Wyznaczanie zuycia paliwa i emisji dwutlenku wgla dla pojazdu z silnikiem ZI

Transkrypt

1 ARCHIWUM MOTORYZACJI 1, pp (2009) Wyznaczanie zuycia paliwa i emiji dwutlenku wgla dla pojazdu z ilnikiem ZI WOJCIECH ADAMSKI 1, KRZYSZTOF BRZOZOWSKI 2 1 Orodek Badawczo-Rozwojowy BOSMAL w Bielku-Białej 2 Akademia Techniczno-Humanityczna w Bielku-Białej W artykule przedtawiono metod wyznaczania natenia zuycia paliwa bazujc na zapotrzebowaniu mocy ilnika potrzebnej do pokonania oporów ruchu pojazdu. Zaproponowany poób obliczania zapotrzebowania mocy ilnika oraz wyniki oblicze natenia zuycia paliwa dla pojazdu z ilnikiem ZI poddano weryfikacji. Weryfikacj przeprowadzono z wykorzytaniem wyników bada zarejetrowanych w trakcie prób drogowych. W artykule zaproponowano równie poób obliczania natenia emiji dwutlenku wgla i zamiezczono wyniki walidacji przeprowadzonych oblicze natenia zuycia paliwa i natenia emiji dwutlenku wgla w odnieieniu do wyników bada na hamowni podwoziowej. 1. Wprowadzenie Wyznaczanie zuycia paliwa i emiji zwizków zkodliwych palin tanowi podtaw przeprowadzanych ocen oddziaływania rodków tranportu na jako powietrza atmoferycznego. W tym celu wykorzytywane odpowiednie modele rozwijane od wielu lat, rónice i pomidzy ob przede wzytkim truktur i kal przetrzenn, w jakiej dany model znajduje zatoowanie [1]. Dokładno oblicze zuycia paliwa i emiji zwizków zkodliwych palin warunkuje przy tym wprot poprawno przeprowadzanych ocen rodowikowych. Obecnie zczególnie itotnym zagadnieniem jet konieczno bilanowania zuycia paliwa i emiji w kali lokalnej, w której praktyczne zatoowania znajduj tzw. mikrokalowe modele emiji [2]. Modele te, w przeciwietwie do innych grup modeli (zagregowanej emiji, redniej prdkoci, ytuacji drogowej, regreyjnych) poługujcych i rednimi emijami drogowymi i rednim zuyciem paliwa, umoliwiaj wyznaczanie natenia emiji i natenia zuycia paliwa. Wród tej kategorii modeli, ze wzgldu na truktur modelu wyróniane trzy podgrupy. Dwie podgrupy tanowi modele bazujce na tzw. macierzach emiji i zuycia paliwa, rozróniane ze wzgldu na wykorzytywane parametry niezalene, charakteryzujce warunki ekploatacji pojazdu.

2 68 W. Adamki, K. Brzozowki S to odpowiednio: prdko przypiezenie [3] (ewentualnie prdko iloczyn prdkoci i przypiezenia) oraz prdko obrotowa ilnika obcienie ilnika [1]. Otatni, trzeci podgrup tanowi modele opiujce natenie emiji danego kładnika palin lub natenie zuycia paliwa bez wykorzytywania macierzy emiji, definiujce zaleno pomidzy tanem dynamicznym pojazdu (identyfikowanym zapotrzebowaniem mocy ilnika) a nateniem zuycia paliwa i nateniem emiji [4, 5, 6]. Modele te wykorzytuj dwie grupy parametrów: ogólnodotpne parametry pojazdu (maa, wpółczynniki oporu powietrza i toczenia, moc i objto kokowa ilnika itd.) pozwalajce oblicza zapotrzebowanie mocy ilnika w tanach dynamicznych, parametry empiryczne identyfikujce zwizek pomidzy tanem dynamicznym pojazdu a nateniem zuycia paliwa i nateniem emiji. Znanych jet kilkanacie realizacji tego typu modeli, wród najbardziej znanych modele opiane w pracach [5, 6, 7, 8]. Przegld modeli tej podgrupy, ze wkazaniem rónic w poobie modelowania zapotrzebowania mocy ilnika i przyjmowanych parametrów empirycznych przedtawiono w pracy [9]. W niniejzym artykule, bazujc na wyznaczanym analitycznie zapotrzebowaniu mocy ilnika, przedtawiono poób obliczania natenia zuycia paliwa i natenia emiji dwutlenku wgla wraz z wynikami weryfikacji i walidacji. Wykorzytano wyniki bada drogowych oraz bada prowadzonych na hamowni podwoziowej. Zaproponowana metoda oblicze umoliwia analiz natenia zuycia paliwa i natenia emiji dwutlenku wgla dla dowolnych warunków ekploatacji trakcyjnej pojazdu z utabilizowanym termicznie ilnikiem o zapłonie ikrowym. 2. Metoda oblicze Punktem wyjcia podjtych w rozdziale rozwaa jet bilan ogólnego zapotrzebowania mocy, wynikajcy z koniecznoci pokonania oporów wewntrznych ilnika oraz dotarczenia potrzebnej mocy trakcyjnej. W rozdziale przedtawiono zatem poób wyznaczania zapotrzebowania mocy ilnika w zalenoci od chwilowych warunków trakcyjnych wraz z parametryzacj mocy potrzebnej na pokonanie oporów wewntrznych Wyznaczanie natenia zuycia paliwa W proponowanej w pracy metodzie obliczeniowej przyjto, e natenie zuycia paliwa F jet zalene od chwilowej prdkoci obrotowej ilnika i zapotrzebowania mocy potrzebnej do pokonania oporów ruchu pojazdu oraz oporów wewntrznych ilnika, podobnie jak w pracy [5]. Jednake, w zwizku z powzechnym toowaniem we wpółczenych ytemach zailania ilników ytemu odcinajcego dopływ paliwa, uwzgldniono równie przypadek hamowania ilnikiem, tzw. cut off. Wobec powyzego, gdy ilnik nie oddaje mocy ( P = 0 ) rozrónia i dwa przypadki. W ytuacji, gdy ilnik pracuje poniej pewnej granicznej prdkoci obrotowej noff

