Tüzelőanyag fogyasztási rendszer kidolgozása CAN busz nélküli járművekre Gubovits Attila*; Szalay Zsolt Ph.D.** Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Gépjárművek Tanszék, Budapest, H-1111 Magyarország *Tel:+36-1-463-2381; e-mail:
[email protected] **Tel:+36-1-463-3226; e-mail:
[email protected] Absztrakt: A projekt célja a SZÁKOM – Százhalombattai Kommunális Szolgáltató Kft. – tulajdonában levő járműflotta tüzelőanyag fogyasztásának normázása beépített átfolyásmérő, illetve CAN busz adatok alapján. Ezen cikk a régebbi, CAN busz rendszerrel még fel nem szerelt járművek mérési lehetőségeit, illetve az ezekből adódó nehézségeket tartalmazza. 1. BEVEZETÉS A magyar rendszer sajátossága, hogy egy önkormányzati, vagy állami tulajdonban levő vállalat járműparkja a legkülönfélébb korú, illetve állapotú járművekből áll. Az is gyakori, hogy egy idősebb teherautó karbantartásához, alkatrészekkel történő ellátásához másik két-három ugyanolyan típusú autót „pihentetnek” az udvaron műszaki és forgalmi nélkül. A folyamatos meghibásodások mellett további jelentős költséggel bír ezeknek a járműveknek a mindennapi fenntartása, ahol is a tüzelőanyag fogyasztás a legszámottevőbb. 2. TÜZELŐANYAG FOGYASZTÁS MÉRÉSÉNEK LEHETŐSÉGEI Újabb, CAN busszal felszerelt járművek esetén a jármű ECUjába gyárilag beprogramozott tüzelőanyag befecskendezési jellegmező határozza meg a különböző állapotokhoz (terhelés, fordulatszám, motor hőmérséklet stb.) és környezeti viszonyokhoz (hőmérséklet, nyomás, stb.) tartozó befecskendezési idő kezdetét, a folyamat hosszát és a befecskendezett mennyiséget. Természetesen itt sem lehet minden egyes tényezőt figyelembe venni, a különböző veszteségek meghatározására közelítő értékeket használnak. 2.1. Hagyományos mérési módszerek Hagyományos (régebbi) rendszereknél, ahol még nincs vezérlőegység, ami ezeket a folyamatokat irányítaná, más megoldást kell keresni a fogyasztás mérésére. A tüzelőanyag tartálynak bármilyen úszóval, illetve radaros elven működő mérése nem vezet pontos eredményre. A tüzelőanyag szintjét sok minden befolyásolhatja. Függ a jármű elhelyezkedésétől (dőlési szögétől), a hőmérsékletkülönbségtől (mérés megkezdése, illetve a befejezése közötti hőmérsékletkülönbsége a tüzelőanyagnak). További gondot jelent, hogy nem alkalmas a menet közben történő adatrögzítésre. Ekkor ugyanis a folyadék folytonos mozgásban van, így annak a szintje folyamatosan változik.
