MOST CITED
Update: 2021-07-01
Task „Implementation of procedures ensuring the originality of scientific papers published in the quarterly „Eksploatacja i Niezawodność – Maintenance and Reliability” financed under contract 532/P-DUN/2018 from the funds of the Minister of Science and Higher Education for science dissemination activities.
Ireneusz Pielecha
Eksploatacja elektrycznych układów napędowych pojazdów hybrydowych w zróżnicowanych warunkach ruchu
Pojazdy z napędem hybrydowym dzięki swojej konstrukcji, pozwalają na zwiększenie sprawności układu napędowego. Jednym z takich czynników jest stosowanie zwiększonego napięcia zasilającego silniki elektryczne w stosunku do napięcia zasilającego akumulator wysokonapięciowy. Napięcie akumulatora zostaje zwiększone kilkukrotnie w układzie inwertera (boost) w celu zwiększenia końcowej mocy elektrycznej doprowadzonej do silnika elektrycznego. W artykule przedstawiono możliwości wykorzystania takiego wzmocnienia napięcia w warunkach jazdy miejskiej i pozamiejskiej. W badaniach wykorzystano najnowsze generacje układów napędu hybrydowego równoległego w pojazdach Lexus NX 300h oraz Toyota RAV4 hybrid. Wykazano, że układ wzmocnienia napięcia w warunkach miejskich wykorzystany jest w około 30–40% dystansu (do 20% czasu jazdy). Wzmocnienie napięcia zasilającego maszyny elektryczne obu pojazdów wykorzystane jest w całym zakresie prędkości obrotowej tych maszyn przy dużych wartościach momentu obrotowego. Badania wykazały, że maksymalne wzmocnienie napięcia – około trzykrotne (do wartości 650 V) – występuje w zakresie maksymalnego momentu obrotowego silników elektrycznych i pozwala na ponad 2-krotne zwiększenie generowanego momentu obrotowego układu napędowego.
Operation of electric hybrid drive systems in varied driving conditions
Hybrid vehicles allow an increase in the powertrain efficiency thanks to their design. One such factor is the use of increased voltage supplying electric motors to the voltage supplying the high voltage battery. The battery voltage is increased several times in the inverter (boost) system to increase the final electric power supplied to the electric motor. The article presents the possibilities of using such a voltage boost in urban and non-urban driving conditions. The tests were performed on the latest generations of parallel hybrid drive systems in Lexus NX 300h and Toyota RAV4 hybrid vehicles. It has been shown that the boost system is used in about 30–40% of the urban drive distance (up to 20% of the driving time). The power supply voltage boost of the electric motors of both vehicles is used throughout the entire engine speed range of these machines at high torque values. Research has shown that the maximum voltage gain – approximately three times (up to 650 V) – is within the maximum torque range of the electric motors and allows for doubling the torque generated by the drive.
Ocena eksploatacyjnego zużycia wtryskiwaczy na podstawie analizy optycznej rozpylenia paliwa
Diagnostyka elementów silnika spalinowego wymaga obecnie integracji wielu dziedzin techniki i nauki w celu szybkiej i trafnej lokalizacji uszkodzenia lub poszukiwania przyczyn niesprawności. Artykuł dotyczy analizy zużycia wtryskiwaczy na podstawie wskaźników geometrycznych strugi rozpylanego paliwa. Na podstawie kilku dostępnych wielkości badawczych dokonano wyboru pozwalającego najlepiej ocenić zużycie wtryskiwaczy w warunkach ich eksploatacji. Do oceny diagnostycznej zużycia wtryskiwaczy wykorzystano badania optyczne rozpylenia paliwa. Przedstawiono różne wskaźniki geometryczne strugi paliwa, wskazując na ich użyteczność diagnostyczną oraz możliwość zastosowania. W podsumowaniu stwierdzono, że badania obecnych układów wtryskowych wymagają połączenia mechanicznych metod diagnostyki wtryskiwaczy oraz zaawansowanej diagnostyki optycznej rozpylenia paliwa.
