The proposal of RDE test for passenger cars with hybrid drive

Podobne dokumenty
OCENA WARUNKÓW PRACY SILNIKÓW SAMOCHODÓW OSOBOWYCH W ASPEKCIE WYZNACZANIA EMISJI DROGOWEJ ZANIECZYSZCZEŃ

Concept test of research exhaust emissions for passenger cars in real traffic conditions

Assessment of vehicle emission indicators for diverse urban microinfrastructure

The influence of the acceleration style of the truck on carbon dioxide emissions

EMISJA ZANIECZYSZCZEŃ Z POJAZDÓW W RZECZYWISTYCH WARUNKACH RUCHU NA PRZYKŁADZIE AGLOMERACJI POZNAŃSKIEJ

Analysis of exhaust emissions in the NTE test of heavy-duty vehicle under real operating conditions

Wpływ wybranych parametrów użytkowych lekkiego pojazdu dostawczego na emisję w rzeczywistej eksploatacji

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

Ocena emisji zanieczyszczeń z pojazdów w rzeczywistych warunkach ruchu

Analysis of exhaust emission from heavy duty vehicles in real traffic conditions

OCENA EMISJI SPALIN POJAZDÓW KATEGORII EURO 6 W TESTACH DROGOWYCH

THE ANALYSIS OF THE EMISSION FROM SUV VEHICLE FITTED WITH CI ENGINE AND START-STOP SYSTEM

MOŻLIWOŚĆ ODWZOROWANIA RZECZYWISTYCH WARUNKÓW PRACY SILNIKA NA SILNIKOWYM STANOWISKU HAMOWNIANYM

The impact of the selected gear ratio on carbon dioxide emissions by vehicle during its acceleration

EKOLOGICZNA OCENA SAMOCHODÓW OSOBOWYCH W DROGOWYCH TESTACH EMISYJNYCH

The effect of CI engine speed on the emission of toxic compounds in the exhaust gases

Spis treści Symbole i oznaczenia Wprowadzenie Przepisy prawne dotyczące emisji spalin... 13

Analiza ekologiczna samochodów osobowych z silnikami benzynowymi i Diesla podczas drogowych testów emisyjnych

Development of road test to evaluate the fuel consumption in the urban cycle for city buses equipped with hybrid powertrain

Rozpędzanie pojazdu dostawczego a emisja gazowych składników

Euro Oil & Fuel Biokomponenty w paliwach do silników Diesla wpływ na emisję i starzenie oleju silnikowego

The analysis of emission from CNG city bus in terms of procedures NTE and the EU 582/2011

Wpływ sposobu rozpędzania samochodu ciężarowego na emisję toksycznych składników spalin

Analiza emisyjności pojazdu ciężkiego spełniającego normę Euro VI w warunkach rzeczywistej eksploatacji

Analiza wybranych aspektów indykowania silników w warunkach rzeczywistej eksploatacji pojazdu

2. OPIS OBIEKTU BADAŃ ORAZ WARUNKÓW TECHNICZNYCH BADAŃ

WPŁYW STYLU JAZDY KIEROWCY NA EKOLOGICZNOŚĆ POJAZDU

BADANIA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ I ZUŻYCIA PALIWA W TESTACH SYMULUJĄCYCH RZECZYWISTE WARUNKI UŻYTKOWANIA SAMOCHODU OSOBOWEGO

BADANIA RUCHU POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH W WARUNKACH POLSKICH

Wykorzystanie procedur UE582/2011 i NTE do oceny wskaźników ekologicznych silnika spalinowego

BADANIA EMISJI ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH W STATKACH POWIETRZNYCH

Comparative assessment of exhaust emission buses: powered CNG and Diesel

EMISJA SPALIN Z WOZÓW BOJOWYCH ROSOMAK W WARUNKACH POLIGONOWYCH

Simulation of vehicle work in real conditions at engine test bed

WPŁYW DOWNSIZINGU NA ZUśYCIE PALIWA I EMISJĘ SUBSTANCJI SZKODLIWYCH W SPALINACH

METODY OBLICZANIA WSPÓŁCZYNNIKA KOREKCJI WILGOTNOŚCI I ICH WPŁYW NA EMISJĘ TLENKÓW AZOTU

WPŁYW WARUNKÓW PRACY SILNIKÓW POJAZDÓW BOJOWYCH NA EMISJĘ SKŁADNIKÓW SZKODLIWYCH SPALIN I ZUŻYCIE PALIWA

ZUśYCIE PALIWA PRZEZ SILNIKI POJAZDÓW BOJOWYCH W RZECZYWISTYCH WARUNKACH RUCHU

Trends in the type-approval regulations in terms of exhaust gas emissions for vehicles of category PC and LDV

PRZYDATNOŚĆ TELEMATYKI TRANSPORTOWEJ W OCENIE ENERGOCHŁONNOŚCI RUCHU POJAZDÓW

Analysis of bus sustainability with regard to air-conditioning systems and energy consumption