Figyelembe kell venni azt is, hogy a tartályban a folyadék szintjét a tüzelőanyag szivattyún kiáramló és a visszafolyó ágban visszaérkező üzemanyag egyaránt változtatja, ami egy minimális időkülönbséggel ugyan, de nincs szinkronban egymáshoz képest. 2.2. Turbinalapátos mérőeszközök A piacon számos olyan berendezés kapható, mely a jármű mozgása közben rögzíti a fogyasztási adatokat. Működésükben és a beszerelés módjukban közel megegyeznek, a legfontosabb paramétereik itt is a pontossággal, a viszkozitással és a mérési határokkal kapcsolatosak. Egyik típusuk a tárcsás (turbinalapátos) mérőegység, melyben az átfolyó tüzelőanyag egy turbinakereket forgat meg. Egy fordulatmérővel rögzíti a megtett fordulatok számát, ami egy bizonyos számot elérve impulzusjelet küld a tároló/kiértékelő egységnek. Minden fordulatszámhoz egy közelítő átfolyt mennyiség tartozik, így a térfogatáram adott. A mérés pontosságát az egység pontosságán és megbízhatóságán kívül az átfolyó tüzelőanyag viszkozitása és a sebessége határozza meg a résveszteségeknek köszönhetően. Vagyis kisebb elfogyasztott mennyiség esetén a mérés pontatlanabb. 2.3. Indukciós elven működő mérőeszközök Másik mérési lehetőség az indukciós elven működő átfolyásmérés. Ez az eljárás a hagyományos vízmérők leváltása miatt vált népszerűvé. Előnye, hogy elhanyagolható a nyomásesés a hagyományos mechanikus berendezésekkel szemben, nem tartalmaz mozgó berendezést és nem szükséges szűrőt beépíteni elé. Az átfolyás-mérő szenzor az indukciós módszer alapján működik: a mérőcső egy mágneses mezőben található. Ha egy elektromosan vezető anyag áramlik a mérőcsőben, akkor ez derékszögű a mágneses mezőhöz viszonyítva, és emiatt az áramló anyag feszültséget indukál, ami arányosságban van az áramlási sebességgel. A mérés pontosságát leginkább a folyadék vezetőlépessége (S/cm) befolyásolja.
3. JÁRMŰÁLLOMÁNY A SZÁKOM, a vállalat jellegéből adódóan, a közterület rendben tarásához szükséges munkagépeket és ehhez csatolt szerszámokat használ a hulladék tömörítésére, elszállítására; utcaseprésre; locsolásra; talajegyengetésre; rakodásra és a beérkezett szerves hulladék aprítására. A Gépjárművek Tanszék a SZÁKOM megbízásából hat, CAN busszal fel nem szerelt járművet látott el egy külső céget megbízva turbinalapátos átfolyásmérővel.
érkezik. Ennek megfelelően a tartályból elfogyasztott mennyiséggel számol közvetett módon. A berendezés beépítési módját maga a jármű határozza meg. Amennyiben hozzá lehet férni a szűrő és az adagoló közötti szakaszhoz, akkor ezt a megoldást kell választani, és az ehhez tartozó csöveket megbontani. A gázolajszűrő elé építve kiegészítő szűrőről kell gondoskodni, mely biztosítja az átfolyásmérő védelmét a szennyezett tüzelőanyaggal szemben. A készülék 3D-s rajza, illetve maga a készülék a 2. ábrán látható.
2. ábra DPT 77 dízel átfolyásmérő Az átfolyásmérő a többi térfogatáramú méréshez hasonlóan a folyadék által meghajtott turbinalapát fordulatait méri, vagyis az időegység alatt kiküldött impulzusok számát. A megtett fordulatot vagy optikai, vagy indukciós elven működő egység érzékeli, és az egy fordulathoz tartozó térfogatáram (ml/fordulat) alapján számolja a fogyasztást. A következő ábra (3. ábra) mutatja a műszer főbb paramétereit. A fő korlátozó tényező a maximális térfogatáram, valamint a mérendő folyadék viszkozitása. A maximális, a névleges és a minimális térfogatáramok mérőedények segítségével lettek meghatározva. 