3 Wyznaczanie zuycia paliwa i emiji dwutlenku wgla dla pojazdu z ilnikiem ZI 69 natenie zuycia paliwa jet przyjmowane jako tałe i równe nateniu zuycia paliwa przy minimalnej prdkoci obrotowej biegu jałowego. Natomiat w ytuacji, gdy prdko obrotowa ilnika jet wyza od prdkoci granicznej n i przy zerowej mocy oddawanej przez ilnik przyjto, e wytpuje hamowanie ilnikiem i paliwo nie jet wtrykiwane do cylindrów. Otatecznie wymienione warunki dla pojazdu z ilnikiem ZI mona zapia w potaci: 1 P 1 k n V + dla P > 0 λ ηc F = w, (1) u ki ni V dla P = 0 i n < noff 0 dla P = 0 i n noff gdzie: F natenie zuycia paliwa [g/], λ wpółczynnik nadmiaru powietrza, k wpółczynnik oporów wewntrznych ilnika [kj/dm 3 ], zaleny od prdkoci obrotowej i objtoci kokowej ilnika, k wpółczynnik oporów wewntrznych ilnika przy minimalnej prdkoci i obrotowej biegu jałowego [kj/dm 3 ], n prdko obrotowa ilnika [ -1 ], n minimalna prdko obrotowa biegu jałowego [ -1 ], i n graniczna prdko obrotowa ilnika, poniej której, przy hamowaniu off ilnikiem rozpoczte zotaje dawkowanie paliwa [ -1 ], V objto kokowa ilnika [dm 3 ], η prawno cieplna ilnika, c P moc uyteczna ilnika [kw], w warto opałowa paliwa [kj/g]. u Wytpujcy w równaniu (1) wpółczynnik oporów wewntrznych ilnika k charakteryzuje przede wzytkim wewntrzne opory tarcia ilnika oraz opory napdu urzdze pomocniczych, jak np. rozrzdu ilnika, pomp: paliwa, oleju i czynnika chłodzcego oraz alternatora. W celu utalenia wartoci tego wpółczynnika przeprowadzono pomiar zuycia paliwa przy rónych wartociach prdkoci obrotowej ilnika, bez obcienia (na potoju). Wyznaczone ekperymentalnie wartoci k wkazały na nieliniow zaleno wpółczynnika oporów wewntrznych od prdkoci obrotowej ilnika. W celu uzykania cigłej funkcji opiujcej zmian wpółczynnika oporów wewntrznych w zalenoci od prdkoci obrotowej ilnika zatoowano aprokymacj wyników bada wielomianem trzeciego topnia. Wyniki bada oraz przebieg wielomianu aprokymujcego dla ilników ZI o objtoci kokowej i mocy odpowiednio: 1,1 dm 3, 40 kw oraz 1,2 dm 3, 44 kw przedtawiono na ry. 1. Podobne off

