KLASYFIKACJA WARUNKÓW EKSPLOATACJI POJAZDÓW Z WYKORZYSTANIEM UDZIAŁU CZASU PRACY SILNIKA NA BIEGU JAŁOWYM

Transkrypt

1 Jacek KROPIWNICKI KLASYFIKACJA WARUNKÓW EKSPLOATACJI POJAZDÓW Z WYKORZYSTANIEM UDZIAŁU CZASU PRACY SILNIKA NA BIEGU JAŁOWYM Sreszczenie W pracy przedsawiono przykłady idenyfikacji warunków eksploaacji pojazdu samochodowego zarejesrowane na erenie Gdańska, w regularnym ruchu miejskim. Uzyskane wyniki pozwoliły sformułować zasady klasyfikacji warunków eksploaacji pojazdu przy wykorzysaniu akich paramerów jak: średnia energochłonność jednoskowa przejazdu, udział fazy napędowej, udział czasu pracy silnika na biegu jałowym. Jednocześnie swierdzono, że do idenyfikacji warunków eksploaacji w mieście można wymiennie sosować średnią prędkość jazdy lub odwroność udziału czasu pracy silnika na biegu jałowym, gdyż zależność między nimi ma charaker proporcjonalny. WSTĘP Duża inensywność rozwoju aglomeracji miejskich oraz wzros ransporu owarów i osób [10, 13] powoduje inensyfikację prac mających na celu rozpoznanie warunków eksploaacji pojazdów na ych obszarach [1, 2, 4, 6, 7, 8, 9, 11, 12] oraz ograniczenie poziomu emisji związków oksycznych do amosfery pochodzących z ransporu drogowego [1, 3, 8, 9]. Rozwijanych jes równolegle wiele meod opisu warunków eksploaacji pojazdów. Używane są meody idenyfikujące warunki eksploaacji pojazdów za pomocą wskaźników, akich jak: energochłonność przebiegowa, energochłonność jednoskowa, średnie przyspieszenie w fazach przyspieszania, średnia prędkość, rozkład punków pracy silnika, ec. [3, 5, 11, 12]. W niniejszej pracy do wsępnej idenyfikacji warunków eksploaacji pojazdów wykorzysano energochłonność jednoskową, kóra sanowi sosunek energii dosarczonej przez układ napędowy do kół do masy pojazdu oraz drogi przejechanej w fazie napędowej [4, 5]. Użya meoda jes rozwinięciem meody opisanej m.in. w pracy [11]. Jej użycie podykowane zosało możliwością wyjąkowo dokładnego skorelowania parameru opisującego warunki eksploaacji pojazdu z przebiegowym zużyciem paliwa oraz emisją CO 2. Warość energochłonności jednoskowej dla założonego czasu rwania cyklu c, można obliczyć korzysając z nasępującego równania: E = (1) Ln m gdzie: E energia mechaniczna dosarczona przez układ przeniesienia napędu do kół w czasie cyklu pomiarowego c, 204 AUTOBUSY

2 L n droga przebya przez pojazd w fazie napędzania przez silnik, m masa całkowia pojazdu. Miejsce eksploaacji (inensywność ruchu) oraz sposób prowadzenia pojazdu mogą być naomias jednoznacznie opisane za pomocą funkcji gęsości rozkładu parameru : f = f () (2) Funkcja a może zosać wyznaczona na drodze okresowej rejesracji podsawowych paramerów opisujących warunki eksploaacji pojazdu, m.in.: prędkości obroowej wału korbowego silnika i momenu obroowego (z modelu układu napędowego pojazdu w przypadku braku sysemu pomiaru ego parameru), przejechanej drogi. Dla przyjęych granic zmian parameru spełniony musi być ponado warunek: max min f 1 (3) d = Funkcja (2) może być używana zarówno w posaci ciągłej jak również dyskrenej (hisogramu). Parameryczna idenyfikacja warunków eksploaacji możliwa jes w każdym z ych wypadków poprzez obliczenie warości średniej rozkładu ( ) oraz jego odchylenia sandardowego (σ). Ponado, przy klasyfikacji warunków eksploaacji pojazdów w pracy wykorzysano nasępujące paramery: L n /L udział drogi przejechanej w fazie napędzania przez silnik w sosunku do całkowiej drogi, bj / c udział czasu pracy silnika na biegu jałowym, w sosunku do całkowiego czasu esu. 1. PRZYKŁADY IDENTYFIKACJI WARUNKÓW EKSPLOATACJI POJAZDU SAMOCHODOWEGO Na erenie Gdańska, w regularnym ruchu miejskim, wykonane zosały pomiary wybranych paramerów pracy silnika i pojazdu esowego wyposażonego w silnik o pojemności skokowej 1,8 dm 3 (prędkość, zużycie paliwa, położenie nad poziomem morza, id.) z użyciem odpowiednich czujników. Momen obroowy silnika obliczano przy wykorzysaniu zmierzonych paramerów pracy silnika i pojazdu oraz modelu układu napędowego pojazdu. Syl jazdy kierowcy podporządkowany był sylowi prowadzenia losowo wybranego pojazdu [6]. Wybrany pojazd był śledzony przez pojazd esowy w celu ograniczenia wypływu indywidualnego sylu jazdy kierowcy esowego na wyniki próby. Sposób odwzorowania profilu prędkości pojazdu śledzonego pozosaje jednak cechą indywidualną kierowcy oraz samochodu i może w pewnych warunkach prowadzić do sysemaycznych błędów, np. przez zaniżanie maksymalnych przyspieszeń. Dla celów dalszej analizy warunki eksploaacji zosały wsępnie podzielone na: jazdę w mieście (główną arerią komunikacyjną miasa), rasą o dużym naężeniu ruchu, jazdę spokojną w mieście, rasą o częsych zarzymaniach wymuszonych sygnalizacją świelną przy spokojnym sylu jazdy kierowcy; syl jazdy kierowcy klasyfikowano jako spokojny, jeżeli średni momen obroowy silnika w fazie napędowej był mniejszy niż wyznaczony dla przecięnych warunków jazdy główną arerią komunikacyjną miasa, jazdę dynamiczną w mieście, rasą o częsych zarzymaniach wymuszonych sygnalizacją świelną przy dynamicznym sylu jazdy kierowcy; syl jazdy kierowcy klasyfikowano jako dynamiczny, jeżeli średni momen obroowy silnika w fazie napędowej był większy niż wyznaczony dla przecięnych warunków jazdy główną arerią komunikacyjną miasa o co najmniej 50%, AUTOBUSY 205