1. ábra Átfolyásmérővel felszerelt járművek (Kamaz Unitech; Liaz 110.083; Sisu SK 192; Hanomag kompaktor; Willibald MZA 2400 mobil shredder; Landini Landpower 135) 4. A SZÁKOM JÁRMŰVEIBE SZERELT BERENDEZÉSEK A fogyasztás meghatározásához a bejárt útvonalat kiegészítve olyan átfolyásmérő berendezéseket kellett beépíteni, melyek megfelelnek a jelen járműpark adta követelményeknek. A munkavégzéseknek megfelelően lettek a különböző üzemekhez tartozó normák is meghatározva. A beépítésre került eszközök a következőek: 4.1. DPT 77 dízel átfolyásmérő Cél a haszonjárművekre egy olyan fogyasztási norma meghatározása, mellyel napi szinten nyomon követhető az alul-, illetve a túlfogyasztás mértéke. Mivel a vállalat munkagépei a legkülönbözőbb fajtákba tartoznak, ennek megfelelően mindegyiküknél speciális feladatot jelentett az átfolyásmérő elhelyezése. A DPT 77 a tüzelőanyagtápszivattyútól szállított gázolaj mennyiségét méri a befecskendezőktől érkező visszafolyó ág mennyiségével csökkentve, mely közvetlenül a tüzelőanyag tartályba
3. ábra DPT 77 főbb jellemzői A mérési pontatlanságot hasonlóan az előzőekhez mérőedények segítségével állapítják meg 25±5oC-ra vonatkoztatva a „hollanditól a hollandiig”. Egy adott
járművön a mérési pontatlanság a tüzelőanyag-ellátó rendszer állapotától és a gyártó beszereléssel kapcsolatos javaslatától függ. Az 1000 ml-re eső impulzusok számát közvetlenül a DPT egység indikálja, és küldi a vevő-tároló készülékbe. Bár a mérés során a hőmérséklet mindig fagypont felett volt, az alá süllyedve a gázolaj tulajdonságai határozzák meg a mérés hitelességét.
rendszer (5. ábra). Beszerelés szempontjából ugyancsak fontos, hogy a V-elrendezés miatt a soros adagolót a motor közepén az öntvényház felett helyezték el, és onnan indulnak mind a két hengersorhoz a nagynyomású ágak. Az átfolyásmérő beszereléséhez pedig egy tápoldali, illetve egy visszafolyó ágat kell megbontani, ami ebben az esetben a rossz hozzáférés miatt viszontagságos lenne.
Az egységhez egy három-eres kábel van csatlakoztatva, melyből a fehér vezeték az impulzus kimenetet adja. A kimenetként szolgáló jel a következő ábrán (4. ábra) látható.
5. ábra Kamaz előkészítése az átfolyásmérő beszerelésére
4. ábra DPT 77 átfolyásmérő kimenetén megjelenő impulzusjel A rendszer alapból egy 0,7 V-os feszültségjelet bocsájt ki, mely a test, illetve a fáziszárlat észlelése miatt fontos. Amikor a számláló tárcsa megtett egy fordulatot, akkor a kivezérelt feszültség jel 0,135 másodpercig felugrik az akkumulátor feszültségének a szintjére, majd pedig minden egyes impulzusnál megismétlődik újra és újra. A legkisebb és a maximális mérhető fordulatszám, vagyis az impulzusidő (periódusidő) 0,270 – 5,4 másodperc közötti tartományban van. Első körben a Kamaz Unitech 53212 – Uniporm 18 típusú jármű lett átfolyásmérővel felszerelve, mely 10850 cm3-es V8-as erőforrással rendelkezik, és a tüzelőanyag-ellátásáról egy integrált, soros adagoló gondoskodik külön a két hengersorhoz. A gázolaj a tartályból egy szűrőn keresztül jut el az adagoló mechanikusan hajtott pumpájához, majd onnan a befecskendezőkhöz tartozó hengerenkénti adagoló munkahengerébe. Ezeknél a konstrukcióknál a porlasztó szelepet hidromechanikus elven nyitja a megfelelő olajnyomás, a résolaj visszavezetése pedig közvetlenül a gázolajtartályba