4 70 W. Adamki, K. Brzozowki wykrey wpółczynnika charakteryzujcego opory wewntrzne ilnika w zalenoci od prdkoci obrotowej ilnika mona znale równie w pracach innych autorów, np. w pracy [8]. Ry. 1. Aprokymowany wpółczynnik oporów wewntrznych ilnika k. Fig. 1. The approximated engine friction factor k. Przeprowadzenie oblicze natenia zuycia paliwa wymaga równie zdefiniowania prawnoci cieplnej ilnika c η. Okrela ona tounek iloci ciepła zamienionego na prac indykowan do iloci ciepła doprowadzonego do czynnika w obiegu rzeczywitym ilnika [10]. Dokładne wyznaczenie wartoci prawnoci cieplnej wymaga bada indykatorowych ilnika lub toowania odpowiednio złoonego modelu cyklu roboczego ilnika. Wobec powyzego, w obliczeniach zatoowano uprozczenie polegajce na przyjmowaniu tałej (urednionej) wartoci podawanej w literaturze dla danej grupy ilników (ZI, ZS, z turbodoładowaniem lub bez turbodoładowania) [10]. Jak wykazano w dalzej czci pracy, pomimo przyjcia takiego uprozczenia natenie zuycia paliwa jet wyznaczane z wytarczajc dokładnoci. Wytpujcy w równaniu (1) wpółczynnik nadmiaru powietrza λ jet równy 1 w warunkach palania techiometrycznego, a w przypadku przekroczeniu tzw. progu wzbogacenia wpółczynnik ten zacowano w zakreie od 1 do 0,95 w zalenoci od chwilowego obcienia i prdkoci obrotowej ilnika na podtawie przykładowej charakterytyki uniweralnej oraz parametrów pracy ilnika rejetrowanych poprzez gniazdo diagnotyczne EOBD. Prdko obrotow ilnika n, dla danego przełoenia krzyni biegów, oblicza i znajc chwilow prdko pojazdu, promie dynamiczny koła i całkowite przełoenie układu napdowego według wzoru [11]:

5 Wyznaczanie zuycia paliwa i emiji dwutlenku wgla dla pojazdu z ilnikiem ZI 71 gdzie: v prdko pojazdu [m/], i przełoenie krzyni biegów, b i przełoenie przekładni głównej, g d v i b ig n = 2 π r r promie dynamiczny koła pojazdu [m]. d, (2) W natpnym podrozdziale przedtawiono poób wyznaczania zapotrzebowania mocy ilnika P Wyznaczanie zapotrzebowania mocy ilnika Poniewa przedtawiony poób obliczania natenia zuycia paliwa bdzie wykorzytywany dla dowolnych warunków ekploatacji, które opiywane najczciej przebiegiem czaowym prdkoci pojazdu, wymagane jet wyznaczenie zapotrzebowania mocy ilnika w zmiennych warunkach trakcyjnych. Moc uyteczna ilnika P w danej chwili czaowej jet um zapotrzebowania mocy na kołach pojazdu oraz zapotrzebowania mocy przez urzdzenia akceoryjne [4, 5]: Pt P = + P, (3) acc ϑ ηm gdzie: P całkowita moc wymagana na kołach pojazdu [kw], t η łczna prawno układu przenieienia napdu, m ϑ wpółczynnik padku mocy ilnika przy nieutalonych warunkach pracy [11], P moc pochłaniana przez akceoria dodatkowe (np. klimatyzacj) [kw]. acc Wytpujca we wzorze (3) moc na kołach pojazdu P obliczana jet jako [11]: t 1 Fn Pt =, (4) 1000 v gdzie F jet ił napdow na kołach pojazdu [N], któr oblicza i umujc iły n oporów wytpujcych podcza ruchu pojazdu: F = F + F + F + F, (5) gdzie: F iła oporu bezwładnoci [N], b F iła oporu powietrza [N], p F iła oporu toczenia [N], t F iła oporu wznieienia [N]. w n b p t w

