Autobusy elektryczne – cz. 1: Ewolucja konstrukcyjna taboru

Wstęp

Dyskusja w przestrzeni publicznej na temat zastosowania alternatywnych źródeł zasilania w transporcie zbiorowym jest od dłuższego czasu żywa i momentami bardzo intensywna.

Można zaobserwować silną biegunowość w samym podejściu jak i opiniach. Wyłania się z nich obraz:

• Zwolenników pojazdów zasilanych gazem, – jako pośrednia alternatywa;
• Entuzjastów elektromobilności – pojazdów elektrycznych;
• Zwolenników pojazdów z napędem wodorowym, – jako docelowa forma pojazdów ekologicznych;
• Cichych zwolenników silników spalinowych – wykorzystania sprawdzonej technologii i dostępnych zasobów.

Celem niniejszej serii artykułów nie będzie jednak próba odpowiedzi na pytanie: które rozwiązanie jest najlepsze. Skupimy się wyłącznie na opisie dotychczasowych praktyk eksploatacyjnych autobusów miejskich, oraz podstawowej wiedzy z zakresu napędu bateryjnego. Uważamy, że to będzie dobry początek do analizy taboru elektrycznego.

W części pierwszej przyjrzymy się wyzwaniom konstrukcyjnym, przed którymi stają projektanci autobusów. Z racji poruszonej tematyki, w niniejszym artykule nacisk zostanie położony na dotychczasowe konstrukcje, przez co dokładnie poznamy z jakimi problemami muszą sobie radzić konstruktorzy autobusów.

Autobusy miejskie – milowe kroki

W najnowszej historii autobusów miejskich nastąpiły trzy główne zmiany, które istotnie wpłynęły i zmieniły sposób wyboru, eksploatacji i całościowego pojmowania zagadnienia cyklu życia pojazdów:

• Wprowadzenie autobusów całkowicie nisko-podłogowych, których specyfiki: konstrukcyjna i ruchowa znacząco wpływają na użytkowanie pojazdów;
• Standard wyposażenia w klimatyzację cało-pojazdową, która odpowiada za odbiór 20% mocy silnika, co wpływa na podwyższone zużycie paliwa;
• Wprowadzenie restrykcyjnych norm dla spalin, które wymusiły zastosowanie dodatkowych podzespołów, takich jak: egr, DOC, DPF; a także recyrkulację spalin oraz dodatkowy czynnik roboczy pod postacią płynu ad blue.

Rozdział I – Autobusy nisko-podłogowe

Sposób umiejscowienia silnika spalinowego oraz rodzaj zastosowanego mostu napędowego od zawsze determinowały konstrukcję pojazdu. Podział ze względu na wysokość podłogi pojazdu prezentuje się następująco:

• Pojazd wysoko-podłogowy – wejście do pojazdu poprzedzają stopnie poprzeczne, a wysokość podłogi znajduje się powyżej 760 mm ponad poziom jezdni.

Jeszcze do nie tak dawno, najliczniejszym przedstawicielem tej serii był obiekt węgierskiej myśli technicznej – Ikarus. Silnik RABA-MAN umiejscowiony centralnie pod podłogą pojazdu, wymuszał zastosowanie konstrukcji wysoko-podłogowej. Dwa duże schody strzegły „złowrogo” wejścia do pojazdu, w którym podłoga znajdowała się na – jak na dzisiejsze czasy niebotycznej, wysokości ponad 900 mm!

Ikarus 280.26, CC BY-SA 2.0 by Janusz Jakubowski

W tego typu konstrukcji nie ma przeciwwskazań by zastosować klasyczny most napędowy – do zastosowania zarówno w ruchu miejskim jak i poza miejskim (w zależności od przełożenia, o którym w dalszej części).

• Pojazd średnio-podłogowy – wejście do pojazdu poprzedzone jest stopniami poprzecznymi, lecz wysokość podłogi znajduje się w przedziale między 360-750 mm.