The effect of mileage of the vehicle fueled with natural gas on the vehicle s ecological indices

Analiza emisji oraz wskaźników pracy autobusu miejskiego zasilanego CNG w rzeczywistych warunkach eksploatacji

BADANIA EMISJI SPALIN W RZECZYWISTYCH WARUNKACH RUCHU DROGOWEGO AKTUALNE MOŻLIWOŚCI BADAWCZE

Biogas buses of Scania

Exhaust emission in NEDC test simulated at a dynamic engine test bed

Analiza emisji spalin z pojazdów wyposażonych w system start-stop

Analiza zużycia paliwa przez silnik śmieciarki w warunkach cyklu pracy mechanizmu prasującego

Opracowanie testu jezdnego do oceny zużycia paliwa w cyklu podmiejskim dla autobusów wyposażonych w napędy hybrydowe

Wpływ prędkości obrotowej silnika na emisję zanieczyszczeń przez samochód dostawczy

Wpływ stylu jazdy kierowców na niepewność pomiarów emisji spalin na hamowni podwoziowej

NAFTA-GAZ listopad 2009 ROK LXV

BADANIA STĘŻE Ń ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH SPALIN TURBINOWEGO SILNIKA ŚMIGŁOWEGO W USTALONYCH WARUNKACH EKSPLOATACYJNYCH

NAFTA-GAZ, ROK LXX, Nr 8 / 2014

The influence of terrain topography on vehicle energy intensity and engine operating conditions

Piotr Ignaciuk *, Leszek Gil **, Stefan Liśćak ***

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

PTNSS Wprowadzenie. Jarosław MARKOWSKI Jacek PIELECHA Jerzy MERKISZ Mateusz NOWAK

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

WPŁYW TEMPERATURY ROZRUCHU SILNIKA NA CZAS PRACY BEZ UWZGLĘDNIENIA W STEROWANIU SYGNAŁU Z CZUJNIKA STĘŻENIA TLENU

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

POMIARY EMISJI SPALIN SYSTEMEM PEMS I BADANIE WYNIKÓW EKSPERYMENTU Z WYKORZYSTANIEM METOD ANALIZY WARIANCJI

Metodyka oceny wydatku spalin silnika odrzutowego

OCENA WPŁYWU MODERNIZACJI LOKOMOTYW SPALINOWYCH NA EMISJĘ ZANIECZYSZCZEŃ

Prof. dr hab. inż. Marianna Jacyna Warszawa, dn r. Wydział Transportu Politechnika Warszawska. Recenzja

Czas na nowe standardy pomiaru zużycia paliwa.

BADANIA PARAMETRÓW RUCHU WYBRANYCH WÓZKÓW WIDŁOWYCH

WPŁYW ZASTOSOWANIA MODUŁÓW KLIMATYZACJI WYPOSAŻONYCH W RÓŻNE TYPY SPRĘŻAREK NA ENERGOCHŁONNOŚĆ AUTOBUSU

OKREŚLENIE WPŁYWU WYŁĄCZANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI NA ZMIANY SYGNAŁU WIBROAKUSTYCZNEGO SILNIKA

Stanowiskowe badania samochodów Kod przedmiotu

EXECUTION OF RESEARCH TESTS ON AUTOMATED DYNAMOMETER ENGINES STAND REALIZACJE TESTÓW BADAWCZYCH NA ZAUTOMATYZOWANEJ HAMOWNI SILNIKÓW SPALINOWYCH

WYMOGI NORMY EMISJI SPALIN EURO 5 W ODNIESIENIU DO POJAZDÓW ZASILANYCH LPG

TRANSCOMP XIV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

PERSPEKTYWY ZRÓWNOWAŻONEGO ROZWOJU TRANSPORTU DROGOWEGO W POLSCE DO 2030 ROKU

Analiza parametrów pracy napędu hybrydowego Toyoty Prius III w procesie hamowania

WPŁYW PODAWANIA WODORU NA POZIOM ZADYMIENIA SPALIN SILNIKA SAMOCHODOWEGO

Aplikacyjne metody badań jednostek napędowych pojazdów samochodowych i pozadrogowych sektora rolnego

WPŁYW DOŁADOWANIA SILNIKA O ZAPŁONIE ISKROWYM NA EMISJĘ ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH SPALIN Z POJAZDU W WARUNKACH RZECZYWISTEJ EKSPLOATACJI

Transport I stopień (I stopień / II stopień) Ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny) Studia stacjonarne (stacjonarne / niestacjonarne)

Periodic tests of exhaust emissions from passenger cars with spark ignition engine

Environmental and economic aspects of operation of various configurations of urban bus drive systems

Badania sprawności autobusowego silnika spalinowego w warunkach ruchu miejskiego

Modeling of particulate matter parameters for passenger cars under real traffic conditions

