Зниження витрати палива та шкідливих викидів рухомим складом автомобільного транспорту раціональним вибором експлуатаційних факторів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти України

Український транспортний університет

УДК 621.434-629.113

ЗНИЖЕННЯ ВИТРАТИ ПАЛИВА ТА ШКІДЛИВИХ ВИКИДІВ

РУХОМИМ СКЛАДОМ АВТОМОБІЛЬНОГО ТРАНСПОРТУ РАЦІОНАЛЬНИМ ВИБОРОМ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ФАКТОРІВ

Спеціальність 05.22.10 - “Експлуатація автомобільного транспорту”

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Міхно Марина Василівна

Київ - 1998

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Розвиток сучасного суспільства неможливий без розвитку автомобілізації. Автомобільний транспорт грає виключно важливу роль в народному господарстві нашої країни і його прогрес в значній мірі визначає успіхи всіх інших галузей.

Ріст урбанізації і збільшення парку транспортних засобів з двигунами внутрішнього згорання (ДВЗ) породжують небезпеку значного забруднення повітряного басейну, в першу чергу густонаселених районів.

В нашій країні проблема охорони навколишнього середовища має загальнодержавне значення. Найбільш необхідні принципи відношення до природи виразила Конституція України.

В містах, де концентрація транспортних засобів максимальна, транспорт, як правило, є одним із основних джерел забруднення.

Таким чином, зменшення шкідливих викидів рухомим складом автомобільного транспорту є актуальною народногосподарською і соціальною проблемою. Зниження шкідливих викидів, як правило, супроводжується економією палива, що важливо, при обмеженому запасі палива в Україні.

Кількість шкідливих викидів автомобілями в експлуатаційних умовах залежить від багатьох експлуатаційних факторів. Раціональний вибір цих факторів є одним із напрямків зниження витрати палива і шкідливих викидів рухомим складом автомобільного транспорту.

Зв'язок роботи з науковими програмами. Дослідження, які виконані в дисертації, спрямовані на вирішення однієї із задач Державної науково-технічної програми “Економія пального та раціональне використання пально-мастильних матеріалів” (наказ №42 ДКНТ України від 13.10.92 р.), зокрема “Розробити концепцію розвитку автомобільного транспорту України на базі дизелізації, зменшення питомих витрат палива і забруднення оточуючого середовища”. Робота також виконувалась згідно плану наукових робіт кафедри “Технічна експлуатація автомобілів” Автодорожнього інституту Донецького державного технічного університету.

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є зниження витрати палива і шкідливих викидів рухомим складом автомобільного транспорту в експлуатаційних умовах шляхом раціонального вибору експлуатаційних факторів.

Задачами дослідження виступають:

розробка математичної моделі руху одиночного автомобіля в різних режимах;

розробка методики і математичної моделі визначення витрати палива і шкідливих викидів потоком автомобілів;

проведення експериментальних досліджень з визначення характеристик потока автомобілів і забрудненню придорожнього середовища;

перевірка можливості застосування математичної моделі для розрахунку витрати палива і викидів шкідливих речовин потоком автомобілів;

визначення оптимальних (доцільних) значень експлуатаційних факторів та розробка рекомендацій по їх використанню .

Наукова новизна отриманих результатів. Наукову новизну роботи складають:

Методика розрахунку паливної економічності і екологічних показників рухомого складу, який складає транспортний потік, що рухається по міській вулиці.

Комплексні дослідження впливу основних експлуатаційних факторів на паливну економічність і токсичність рухомого складу в експлуатаційних умовах.

Дослідження впливу параметрів і складу транспортного потоку на паливну економічність і токсичність рухомого складу, який рухається в транспортному потоці.

Дослідження впливу виду палива, яке використовується рухомим складом, на економічні і токсичні показники транспортного потоку.

Практичне значення отриманих результатів. Практичну цінність роботи складають:

Математична модель, алгоритм і програма для розрахунку на ЕОМ паливної економічності і екологічних показників потоку автотранспорту з врахуванням неусталених режимів роботи двигунів автомобілів.

Кількісні залежності щодо впливу швидкості руху потоку автомобілів в різних експлуатаційних умовах, застосовуваного водіями методу водіння, складу транспортного потоку за типом двигуна і призначенням, використання різних видів палива автомобілями, які складають потік, параметрів транспортного потоку на витрату палива і кількість шкідливих викидів рухомим складом.