Już w 1975 roku na licencji i w zmodernizowanej wersji Francuskiego Berlieta PR100 na Polskie ulice wyjechał Jelcz-Berliet PR110U (U – Urbain, fr. miejski). Pierwowzór oryginalnie posiadał dwie pary drzwi na długości 11 i 23 metra. Polscy inżynierowie z zakładu w Jelczu Laskowicach wydłużyli konstrukcję o dodatkowe 500 mm, montując jednocześnie dodatkową trzecią parę drzwi. Jak się później miało okazać, był to początek jednej z największych bolączek tego modelu. Do dziś wiele osób pieszczotliwie nazywa te pojazdy „bananami”.

 Jelcz M11, CC BY-SA 2.0 by Janusz Jakubowski

Silnik WSK Mielec SW680 na licencji angielskiej Leylanda umiejscowiony był poprzecznie na tylnym zwisie, dzięki czemu osiągnięto obniżenie wysokości podłogi do wartości: 642 mm (1 drzwi), 712 mm (2 drzwi), 957 mm (3 drzwi) – odpowiednio o 300 i 200 mm mniej w stosunku do prezentowanego wyżej Ikarusa, co stanowiło bardzo dużą równicę.

Niestety zwiększenie długości nadwozia, umiejscowienie silnika oraz nieporównywalnie cięższe warunki eksploatacji i obciążenia, wynikające z ilości pasażerów w Polsce, spowodowały pękanie konstrukcji kratownicy. Do końca eksploatacji tych pojazdów nie udało się zlikwidować utraty sztywności nadwozia, co w konsekwencji prowadziło do jej deformacji oraz pęknięć.

• Pojazdy nisko-podłogowe – wejście do pojazdu nie jest poprzedzone stopniami poprzecznymi, a podłoga znajduje się na wysokości nie większej niż 350 mm.

Konstrukcje te znane są wszystkim pasażerom z dzisiejszych wsi, miast i miasteczek. Należy jednak pamiętać, że pojazdy nisko-podłogowe nie są zaprojektowane na każde warunki eksploatacyjne. W jednym z poprzednich artykułów problem ten został przedstawiony na bazie konkretnych modeli w procesie rozwoju konstrukcji.

Solaris Urbino 15, CC BY-SA 2.0 by Janusz Jakubowski

Dobór konstrukcji pojazdu niskopodłogowego – technika i użyteczność

Autobus miejski niskopodłogowy został zaprojektowany i stworzony do warunków miejskich:

• Niskiej prędkości eksploatacyjnej (w okolicach 20 km/h);
• Dużej ilości zatrzymań i startów wynikających z sygnalizacji, kongestii, gęstej sieci przystanków;
• Dużych potoków pasażerskich, w większości na miejscach stojących;
• Podróży na krótkich dystansach;
• Podróży w krótkim czasie;
• Skrajnych warunków pracy podzespołów wynikających z obciążenia i niekorzystnych warunków pracy oraz atmosferycznych.

Jak wygląda użytkowanie autobusu całkowicie niskopodłogowego poza miastem?

• Układ napędowy – most portalowy (nazwa od budowy ze skrajnych portali zawierających mechanizmy przeniesienia napędu, co pozwala na zastosowanie w całości niskopodłogowej konstrukcji pojazdu).

Oś portalowa – źródło: Track Focus

Na powyższym zdjęciu można zauważyć, iż przestrzeń między ruchomymi częściami napędowymi (obudowa mostu) jest płaska. Na obu końcach znajdują się półosie (elementy o kształcie walca z zębatką) zapewniające mechaniczne połączenie koła z elementami mostu napędowego. W lewej części mamy tzw. główkę mostu, która odpowiada za połączenie mechaniczne elementów mostu napędowego ze skrzynią biegów i silnikiem. Przesunięcie główki mostu wyposażonej w podwójne łożysko oraz rozmieszczenie pozostałych elementów zębatych zapewnia, iż autobus może być niskopodłogowy. Dokładny opis osi portalowej można znaleźć tu.

Niezależnie czy mamy styczność z klasycznym czy portalowym mostem, kluczowym elementem jest przełożenie (stosunek ilości zębów na kole talerzowym i wałku atakującym). W praktyce przekłada to się na stosunek prędkości pojazdu do obrotów silnika. Pospolicie mówi się wtedy, iż mamy do czynienia z wolnym (eksploatacja poza miejska) lub szybkim (eksploatacja miejska) moście napędowym.