CHARAKTERYSTYKA GĘSTOŚCI CZASOWEJ JAKO PODSTAWOWY CYKL OBCIĄŻEŃ W BADANIACH CIĄGNIKÓW ROLNICZYCH

TRANSCOMP INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

TIME DENSITY OF ENGINE OPERATION IN COMBINE-HARVESTER VEHICLES IN THE ASPECT OF THE EMISSION LEGISLATION

The forecast of the pollutant emission from automotive internal combustion engines in Poland by 2030

BADANIA POJAZDU EURO 5 PRZY PEŁNYM OBCIĄŻENIU SILNIKA

METODYKA BADAŃ MAŁYCH SIŁOWNI WIATROWYCH

Ecological assessment of city buses powered by natural gas

Środowiskowe aspekty wykorzystania paliw metanowych w transporcie

PROPOZYCJA NOWEGO POJEDYNCZEGO CYKLU TESTOWEGO SILNIKA SPALINOWEGO PODCZAS WYKONYWANIA STANOWISKOWYCH BADAŃ NIEZAWODNOŚCI

SYMULACJA CYKLU PRACY HYBRYDOWEGO UKŁADU NAPĘDOWEGO GÓRNICZEJ LOKOMOTYWY SPĄGOWEJ

Evaluate the usefulness of research using a passenger vehicle simulator to verify the application of the eco-driving guidelines by drivers

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

ISBN

Ocena wpływu dodatku biopaliwa na emisję związków szkodliwych przez silnik odrzutowy

Badania emisji spalin pojazdów z różnymi systemami zasilania gazem ziemnym

Euro Oil & Fuel. Biokomponenty w paliwach do silników Diesla. wplyw na emisje i starzenie oleju silnikowego. Bio-components in Diesel fuels impact

BADANIA WPŁYWU STANU TECHNICZNEGO SILNIKA NA POZIOM EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ

Transkrypt:

Article citation info: MERKISZ J., PIELECHA J., MOLIK P. The proposal of RDE test for passenger cars with hybrid drive. Combustion Engines. 215, 162(3), 369-375. ISSN 23-9896. Jerzy MERKISZ Jacek PIELECHA Piotr MOLIK PTNSS 215 3354 The proposal of RDE test for passenger cars with hybrid drive The priority of the European Union operation is protecting the environment by evaluating emissions under real operating conditions. The procedures have been developed for the assessment of heavy vehicles and offroad vehicles, however there is no legal rules for such evaluation for light vehicles (passenger cars). The article contains, proposal for develop a test methodology for control of emissions from passenger cars. Hybrid vehicle was selected for analysis, because it is the fastest growing group of vehicles with the highest ecological value, while the smallest fuel consumption that meets the latest emission standards. The concept of designation of the road test for passenger cars should be based on the following considerations: the appointment of a consistent engine operating range for selected cars, in such a way that the greatest corresponded most frequent in real conditions and the parameters measured during the road test and obtained emission factors. The paper presents a procedure for the designation of the operating conditions of internal combustion engines, which enabled to propose RDE test for hybrid vehicles. Key words: exhaust emission, road tests, passenger cars Propozycja testu RDE dla samochodów osobowych o napędzie hybrydowym Priorytetem działań Unii Europejskiej na rzecz ochrony środowiska jest ocena emisji zanieczyszczeń w rzeczywistych warunkach ruchu pojazdów. Procedury takiej oceny opracowano dla pojazdów ciężkich i pojazdów pozadrogowych, natomiast brak jest unormować prawnych takiej oceny dla pojazdów lekkich (samochodów osobowych). W związku z tym, w artykule podano propozycję metodyki opracowania testów kontrolnych badań emisji zanieczyszczeń z samochodów osobowych. Do analizy wybrano samochody osobowe o napędzie hybrydowym, gdyż jest to najszybciej rozwijająca się grupa pojazdów o największych walorach ekologicznych, a jednocześnie najmniejszym przebiegowym zużyciu paliwa, spełniająca najnowsze normy emisji spalin. Według autorów koncepcja opracowania testów dla samochodów osobowych powinna opierać się następujących przesłankach: wyznaczeniu spójnego obszaru pracy silnika dla wybranych pojazdów osobowych, w taki sposób, aby w największym stopniu odpowiadał najczęstszym warunkom ruchu oraz określeniu parametrów mierzonych podczas testów drogowych i uzyskiwanych wskaźnikach emisji. W artykule przedstawiono procedurę wyznaczenia warunków pracy silników spalinowych, co w efekcie umożliwiło zaproponowanie testu RDE dla samochodów osobowych o napędzie hybrydowym. Słowa kluczowe: emisja spalin, testy drogowe, samochody osobowe 1. Przedstawienie problemu Istotnym czynnikiem rozwoju techniki w przemyśle jest ograniczenie negatywnego wpływu na środowisko naturalne. Ciągły rozwój wykorzystywanych techniki zmusza do ciągłej weryfikacji warunków pracy maszyn i urządzeń mających wpływ na środowisko naturalne człowieka. Bardzo dynamicznie rozwijającą gałęzią przemysłu jest transport, przede wszystkim na ograniczenie szkodliwych składników spalin. W celu zmniejszenia negatywnego odziaływania na środowisko (nie tylko naturalne) prowadzone są prace w kierunku rozwoju i doskonalenia konwencjonalnego silnika spalinowego oraz poszukiwaniu alternatywnych środków napędu. Weryfikacja spełnienia przez pojazd samochodowy wymagań ekologicznych odbywa się na hamowni podwoziowej zgodnie z procedurami testów homologacyjnych, np. europejskiego NEDC (New European Driving Cycle) oraz amerykańskiego testu FTP (Federal Test Procedure), w trakcie badań w rzeczywistych warunkach ruchu oraz podczas okresowych badań na stacjach kontroli pojazdu. Należy nadmienić, iż badania drogowe pojazdów osobowych nie są sprecyzowane prawnie w przeciwieństwie do pojazdów ciężkich, dla których obowiązuje test badawczy NTE (Not to Exceed). Test ten przeprowadzany jest podczas rzeczywistej eksploatacji i jest przeznaczony do oceny emisji związków toksycznych spalin z silników przeznaczonych do napędu pojazdów ciężarowych. Charakterystycznym atrybutem tego testu jest wyznaczone pole pracy silnika pojazdu ciężarowego. Emisja z poza obszaru testu nie jest uwzględniana. 2. Koncepcja opracowania testu badawczego dla pojazdów osobowych Brak sprecyzowanych unormowań prawnych skłonił autorów artykułu do poszukiwania koncepcji stworzenia testu do oceny emisji związków 369