6 72 W. Adamki, K. Brzozowki Poniej zetawiono poób obliczania pozczególnych ił według pracy [11]. Sił oporów bezwładnoci F mona wyznaczy ze wzoru: b 2 Fb = m ( 1 + δ ib + δ k ) a, (6) gdzie: m maa pomiarowa pojazdu [kg], δ wpółczynnik ma zredukowanych ilnika: 2 I ig ηm δ =, 2 m rd I uma momentów bezwładnoci ma wirujcych zwizanych z ilnikiem (wał napdowy, koła i wałki krzyni biegów) [kgm 2 ], wyznaczana w zalenoci od objtoci kokowej ilnika i liczby cylindrów, δ wpółczynnik ma zredukowanych kół: i Ik k δ k =, 2 m rd i liczba kół, I uma momentów bezwładnoci ma wirujcych zwizanych z kołem [kgm 2 ] k wyznaczana w zalenoci od promienia dynamicznego kół, i przełoenie przekładni głównej, g a przypiezenie pojazdu [m/ 2 ]. Sił oporu powietrza F wyznacza i z zalenoci: p F 2 p = 0,646 cx A v, (7) gdzie: c wpółczynnik czołowego oporu powietrza, x A powierzchnia czołowa [m 2 ]. Natomiat ił oporu toczenia F oblicza i ze wzoru: t F (1 2 t = m g f + D v ) coθ, (8) gdzie: g przypiezenie ziemkie [m/ 2 ], f wpółczynnik oporu toczenia, D wpółczynnik empiryczny aprokymujcy opory toczenia wzgldem prdkoci jazdy, F oblicza i z zale- w noci: θ pochylenie nawierzchni [º]. Otatni człon równania (5), a wic ił oporu wznieienia F w = m in θ g. (9)

7 Wyznaczanie zuycia paliwa i emiji dwutlenku wgla dla pojazdu z ilnikiem ZI Weryfikacja dokładnoci oblicze na podtawie wyników bada drogowych Do weryfikacji dokładnoci zaproponowanego poobu obliczania zapotrzebowania mocy ilnika oraz natenia zuycia paliwa wykorzytano wyniki pomiarów wykonanych na dwóch amochodach oobowych z tzw. egmentu A, (tj. pojazdy miejkie), wypoaonych w ilniki ZI, zailane wtrykiem wielopunktowym, pełniajce limity tokycznoci palin EURO 4. Charakterytyk pojazdów przedtawiono w tabeli 1. W celu weryfikacji dokładnoci oblicze dotyczcych mocy uytecznej ilnika pojazdu wykonano porównanie wyników oblicze z danymi producenta przedtawionymi w potaci charakterytyki zewntrznej ilnika. Obliczenia przeprowadzono dla prdkoci i przypieze zarejetrowanych podcza pomiarów rozpdzania pojazdu na IV biegu z pełnym otwarciem przeputnicy. W zwizku z warunkami wykonywania tego rodzaju bada w obliczeniach przyjmowano zerow moc pochłanian przez akceoria dodatkowe P acc = 0 oraz zerow ił oporów wznieienia F w = 0 [12]. Weryfikacj dokładnoci oblicze mocy uytecznej ilnika przeprowadzono dla obu pojazdów A i B, jak w tabeli 1. Wyniki oblicze i bada drogowych przedtawiono na ryunku 2. W obu przypadkach wyniki oblicze mocy uytecznej ilnika wykazuj dobr zgodno z danymi producenta. Błd bezwzgldny oblicze dla pojazdu A zawiera i w przedziale od -2,7 kw do 1,0 kw, natomiat dla pojazdu B odpowiednio od -2,2 kw do 0,6 kw. Mona zauway, e rónice ilociowe wytpuj głównie dla duych wartoci prdkoci obrotowej, wkazujc na zanienie wartoci mocy uytecznej ilnika wyznaczonej na podtawie oblicze. Wobec wprowadzonych uprozcze mona jednak twierdzi akceptowaln dokładno oblicze. Badania drogowe wykorzytano take do weryfikacji poprawnoci oblicze nat- enia zuycia paliwa. Pomiar zuycia paliwa w warunkach drogowych wykonywany był za pomoc przepływomierzy zamontowanych w układzie zailania ilnika. W pierwzym etapie w badaniach wykorzytano oba pojazdy, A i B. Pomiar nat- enia zuycia paliwa wykonywany był podcza jazdy ze tał prdkoci na V biegu [13]. Tet realizowano dla zakreu prdkoci od 50 km/h do 150 km/h (co 10 km/h). Wyniki pomiarów uredniano dla kilku przejazdów przy kadej z realizowanych tałych prdkoci jazdy. Dodatkowo, w drugim etapie bada drogowych, dla pojazdu B wykonano pomiar natenia zuycia paliwa, podcza rozpdzania na IV biegu z pełnym otwarciem przeputnicy. Do oceny dokładnoci wyników oblicze natenia zuycia paliwa przyjto natpujce wkaniki: redni, minimalny i makymalny błd bezwzgldny, redni błd wzgldny.