3 jazdę w mieście w korku, rasą o częsych zarzymaniach wymuszonych urudnieniami w ruchu; przejazd klasyfikowano w en sposób, jeżeli średnia prędkość jazdy była mniejsza niż 20 km/h, jazdę poza miasem, rasą położoną poza granicami miasa o nielicznych zarzymaniach; przejazd klasyfikowano w en sposób, jeżeli średnia prędkość jazdy była większa niż 50 km/h, jazdę podczas realizacji esu UDC (Urban Driving Cycle), kóry jes używany na erenie Unii Europejskiej jako es homologacyjny wyniki przejazdu pochodzą z symulacji kompuerowej. Na rysunku 1 przedsawiono związek udziału fazy napędowej L n /L dla przejechanej rasy ze średnią energochłonnością jednoskową, z zaznaczoną dla warunków jazda w mieście i jazda w mieście w korku warością średnią energochłonności jednoskowej miaso oraz warością średnią udziału fazy napędowej (L n /L) miaso. L n / L [-] 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 _ miaso jazda w mieście jazda w mieście w korku jazda dynamiczna w mieście jazda poza miasem 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 _ 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 [J/(m. kg)] Rys. 1. Związek udziału fazy napędowej L n /L ze średnią energochłonnością jednoskową Źródło: Opracowanie własne. Wyniki przedsawione na rysunku 1 pozwalają swierdzić, że wzrosowi warości średniej energochłonności jednoskowej owarzyszy spadek udziału fazy napędowej L n /L. Jednocześnie zaobserwowano, że warunki eksploaacji, kóre sklasyfikowano jako jazda poza miasem odznaczają się wysokim udziałem fazy napędowej L n /L. Na rysunku 2 przedsawiono związek udziału czasu pracy silnika na biegu jałowym bj / c ze średnią energochłonnością jednoskową. UDC miaso (L n / L) Rys. 2. Związek udziału czasu pracy silnika na biegu jałowym bj / c ze średnią energochłonnością jednoskową Źródło: Opracowanie własne. 206 AUTOBUSY