Особистий внесок здобувача. Особисто здобувачем виконані:

розроблена методика і математична модель визначення витрати палива і шкідливих викидів рухомим складом, який рухається в транспортному потоці;

проведені експериментальні дослідження по визначенню характеристик потоку автомобілів і забруднення придорожнього середовища і показана можливість використання розробленої математичної моделі;

проведені розрахунки ефективності впровадження різних заходів по зниженню шкідливих викидів і витрати палива рухомим складом автомобільного транспорту;

розроблені рекомендації по зниженню забруднення навколишнього середовища автомобільним транспортом шляхом раціонального вибору експлуатаційних факторів.

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень доповідались на конференціях професорсько-викладацького складу УТУ (1997, 1998), на міжнародних науково-технічних конференціях “Проблеми транспорту та шляхи їх вирішення” (1997 р.) і “Удосконалення конструктивних та експлуатаційних показників автомобілів і дорожніх машин” (1998 р.) в м. Києві.

Публікації. Матеріали дисертаційної роботи опубліковані в дев'яти публікаціях: в трьох статтях в наукових журналах, в двох збірниках наукових праць, в двох матеріалах міжнародних конференцій, дві статті депоновані в ДНТБ України.

Структура дисертації. Дисертація складається з вступу, 4 розділів, висновків, списку використаних джерел, який налічує 99 найменувань, і додатків. Повний об'єм дисертації становить 195 сторінок, з них 123 сторінки основного тексту, 41 рисунок на 31сторінці, 13 таблиць на 8 сторінках і 11 додатків на 33 сторінках.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обгрунтовується актуальність теми, формулюються мета і задачі досліджень.

Перший розділ присвячений огляду і аналізу проведених досліджень щодо зниження витрати палива та шкідливих викидів рухомим складом автомобільного транспорту.

Розглянуто питання про роль автомобільного транспорту, як штучного джерела забруднення міст і населених пунктів. Проведено аналіз існуючих їздових циклів з метою обгрунтування і переходу до циклу руху автомобіля в досліджуваній системі.

Описані і проаналізовані існуючі методи, відомі в нашій країні і за кордоном, визначення шкідливих викидів, як одиночними автомобілями, так і автомобілями, які рухаються в транспортному потоці по міських вулицях. Проаналізовані шляхи зниження шкідливого впливу автомобільного транспорту на навколишнє середовище.

Обгрунтована необхідність комплексного підходу до питання зниження витрати палива і шкідливих викидів рухомим складом автомобільного транспорту.

Другий розділ присвячується розробці методики визначення шкідливих викидів автомобілями в транспортному потоці в залежності від експлуатаційних умов і з врахуванням режимів роботи двигунів одиночних автомобілів.

На першому етапі були визначені показники одиночних автомобілів при русі за вказаним їздовим циклом. Як базові були прийняті автомобілі ГАЗ-24, ЗІЛ-130, МАЗ-500, ГАЗ-53-12. З використанням проведених в УТУ експериментальних досліджень були визначені показники цих автомобілів в різних режимах циклу (очікуванні дозволяючого сигналу світлофора, розганяння, усталеного руху, сповільнення).

Наприклад, показники розганяння (шлях розганяння (S_р), час розганяння (t_р), витрата палива (g_п) і масові викиди на одиницю шляху оксиду вуглецю (g_CO), оксидів азоту (g_NOх), вуглеводнів (g_CH)) для кожного типу автомобілів визначені у вигляді поліноміальних залежностей другої степені від параметрів керування двигунами і автомобілями в процесі розганяння (частоти обертання вала в момент перемикання передач (n_дкi); величини відкриття дросельних заслінок (_др) (важеля паливоподачі для дизелів ) і кінцевої швидкості розганяння (V_P).