szkodliwych z samochodów osobowych w rzeczywistych warunkach ruchu [13, 14, 16]. Koncepcja opracowania testu toksyczności spalin wykonywanego w rzeczywistych warunkach ruchu dla pojazdów osobowych powinna opierać się następujących przesłankach: wyznaczenia jednego spójnego obszaru pracy silnika dla wszystkich pojazdów osobowych w taki sposób, aby w największym stopniu odpowiadał najczęstszym warunkom ruchu; przy niemożliwości wyznaczenia jednego wspólnego obszaru powinien istnieć podział na różne klasy pojazdów o różnych napędach przy zastosowaniu pewnych kryteriów wspólnych (np. silniki ZI i ZS bez podziału na sposób zasilania silnika); określeniu parametrów mierzonych podczas testów drogowych i uzyskiwanych wskaźnikach emisji. Aby spełnić przedstawione ogólne wymagania odnośnie testu badawczego, proponuje się realizację następujących punktów algorytmu: 1. Wyznaczenie pola pracy silnika (we współrzędnych prędkość obrotowa obciążenie) w testach badawczych (np. NEDC) i porównanie uzyskanego pola z polem pracy w najczęściej występujących warunkach pracy pojazdów osobowych; z podziałem na różne odcinki pomiarowe: jazda miejska, pozamiejska, autostradowa (rys. 1). Pole pracy silnika powinno być scharakteryzowane przez co najmniej dwa parametry (prędkość obrotową i obciążenie silnika), dostępne do wyznaczenia np. z wykorzystaniem danych z wewnętrznej sieci informatycznej pojazdów. Trudnością jest tu opracowanie wskaźnika obciążenia, gdyż w pojazdach osobowych pokładowy system diagnostyczny udostępnia jedynie pomocniczy parametr, jakim jest względne obciążenie silnika przy danej prędkości obrotowej [1, 15]. Efektem powinien być wydzielony obszar pracy silnika, który powinien podlegać testowi, tzn. tylko z tego obszaru powinny być brane pod uwagę pomiary toksyczności spalin w warunkach drogowych. 2. Wyznaczenie udziału czasu pracy silnika (lub pojazdu) w testach homologacyjnych (np. NEDC lub FTP), np. w odniesieniu do pola pracy silnika (współrzędne n M o ) lub pola pracy pojazdu (współrzędne V a), a następnie wyznaczenie najważniejszych obszarów pracy silnika (lub pojazdu) odpowiedzialnych za największe wartości emisji drogowej związków szkodliwych. Na podstawie doświadczenia przeprowadzonych badań w rzeczywistych warunkach ruchu szacuje się, że zgodność emisji związków szkodliwych w teście NEDC i warunkach rzeczywistych nie będzie zadowalająca. Efektem tego etapu powinna być propozycja ustalania czasu trwania badań drogowych testu drogowego. Jedną z możliwości jest też ustalenie go w jednostkach względnych (np. w stosunku do określonego parametru pracy silnika (lub pojazdu). Rys. 1. Wyznaczenie pola pracy podczas testu 3. Wykonanie badań weryfikacyjnych (przy znajomości zakresu pracy silnika według wyników punktu 1, oraz czasu trwania testu według wyników punktu 2) na różnych pojazdach osobowych i ich klasach emisyjnych, polegających na potwierdzeniu poprawności przyjętych założeń odnośnie testu badawczego. 4. Próba ustalenia wartości określających maksymalne wartości emisji drogowej w badaniach drogowych dla różnych emisyjnych pojazdów. Limity te mogą być ustalone jako wskaźniki emisji danego związku szkodliwego lub jako krotności zwiększenia w stosunku do wartości norm emisji. 3. Metodyka badań Do analizy zakresów pracy silników spalinowych wybrano grupę pojazdów z podziałem na pojazdy wyposażone w układ start/stop oraz pojazdy z napędem hybrydowym (w obydwu grupach wyposażone w silniki ZI). Należy podkreślić, że pojazdy hybrydowe regularnie zwiększają swój udział w sprzedaży pojazdów samochodowych. Jako pojazd hybrydowy wybrano Toyotę Prius ze względu na największą popularność na polskim rynku. Toyota na tle konkurencji jest najdłużej sprzedawanym pojazdem hybrydowym w Polsce. Od roku 24 sprzedano ponad egzemplarzy tego modelu w kraju. Zarejestrowane parametry opisujące pracę silnika spalinowego podczas przejazdu w ruchu miejskim posłużyły do wyznaczenia najczęściej wykorzystywanych zakresów pracy silników spalinowych. Przyjęty minimalny czas przejazdu trwający co najmniej 1 h podyktowany został charakterystyką pojazdów. Pojazdy wyposażone w układ start/stop automatycznie wyłączają silnik spalinowy podczas każdego postoju pojazdu z uwzględnieniem szeregu niezbędnych warunków. Natomiast w pojazdach z napędem hybrydowym silnik spalinowy pracuje w uzależnieniu od stopnia naładowania akumulatorów oraz warunków drogowych. W celu parametryzacji stanów pracy silnika spalinowego podczas jazdy miejskiej niezbędna była rejestracja parametrów związanych z pojazdem (m.in. prędkość pojazdu, przyspieszenie) oraz silnikiem (m.in. 37