8 74 W. Adamki, K. Brzozowki Tabela 1. Charakterytyka pojazdów. Table 1. Technical data of vehicle. PARAMETR Pojazd A Pojazd B Objto kokowa ilnika V [dm 3 ] 1,108 1,242 Moc mak. ilnika / przy prdkoci obrotowej P [kw] / [min -1 ] 40 / / 5000 Moment mak. ilnika / przy prdkoci obrotowej Sprawno cieplna ilnika Wpółczynnik padku mocy ilnika przy nieutalonych warunkach pracy Minimalna prdko obrotowa biegu jałowego Graniczna prdko obrotowa ilnika, poniej której przy hamowaniu ilnikiem rozpoczte zotaje dawkowanie paliwa Wpółczynnik oporów wewntrznych ilnika przy minimalnej prdkoci obrotowej biegu jałowego Przełoenia krzyni biegów Przełoenie przekładni głównej Sprawno układu przenieienia napdu na pozczególnych biegach max T [Nm] / [min -1 ] 88 / / 2500 max η 0,36 c ϑ 0,98 n i [min -1 ] 850 n off [min -1 ] 1200 k i [kj/dm 3 ] 0,386 0,358 ii 3,909 3,909 iii 2,050 2,158 i 1,344 1,480 III iiv 0,977 1,121 i V 0,780 0,897 i g 3,563 3,438 ηi 0,87 ηii 0,89 η 0,91 Maa włana pojazdu m w [kg] Maa pomiarowa pojazdu m [kg] 845 (*) / 955 (**) 1100 (**) Promie dynamiczny kół r [m] 0,25 0,27 Wpółczynnik oporu toczenia f 0,015 Wpółczynnik aprokymujcy opory toczenia wzgldem prdkoci jazdy D 4,510-5 Wpółczynnik czołowego oporu powietrza c x 0,33 0,37 Powierzchnia czołowa A [m 2 ] 1,72 1,90 Suma momentów bezwładnoci ma wirujcych I zwizanych z ilnikiem [kgm 2 ] 0,15 Suma momentów bezwładnoci ma wirujcych I k zwizanych z kołem [kgm 2 ] 0,28 0,45 (*) maa odnieienia (kontrolna) dla tetów na hamowni podwoziowej, tj. maa włana kg (**) maa pomiarowa podcza pomiarów drogowych, tj. maa włana kg III η IV,V d 0,92

9 Wyznaczanie zuycia paliwa i emiji dwutlenku wgla dla pojazdu z ilnikiem ZI 75 Ry. 2. Porównanie mocy i momentu ilnika podawanych przez producenta z wynikami oblicze dla pojazdów A i B. Fig. 2. Comparion of engine power and torque given by producer with reult of calculation for vehicle A and B. Zetawienie otrzymanych wartoci błdów w zadaniu weryfikacji przedtawiono w tabeli 2, natomiat graficzne porównanie wyników oblicze w odnieieniu do wyników bada drogowych przedtawiono na ryunkach 3 5. Tabela 2. Wyniki weryfikacji oblicze dla natenia zuycia paliwa. Table 2. Verification of the calculation of fuel conumption. WSKANIK Jazda ze tał prdkoci na V biegu Rozpdzanie na IV biegu z pełnym otwarciem przeputnicy Błd bezwzgldny [g/] redni błd wzgldny [%] Pojazd A Pojazd B Pojazd B min -0,22 +0,04-0,02 max -0,01 +0,22 +0,11 redni -0,06 +0,12 +0,04-3,5 +8,0 +1,7

10 76 W. Adamki, K. Brzozowki Ry. 3. Porównanie obliczonego i zarejetrowanego natenia zuycia paliwa dla pojazdu A podcza jazdy ze tał prdkoci na V biegu. Fig. 3. Comparion of fuel conumption calculated and meaured for vehicle A during motion with contant velocity on fifth gear. Ry. 4. Porównanie obliczonego i zarejetrowanego natenia zuycia paliwa dla pojazdu B podcza jazdy ze tał prdkoci na V biegu. Fig. 4. Comparion of fuel conumption calculated and meaured for vehicle B during motion with contant velocity on fifth gear.