B=A₀+A₁V_P+A_2др+A₃n_дкi+A₁₁V_P²+A_22др² +A₃₃n_дкi²+A₁₂V_Pдр+

+ A₁₃V_P n_дкi+A_23др n_{дкi .} (1)

На другому етапі розраховувались витрата палива і шкідливі викиди потоком автомобілів. Методика базується на розрахунку шкідливих викидів і витрати палива одиночного автомобіля з врахуванням рівня організації дорожнього руху на перехресті. Приведення автомобілів в потоці до базових автомобілів здійснюється через коефіцієнти приведення, значення яких визначались, виходячи із існуючих нормативних документів, які встановлюють допустимі величини викидів шкідливих речовин автомобілями різних категорій.

Годинний викид i-ї шкідливої речовини і витрата палива автомобілями k-го типу при русі по вказаній ділянці міської вулиці (рис. 1) визначаються за виразами:

; (2)

,

де M_{i kхх}, M_пkхх- викид i-ї шкідливої речовини і витрата палива автомобілями k-го типу в процесі зупинки у світлофора при роботі їх двигунів в режимі холостого ходу;

M_{i kр}, M_пkр - викид i-ї шкідливої речовини і витрата палива автомобілями k-го типу в процесі розганяння;

M_{i kу}, M_пkу - викид i-ї шкідливої речовини і витрата палива автомобілями k-го типу в процесі усталеного руху автомобілями, які зупинились біля перехрестя;

M_{i kа}, M_пkа - викид i-ї шкідливої речовини і витрата палива автомобілями k-го типу в процесі сповільнення;

M^/_{i kу}, M^/_пkу - викид i-ї шкідливої речовини і витрата палива автомобілями, які проїхали перехрестя без зупинки.

Для прикладу розглянемо визначення витрати палива і викидів шкідливих речовин автомобілями, які зупинились біля перехрестя. Частка автомобілів, які затрималися біля перехрестя _j визначається за одною із відомих в теорії транспортних потоків формулою:

, (3)

де _J - ефективна частка j-ї фази в циклі регулювання;

y_iJ - фазовий коефіцієнт j-ї фази регулювання.

Фазовий коефіцієнт для розрахункового напрямку руху на перехресті в даній фазі регулювання визначається за залежністю:

, (4)

де N_iJ, M_HiJ - відповідно інтенсивність руху і потік насичення в розрахунковому напрямку даної фази регулювання, од/год.

Ефективна частка j-ї фази в циклі регулювання визначається за залежністю:

, (5)

де t_ефj - ефективна тривалість зеленої фази з врахуванням стартових втрат, с;

T_ц - тривалість циклу світлофорного регулювання, с.

Тривалість циклу T_ц визначається заміром режиму регулювання. Потік насичення M_HiJ визначається в залежності від умов руху. Інтенсивність руху N_iJ визначаються експериментально.

Годинний викид i-ї шкідливої речовини і витрата палива автомобілями k-го типу в процесі зупинки біля світлофора при роботі їх двигунів в режимі холостого ходу розраховується за залежностями:

, (6)

, (7)

де G_{i kхх} і G_пkхх - годинний викид i-ї шкідливої речовини і витрата палива автомобілями k-го типу при роботі двигуна в режимі холостого ходу;

t- середній час зупинки автомобіля k-го типу біля світлофора, с;

a_m - коефіцієнт приведення автомобілів даної моделі до базового автомобіля k-го типу;

b_m - частка автомобілів даної моделі у складі автомобілів k-го типу;

K_k- частка автомобілів к-го типу в потоці.

Годинний викид i-ї шкідливої речовини G_{i kхх} і витрата палива G_пkхх двигунами автомобілів k-го типу визначається експериментально.

Середній час зупинки автомобіля t

, (8)

де t_{P _} - середній час затримки автомобіля, с.

Середній час затримки автомобіля, відносно усіх автомобілів, які рухаються в даному напрямку визначаємо за формулою Ф. Вебстера:

t_P= + - 0,65 (T_ц / , (9)

де Х - степінь насичення при наближенні до перехрестя

Т_цt_ефj), (10)

де t _ефj - тривалість ефективної фази світлофорного регулювання, с.

Після зупинки біля перехрестя автомобілі розганяються. Тому були розраховані шлях розганяння, витрата палива і шкідливі викиди на одиницю шляху розганяння з використанням математичних моделей розганяння одиночних автомобілів, в яких враховуються особливості роботи двигуна автомобіля в неусталених режимах, вхідні параметри керування двигуном, дорожні умови і інші експлуатаційні фактори.