prędkość obrotowa, obciążenie, temperatura cieczy chłodzącej). Do rejestracji parametrów została wykorzystana aparatura rejestrująca za pośrednictwem łącza diagnostycznego OBD (On-Board Diagnostics) o częstotliwości 1 Hz. Zarejestrowane wartości prędkości obrotowej n = f(t) i obciążenia silnika M o = f(t) pozwoliły na utworzenie dwuwymiarowych charakterystyk pracy silnika. Charakterystyki takie wykonano dla wszystkich pojazdów, a następnie przeprowadzono analizę możliwości uogólnienia zagadnienia dla wszystkich rozpatrywanych jednostek napędowych. W celu uzyskania możliwie ogólnych charakterystyk dla wszystkich pojazdów, przyjęto, że będą one przedstawione jako zależności względnego obciążenia silnika dla danej prędkości obrotowej (zapisywanej jako M o /M o max n) oraz względnej prędkości obrotowej silnika (odniesionej do jego prędkości maksymalnej) n/n max (rys. 2). Rys. 2. Przykładowa charakterystyka zależności udziału obciążenia silnika dla danej prędkości obrotowej z uwzględnieniem postoju pojazdu W związku z tym rozpatrywane pola dzieli się na obszary o wielkościach: (n/n max ) = (n/n max )/N (1) (M o /M o max ) = (M o /M o max )/K (2) gdzie N i K są, odpowiednio, liczbami przedziałów względnej prędkości obrotowej i względnego obciążenia. Dla elementu o numerach (i, j) udział czasu pracy inaczej gęstość czasową TD (time density) zdefiniowano następująco: TD (i, j) = t (i, j) /t (3) gdzie t (i, j) oznacza czas pracy silnika, w którym rozpatrywane parametry (prędkość obrotowa i obciążenie) należą do pola ΔL oznaczonego numerami i, j (rys. 3). Spełnione muszą być przy tym związki: N N K i 1 j 1 K i 1 j 1 t( i, j) t (4) TD 1 (5) ( i, j) Rys. 3. Podział pola pracy na elementy Charakterystyczną wielkością danego elementu pola pracy silnika jest jego środek, który na potrzeby rozpatrywanego zagadnienia wyznaczano jako średnią arytmetyczną początku i końca przedziału danego zakresu względnej prędkości lub względnego obciążenia silnika. Przedstawiony sposób wyznaczenia dwuwymiarowej charakterystyki udziału czasu pracy, zgodnie z równaniem (4), wymaga przede wszystkim ustalenia liczby przedziałów względnej prędkości obrotowej (N) oraz liczby przedziałów względnego obciążenia (K). Właściwe ich ustalenie wiąże się z możliwością późniejszego uogólnienia otrzymanych wyników (na wszystkie pojazdy z danej kategorii np. osobno dla silników ZI i ZS), a jednocześnie jest podstawą prowadzenia dalszych badań. Autorzy artykułu proponują, aby ustalić liczbę przedziałów na podstawie: minimalnej wartości średniej przylegających elementów w poszczególnych przedziałach (i, j), będącego miarą zmienności danych w tych przedziałach mniejsze wartości będą podstawą przyjęcia reprezentatywności środka danego przedziału jako zbliżonych warunków pracy silnika, równości liczby przedziałów N i K, ograniczenia całkowitej liczby przedziałów do. 4. Wyniki analizy Na podstawie wcześniej zarejestrowanych punktów pracy dla każdego badanego pojazdu przeprowadzono analizę obszaru pracy silnika spalinowego z uwzględnieniem punktów gdzie silnik nie pracował (rys. 4 i 7). Na rysunku 5 i 8 przedstawiono punkty pracy silnika podczas rzeczywistej eksploatacji wybranych pojazdów z uwzględnieniem udziału czasu pracy nie wykluczając niepracującego silnika. Zgodnie z założeniami czas badań był to okres nie krótszy niż jedna godzina przejazdu, do dalszej analizy została uwzględniona tylko praca silnika spalinowego Podczas analizy zostały wykluczone punkty, w których silnik spalinowy nie 371