történik egy közös csövön keresztül. Mivel az adagoló által továbbított gázolajmennyiség a résolaj miatt nem felel meg egy az egyben a hengerbe juttatott/elfogyasztott mennyiségnek, így az átfolyás-mérők által mért mennyiséget ennek a különbségével kell kompenzálni. Ennek megfelelően két mérőkamra lett a DPT 77 műszerbe integrálva, egy az odafolyó ágnak, egy pedig a visszavezetésnek. A következő ábrák a Kamaz átfolyásmérővel történő felszerelését mutatják. A fülke megdöntése után lehet hozzáférni a V-elrendezésű nyolchengeres erőforráshoz, illetve annak tüzelőanyag ellátó rendszeréhez. Jól láthatóak az injektorokhoz vezető, vastag falú csövek, illetve az injektorok tetejét összekötő, műanyag résolaj-visszavezető
Ennek megfelelően a szűrő volt az a pont, ahol az odavezető ágba sorosan kapcsolva lehetett a berendezést felszerelni. A felszereléshez a készülék felfogató fülein található furatoknak megfelelően a jármű létravázára a tank felé két furat lett elhelyezve. A felszerelt átfolyás-mérőt és a szűrőhöz történő kapcsolódást mutatja a 6. és a 7. ábra. Az átfolyásmérő bekötésén látható, hogy a jobb oldali ága a tankból érkező mennyiségmérő, míg a bal oldali a visszafolyási mennyiséget számolja. A tankból érkező gázolaj a szűrőn keresztül jut be a mérőrendszer jobb oldali kamrájának aljára, majd a tetején hagyja el azt a szűrő korábbi csatlakozásán keresztül. A visszafolyó ágnál a bemeneti rész közvetlenül a közös résolaj-gyűjtőből a tankba bevezetett csőszakaszhoz van csatlakoztatva, így a gravitációs elvek követve a kisebb olajmennyiség is képes a mérőrendszert megfelelően működtetni. A kivezetésére alulra pedig a tankba befolyó szakasz kapcsolódik.
6. ábra Létravázra felszerelt DPT 77 átfolyásmérő
A berendezés tápellátásáról a kamion saját áramellátása gondoskodik, közvetlenül az akkumulátorra, illetve az áramtalanító után bekötve. A berendezés a mért értékeket impulzusok formájában továbbítja a központi egysége felé, mely a GPS rendszerrel összekapcsolva képes adatcsomagok formájában azokat a központi szerver felé továbbítani. A rendszer minden egyes gyújtáskapcsolást, illetve gyújtáselvételt regisztrál, és ez alapján figyeli az átfolyás-mérőből érkező impulzusokat.
részének tetejére. A beszerelt központi egységet, illetve az antennát mutatja a 8. és a 9. ábra.
9. ábra KT 200 antenna egysége a műszerfal felé kivezetve 5. 7. ábra Kamaz gázolajszűrőbe bekötött odavezető ág
A Sisu SK192 típusú jármű átfolyásmérő által jelzett fogyasztási értékeit mutatja a következő ábra. Időpontok (h)
4.2. KT 200 integrált rádiós helymeghatározó egység
Megtett út (km)
Idő (h)
Sebesség (km/h)
Üzemanyag
Menetidő Állásidő Átlag Maximum
Fogyás (L)
Helyszín Érkezés Indulás
A helymeghatározó rendszer segítségével bizonyos szintű flottairányítási rendszer valósítható meg. Az egység tartalmazza a fogyasztott adatok fogadására és továbbküldésére szolgáló egységet, valamint bármilyen analóg és digitális jelet képes fogadni és adatcsomagba rendezni, mely egy esemény leírására szolgál. A készülék beszerelésekor fontos szempont, hogy annak bizonyos mértékig környezettől védett helyen kell lennie, így azt a portól és egyéb szennyező anyagoktól, valamint a víztől elzárva kell tartani.
MÉRT ÉRTÉKEK
Görgetett
Útszakasz
Pest megye, Százhalombatta, Hága László utca 4.
-
02:00
21338.8
-
-
-
-
-
0
Pest megye, Százhalombatta, Szabadság utca 50.