11 Wyznaczanie zuycia paliwa i emiji dwutlenku wgla dla pojazdu z ilnikiem ZI 77 Ry. 5. Porównanie obliczonego i zarejetrowanego natenia zuycia paliwa dla pojazdu B podcza rozpdzania na IV biegu z pełnym otwarciem przeputnicy. Fig. 5. Comparion of fuel conumption calculated and meaured for vehicle B during acceleration on fourth gear. Analiza przedtawionych wyników weryfikacji nie wkazuje na moliwo wytpowania błdów ytematycznych, a otrzymane wartoci wkaników wkazuj na akceptowaln dokładno wyznaczania natenia zuycia paliwa. 4. Obliczanie natenia emiji dwutlenku wgla Dwutlenek wgla jet głównym produktem całkowitego palania paliw wglowodorowych w ilniku palinowym, ponadto jet produktem reakcji utleniania wglowodorów i tlenku wgla w reaktorze katalitycznym. Wyniki bada potwierdzaj oczekiwan proporcjonaln zaleno natenia emiji dwutlenku wgla od iloci palonego paliwa [14, 15]. Wobec powyzego, w niniejzej pracy natenie emiji CO 2 obliczano z zaleno- ci liniowej, podobnie jak w pracach [8, 16], wyłcznie na podtawie natenia zuycia paliwa: e el F, (10) gdzie CO 2 CO2 = CO2 el jet wkanikiem emiji CO 2 na jednotk zuywanego paliwa [g CO 2 / g paliwa]. Wkanik emiji el CO 2 wyznaczy mona w poób przybliony na podtawie zalenoci teoretycznych przedtawionych w pracy [14] lub z wikz dokładnoci na podtawie ogólnodotpnych wyników bada z tetów homologacyjnych (z których uzykuje i informacje o rednim zuyciu paliwa i redniej emiji drogowej CO 2 ).

12 78 W. Adamki, K. Brzozowki Warto elco 2 mona równie wyznaczy na podtawie analiz charakterytyk dynamicznych natenia zuycia paliwa i natenia emiji CO 2 [1, 2, 15]. W niniejzej pracy wykorzytano wyniki bada homologacyjnych. Obliczone na tej podtawie wartoci wkanika emiji el wynoz odpowiednio 3,19 gram CO 2 na 1 gram zuytego paliwa dla pojazdu A oraz 3,17 gram CO 2 na 1 gram zuytego paliwa dla pojazdu B. 5. Walidacja oblicze natenia zuycia paliwa i natenia emiji dwutlenku wgla podcza tetów na hamowni podwoziowej Do walidacji, a wic w celu okrelenia dokładnoci oblicze natenia zuycia paliwa i natenia emiji CO 2 w warunkach ekploatacji trakcyjnej, wykorzytano dane pochodzce z pomiarów wykonywanych na hamowni podwoziowej. Badania wykonano dla pojazdu A, dla przebiegów prdkoci odpowiadajcych europejkiemu tetowi jezdnemu NEDC (zgodnie z wymaganiami Regulaminu EKG ONZ 83.05/B w zakreie Próby Typu I) oraz amerykakiemu tetowi FTP-75 (zgodnie z wymaganiami przepiów USA 94), rejetrujc z cztotliwoci 1 Hz natenie emiji kładników zkodliwych palin i CO 2. Natenie zuycia paliwa w tetach obliczano z bilanu wgla. Poniewa przedtawiona metoda obliczania natenia zuycia paliwa i natenia emiji CO 2 nie obejmuje warunków zimnego lub chłodnego rozruchu ilnika pojazdu, do porównania z wynikami oblicze nie brano pod uwag pierwzej połowy tetu UDC (390 ) tanowicego cz tetu jezdnego NEDC oraz fazy przejciowej zimnej (505 ) tetu jezdnego FTP-75. W analizie wyników walidacji przyjto wkaniki ilociowe analogiczne jak w zadaniu weryfikacji. Wprowadzono dodatkowo wpółczynnik determinacji jako miar jakoci dopaowania wyników oblicze i pomiarów. Zetawienie otrzymanych wartoci dla przyjtych wkaników przedtawiono w tabeli 3. Zgodno jakociowa wyników wyraona wpółczynnikiem determinacji wkazuje na poprawno jako- ciow wyników, gorz jednak dla warunków tetu FTP-75. Ponadto mona zauwa- y, e pomimo wikzych błdów makymalnych dla tetu o wikzej dynamice (FTP-75), obliczone rednie błdy bezwzgldne wyznaczania natenia zuycia paliwa i natenia emiji CO 2 porównywalne z tymi dla tetu NEDC. Łatwo równie zauway, e w obu tetach wikze błdy bezwzgldne otrzymano dla oblicze nat- enia emiji CO 2. Z kolei obliczony redni błd wzgldny dotarcza informacji o dokładnoci oblicze natenia zuycia paliwa i natenia emiji CO 2 w danym tecie jezdnym. Otrzymane wartoci wkazuj, e błd oblicze nie przekracza 10%, dla obu wielkoci w kadym z analizowanych tetów jezdnych. Graficzne porównanie wyników oblicze i pomiarów w warunkach rozpatrywanych tetów jezdnych przedtawiono na ryunkach 6 9. CO 2