Oczywiście układ napędowy to nie tylko most, to także silnik i jego osprzęt. Układy oczyszczania spalin zdecydowanie lepiej sprawują się w ruchu mieszanym lub pozamiejskim ze względu na wyższe temperatury i ciśnienia panujące w silniku, co wpływa na rzadszą konieczność stacjonarnego dopalenia zanieczyszczeń i mniejszą awaryjność układu.

Jeżeli chodzi o sam silnik, to należy pamiętać, iż kluczowymi elementami dla jego długiej i bezproblemowej pracy jest smarowanie i temperatura. Zwłaszcza ten drugi parametr w ruchu pozamiejskim/górzystym jest kluczowy, gdyż autobusy miejskie nie są do takich warunków z automatu przystosowane, przez co nawet kilkuminutowa jazda pod dużym obciążeniem, z kompletem pasażerów, załączoną klimatyzacją klimatyzacją i w terenie pagórkowatym, bez zwrócenia uwagi na kluczowe wskaźniki może się skończyć poważnymi konsekwencjami.

• Skrzynia biegów – ilość biegów oraz odmienne przełożenia skutkują analogiczną do mostu napędowego zmianą stosunku obrotów silnika do prędkości pojazdu.

Szybka zmiana przełożeń przy niskich prędkościach powoduje obniżenie wartości obrotów silnika i zarazem zmniejszenie zużycia paliwa. Inteligentne oprogramowanie skrzyni biegów, biorące pod uwagę profil trasy i obciążenie pojazdu, dopasowuje charakterystykę zmiany przełożeń. W skrzyniach produkcji Voith (Senso Top) oraz ZF (Topo Dyn) producent oraz serwis ma dodatkowo możliwość programowania i wyboru warunków pracy pojazdu. Można wybrać pomiędzy trybami:

a.      Mocowym (górski) gdzie wykorzystywana jest maksymalna dostępna moc silnika, zapewniając zmianę biegów przy obrotach silnika na poziomie 1200 RPM i wyżej, dostarczających maksymalną wartość momentu obrotowego w Nm na każdym z przełożeń.

b.      Pośrednim – najbardziej uniwersalne i dopasowane do warunków miejskich, gdzie wykorzystywane są opisane wcześniej algorytmy doboru mocy do obciążenia czy ukształtowania terenu. Oczywiście będzie się to wiązało z odczuciem, iż pojazd jest słabszy – ma mniejszą moc. Wiąże się to z tym, iż biegi zmieniane są przy możliwie najniższych wartościach obrotów np. 1->2 1400 RPM, 2->3 1200 RPM, 3->4 800 RPM.

c.       Płaskim – z praktycznego punktu widzenia jest to tryb rzadko wykorzystywany, przez znaczące ograniczenie mocy silnika. W przypadku występujących wzniesień, podjazdów czy dużego obciążenia, spalanie może być wyższe niż w trybie pośrednim, przy niewystarczających parametrach pracy układu napędowego.

Oszczędności możliwe do osiągnięcia przez dobranie odpowiedniego trybu pracy skrzyni biegów to nawet do 10% wartości spalania.

Automatyczna skrzynia biegów ZF – źródło: Track Focus

Inteligentne oprogramowanie skrzyni biegów niejako samo wie, iż podczas podjazdu pod wzniesienie, gdzie wymagana jest stała wartość momentu obrotowego, nie może dokonać zmiany przełożenia na wyższe, gdyż spowodowałoby to utratę momentu obrotowego, oraz dodatkowe obciążenie elementów transmisji mocy (most, wał napędowy, wałek wyjściowy skrzyni biegów przenoszący moc) podczas ponownej redukcji biegu.

Trend rozwoju automatycznych przekładni idzie w kierunku zwiększania ilości przełożeń (nowy Voith 7 biegów, ZF – 6 biegów). Obecnie najbardziej popularne skrzynie biegów Voith posiadają 4 przełożenia, zaś ZF – 6 przełożeń. Dla przypomnienia początki automatycznych skrzyń biegów w pojazdach miejskich to maksimum 3 przełożenia. Oznaczało to duży kompromis pomiędzy ekonomią (zużycie paliwa), prędkością maksymalną i praktyczną funkcjonalnością dla kierowcy:

a.      Autobus typowo do miasta – szybka zmiana biegów (przy niskich obrotach silnika) skutkowała, dobrą ekonomicznością i w miarę cichą pracą do prędkości ok. 40-45 km/h. Powyżej tych prędkości znacząco rosły obroty silnika, głośność jednostki napędowej i całego układu napędowego. Rosło również zużycie paliwa. Pamiętajmy, iż technika nie była jeszcze rozwinięta jak dziś – silniki były głośniejsze, a pojazdy słabiej wyciszone. Autobus w praktyce nie nadawał się na linie o dużych odległościach między przystankami czy wyjazdy na linie poza-miejskie.