10:05
10:12
21344
5.2
08:04
00:07
0
35
15
Pest megye, Százhalombatta, Szent László út 8-32.
11:03
11:09
21348.2
4.2
00:51
00:05
4
38
5
Pest megye, Százhalombatta, Vörösmarty Mihály utca 46.
11:56
12:01
21352.8
4.6
00:46
00:04
5
43
10
Pest megye, Százhalombatta, Földút vagy egyéb út
13:48
13:51
21361.4
8.6
01:47
00:02
4
44
15
Pest megye, Százhalombatta, Hága László utca 4.
14:07
-
21366.5
5.1
00:15
-
19
54
0
Napi összegzés:
-
-
-
27.7
11:46
00:20
2
54
45
Napi átlagfogyasztás (L/100km):
162.455
10. ábra Sisu SK192 típusú hulladékgyűjtő jármű 2010.07.06-i fogyasztási adatai 8. ábra Műszerfal mögé beépített KT 200 integrált helymeghatározó egység További szempont, hogy a GPS számára egy megfelelő antennát kell kivezetni és azt szintén védett helyen elhelyezni, ugyanakkor gondoskodni kell ennek az egységnek az árnyékolatlanságáról is, vagyis minél kevesebb fémes test vegye körbe. Így került ez az egység a vezetőfülke műszeregysége, illetve biztosítéktartó konzolja mögé, az antenna pedig a szélvédő alatt felvezetve a műszerfal középső
A Gépjárművek Tanszéken több, mint három hónapnyi fogyasztási adatot dolgoztunk fel a hat járműre vonatkozóan, ahol a mért értékek több ellentmondásba is ütköztek. A járműveket külön-külön is figyelemmel kísértük egy napjukon, hogy az átfolyásmérő által kapott adatokat különböző üzemekhez is köthessük, mint például az alapjárati, az emelt alapjárati, a lassú haladás, vagy épp a normál sebességgel történő haladás, munkavégzés.
6.
FELMERÜLŐ PROBLÉMÁK
6.1. Áramlekapcsolás esetén Sajnos a felszerelt átfolyásmérő nem hozta a kívánt eredményt. Leggyakoribb probléma, hogy a jármű áramtalanítása után a műszer tápegysége csak kevés ideig képes energiával ellátni azt. Így később, amikor az áramot újra rákapcsolják, több percbe is telik neki, amíg a greenwichi középidőhöz képest GPS jelek alapján a saját óráját is be tudja állítani. Az így kiesett időt hajnali kettő órától számítva nézi, vagyis ez és a tényleges idő közötti szakasz többlet hibaként jelentkezik a számítás során, ami az átlagfogyasztást megnöveli. Az áramtalanítás az ilyen típusú járműveknél gyakran követelmény, így ez a probléma még orvoslásra vár. 6.2. Esetleges külső zavarok esetén Gyakran mutatott a rendszer nulla fogyasztási értéket hosszabb útszakasz esetén is. Az átfolyásmérőt beszerelő cég ezt az esetleges külső anomáliákkal magyarázta, finoman utalva arra, hogy meghiúsították a mérést. Elektromos berendezésről lévén szó, egy erősebb mágnessel könnyen befolyásolható az eszköz, hamis értékeket továbbítva a tároló és feldolgozó egységnek. Az esetleges mérési hibák, illetve az emberi tevékenységek megkülönböztetésére a cég olyan megoldásokkal próbálkozott, melyek nem igényeltek újabb szerelést, és a központban is végre lehet hajtani azokat. Mivel ezek a járművek a teljes műszakuk alatt sokat tartózkodnak egy helyben, így a GPS koordináták nyomon követése járó motor mellett nem vezet megoldásra. Lehetőségként kínálkozott a hálózati feszültség figyelése. Járó motor mellett a generátor töltése megnöveli a tápfeszültség értékét. Régi járművek korszerűtlen és hibásan működő áramfejlesztői azonban nem tudtak akkora többlet feszültséget létrehozni, melyet a vevő és adatfeldolgozó egység egyértelműen járó motornak vélt volna. Újabb lehetőség lett volna az alapból beépített gyorsulás-érzékelő rezgő létraváz okozta jeleinek vizsgálata, de a beszerelést végző cég ezzel sem tudott mit kezdeni. 