Викиди i-ї шкідливої речовини і витрата палива в процесі розганяння автомобілями k-го типу, які зупинились біля перехрестя, розраховуються за залежностями:

, (11)

, (12)

де g_i - середні викиди i-ї шкідливої речовини в процесі розганяння, г/км;

g_п - витрата палива автомобілями k-го типу в процесі розганяння, г/км.

Були розроблені методи розрахунку витрати палива і викидів шкідливих речовин автомобілями, які проїзджають перехрестя без зупинки зі зниженням швидкості (M^/_{i kу}, M^/_пkу ), а також при русі автомобілів в інших фазах руху циклу.

Викиди шкідливих речовин і витрата палива автомобілями, які виїжджають із другорядної на головну дорогу на нерегульованих перехрестях складаються із шкідливих викидів і витрати палива при роботі двигуна в режимі холостого ходу під час затримки автомобіля, викидів і витрати палива в процесах розганяння і усталеного руху.

Сумарні викиди шкідливих речовин і витрата палива автомобілями, які виїжджають на головну дорогу:

, (13)

.

Сумарні викиди шкідливих речовин і витрата палива автомобілями k-го типу на ділянці міської вулиці, до якої підходять другорядні дороги, рівні:

, (14)

.

Для практичного застосування методики розрахунку витрати палива і шкідливих викидів потоком автомобілів була складена програма на ЕОМ.

Перевірка можливості використання розробленої моделі для розрахунку витрати палива і шкідливих викидів потоком автомобілів визначалась слідуючим чином. Спочатку з використанням раніше проведених досліджень, визначалась концентрація шкідливих речовин за залежностями:

для точкового джерела на рівні землі за залежністю:

, (15)

де Q - потужність джерела викидів, тобто маса забруднювача, яка викидається за одиницю часу, г/с;

u - швидкість вітру, м/с;

_y, _z - стандартні відхилення в напрямку осей y, z, м;

- для безперервного лінійного джерела за залежністю:

, (16)

де g - потужність джерела на одиницю довжини, г/(см);

x, y, z - відстань від джерела викиду в напрямку відповідних осей, м.

Для зручності визначення величин _y і _z , використовуючи дані робіт К. Тернера, були складені поліноміальні моделі другого порядку для розрахунку величин _y і _z у функції від відстані до джерела викидів X і класу стійкості КС. Кожний клас стійкості (від А до F ) характеризує свій перелік атмосферних умов. Отримані моделі мають вигляд:

_у=17,885 + 0,224Х - 11КС - 0,73910⁵Х² + 1,551КС² - 0,0328ХКС (17)

_Z=7,446 + 0,1586Х - 6,357КС + 0,78610^-4Х² + 1,196КС² - 0,035ХКС (18)

В наведених виразах клас стійкості A відповідає КС=1; B - КС=2; C - КС=3; D - КС=4; E - КС=5. Клас стійкості F ( найбільш стійкий) не розглядається.

Таким чином, ділянку міської вулиці з інтенсивним рухом транспорту можна розглядати як безперервне лінійне джерело викиду шкідливих речовин. Зону перехрестя можна оцінювати як точкове джерело викиду або як лінійне джерело обмеженої довжини.

Для практичного застосування була складена програма і алгоритм розрахунку на ЕОМ концентрації шкідливих речовин в атмосфері, які викидаються транспортним потоком на ділянці міської вулиці.

Третій розділ розкриває задачі, програму і методи експериментальних досліджень. Під час експериментальних досліджень розв'язувались такі питання:

Підготовка даних про клімат міста і мікроклімат окремих районів, аналізу забруднення повітряного басейну в зв'язку з метеорологічними характеристиками, в метеорологічних умовах і синоптичних ситуаціях, при яких спостерігаються максимальні концентрації забруднюючих речовин, їх частота і тривалість;

Визначення основних характеристик реального транспортного потоку (інтенсивності руху, складу, довжини перегонів, швидкості руху, параметрів автодорожнього циклу).

Вимір забруднення примагістральної території.

Визначення концентрацій досліджуваних компонентів (CO, CH, NO_x, SO_x, Pb) за розробленою методикою.