b.      Autobus o charakterze mieszanym – dłuższa zmiana biegów, co oznaczało, iż do zmiany przełożenia na wyższe wymagana była większa niż we wcześniejszym przypadku prędkość. Autobus mógł osiągać wyższe prędkości, oraz lepszą ekonomikę powyżej prędkości 50 km/h. Oczywiście poniżej tych wartości, w ruchu typowo miejskim spalał on więcej paliwa.

Poprzez zastosowanie obecnie skrzyń biegów o większej ilości przełożeń pojazdy są zdecydowanie bardziej uniwersalne i użyteczne w szerokim zakresie prędkości oraz warunkach eksploatacji.

Kluczowym elementem, na który należy zwrócić uwagę, jest temperatura przekładni. Mieści się ona w zakresie 110-115 stopni Celsiusa i już niewielkie jej wahania powodują przejście pojazdu w tryb ostrzegawczy. Chłodnica oleju o wymiarach średniej wielkości paczki pocztowej, nie jest w stanie wystarczająco odprowadzić ciepła z 22 litrów oleju, gdy praca silnika wychodzi poza charakterystykę miejską, do której został zaprojektowany.

• Komfort podróży – autobus niskopodłogowy jest zaprojektowany do przenoszenia dużych obciążeń przy niskich prędkościach, amortyzacja przy wyższych prędkościach i nawet średniej klasy drogach jest niewystarczająca. Ilość i częstotliwość drgań ze strony układu napędowego jest uciążliwa zarówno dla pasażerów jak i dla kierowcy. Zastosowanie siedzeń nieprofilowanych z niskim oparciem, również nie zachęca do dłuższych podróży.
• Prowadzenie i trakcja – mimo zastosowania zawieszenia niezależnego osi kierowanej oraz układu ECAS (pneumatyczne zarządzanie zawieszeniem), oraz hydraulicznego lub elektrycznego układu wspomagania, powyższe rozwiązania nie są dostosowane do prędkości pozamiejskich, powodując niestabilność i nieprzewidywalność pojazdu.
• Konstrukcja – na bardzo słabej, jakości drogach o licznych nierównościach pasażerowie często skarżą się na brak amortyzacji, wstrząsy i wibracje. Konstrukcja autobusu miejskiego jest sztywna, tak by móc przenosić duże obciążenia wynikające np. z ilości pasażerów, co sprawia, że używana w niewłaściwych warunkach ulega szybszemu zużyciu – powstają pęknięcia, postępuje degradacja wyposażenia wnętrza.
• Bezpieczeństwo – należy pamiętać, iż pojazdy w większości czasu znajdują się w ruchu. Gdy prędkość poza obszarem zabudowanym wzrasta powyżej znanych z miasta 50 km/h, ilość pasażerów stojących znacząco przewyższa miejsca siedzące, a fotele nie posiadają podwyższonych oparć, zagłówków i pasów bezpieczeństwa, należy zmierzyć się ze skutkami ewentualnych zdarzeń drogowych.

Jak widać na powyższym przykładzie, dobór odpowiedniej konstrukcji do wykonywanego zadania ma niebagatelne znaczenie w kontekście zarówno bezpieczeństwa, komfortu pasażerów, lecz także eksploatacji, utrzymania i jej kosztów w cyklu życia pojazdu. To właśnie cykl życia pojazdu w kontekście doboru konstrukcji i zastosowanych technologii będzie podstawą do dalszych rozważań.

Rozdział II – klimatyzacja cało-pojazdowa i ogrzewanie

Rozpoczynając bardzo szerokie zagadnienie utrzymania komfortu cieplnego w pojeździe, należy po raz kolejny wspomnieć i mocno zaakcentować, iż autobus transportu zbiorowego jest pojazdem użytkowym. Musi być zaprojektowany, wykonany i przeznaczony do użytkowania na potrzeby świadczenia usług.