pracował ponieważ nie mają one wpływu na emisję związków szkodliwych (rys. 6 i 9). Na podstawie przyjętej liczby przedziałów wyznaczono wspólne pola pracy dla wszystkich silników badanej grupy pojazdów Dla każdego badanego pojazdu wyznaczono pole pracy silnika spalinowego o wymiarach 1 1 z uwzględnieniem udziałów czasu pracy. Rys. 7. Odczytane punkty pracy silnika podczas przejazdu dla przykładowego pojazdu hybrydowego Rys. 4. Odczytane punkty pracy silnika podczas przejazdu dla przykładowego pojazdu z systemem start/stop Rys. 8. Punkty pracy silnika podczas rzeczywistej eksploatacji dla przykładowego pojazdu hybrydowego 7.41%.15%.18%.44%.11%.7%.26%.52%.26%.66% 2.21% 26.35% 14.72% 2.58% 1.85%.96%.59%.3% 2.1% 5.94%.33%.44%.33%.4% Rys. 5. Punkty pracy silnika podczas rzeczywistej eksploatacji dla przykładowego pojazdu z systemem start/stop 7 5 4 3 2 1.14%.21% 1.62% 2.61% 3.52%.92%.7%.85% 1.27% 1.34% 1.13%.7%.35% 1.27% 1.97% 1.2%.7% 1.34% 1.6% 3.3% 1.%.14%.14% 4.2% 1.6% 2.61% 1.2%.7% 2.86% 1.6% 3.24% 1.34%.14%.28% 12.5% 2.68% 4.2% 1.41%.35%.14% 2.18% 1.36% 1.97%.28%.7%.28% 1.41%.28%.42% 1 2 3 4 5 7 n/n max [%] Rys. 6. Wyniki analizy udziału czasu pracy przykładowego pojazdu z systemem start/stop 5 4 3 2 1.3% 2.3% 3.1%.26%.3%.81% 2.77% 1.73%.4%.11%.66% 1.73% 1.81%.7%.4%.63% 1.7% 2.92%.15%.4% 1.14%.96% 12.4%.37%.18%.7%.11%.11%.77%.22%.4% 1 2 3 4 5 7 n/n max [%] Rys. 9. Wyniki analizy udziału czasu pracy pojazdu hybrydowego Kolejną fazą prac było porównanie pól pracy silników o wymiarach 1 1, a następnie ich uogólnienie dla wszystkich silników oraz różnych typów pojazdów. Wyznaczenie wartości uśrednionych ze wszystkich badanych pojazdów z silnikami benzynowymi (rys. 1) pozwoliło na wyznaczenie uogólnionych sparametryzowanych obszarów pracy silników spalinowych. Z porównania tych obszarów wynika, że silniki ZI pracują na zakresie n/n max = (1 4)% oraz M o /M o max = ( 3)%, czyli w zakresach małych prędkości obrotowych i niedużego obciążenia silnika. 372