13 Wyznaczanie zuycia paliwa i emiji dwutlenku wgla dla pojazdu z ilnikiem ZI 79 Tabela 3. Wyniki walidacji oblicze dla natenia zuycia paliwa i natenia emiji CO 2. Table 3. Validation of the calculation of fuel conumption and emiion of CO 2. WSKANIK Błd bezwzgldny [g/] Tet jezdny NEDC natenie zuycie paliwa natenie emiji CO 2 Tet jezdny FTP 75 natenie zuycie paliwa natenie emiji CO 2 min -0,32-1,00-0,52-1,66 max +0,74 +2,33 +0,93 +2,93 redni +0,03 +0,10 +0,03 +0,09 redni błd wzgldny [%] +6,7 +6,2 +9,7 +9,3 Wpółczynnik determinacji 0,95 0,95 0,89 0,89 Ry. 6. Porównanie zarejetrowanego i obliczonego natenia zuycia paliwa dla pojazdu A w tecie jezdnym NEDC. Fig. 6. Comparion of meaured and calculated fuel conumption for vehicle A in NEDC tet.

14 80 W. Adamki, K. Brzozowki Ry. 7. Porównanie zarejetrowanego i obliczonego natenia emiji CO 2 dla pojazdu A w tecie jezdnym NEDC. Fig. 7. Comparion of meaured and calculated emiion of CO 2 for vehicle A in NEDC tet. Ry. 8. Porównanie zarejetrowanego i obliczonego natenia zuycia paliwa dla pojazdu A w tecie jezdnym FTP-75. Fig. 8. Comparion of meaured and calculated fuel conumption for vehicle A in FTP-75 tet.

15 Wyznaczanie zuycia paliwa i emiji dwutlenku wgla dla pojazdu z ilnikiem ZI 81 Ry. 9. Porównanie zarejetrowanego i obliczonego natenia emiji CO 2 dla pojazdu A w tecie jezdnym FTP-75. Fig. 9. Comparion of meaured and calculated emiion of CO 2 for vehicle A in FTP-75 tet. Analizujc przedtawione na ryunkach wyniki bada i oblicze mona zauway, e obliczone natenie zuycia paliwa i natenie emiji CO 2 charakteryzuje i wikzymi amplitudami zmian w porównaniu do wyników bada. Oberwowane wygładzenie wyników bada natenia zuycia paliwa moe by zwizane z tym, e nie jet ono wprot rejetrowane tylko obliczane z bilanu wgla. Hipotez t potwierdza równie analiza tych fragmentów tetów, w których realizowane jet hamowanie ilnikiem, a dla których obliczone z bilanu wgla natenie zuycia paliwa jet niezerowe. Na podtawie zamiezczonych w niniejzym rozdziale wyników walidacji, mona twierdzi, e proponowana metoda z akceptowaln w ytemach oceny jakoci powietrza dokładnoci pozwala oblicza natenie zuycia paliwa i natenie emiji CO 2 z ilnika ZI pojazdu w warunkach ekploatacji trakcyjnej. 6. Podumowanie Przedtawiony w pracy poób wyznaczania natenia zuycia paliwa i natenia emiji CO 2 umoliwia obliczanie tych wielkoci z akceptowaln dokładnoci w warunkach dowolnego tetu jezdnego, jak te dowolnego profilu ruchu w warunkach drogowych. Walidacja wyników oblicze dla warunków ekploatacji trakcyjnej wkazała, e błd wzgldny mieci i w przedziale ±10%, a wpółczynnik determinacji przekracza 0,89. Decydujcy wpływ na dokładno oblicze ma właciwa parametryzacja prawnoci cieplnej ilnika, wpółczynnika k charakteryzujcego opory we-

