Dla postoju największe różnice wystąpiły podczas przejazdu autobusem wyposażonym w konwencjonalny układ napędowy: –13,07%. Istotne rozbieżności wystąpiły również w zakresie (0 m/s; 10 m/s przy przyspieszeniach z przedziału

–0,8 m/s²; 0 m/s²), których wartości wynosiły od –4,58% do 7,4%. Ze względu na charakterystykę testu drogowego, w przejeździe rzeczywistym zarejestrowano więcej przedziałów opisujących ruch jednostajny – dotyczy to wszystkich badanych pojazdów.

Podczas badań autobusu z napędem hybrydowym uzyskano znacznie mniejsze różnice wartości udziałów czasu pracy w teście SORT 1 w porównaniu z przejazdem

Rys. 5.20. Udziały czasu pracy autobusów miejskich w przedziałach prędkości i przyspieszenia podczas badań na trasie badawczej nr 1: a) autobus zasilany ON, b) autobus hybrydowy, c) autobus

zasilany CNG

65 a)

b)

c)

Rys. 5.21. Różnica udziałów czasu pracy obiektów badawczych podczas pomiarów na trasie badawczej nr 1 oraz w teście drogowym SORT 1 w przedziałach prędkości i przyspieszenia: a) autobus zasilany ON,

b) autobus hybrydowy, c) autobus zasilany CNG

66 rzeczywistym. Największa rozbieżność wystąpiła dla przedziału opisującego postój i wyniosła 4,02%. Najmniejsze różnice udziałów czasu pracy w zakresie postoju wystąpiły dla trzeciego obiektu badawczego: 0,94%. Autobus zasilany sprężonym gazem ziemnym podczas pomiarów na trasie badawczej nr 1 pracował przez większą ilość czasu w obszarze utrzymywania stałych prędkości drugiego profilu znormalizowanego testu drogowego SORT w przedziale (4 m/s; 6 m/s.

W takcie realizacji badań drogowych w ścisłym centrum miasta największe udziały czasu pracy silników spalinowych wystąpiły dla obciążeń w zakresie 0 N·m; 200 N·m

(rys. 5.22). Dla pojazdu konwencjonalnego udział czasu pracy wyniósł 65,7%

w przedziale 600 obr/min, 1400 obr/min, dla autobusu hybrydowego 66,5% przy parametrach 600 obr/min; 1200 obr/min, natomiast trzeci obiekt badawczy w tym samym obszarze osiągnął 54,8%. W zakresie najmniejszej prędkości obrotowej, udziały czasu pracy stanowiły odpowiednio: 42,6%, 36,3% oraz 42,1%. Uwzględniając prędkości 600 obr/min; 1200 obr/min i moment obrotowy (200 N·m; 400 N·m

wyznaczono dla kolejnych cykli pomiarowych: 4,5%; 9,1% oraz 13,9%. Dla pozostałych pojedynczych zakresów analizowane wartości nie przekroczyły 4,5%.

Przywołane przedziały osiągnęły zbliżone udziały w całych testach, jednak rozkłady pól pracy różnią się między sobą.

Przedstawione charakterystyki parametrów pracy silników spalinowych odniesiono do testu drogowego SORT 1 (rys. 5.23).Otrzymane zależności wskazują, że tak jak w analizie warunków ruchu, największe różnice udziałów czasu pracy wystąpiły dla

a) b)

c)

Rys. 5.22. Udziały czasu pracy silników obiektów badawczych w zakresach prędkości obrotowej i momentu obrotowego podczas pomiarów na trasie badawczej nr 1: a) autobus zasilany ON, b) autobus

hybrydowy, c) autobus zasilany CNG

67 a)

b)

c)

Rys. 5.23. Różnica udziałów czasu pracy silników spalinowych obiektów badawczych podczas pomiarów na trasie badawczej nr 1 oraz w teście drogowym SORT 1 w przedziałach prędkości obrotowej

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

68 pojazdu oznaczonego ON. W pojedynczych przedziałach od 800 obr/min do 1400 obr/min w zakresie najmniejszych obciążeń uzyskano odpowiednio –4,74%;

9,51%; –5,67% oraz –6,09%. Należy także zaznaczyć, że występujące pole pracy w rzeczywistych warunkach ruchu jest dwukrotnie większe, występuje dwa razy więcej przedziałów niż w teście drogowym SORT. Najmniejsze różnice udziałów czasu pracy wystąpiły dla drugiego obiektu badawczego, co wynikało przede wszystkim z zastosowania napędu hybrydowego i odpowiedniej współpracy poszczególnych jego elementów. Największe obliczone rozbieżności wyniosły 3,54%. Autobus zasilany CNG w zakresie najmniejszej prędkości obrotowej i momentu obrotowego, a także dla obszarów 600 obr/min; 800 obr/min, (1000 obr/min; 1200 obr/min dla zakresu (200 N·m; 400 N·m uzyskał różnice w udziałach czasu pracy wynoszące kolejno –4,83%, 6,22% i –9,24%. Dla omawianego rozwiązania również zwiększyła się, ponad dwukrotnie, liczba występujących przedziałów pracy w odniesieniu do testu SORT 1.

Przedstawione przebiegi prędkości i przyspieszenia autobusów wraz z sumaryczną pracą silników spalinowych podczas badań na trasie badawczej wskazują, że silnik spalinowy pojazdu zasilanego CNG wygenerował największą energię o wartości 20,2 kW·h (rys. 5.24). Jednostka spalinowa pierwszego obiektu badawczego osiągnęła zbliżoną wielkość 19,5 kW·h, natomiast drugiego wyposażonego w napęd hybrydowy 16,8 kW·h. Pierwszy i trzeci autobus uzyskały porównywalne wielkości pracy całkowitej, pomimo osiągnięcia różnych prędkości średnich podczas realizacji cykli pomiarowych. Jednak na rozpatrywane wartości wpływ miało wiele czynników, m.in.

dobór elementów konstrukcyjnych napędów poszczególnych obiektów, moc maksymalna silnika, a także chwilowe warunki drogowe. Autobus wyposażony w układ

a) b)

c)

Rys. 5.24. Przebiegi chwilowej prędkości oraz przyspieszenia autobusów wraz z sumaryczną pracą silników spalinowych podczas badań na trasie badawczej nr 1: a) autobus zasilany ON, b) autobus

hybrydowy, c) autobus zasilany CNG

69 hybrydowy, tak jak w znormalizowanych testach drogowych, generował dodatnią moc chwilową dla zakresu ujemnych i zerowych wartości przyspieszenia. Miało to bezpośredni wpływ na krzywą odnoszącą się do wytworzonej energii, która zwiększa wartości m.in. dla parametrów jazdy przy a = 0 m/s², co było związane ze współpracą elementów układu napędowego.