Trasa miejska 1

Kolejny etap prac dotyczył realizacji pomiarów emisji zanieczyszczeń z badanych obiektów na trasach miejskich i wykonania analiz otrzymanych wyników. Prędkości pojazdów, tak jak w testach jezdnych, rejestrowane były z pokładowych systemów diagnostycznych. Ich wartości weryfikowano na podstawie informacji uzyskanych z systemu pozycjonowania GPS (rys 6.28). Miejskie warunki eksploatacji przyczyniły

Rys. 6.28. Profile prędkości autobusów zasilanych ON i CNG uzyskane podczas badań w rzeczywistych warunkach ruchu na trasie miejskiej 1

się do uzyskania profili charakteryzującą się dużą zmiennością prędkości. Średnia prędkość na trasie miejskiej 1 autobusu zasilanego paliwem konwencjonalnym wyniosła 18,9 km/h (maksymalnie 68,9 km/h), natomiast drugiego pojazdu 19,8 km/h (maksymalnie 57,3 km/h).

Na podstawie rejestrowanych danych wyznaczono dla badanych obiektów mapy charakterystyk gęstości czasowych pracy pojazdów, silników spalinowych oraz charakterystyki emisyjne. Dla pojazdu zasilanego ON główny obszar pracy mieścił się w zakresie prędkości 0–18 m/s (0–65 km/h) i w przedziale przyspieszeń –0,6–1,2 m/s², podobnie jak w przypadku pojazdu zasilanego CNG (rys. 6.29). Największy udział czasu pracy dla pojazdu zasilanego ON wystąpił na postoju i wyniósł 25%. Dla autobusu zasilanego CNG wyróżniono dwa obszary o znacznym udziale czasu pracy. Pierwszy przypadł dla biegu jałowego i wyniósł 26%, a drugi wystąpił w przedziale prędkości 8–14 m/s w zakresie przyspieszeń 0–1,2 m/s² i stanowił 44% całkowitego czasu pracy pojazdu.

Zbliżony rozkład udziału czasu pracy w przedziałach prędkości i przyspieszenia jak również względna różnica średnich prędkości badanych pojazdów wynosząca 4,5%

świadczą o powtarzalności przeprowadzonych pomiarów. Powyższe kryteria pozwoliły na porównanie emisyjności pojazdów w rzeczywistych warunkach eksploatacji.

a) b)

Rys. 6.29. Charakterystyka udziału czasu pracy autobusu w przedziałach prędkości i przyspieszenia podczas badań na trasie miejskiej 1: a) pojazd zasilany ON, b) pojazd zasilany CNG

Silnik autobusu zasilanego ON pracował najczęściej w obszarze prędkości obrotowej biegu jałowego w zakresie obciążeń do 400 Nm (rys. 6.30a). Udział dla tych parametrów pracy wyniósł 26%. Widoczny jest także znaczący obszar, stanowiący 18%

czasu całkowitego, w którym silnik pracował bez obciążenia w zakresie podwyższonych prędkości obrotowych do 1600 obr/min. Wyróżniono także obszar pracy silnika o wartości 20%, który wystąpił dla największych obciążeń silnika, powyżej 1000 Nm. Główne pole pracy silnika pojazdu zasilanego CNG można podzielić na dwa charakterystyczne obszary (rys. 6.30b). Pierwszy o największym udziale czasu pracy wystąpił dla prędkości obrotowych do 800 obr/min oraz obciążeń do 200 Nm i stanowił 35% udziału. Drugi wystąpił w przedziale 800–1200 obr/min w całym zakresie obciążenia stanowiąc 49% całkowitego czasu pracy. Można zatem stwierdzić, że pracował on w znacznym zakresie w warunkach charakterystyki obciążeniowej.

a) b)

Rys. 6.30. Charakterystyka udziału czasu pracy w przedziałach prędkości obrotowej wału korbowego od obciążenia silnika podczas badań na trasie miejskiej 1: a) pojazd zasilany ON, b) pojazd zasilany CNG

Średnia wartość emisji sekundowej CO dla pojazdu zasilanego CNG była większa o około 25% w porównaniu do autobusu zasilanego paliwem konwencjonalnym (rys. 6.31). Pojazd zasilany ON posiadał największą emisję sekundową w zakresie obciążeń powyżej 800 Nm, co wynikało głównie z konieczności wtryskiwania dużej dawki paliwa w czasie ruszania i gwałtownego przyspieszania pojazdu (rys. 6.31a).

Wynikiem dużej emisji CO i dużych zmian ciśnień w kolektorze wylotowym było zmniejszenie stopnia konwersji utleniającego reaktora katalitycznego zamontowanego w pojeździe. Emisja sekundowa CO pojazdu zasilanego CNG miała charakterystyczny przebieg – zauważalna jest tendencja zwiększania się emisji wraz ze zwiększaniem prędkości obrotowej wału korbowego (rys. 6.31b). Największe wartości uzyskano dla zakresu 1400–2000 obr/min i 200–1400 Nm. Taki przebieg był uwarunkowany charakterystyką pracy spalinowej jednostki napędowej - która pracowała w obiegu Otto.

a) b)