4 Przedsawione na rysunku 2 wyniki pozwalają swierdzić, że jazda w mieście z urudnieniami w ruchu, np. jazda w mieście w korku, powoduje wyraźny wzros udziału czasu pracy silnika na biegu jałowym. Analogiczna syuacja ma miejsce przy dynamicznym sylu jazdy w mieście. Na rysunku 3 przedsawiono związek udziału czasu pracy silnika na biegu jałowym bj / c ze średnią prędkością jazdy V. Rys. 3. Związek udziału czasu pracy silnika na biegu jałowym bj / c ze średnią prędkością jazdy V Źródło: Opracowanie własne. Wyniki przedsawione na rysunku 3 pozwalają swierdzić, że isnieje ścisła korelacja między udziałem czasu pracy silnika na biegu jałowym a średnią prędkością jazdy w rzeczywisych warunkach jazdy miejskiej (z pominięciem esu UDC oraz jazdy pozamiejskiej). Uzyskane wyniki pozwalają sformułować wniosek, że do idenyfikacji warunków eksploaacji w mieście można wymiennie sosować średnią prędkość jazdy lub odwroność udziału czasu pracy silnika na biegu jałowym, gdyż zależność między nimi ma charaker proporcjonalny. 2. KLASYFIKACJA WARUNKÓW EKSPLOATACJI POJAZDU Uzyskane wyniki pozwoliły sformułować zasady klasyfikacji warunków eksploaacji pojazdu przy użyciu nasępujących paramerów: średnia energochłonność jednoskowa przejazdu, udział fazy napędowej L n /L, udział czasu pracy silnika na biegu jałowym bj / c (w przypadku pojazdów wyposażonych w sysem Sar Sop będzie o udział czasu pracy silnika w rybie czuwania). Proponuje się wyróżnić nasępujące ypy warunków eksploaacji: a) jazda poza miasem: L n 0,8 (4) L b) jazda w mieście: bj c 0,2 (5) L n < 0,8 (6) L bj c > 0,2 (7) AUTOBUSY 207

5 W ym ypie warunków można wyróżnić nasępujące podypy: jazda w mieście w korku: bj > 0,5 (8) c jazda dynamiczna w mieście: > 1,0 (9) PODSUMOWANIE Zaproponowana meoda umożliwia klasyfikację oraz ilościową ocenę warunków eksploaacji. Wzros L n /L oznacza poprawę płynności ruchu pojazdów charakeryzującą jazdę pozamiejską. Wzros odpowiada rudniejszym warunkom eksploaacji lub bardziej dynamicznej jeździe w mieście. Pojazd jes inensywnie rozpędzany, przez sosunkowo króki odcinek drogi porusza się ze sałą prędkością, a nasępnie jes hamowany. Wzros bj / c oznacza naomias większe urudnienia w ruchu, a w konsekwencji dłuższy czas spędzany na posoju. BIBLIOGRAFIA 1. Chłopek Z.: Propozycja charakerysyk emisji zanieczyszczeń z silników spalinowych pracujących w warunkach dynamicznych, Archiwum Mooryzacji, 2009, nr 2, s Ding Y., Rakha H.: Trip-based explanaory variables for esimaing vehicle fuel consumpion and emission raes, Waer, Air, and Soil Polluion, Focus 2, 2002, s Gao Y., Checkel M.D.: Experimenal measuremen of on-road CO 2 emission and fuel consumpion funcions, SAE Technical Paper Series, Kropiwnicki J.: Idenificaion of real vehicle operaing condiions, FISITA 2010 World Auomoive Congress, Budapes, 2010, F2010-G Kropiwnicki J.: Koncepcja nowego esu energeycznego dla pojazdów samochodowych, Archiwum Mooryzacji, 2007, nr 2, s Kulkarni A.V., Sapre R.R., Sonchal Ch.P.: GPS based mehodology for drive cycle deerminaion, SAE Technical Paper Series, López J.M., Jiménez F., Aparicio F., Flores N., Páez J., Tapia S.: Quanificaion of he environmenal impac in he ciy of Madrid depending on echnical measures applied o bus flee, FISITA 2010 World Auomoive Congress, Budapes, 2010, F2010-A Merkisz J., Pielecha J., Gis W.: Invesigaions on vehicle exhaus emissions under real road condiions, Combusion Engines, 2009-SC1, Powerrain, Design, Ecology & Diagnosics, 2009, s Merkisz J.: Ekologiczne problemy silników spalinowych, Wydawnicwo Poliechniki Poznańskiej, Poznań, Savelsberg E.: Innovaion in European freigh ransporaion, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, Siłka W.: Energochłonność ruchu samochodu, WNT, Warszawa Ubysz A.: Energochłonność samochodu a zużycie paliwa w złożonych warunkach ruchu, Wydawnicwo Poliechniki Śląskiej, Gliwice, Wang Yunlong, Li Xiansheng, Cai Fengian, Guan Yuzhe, Li Shiwu: Fuel consumpion model for passenger vehicle in China, FISITA, 2008 World Auomoive Congress, F AUTOBUSY

6 CLASSIFICATION OF THE VEHICLE OPERATING CONDITIONS WITH THE USE OF THE TIME SHARE OF THE ENGINE IDLING Absrac The paper presens examples of idenificaion of he operaing condiions of vehicle regisered in Gdansk, in regular ciy raffic. Obained resuls allowed o formulae rules for he classificaion of he vehicle operaing condiions, using parameers such as average specific energy consumpion of he journey, he share of he drive phase, he ime share of he engine idling. A he same ime, i was found ha he idenificaion of he operaing condiions can be worked ou wih use of an average driving speed or he inverse of he ime share of he engine idling, as he relaionship beween hem is proporionae. Auor: dr inż. Jacek Kropiwnicki Poliechnika Gdańska AUTOBUSY 209