Konsekwencją jest użytkowanie w skrajnych warunkach eksploatacyjnych.

• Ogrzewanie w pojeździe

Jednym z największych wyzwań konstruktorów pojazdów stało się zapewnienie komfortu cieplnego dla pasażerów oraz kierowcy pojazdu w kontekście między innymi osiągania norm spalin.

Kto chociaż raz podróżował w okresie zimowym przedstawianym autobusem marki Ikarus, wie co znaczy problem z ogrzewaniem – zamarznięte od środka szyby, czy brak ogrzewania w tylnej części pojazdu począwszy od przegubu. Wynikało to z prostego faktu, iż silnik umieszczony był w przedniej części pojazdu, a tylny człon był pozbawiony całkowicie instalacji grzewczej pod postacią np. konwektorów czy nagrzewnic. W ramach ciekawostki należy wskazać, iż to właśnie kierowcy zawodowi byli obowiązkowo wyposażeni w roztwór soli, który naniesiony na szybę zapobiegał jej zamrażaniu.

Ogrzewanie działa do dziś na zasadzie wymiennika ciepła z ogrzanego wcześniej płynu chłodniczego. Ciepło za pomocą wentylatora jest uwalniane na zewnątrz. Okazuje się jednak, że do ogrzania dużej kubatury pojazdu, ciepło z samego silnika nie wystarcza.

Już w roku 1935 firma Webasto, od której nazwy powstała zwyczajowe nazewnictwo ogrzewania dodatkowego w pojazdach stworzyła pierwsze dodatkowe urządzenie grzewcze do pojazdów. Zastosowanie go w autobusach było kwestią naturalną w przypadku, w którym warunki atmosferyczne (ujemna temperatura) powodowała, iż ilość ciepła produkowana przez silnik spalinowy nie była wystarczająca do ogrzania wnętrza.

Ilość ciepła produkowana przez silniki spalinowe w pojazdach użytkowych wraz z rozwojem techniki systematycznie się zmniejsza. Ma to związek z poprawą sprawności silników spalinowych, gdzie energia nie jest niejako marnowana pod postacią ciepła, lecz przekształcana w co raz większym stopniu na jej postać mechaniczną, która dla użytkownika objawia się jako moment obrotowy mierzony w Nm.

Dużym odbiorcą ciepła w autobusie komunikacji publicznej jest również system oczyszczania spalin. Do czasu wprowadzenia normy spalin Euro 6 (normy zostały omówione szczegółowo w kolejnym rozdziale) było to w zasadzie kwestią mało zauważalną i niemającą znacznego wpływu na codzienną eksploatację. Norma spalin Euro 6 wprowadziła niejako rewolucję.

Normy emisji spalin do niedawna były mierzone i wyznaczane głównie w tzw. optymalnych warunkach pracy, gdy płyn chłodzący miał roboczą temperaturę ok. 80-90 stopni. Nie było to tajemnicą, iż zimny silnika diesla nawet z najbardziej restrykcyjną normą spalin generował większe niż dopuszczalne ilości substancji szkodliwych. Dla poprawy tej sytuacji producenci silników narzucili na producentów autobusów tzw. restrykcje temperaturowe. W skrócie polegało to na tym, iż ciepło generowane przez zewnętrzne urządzenie grzewcze lub sam silnik jest w pierwszej kolejności przeznaczane na ogrzanie małego obiegu płynu (wewnątrz silnika). Miało to na celu jak najszybsze doprowadzenie silnika i układu oczyszczania spalin do pracy w optymalnym zakresie temperaturowym. W ten sposób produkowane jest mniej zanieczyszczeń stałych, pod postacią osadzającej się w kanałach wydechowych sadzy (produktu spalania lub niedopalonych cząstek). Mniej cząstek to także rzadsza konieczność aktywnego (podczas jazdy) lub pasywnego (podczas postoju) dopalania filtra cząstek stałych DPF. Oczywiście do regeneracji filtra cząstek stałych niezbędne jest podwyższenie temperatury spalin (nawet do 800 stopni), co wiąże się z koniecznością zadania wyższej dawki paliwa (z dostępnych 6 wtryskiwaczy lub dodatkowego tylko dla DPF).