Evaluation of the injectors operational wear process based on optical fuel spray analysis
The diagnostics of combustion engine components currently requires the integration of many technical and scientific fields in order to quickly and accurately locate faults or pinpoint the causes of malfunction. This article analyzes the wear of injectors based on the geometric indicators of the fuel spray. Using a number of available parameter data, a selection has been made to best judge the wear of injectors in their operating conditions. Optical fuel spray tests were used to assess the injector wear. Various geometric indicators of the fuel stream have been presented, indicating their diagnostic utility and applicability. In conclusion, it was found that the current injection systems require the combination of mechanical injector diagnostics and advanced optical fuel spray diagnostics.
Ocena możliwości wykorzystania sygnału jonizacji do diagnostyki procesu spalania w silniku spalinowym o zapłonie iskrowym zasilanym gazem ziemnym
Sygnał jonizacji wynikający z obecności jonów oraz elektronów w przestrzeni cylindra silnika spalinowego jest składową wielu czynników, między innymi: temperatury, ciśnienia, składu mieszanki, rodzaju paliwa, obecności reszty spalin oraz innych. Kształt sygnału zmienia się w znacznym stopniu z cyklu na cykl, co świadczy o stochastyce procesu spalania. Mimo tego, jego analiza dostarcza wielu przydatnych informacji, takich jak położenie maksymalnego ciśnienia czy maksymalnej szybkości wywiązywania się ciepła. Ich wykorzystanie pozwala uzupełnić ograniczone systemy kontroli procesu spalania w silnikach spalinowych. W artykule przedstawiono analizę porównawczą sygnału prądu jonizacji gazów w cylindrze oraz ciśnienia szybkozmiennego przy ustalonych punktach pracy jednocylindrowego, czterosuwowego silnika zasilanego gazem ziemnym. W wyniku analizy uzyskano zależność położenia maksymalnej wartości sygnału jonizacji termicznej od położenia maksymalnej wartości ciśnienia spalania, uzależniono również położenie maksimum pochodnej członu termicznego od położenia maksimum szybkości wywiązywania się ciepła.
Assessment of possible use of the ionization signal for the combustion process diagnostics in a spark-ignition combustion engine powered by natural gas
The ionization signal, which is a result the presence of ions and electrons in the cylinder space of the internal combustion engine, is affected by many factors, including: temperature, pressure, fuel mixture composition, fuel type, presence of exhaust gases and others. The shape of the signal changes to a large extent from cycle to cycle, which indicates the stochastics of the combustion process. Nevertheless, its analysis provides a lot of useful information, such as the location of the maximum pressure or the maximum heat release rate. Using these signals allows supplementing the limited engine control systems of the combustion process in internal combustion engines. The paper presents a comparative analysis of the gas ionization current signal in the cylinder and the variable pressure at fixed operating points of a single-cylinder, four-stroke engine powered by natural gas. The analysis allowed to determine the relationship between the positions of the maximum thermal ionization signal value and of the maximum combustion pressure value. Additionally the relationship between the position of the maximum thermal fraction derivative and the maximum heat release rate was established.
Symulacyjna analiza energochłonności pojazdów elektrycznych w testach badawczych
Ocena przepływu energii przez układy pojazdów elektrycznych umożliwia oszacowanie ich energochłonności. W artykule przedstawiono analizy dotyczące zużycia energii pojazdów elektrycznych w wybranych testach jezdnych (NEDC, WLTC oraz w rzeczywistych warunkach ruchu – test RDC) w odniesieniu do zróżnicowanej masy pojazdów. Analizie poddano również wykorzystanie silników elektrycznych, przedstawiając mapy ich pracy, wielkości przepływu energii w akumulatorach oraz stopień zmiany ich naładowania. Badania i analizy symulacyjne wykonano z wykorzystaniem oprogramowania AVL Cruise. Stwierdzono, że mimo podobnych wartości energochłonności pojazdów w testach badawczych NEDC oraz RDC, to występują znaczące różnice przepływu energii w układach akumulacji pojazdów. Zmiany stopnia naładowania akumulatora odniesione do 100 km testu są zbliżone w testach WLTC oraz RDC (różnica 6%); dla testu NEDC różnica ta wynosi maksymalnie 25% (w odniesieniu do poprzednich testów). Energochłonność pojazdów elektrycznych jest silnie zależne od testu badawczego; wartości uzyskane w testach kształtują się na poziomie 10,1–13,5 kWh/100 km (test NEDC); 13–15 kWh/100 km (test WLTC) oraz 12,5–16,2 kWh/100 km w teście RDC. Wartości energochłonności w testach NEDC oraz WLTC są odpowiednio mniejsze o około 20% i 10% w odniesieniu do testu RDC. Zwiększenie masy pojazdu zwiększa zużycie energii (zwiększenie o 100 kg masy pojazdu zwiększa zużycie energii o 0,34 kWh/100km).