Rys. 6.31. Charakterystyka udziału emisji sekundowej CO w przedziałach prędkości obrotowej wału korbowego i obciążenia silnika podczas badań na trasie miejskiej 1: a) pojazd zasilany ON, b) pojazd

zasilany CNG

Dla silnika zasilanego ON zarejestrowano małe wartości emisji sekundowej THC, co wynikało przede wszystkim z przebiegu procesu spalania w cylindrach (rys. 6.32a). W odniesieniu do autobusu zasilanego paliwem alternatywnym, widoczne jest znaczne

zwiększanie natężenia emisji rozpatrywanego związku wraz ze zwiększaniem prędkości obrotowej (rys. 6.32b). Poziom emisji sekundowej THC oscylował w zakresie 0,1–17 mg/s. Kształt otrzymanej charakterystyki związany był z przebiegiem reakcji spalania gazu ziemnego, której produktami jest także CH4 i NMHC. Wysoka sumaryczna emisja węglowodorów wynikała głównie z przewagi zawartości metanu w gazach wylotowych, która spowodowana była niskim stopniem konwersji trójfunkcyjnego reaktora katalitycznego dla tego związku.

a) b)

Rys. 6.32. Charakterystyka udziału emisji sekundowej THC w przedziałach prędkości obrotowej wału korbowego i obciążenia silnika podczas badań na trasie miejskiej 1: a) pojazd zasilany ON, b) pojazd

zasilany CNG

Większe wartości emisji sekundowej NOx zarejestrowano dla pojazdu zasilanego ON (rys. 6.33). Charakterystyka emisji tego autobusu posiada specyficzny przebieg, z którego wyniki, że zawartość związku w spalinach jest ściśle zależna od prędkości obrotowej i obciążenia – emisja zwiększa się wraz ze zwiększaniem wartości parametrów pracy silnika (rys. 6.33a). Dla drugiego obiektu badawczego można stwierdzić, że emisja była związana głównie z prędkością obrotową (rys. 6.33b).

Średnia wartość była 7-krotnie większa niż średnia wartość emisji sekundowej NOx

pojazdu zasilanego paliwem konwencjonalnym.

a) b)

Rys. 6.33. Charakterystyka udziału emisji sekundowej NO_x w przedziałach prędkości obrotowej wału korbowego i obciążenia silnika podczas badań na trasie miejskiej 1: a) pojazd zasilany ON, b) pojazd

zasilany CNG

Było to spowodowane przede wszystkim wysokim stopniem konwersji trójfunkcyjnego reaktora katalitycznego, który jest najwyższy dla stechiometrycznej mieszanki paliwowo-powietrznej (na podstawie odczytanych danych z układu diagnostycznego pojazdu oraz pomiaru masowego natężenia przepływu gazów wylotowych wyznaczono wartość współczynnika nadmiaru powietrza, która w trakcie testu oscylowała w przedziale 1,02‒1,10). Zwrócono także uwagę, że pojazd zasilany ON wyposażony był w układ selektywnej redukcji katalitycznej, na którego stopień konwersji wpływa szereg czynników m.in. masowe natężenie przepływu gazów wylotowych oraz temperatura spalin. W trakcie badań drogowych występuje bardzo duża oscylacja przyspieszeń, co wiąże się ze znacznymi zmianami wydatku gazów wylotowych oraz ich temperatury.

Charakterystyka udziału emisji sekundowej CO2 w przedziałach prędkości obrotowej wału korbowego i obciążenia silnika pojazdu zasilanego ON, wskazuje że natężenie emisji związku jest zależne głównie od obciążenia (rys. 6.34a). Natomiast w drugim badanym obiekcie wielkość emisji sekundowej uzależniona była przede wszystkim od prędkości obrotowej wału korbowego (rys. 6.34b). Dla obu badanych obiektów największe wartości stężeń wystąpiły dla największych prędkości obrotowych i obciążeń. Na kształty przedstawionych charakterystyk miało wpływ wiele czynnik, m.in. sposób zapłonu i spalania, dobór przełożeń oraz wysterowania skrzyń przekładniowych, a także elementów układów napędowych. Wielkość natężenia emisji CO2 uwarunkowana jest zapotrzebowaniem energetycznym pojazdu wynikającym z charakterystyki odcinka pomiarowego, który cechował się zarówno dużym udziałem kongestii drogowych jak i dużą liczbą przystanków. Wiązało się to z częstym ruszaniem pojazdu, a tym samym z wydatnym zapotrzebowaniem na energię, co przekładało się na zużycie paliwa, a tym samym i emisję rozpatrywanego związku.

a) b)

Rys. 6.34. Charakterystyka udziału emisji sekundowej CO₂ w przedziałach prędkości obrotowej wału korbowego i obciążenia silnika podczas badań na trasie miejskiej 1: a) pojazd zasilany ON, b) pojazd

zasilany CNG

Na podstawie przeprowadzonych badań w rzeczywistych warunkach eksploatacji autobusów wyznaczono i porównano wartości emisji drogowej (rys. 6.35). Tak jak w testach jezdnych SORT, większa emisją drogową CO, THC oraz CO2, charakteryzował się pojazd zasilany CNG. Dla wymienionych składników gazów wylotowych różnice

wyniosły odpowiednio 78%, 1843% i 18% (rys. 6.36). Emisja NOx dla tego autobusu była mniejsza o 87%. Specyfika trasy 1 obejmuje warunki miejskiej eksploatacji, przy czym otrzymane wyniki wskazują, że żaden z przeprowadzonych testów jezdnych SORT nie odzwierciedla w pełni parametrów charakterystycznych dla tej trasy.

Rys. 6.35. Porównanie emisji drogowej z badań na trasie miejskiej 1

Ponadto wpływ na otrzymane wartości emisji drogowej miały przede wszystkim właściwości stosowanych paliw oraz rodzaj obiegu termodynamicznego, według którego pracowały spalinowe jednostki napędowe.

Rys. 6.36. Porównanie względnej emisji drogowej z badań na trasie miejskiej 1