Wyższa sprawność nowoczesnych silników diesla oraz zapotrzebowanie na ciepło powoduje, iż powstaje wyraźny deficyt energii konieczniej do ogrzania wnętrza pojazdu. W tym właśnie celu istotną rolę w nowoczesnych pojazdach spełnia piec ogrzewania dodatkowego (np. Webasto, Spheros). W wyniku spalania paliwa, jakim może być np. olej napędowy, olej opałowy lub CNG, dochodzi do ogrzania płynu chłodzącego, przepływającego nad komorą spalania w płaszczu wodnym. Przykładowa moc ogrzewania dodatkowego to dla autobusu przegubowego 35 kW, co stanowi około połowę wartości mocy ogrzewania całego pojazdu. Dzięki zastosowaniu dodatkowego źródła ciepła, możliwe jest szybsze osiągnięcie pożądanych parametrów pracy silnika (mniejsza emisja i mniejsze spalanie), oraz zapewnienie komfortu termicznego we wnętrzu pojazdu. W praktyce oznacza to, iż poniżej temperatury +3 stopnie Celsiusza użycie ogrzewania dodatkowego staje się koniecznym zabiegiem.

Praktycznie zapomnianym elementem kultury technicznej obsługi pojazdów stało się dziś wykorzystanie ogrzewania dodatkowego do wydłużenia żywotności jednostki napędowej. Niska temperatura zewnętrzna powoduje zmniejszenie płynności oleju, co prowadzi do zwiększonego tarcia elementów metalowych. Uruchomienie ogrzewania dodatkowego przed uruchomieniem jednostki napędowej powoduje, iż olej szybciej dociera do wszystkich elementów wymagających smarowania, zmniejszając opory wewnętrzne i spowodowane nimi przyspieszone ścieranie elementów.

To tyle, jeśli chodzi o kwestie techniczne, należy jeszcze krótko wspomnieć, iż również wymagania zarządców transportu/operatorów/przewoźników mają znaczący wpływ na sprawność/wydajność i użytkowanie systemu ogrzewania w pojeździe. Coraz częściej poszczególne komunikacje miejskie w parametrach usług przewozowych mają zapisane wartości progowe dla włączenia/wyłączenia systemu ogrzewania oraz wartości temperatury, jakie powinny panować we wnętrzu pojazdu w zależności od temperatury zewnętrznej.

• Klimatyzacja przedziału pasażerskiego i kabiny kierowcy 

Klimatyzacja przedziału pasażerskiego w pojazdach komunikacji miejskiej jest standardem w Polsce od stosunkowo niedawna. Dla przykładu w Krakowie pierwsze pojazdy z klimatyzacją cało-pojazdową pojawiły się w roku 2008. Od tego czasu ewoluowało podejście pasażerów, zlecających usługę i wykonawców odpowiedzialnych między innymi za regularny serwis.

Budowa oraz eksploatacja z punktu widzenia serwisowego układu klimatyzacji cało-pojazdowej została opisana w artykule „Gra w ciepło zimno”

Na przestrzeni lat eksploatacji – również ze względu na zmieniający się klimat, dokonała się transformacja typu montowanej w pojazdach klimatyzacji. Obecnie pod względem zapotrzebowania na moc, stosowane rozwiązania należą do kategorii śródziemnomorskich. Wymóg tak wysokiej mocy przeznaczonej na chłodzenie wnętrza, skutkuje dużym obciążeniem silnika spalinowego oraz układu zasilania energią elektryczną. Kompresor klimatyzacji ma bowiem bezpośrednie połączenie paskowe z kołem pasowym transmisji mocy z silnika.

 To właśnie okres zimowy oraz letni odpowiadają za szczyty ilości wymian akumulatorów rozruchowych w pojazdach, ze względu na znaczący wzrost zapotrzebowania na energię i pogorszenie bilansu energetycznego (stosunek ilości produkowanej i wykorzystanej energii). Oprócz mechanicznego kompresora klimatyzacji, w budowie opartego na układzie tłokowym do pozostałych elementów niezbędne jest wykorzystanie energii elektrycznej (dmuchawy, silniki, sterowanie). Serce układu klimatyzacji – jakim jest kompresor, odpowiada za odbiór nawet 20% mocy generowanej przez silnik spalinowy. Obciążenie te nie pozostaje bez wpływu na zwiększenie zapotrzebowania na paliwo, które przy średnim spalaniu na poziomie 50 litrów, na obsługę samego systemu klimatyzacji zużywa od 20 % do 60 % spalanego paliwa!