6.3. Felhasználhatóság terén A rendszer kifejlesztésénél a külső cég a hosszabb távú fuvarozásnál felmerülő fogyasztásmérés lehetőségét tartotta szem előtt, és ennek megfelelően állította össze az átfolyásmérőket és műholdas navigációs rendszereket tartalmazó eszközkészletét. A mérés sajátossága, hogy ritkább időközzel képes az adatcsomagok küldésére, melyek így nagyobb átfolyt üzemanyag-mennyiséget tartalmaznak. Egy nemzetközi fuvarnál, ahol főleg a teljes elfogyasztott mennyiség számít, nem pedig órákra, esetleg percekre lebontva, ott ennek nincs jelentősége. Egy munkagép esetében azonban, ami akár minden percben más-más feladatot végez, vagy egy konténeres, esetleg tömörítővel ellátott hulladékszállító jármű esetében, ahol a jármű csak métereket halad egyszerre, és jelentősebb az álló helyzetben történő munkavégzés, fontos a különböző
munkaszakaszokhoz tartozó átfolyt mennyiség vizsgálata. További gondot jelent, hogy a tároló/kiértékelő eszköz az átfolyásmérőtől érkező impulzusjeleket összegezve és azokat térfogatáramra átszámolva 5 literes egységenként tárolja és küldi az elfogyasztott mennyiséget a központba. Vagyis minden ötödik liternél kapcsol át egy bitet az adatsorban. Így ha a jármű fogyasztása a műszak végén még éppen nem érte el az utolsó ötödik litert, az a következő munkanap elején adódik hozzá az aznapi teljes elfogyasztott mennyiséghez. Vagyis közel öt literes eltérés lesz mind a két napon pozitív és negatív irányban egyaránt. Ez pedig napi 40-50 literes fogyasztás mellett 10%-os hibát is eredményezhet. 7.
JAVASLATTÉTEL ÉS FOLYTATÁS
A projekt létrejöttét kiváltó okok között a járművezetők és a gépkezelők „átlagos” munkavégzésének monitorozása mellett egyéb olyan okok is szerepet játszottak, melyek a tüzelőanyag fogyásra befolyással voltak. A SZÁKOM az esetleges mellétankolások kivédésére saját, kamerával megfigyelt és tankolásokként digitális adatrögzítésre alkalmas töltőberendezést vásárolt. Azonban a nagyobb munkagépekhez külön kell a gázolajat hordókban odaszállítani. Az oda vezető út általában „göröngyös”, és a homlokrakodóról, vagy a platóról leesett marmonkannák mind-mind növelik a vállalat teljes tüzelőanyag felhasználását. Kapható a piacon olyan berendezés, mely a tankolást csak akkor engedélyezi, ha a töltő pisztoly és a nyílás pontosan illeszkednek, és emellett még saját átfolyásmérővel ellátott regisztrációs eszközt is tartalmaz. Ezzel, és a betöltők plombázásának alapos felügyeletével létrejöhet a bizalmi elven történő fogyasztási elszámolás, amikor már ténylegesen is csak a gép kezelése befolyásolja mindazt. Az, hogy a SZÁKOM-nak megéri-e egy ilyen állapotú és korú gépparkba ekkora összeget beruházni, az a gépek jövőbeli kihasználtságán fog múlni. A Gépjárművek Tanszék a hagyományos rendszerrel ellátott hat jármű normázása után a CAN busszal rendelkező teherautókat fogja bemérni GPS koordináták és az adatbuszról érkező fogyasztási adatok alapján.