Simulation analysis of electric vehicles energy consumption in driving tests
The assessment of energy flow through electric vehicle systems makes estimating their energy consumption possible. The article presents analyzes of the energy consumption of electric vehicles in selected driving tests (NEDC, WLTC and in real traffic conditions – RDC test) in relation to the vehicles different curb weight. The use of electric motors was also analyzed, providing their operating ranges, data of the energy flow in batteries and the change in their charge level. Simulation tests and analyzes were carried out using the AVL Cruise software. It was found that despite similar vehicle energy consumption values in NEDC and RDC testing, there are significant differences in energy flow in vehicle subsystems. The changes in the battery charge level per 100 km of test drive are similar in both the WLTC and RDC tests (6% difference); for the NEDC test, this difference is the greatest at 25% (compared to the previous tests). The energy consumption of electric vehicles depends significantly on the test itself; the values obtained in the tests are in the ranges of 10.1–13.5 kWh/100 km (NEDC test); 13–15 kWh/100 km (WLTC test) and 12.5–16.2 kWh/100 km in the RDC test. The energy consumption values in the NEDC and WLTC tests, compared to the RDC test, are approximately 20% and 10% lower, respectively. Increasing the vehicle mass increases the energy consumption (increasing the vehicle mass by 100 kg was found to increase the energy consumption by 0.34 kWh/100 km).
Cooperation of a PEM fuel cell and a NiMH battery at various states of its charge in a FCHEV drive
The development of electromobility is focused on the design and implementation of increasingly more effective electric drives. In such a system, apart from energy recovery, it is not possible to recharge the batteries while driving. Electric vehicles equipped with fuel cells and a battery (FCHEV – fuel cell hybrid electric vehicle) in a parallel configuration boast increased energy transfer capabilities. The article presents an energy flow analysis in a parallel hybrid drive system with fuel cells and a battery. The research was carried out on a 30 W vehicle made in 1:10 scale with a NiMH battery and a fuel cell with a proton exchange membrane (PEM). Increasing driving dynamics causes a 29% increase in energy consumption, 43.6% reduction of energy transfer from a fuel cell and a 23% increase of in the energy share intended for battery charging. Continuous operation of the system in full power mode ensures a much greater efficiency of energy transmission to the drive train (95%) compared to the system operating in dynamic driving conditions – 64–75%.
The impact of alcohol admixture with gasoline on carbon build-up and fuel injectors performance
The operating conditions of injectors in spark ignition engines with direct fuel injection make them susceptible to coking, which leads to a reduced quality of fuel atomization. This can be observed by a drop in performance and an increase in exhaust emissions, especially particulate matter. One effective method of reducing injector coking is by using detergentdispersing gasoline additives. The article describes the effect of using an admixture with a varied alcohol content on the quantitative and qualitative fuel atomization indicators. The research consisted of a 48-hour engine test, done in accordance with the CEC F-113-KC procedure (CEC-F-113 test). After each test cycle, the injectors underwent optical tests with the use of an isochoric chamber. The spray penetration and surface area were analyzed at a set of different fuel injection parameter values. The research performed resulted in determining the influence of each tested admixture on the change of injection time and on the geometric indicators of the fuel spray. The obtained characteristics of the engine in operation and conducted stationary tests enabled the operational evaluation of the impact an alcohol admixture with gasoline fuels had on key engine parameters.