Sprawna i bezpieczna klimatyzacja to czynniki leżące zarówno po stronie producenta pojazdu, który odpowiada za zabudowę i dystrybucję zimnego powietrza w całym pojeździe, jak i serwisu zapewniającego jej bieżące utrzymanie.

Niebagatelne znaczenie ma również zachowanie odbiorców usługi, jakim są pasażerowie. Dziennie z komunikacji miejskiej w Krakowie korzysta około 1 milion osób, a każda z nich ma inne odczucie komfortu termicznego. Należy pamiętać, iż przy dużej wymianie pasażerskiej w cyklu miejskim, mieszanie się powietrza chłodnego wewnątrz i ciepłego z zewnątrz jest bardzo duże. Dodatkowe otwarcie okien w pojeździe powoduje, iż sprawność układu chłodzącego wnętrze pojazdu maleje.

Osoby zarządzające transportem i odpowiedzialne za konfiguracje zamawianych pojazdów często pomijają lub bagatelizują kolejny ważny fakt w systemie klimatyzacji. Jest to klimatyzacja kabiny kierowcy. W wersji zintegrowanej klimatyzacji kabiny kierowcy i przedziału pasażerskiego nie ma możliwości załączenia osobno wymienionych stref. Duże przeszklenie wokół kierowcy powoduje, iż dociera do niego znaczna ilość promieni słonecznych, co w połączeniu ze zintegrowaną klimatyzacją powoduje, iż pomimo maksymalnej wydajności, temperatura w kabinie może wynosić nawet około 40 stopni celciusza! Rozwiązaniem tej sytuacji jest montaż osobnego urządzenia chłodzącego dla kabiny kierowcy, działającego niezależnie, które będzie posiadać zawsze lepszą wydajność i skuteczność dla osoby, która spędza na stanowisku pracy nawet 10 godzin dziennie.

Rozdział III – Restrykcyjne normy spalania

Silnik o zapłonie samoczynnym od daty jego zaprojektowania w 1892 r. i budowy w 1897 r. przez Rudolfa Diesla jest do dziś podstawą pojazdów użytkowych. Najważniejszą jego cechą jest brak zewnętrznego źródła zapłonu, tj. świec zapłonowych w komorze spalania, co wymusza konieczność osiągnięcia wysokiego stopnia sprężania mieszanki w celu jej samozapłonu.

Początek lat 90tych XX wieku w Polsce przyniósł pierwsze pojazdy Jelczańskich zakładów z silnikiem wysokoprężnym o normie spalania Euro 1, która nakładała obowiązek montażu reduktora katalitycznego spalin, czyli popularnego katalizatora.

Od tej pory prosta konstrukcja silnika wysokoprężnego stawała się coraz bardziej złożona, co skutkowało podwyższeniem kosztów zakupu pojazdów, zwiększeniem ich awaryjności, oraz koniecznością intensywnego szkolenia kadr obsługi mechanicznej, a także outsourcingu części czynności serwisowych. Wraz z kolejnymi czujnikami i zaawansowaną elektroniką, autobusy nie mogły już być serwisowane wyłącznie przez mechaników z młotkiem i zestawem kluczy – potrzebni byli fachowcy z wiedzą z zakresu elektroniki czy obsługi komputerów diagnostycznych.

• Ekologiczne normy spalania Euro w stosunku do pojazdów użytkowych w tym autobusów.

Europejskie normy spalania na przestrzeni lat wprowadzały coraz wyższe wymagania dotyczące emisji następujących związków wpływających negatywnie na organizmy żywe i środowisko:

·        Węglowodorów (HC);

·        Tlenków azotu (NOx);

·        Tlenków węgla;

·        Cząstek stałych.

Na przestrzeni lat normy spalania kształtowały się następująco:

·        EURO 0 – wprowadzona u progu lat. 90 tych.