Rys. 1. Wyniki uogólnienia analizy dla liczby przedziałów 1 1 dla wszystkich badanych pojazdów z silni kiem benzynowym o zróżnicowanych parametrach Analogiczną analizę przeprowadzoną dla zebranej grupy samochodów z kategorii pojazdów wyposażonych w systemem start/stop oraz hybrydowych. Z przedstawionego porównania wszystkich pojazdów z systemem start/stop (rys. 11) wynika, że silniki pracują w zakresie n/n max = (1 4)% oraz M o /M o max = ( 5)%, zauważalną różnicą w porównaniu do pojazdów z silnikiem benzynowym jest mniejszy o 14% udział biegu jałowego. Natomiast udziały pracy są bardzo zbliżone. 7 5 4 3 2 1 7 5 4 3 2 1,41%,14%,43% 1,14% 1,67%,57%,22%,35%,29%,31%,43%,81% 4,99% 3,72% 1,38%,44%,23%,15%,5%,4%,27%,61% 1,65% 1,63%,59%,21%,1%,3%,2%,19%,72% 1,69% 1,%,77%,24%,7%,4%,3%,45% 1,98% 2,1% 1,78%,73%,43%,3%,4%,43% 4,5% 2,78% 1,83% 1,12%,49%,7%,2%,7%,62% 4,83% 2,85% 2,8% 1,38%,56%,3%,2%,2% 8,73% 11,79% 5,5% 3,82% 2,62%,46%,11%,34%,1%,51% 4,85% 2,67% 6,58% 3,42%,46%,3%,3%,29% 17,1% 6,13% 11,% 3,48%,28%,3% 1 2 3 4 5 7 n/nmax [%].4%.9%.81% 1.73% 2.45%.74%.4%.1%.27%.84% 1.58%.97%.13%.1%.37%.94% 1.12%.7%.14%.3%.3%.77%.86% 1.37%.91%.14%.9% 3.%.99% 1.4%.73%.13%.8% 1.4% 1.22% 1.33%.92%.41%.6%.22% 5.95% 1.91% 2.5% 1.43%.61%.1%.2%.14% 2.33% 7.38% 4.2%.46%.2%.23%.12% 1.36% 1.77% 1.89%.11%.2%.58% 3.2% 6.37% 9.3%.79%.13%.2% 1 2 3 4 5 7 n/nmax [%] Rys. 11. Wyniki uogólnienia analizy dla liczby przedziałów 1 1 dla wszystkich badanych pojazdów z systemem start/stop o zróżnicowanych parametrach Zestawienie wyników prac dotyczących wyznaczenia pola pracy silnika spalinowego badanej gruby pojazdów hybrydowych przedstawiono na rys. 12. Z analizy wynika, że silniki pracują w zakresie n/n max = (2 4)% oraz M o /M o max w dwóch przedziałach (2 3)% i (7 )%. Przedstawione wyniki analiz wykazują zgodność obszarów pracy silników spalinowych dla grupy pojazdów z konwencjonalnymi silnikami spalinowymi oraz pojazdami z systemem start/stop. Natomiast pole pracy silników pojazdów hybrydowych nie jest tożsame z żadną z badanych grup pojazdów i wymaga oddzielnego testu dla tej grupy pojazdów. Na podstawie analizy porównawczej autorzy zaproponowali dwa oddzielne testy ze względu na odmienne obszary pracy silników spalinowych dla badanych grup pojazdów samochodowych. Wspólny obszar pracy wyznaczony został dla pojazdów z systemem start/stop oraz konwencjonalnych wyposażonych w silnik ZI ze względu na tożsame punkty pracy za wyjątkiem biegu jałowego (rys. 13). Proponowany test mieści się w zakresie n/n max = = ( 5)% oraz M o /M o max = ( )% co odpowiada udziałowi wszystkich punktów pracy równemu %. Rys. 13. Zalecany pole pracy dla testu RDE przeznaczone go dla pojazdów z silnikiem ZI 7 5 4 3 2 1.65% 1.13% 3.13% 5.57% 4.%.%.24%.14%.7%.1%.23% 2.3% 17.27% 12.19% 3.45%.94%.29%.13%.2%.1%.3% 1.71% 5.31% 1.34%.39%.31%.7%.3%.1%.59% 1.25% 2.19%.31%.7%.2%.1%.59% 1.14%.86%.12%.1%.1%.53% 1.67%.97%.12%.1%.95% 1.45% 1.63%.31%.2%.%.77% 7.22%.46%.4%.19%.28%.24%.21%.1%.18%.8%.2% 1 2 3 4 5 7 n/nmax [%] Rys. 12. Wyniki uogólnienia analizy dla liczby przedziałów 1 1 dla wszystkich badanych pojazdów hybrydowych o zróżnicowanych parametrach Rys. 14. Zalecany pole pracy dla testu RDE przeznaczonego dla pojazdów hybrydowych Dla pojazdów hybrydowych sprecyzowano odmienną propozycję testu ze względu na inne udziały punktów pracy silnika spalinowego(rys. 14). Proponowany test mieści się w zakresie n/n max = 373

