Studium emisji związków toksycznych spalin z systemów napędowych autobusów miejskich

Tematyka rozprawy dotyczy metod badań autobusów miejskich wyposażonych w nowoczesne układy napędowe, zasilanych różnymi rodzajami paliw. Badana grupa pojazdów zaliczana jest do kategorii pojazdów ciężkich, jednak ze względu na warunki eksploatacji związane z charakterystykami realizowanych tras komunikacyjnych, a także ich właściwości konstrukcyjne, podjęto próbę weryfikacji słuszności stosowania obecnie obowiązujących i przyszłych przepisów homologacyjnych. W pracy zamieszczono krytyczną analizę obowiązujących przepisów dotyczących emisji związków toksycznych spalin dla pojazdów ciężkich. Analiza ta wykazała pewne braki i niedoskonałości w obecnych normatywach. Dotyczy to przede wszystkim testów badawczych, procedur badań w rzeczywistych warunkach eksploatacji oraz kontroli emisji podczas eksploatacji. Na tej podstawie stwierdzono, że konieczna jest weryfikacja tych przepisów i wprowadzenie zmian. Dodatkowym argumentem za podjęciem tych działań są nowe możliwości poznawcze, wynikające z badań emisji w rzeczywistych warunkach eksploatacji pojazdów.
Wykonane i opisane w pracy badania dotyczyły pomiarów emisji związków szkodliwych spalin z silników autobusów miejskich. Oprócz wyników emisji zanieczyszczeń, badania dostarczyły cennych informacji na temat rzeczywistych parametrów pracy silników i całych układów napędowych. W pracy przedstawiono analizę emisji głównych składników spalin w zależności od przyjętej procedury pomiarowej, a także analizę warunków pracy silników oraz określono najczęściej wykorzystywane zakresy obciążeń i prędkości obrotowych wału korbowego. Uzupełnieniem rozprawy jest odniesienie rzeczywistych warunków pracy silników do tych parametrów w testach homologacyjnych ESC oraz ETC. Na tej podstawie sformułowano wnioski odnośnie do reprezentatywności obecnie obowiązujących testów i zaproponowano metodę oceny zanieczyszczeń ba-danej grupy pojazdów w warunkach rzeczywistych. Ponadto przygotowano specjalny test jezdny, który odzwierciedla warunki występujące w aglomeracji poznańskiej. Wykonane analizy potwierdziły wnioski wynikające z wcześniej realizowanych prac o nieodpowiedniej budowie testów homologacyjnych w aspekcie warunków pracy współczesnych silników zastosowanych w autobusach miejskich.
Niniejsza rozprawa przedstawia zagadnienia związane z budową i eksploatacją komutatorowych maszyn prądu stałego. Kompleksowo rozpatrzono sprzężone zjawiska elektro-magneto-mechaniczne występujące podczas pracy tych maszyn. Szczególną uwagę zwrócono na zjawiska elektromechaniczne zachodzące w węźle zestyku ślizgowego, a dokładniej na problem powstawania samowzbudnych drgań szczotek. Problematykę oddziaływań elektromechanicznych na konstrukcję samej maszyny ograniczono do zjawisk zachodzących w bezkadłubowych maszynach małej i średniej mocy.

Streszczenie 5 Wykaz ważniejszych oznaczeń 6 1. Wprowadzenie 8 2. Przepisy dotyczące emisji zanieczyszczeń z silników autobusów miejskich 13 2.1. Homologacja autobusów miejskich 13 2.2. Przepisy homologacyjne dotyczące emisji spalin 15 2.3. Kontrola emisji w warunkach pozatestowych 22 2.4. Określanie poziomów emisji zanieczyszczeń przy wykorzystaniu metod wyznaczania okien uśredniania 25 2.5. Badania pojazdów w testach jezdnych 28 3. Przegląd literatury w aspekcie badań emisji związków toksycznych spalin z silników autobusów miejskich 31 4. Problem badawczy 34 4.1. Istota problemu i cel pracy 34 4.2. Sposób rozwiązania problemu oraz zakres pracy 37 5. Analiza wskaźników ekologicznych autobusów miejskich w rzeczywistych warunkach eksploatacji 40 5.1. Metodyka badań 40 5.2. Badania emisji związków szkodliwych spalin w testach NTE i UE 582/2011 44 5.2.1. Autobusy z napędem hybrydowym 44 5.2.2. Autobusy z napędem konwencjonalnym 67 5.2.3. Autobusy zasilane sprężonym gazem ziemnym 81 6. Opracowanie metody oceny emisji zanieczyszczeń w warunkach rzeczywistej eksploatacji 89 6.1. Idea metody oceny emisji związków szkodliwych 89 6.2. Zastosowanie proponowanej metody na przykładzie emisji tlenku węgla 96 6.2.1. Badania w warunkach testów silnikowych 96 6.2.2. Badania w rzeczywistych warunkach eksploatacji 100 6.3. Wykorzystanie charakterystyki gęstości czasowej silnika do oceny emisji zanieczyszczeń gazów wylotowych 104 7. Propozycja testów badawczych odwzorowujących rzeczywiste warunki eksploatacji autobusów miejskich w Poznaniu 114 7.1. Charakterystyka linii i taboru autobusowego 114 7.2. Analiza warunków charakteryzujących ruch autobusów miejskich w aspekcie oceny zgodności z ustandaryzowanymi cyklami jezdnymi 116 7.3. Wyznaczenie i analiza rzeczywistych cykli jezdnych autobusów 118 7.4. Wyznaczenie testów jezdnych dla autobusów 122 7.4.1. Metodyka wyznaczania testów 122 7.4.2. Test przeznaczony dla pojazdów hybrydowych 124 7.4.3. Test przeznaczony dla pojazdów konwencjonalnych 125 7.4.4. Warunki prowadzenia pomiarów emisji zanieczyszczeń i zużycia paliwa w testach jezdnych 127 7.5. Weryfikacja wyznaczonych testów jezdnych 129 8. Podsumowanie 133 Literatura 136 Summary 145