·        EURO 1 – wprowadzona w 1993 r. – nakazywała montowanie katalizatorów spalin oraz wprowadzała pierwszy raz w historii max. wartości PM (cząstek stałych) dla siników o zapłonie samoczynnym.

·        EURO 2 – wprowadzona w 1996 r. – oddzielała silniki o zapłonie samoczynnym od silników o zapłonie iskrowym

Powyższe normy dotyczyły wyłącznie samochodów osobowych i lekkich pojazdów dostawczych, nie dotyczyły one pojazdów ciężkich w tym autobusów.

·        EURO 3 – wprowadzona w 2000 r., jako pierwsza dotyczyła pojazdów w Polsce po wejściu do Unii Europejskiej w 2004 r., oraz po raz pierwszy dotyczyła autobusów.

·        EURO 4 – wprowadzona w 2004 r. Obniża dopuszczalne wartości NOx oraz PM o 50% w stosunku do poprzedniej normy Euro 3. Po raz pierwszy zastosowano 32,5 % roztwór mocznika popularnie zwany Ad Blue, który wtryskiwany na końcowym fragmencie układu wydechowego do filtra oksydacyjnego powoduje łącznie i neutralizację cząstek NOx.

·        EURO 5 – wprowadzona w 2009 r.

·        EURO 6 – wprowadzona w 2014 r. Zastosowanie normy spowodowało konieczność wprowadzenia filtra DPF, znanego z poprzednich norm katalizatora oksydacyjnego, zaworu EGR oraz recyrkulacji spalin (ponowne wykorzystanie spalin w celu podniesienia temperatury spalania i ich ponownego dopalenia).

Zestawienie dopuszczalnych wartości emisji porównując normę Euro 1 i 6 pokazuje, iż emisja tlenków węgla została ograniczona trzykrotnie, węglowodorów niemal dziesięciokrotnie, tlenków azotu szesnastokrotnie, a cząstek stałych – ponad sześćdziesięciokrotnie.

Zastosowanie normy spalin Euro 6 to nie tylko dodatkowy filtr DPF, który zwiększa, jakość filtracji cząstek stałych, które pod wpływem wysokiej temperatury zmieniają się w popiół – to także ograniczenie swobodnego przepływu spalin, zmiana ciśnień, czy restrykcje temperaturowe. Osiem lat intensywnej eksploatacji, wynikające z niej problemy, cenne wskazówki pozwalające uniknąć nie tylko dużych kosztów, lecz dające szanse na utrzymanie tak pożądanej gotowości w sposób zaplanowany, zaowocowały doświadczeniami, które szerzej zostały opisane w jednym z artykułów tej tematyce poświęconych.

Podsumowanie

W dyskursie publicznym, który coraz bardziej polega na wymianie kąśliwych uwag i komunikacji obrazkowej, autobus elektryczny jawi się jako nieefektywny, drogi i w zasadzie pozbawiony jakiegokolwiek sensu – poza marnotrawieniem pieniędzy z dotacji i programów celowych. Przeciwnicy elektromobilności nazywają elektryczne autobusy zabawkami.

Napęd spalinowy z silnikiem wysokoprężnym jest zaś przedstawiany jako technologia sprawdzona, prosta w obsłudze, mało awaryjna i tania.

Dzieje się tak dlatego, że mało kto zdaje sobie sprawę jak wyglądają prawdziwe wyzwania konstrukcyjne i eksploatacyjne przy użytkowaniu autobusów.

Ten sam grzech zaniechania można również przypisać bezkrytycznym piewcom elektromobilności – nie ma co liczyć na to, że same wdrożenie elektryków do floty, magicznie rozwiąże wszystkie problemy. Wyzwania będą i trzeba się doń szykować.

Pamiętajmy więc, że autobus jest narzędziem, przed którym stawiamy określone cele. Właśnie dlatego tak ważnym jest, by w przestrzeni publicznej pojawiła się rzetelna wiedza, z której każdy może skorzystać.

Niniejsza seria artykułów jest właśnie odbiciem ambicji autorów, by każdy miał do takiej wiedzy dostęp.

Dlatego w kolejnej części przyjrzymy się autobusom pod kątem eksploatacyjnym.

Autorzy:

Szymon Bartuś, Rafał Biszcz