= (2 5)% oraz M o /M o max = (2 )%, co odpowiada udziałowi wszystkich punktów pracy równemu %. 5. Wnioski Przedstawiona koncepcja badań pojazdów osobowych pod kątem ich emisji w rzeczywistych warunkach ruchu nie ma odpowiednika w regulacjach prawnych. Podjęcie tego tematu było wynikiem wprowadzenia w regulacjach europejskich podobnych badań jedynie dla pojazdów ciężarowych, a jednocześnie nabytych doświadczeń w badaniach emisji w rzeczywistych warunkach ruchu różnych środków transportu. Realizacja tak podjętego zadania może być wykorzystana przy opracowaniu wytycznych do testów toksyczności spalin zawartych w regulacjach prawnych, a jednocześnie być wskazaniem na możliwości oceny ekologicznej pojazdów w trakcie ich eksploatacji. Jest to inny sposób oceny stanu technicznego pojazdów, charakteryzujący się szczegółową oceną emisyjności pojazdu, która może być wykonywana równolegle do procedur emisyjnych na stacjach kontroli pojazdu. Wyznaczone sparametryzowane zakresy pracy silników spalinowych w warunkach miejskich mogą być wyznacznikiem do prowadzenia testów toksyczności spalin w rzeczywistych warunkach ruchu w wykorzystaniem mobilnych analizatorów spalin. Skróty i oznaczenia a acceleration/przyspieszenie FTP Federal Test Procedure/federalny test jezdny (USA) M o torque/moment obrotowy silnika n engine speed/prędkość obrotowa silnika NEDC New European Driving Cycle/europejski cykl jezdny NTE Not to Exceed/test nieprzekraczania wartości OBD RDE TD V ZI ZS On-Board Diagnostics/system diagnostyki pokładowej real driving emissions/emisja w rzeczywistych warunkach ruchu gęstość czasowa vehicle speed/prędkość pojazdu zapłon iskrowy zapłon samoczynny Literatura [1] Bonnel P., Weiss M., Provenza A.: In-use emissions requirements in the new and future European motor vehicle emissions regulations: state of play. In: 8th Annual SUN Conference, Ann Arbor 211. [2] Bougher T., Khalek I.A., Trevitz S., Akard M.: Verification of a Gaseous Portable Emissions Measurement System with a Laboratory System Using the Code of Federal Regulations Part 165. SAE Technical Paper Series 21-1-169, 21. [3] Engeljehringer K.: Automotive emission testing and certification: past, present and future. Current and future trends in automotive emissions, fuels, lubricants and test methods, Bielsko-Biała 211. [4] Jehlik H.: Challenge X 28 hybrid powered vehicle on-road emissions findings and optimization techniques: a 4 year summary. Sensors 5th Annual SUN (SEMTECH User Network) Conference, September 28. [5] Johnson K.C., Durbin T.D., Cocker D.R., Miller J.W., Agama R.J., Moynahan N.: Onroad evaluation of a PEMS for measuring gaseous in-use emissions from a heavy-duty diesel vehicle. SAE Technical Paper Series 28-1-13, 28. [6] Merkisz J., Pielecha J.: The on-road exhaust emissions characteristics of SUV vehicles fitted with diesel engines. Combustion Engines, No. 2, 211. [7] Merkisz J., Pielecha J., Molik P., Nowak M.: Parametrisation of operating conditions in cars in the on-board type measurements of pollution emissions. IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, Coimbra 214. [8] Merkisz J., Pielecha J., Molik P., Nowak M.: Ocena warunków pracy silników samochodów osobowych w aspekcie wyznaczania emisji drogowej zanieczyszczeń. In: Mitianiec W. (red.): Eksploatacja i bezpieczeństwo pojazdów, Politechnika Krakowska, Kraków 214. [9] Merkisz J., Pielecha J., Radzimirski S.: New trends in emission control in the European Union. Springer Tracts on Transportation and Traffic, Vol. 1, 214. [1] Ortenzi F., Costagliola M.A.: A new method to calculate instantaneous vehicle emissions using OBD data. SAE Technical Paper Series 21-1-1289, 21. [11] Regulations Commission: Regulation No 582/211 of 25 May 211 implementing and amending Regulation No 595/29 of the European Parliament and of the Council with respect to emissions from heavy duty vehicles (Euro VI) and amending Annexes I and III to Directive 27/46/EC of the European Parliament and of the Council, 211. 374

[12] Rubino L., Bonnel P., Hummel R., Krasenbrink A., Manfredi U., De Santi G., Perotti M., Bomba G.: PEMS light duty vehicles application: experiences in downtown Milan. SAE Technical Paper Series 27-24-113, 27. [13] Seger J.P.: Vehicle integration for US EPA 21 emissions and lowest cost of owner-ship. SAE Technical Paper Series 21-1-1956, 21. [14] Steininger N.: Automotive particulate emissions in European legislation: state of the art and developments to come. In: 13th ETH Conference on Combustion Generated Particles, Zurich 29. [15] Wei Q., Rooney R.: The on-board PM mass calibration for the real-time PM mass measurement. SAE Technical Paper Series 21-1-1283, 21. [16] Weiss M., Bonnel P., Hummel R.: Analyzing on-road emissions of light duty vehicles with Portable Emission Measurement Systems (PEMS). European Commission, Joint Research Centre, Institute for Energy, 211. Jerzy Merkisz, DSc., DEng. Professor in the Faculty of Machines and Transport at Poznan University of Technology. Prof. dr hab. inż. Jerzy Merkisz profesor na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej. Jacek Pielecha, DSc., DEng. Professor in the Faculty of Machines and Transport at Poznan University of Technology. Dr hab. inż. Jacek Pielecha, prof. PP profesor na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej. Piotr Molik, MSc, Eng. PhD student in the Faculty of Machines and Transport at Poznan University of Technology. Mgr inż. Piotr Molik doktorant na Wydziale Maszyn Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej. 375