16 82 W. Adamki, K. Brzozowki wntrzne ilnika oraz wielkoci charakteryzujcych opory ruchu pojazdu przede wzytkim wpółczynników oporu toczenia i powietrza. Wobec trwajcej dykuji na temat ograniczenia zuycia paliwa i emiji CO 2, proponowana metoda oblicze moe znale zatoowanie w analizie zmian tych wielko- ci w dowolnych warunkach ekploatacji trakcyjnej. Midzy innymi uwzgldniany moe by przy tym wpływ takich parametrów, jak: obcienie ma dodatkow, zwikzony wpółczynnik oporu aerodynamicznego, zwikzony wpółczynnik oporu toczenia, zmiana przełoe układu napdowego, nachylenie nawierzchni, zatoowanie akceoriów dodatkowych (np. klimatyzacji) na zuycie paliwa i emij CO 2 w załoonym cyklu jezdnym lub cenariuzu ruchu w warunkach drogowych. Itotn zalet przedtawionego w pracy potpowania jet moliwo uwzgldniania wzytkich tanów dynamicznych pojazdu, łatwo zatoowania do dowolnej kategorii pojazdów (take napdzanych paliwami alternatywnymi) i tounkowo prota procedura kalibracji. Kolejne prace bd powicone formułowaniu, weryfikacji i walidacji przedtawionego potpowania dla pojazdów z ilnikami o zapłonie amoczynnym. Planowane jet take rozzerzenie tetów walidacyjnych o badania w rzeczywitych warunkach drogowych z bezporednim pomiarem natenia zuycia paliwa. Literatura [1] BOULTER P.G., MCCRAE I.S. BARLOW T.J.: A review of intantaneou emiion model for road vehicle. Tranport Reearch Laboratory, Project report PPR 267 (2007). [2] BRZOZOWSKI K.: Mikrokalowe modele emiji i rozprzetrzeniania i zanieczyzcze amochodowych. Wydawnictwo ATH, Rozprawy Naukowe nr 18, Bielko-Biała [3] JOUMARD R., JOST P., HICKMAN J., HASSEL D.: Hot paenger emiion modeling a a function of intantaneou peed and acceleration. The Science of The Total Environment 169, pp (1995). [4] BARTH M., AN F., NORBECK J., ROSS M.: Modal emiion modeling: A phyical approach. Annual Meeting of the Tranportation Reearch Board No75, DC, ETATS UNIS (01/1996), no 1520, pp , Wahington [5] CAPIELLO A., CHABINI I., NAM E., LUE A., ABLU ZEID M.: A Statitical model of vehicle emiion and fuel conumption. Proceeding of the IEEE 5 th International Conference on Intelligent Tranportation Sytem, pp , Singapore [6] SCORA G. BARTH M.: Comprehenive modal emiion model (CMEM). Verion Uer Guide [7] GIANNELLI R., NAM E. K., HELMER K., YOUNGLOVE T., SCORA G., BARTH M.: Heavy-duty dieel vehicle fuel conumption modeling baed on road load and power train parameter. SAE (2005). [8] NAM E. K., GIANNELLI R.: Fuel conumption modeling of conventional and advanced technology vehicle in the phyical emiion rate etimator (PERE). Aement and Standard Diviion Office of Tranportation and Air Quality U.S. Environmental Protection Agency, EPA420-P (2005). [9] ADAMSKI W., BRZOZOWSKI K.: Przegld modeli fizycznych do bilanowania zuycia paliwa oraz emiji zwizków zkodliwych i dwutlenku wgla z ilników pojazdów amochodowych. Zezyty Naukowe OBR BOSMAL nr 3-4,.47-61, Bielko-Biała [10] WAJAND A. J., WAJAND T. J.: Tłokowe ilniki palinowe rednio- i zybko obrotowe. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warzawa 2000.

17 Wyznaczanie zuycia paliwa i emiji dwutlenku wgla dla pojazdu z ilnikiem ZI 83 [11] ARCZY SKI S.: Teoria ruchu amochodu. Wydawnictwa Politechniki Warzawkiej, Warzawa [12] PN-/S-77500:1992 Badania amochodów: Pomiary prdkoci i intenywnoci rozpdzania. Polki Komitet Normalizacji, Miar i Jakoci, Dz. Norm i Miar nr 6, [13] BN Badania amochodów: Badania kontrolne okreowe. rodki Tranportu Drogowego, Dz. Norm i Miar nr 15 (1981). [14] BRZEA SKI M.: Emija dwutlenku wgla w apekcie toowanych paliw ilnikowych. PTNSS 2007-SS4-225, Silniki Spalinowe, nr 4/2007 (131), , Bielko-Biała [15] BRZOZOWSKI K., ROMANISZYN K.: An effective method of creating dynamic characteritic uing drive tet. The Archive of Mechanical Engineering Vol. 4, pp , [16] AKCELIK R., BESLEY M.: Operating cot, fuel conumption and emiion model in aasidra and aamotion. 25 th Conference of Autralian Intitute of Tranport Reearch (CAITR 2003), pp. 1-15, Univerity of South Autralia, Adelaide Etimation of fuel conumption and carbon dioxide emiion for vehicle with SI engine S u m m a r y The method for etimation of fuel conumption i preented in the paper. The approach i baed on the engine power demand neceary to move the vehicle with SI engine in different driving condition. The verification of the method ued for calculation of power demand and fuel conumption i preented a well. Data for verification were obtained during the road tet. Additionally, a imple method for etimation of intantaneou emiion of carbon dioxide i formulated. The accuracy of calculation of fuel conumption and emiion of carbon dioxide i dicued on the bai of experimental validation data gathered for ome drive tet.