Konwersja energii chemicznej paliwa na energię elektryczną w spalinowym autobusie miejskim

Abstract

Prowadzone prace badawczo-rozwojowe w zakresie efektywności energetycznej pojazdów wynikają między innymi z wprowadzania ograniczeń związanych z emisją dwutlenku węgla. Do 2030 roku planowane jest obniżenie emisji tego związku o 40% w porównaniu do stanu z 1990 roku. Efektywność energetyczna wiąże się również z procesem konwersji energii zawartej paliwie na energię elektryczną. Dotyczy to zwłaszcza autobusów miejskich, w których zużycie energii elektrycznej jest największe ze wszystkich pojazdów wyposażonych w silniki spalinowe. Stosowane aktualnie metody wyznaczania sprawności wytwarzania energii elektrycznej na pokładach pojazdów opierają się na charakterystykach sprawności silnika i alternatora. Nie uwzględniają jednak wszystkich czynników wpływających na ten proces, a wynikających z warunków ruchu pojazdu. Celem niniejszej pracy było wyznaczenie sprawności generowania energii elektrycznej na pokładzie autobusu miejskiego, w tym również określenie jak na ten proces wypływają warunki ruchu pojazdu, zmiany obciążenia silnika spalinowego oraz zmiany obciążenia elektrycznego alternatora. W pracy opisano szereg eksperymentów obejmujących badania procesów konwersji: energii zawartej w paliwie na energię mechaniczną w silniku spalinowym o zapłonie samoczynnym, energii mechanicznej na energię elektryczną w alternatorze, energii zawartej w paliwie na energię elektryczną w warunkach ustalonych na hamowni podwoziowej, energii zawartej w paliwie na energię elektryczną w warunkach drogowych. Przeprowadzone analizy otrzymanych wyników umożliwiły wyjaśnienie, jak zmiany w czasie obciążenia silnika oraz alternatora wpływają na chwilową i sumaryczną sprawność konwersji energii paliwa na energię elektryczną. Średnia wartość sprawności w warunkach drogowych wyniosła około 30%. Przeprowadzone badania eksperymentalne były równocześnie badaniami identyfikacyjnymi, których wyniki posłużyły do opracowania modelu autobusu miejskiego w programie Vecto. Przeprowadzone z wykorzystaniem modelu obliczenia wykazały, że również masa pojazdu oraz zmiany nachylenia drogi istotnie wpływają na proces produkcji energii elektrycznej na pokładzie autobusu miejskiego.