В результаті експериментальних досліджень по розробленій математичній моделі оцінювались викиди шкідливих речовин транспортними потоками в зоні конкретного перехрестя (м. Горлівка). Визначали концентрації шкідливих речовин в атмосфері, які створюються викидами транспортних потоків і порівнювали їх з концентраціями, заміряними в цей же час експериментально. Перехрестя розглядалось як ділянка шляху, де шкідливі речовини викидаються в атмосферу із безперервного лінійного джерела обмеженої довжини. Потужність джерела за годину визначалась як сума викидів за годину окремих транспортних потоків, які проходять через перехрестя з врахуванням реальних фаз регулювання.

Експериментально були проведені заміри концентрації шкідливих речовин в атмосфері поблизу досліджуваного перехрестя. Для визначення CO в повітрі використовувався газоаналізатор “ Палладий- 3 ”, в основу роботи якого покладено електроліз при постійному потенціалі , для визначення NO_{x ,} CH використовувався спектрофотометр СФ-26 ,що працює за методом електричної автокомпенсації. Для визначення SO_х в атмосфері, використовувався метод хімічного аналізу, який базується на окисленні сірчистого газу в процесі його вловлювання із повітря розчином хлориду калія або переокису водню з наступним турбідиметричним визначенням утвореного сульфат-іона з хлоридом барія. Вплив оксидів сірки усувався уловлюванням їх на фільтр АФА-В-10. Для визначення свинцю в атмосфері використовувався полярографічний аналіз, який оснований на відновленні іонів свинцю на ртутному капаючому електроді на фоні 2% щавелевої кислоти ( полярограф універсальний ПУ-1).

Таблиця 1

Концентрації шкідливих речовин в атмосфері

Компоненти	Концентрації, мг/м3
	розрахункова	експериментальна (дослідницька)
Оксид вуглецю (CO)	1,95	0,8...7,0
Вуглеводні (CH)	0,15	0,6...4,7
Оксиди азоту(NOx)	0,192	0,0196...0.251
Оксиди сірки (SОx)	0,055	0,037...0,381
Сполуки свинцю (Pb)	0,00149	0,00021...0,00891

Результати розрахунків (табл. 1) по методиці, запропонованій у другому розділі, показують, що розрахункові концентрації шкідливих речовин знаходяться в межах, виміряних експериментально. Виняток складають вуглеводні, що можна пояснити тим, що поблизу досліджуваного перехрестя знаходяться промислові джерела викиду цього компонента.

В четвертому розділі наведені результати розрахунково-теоретичних досліджень на математичній моделі впливу експлуатаційних факторів на шкідливі викиди і витрату палива рухомим складом та вибір раціональних значень цих факторів. Досліджувались слідуючі фактори:

параметри керування автомобілем в процесі розганяння з боку водія;

довжина перегону між регульованими перехрестями;

швидкість усталеного руху транспортного потоку в циклі;

вплив другорядних транспортних потоків, які примикають до основної магістралі;

склад транспортного потоку за призначенням і видом палива, яке використовується рухомим складом.

Для дослідження був прийнятий транспортний потік з характеристиками типовими для одного із районів м. Горлівки: інтенсивність 500 авт/год; склад - 40% легкових автомобілів, 30% вантажних автомобілів і автобусів з бензиновими двигунами і 30% вантажних автомобілів і автобусів з дизелями. При цьому тривалість циклу світлофорного регулювання складала 70 с; тривалість ефективної фази - 45 с; завантаження автомобілів приймалось номінальним.

Дослідження по розганянню легкових і вантажних автомобілів з бензиновими двигунами показали, що витрата палива і викиди шкідливих речовин потоком автомобілів в значній степені визначаються професійним рівнем водіїв. Витримування водіями оптимальних параметрів в процесі розганяння (дросельні заслінки карбюратора легкового автомобіля доцільно відкривати на величину близьку до 50%, вантажного автомобіля на 60 - 80% їх повного відкриття і перемикати передачі при частотах обертання 2300 - 2500 хв^-1, для вантажних автомобілів з дизелями, під час розганяння, доцільно встановлювати важіль керування паливоподачею в діапазоні 70 - 80% і перемикати передачі при n_дki близько до 1700 хв^-1) приводить до суттєвого зниження витрати палива і шкідливих викидів транспортним потоком.

Оптимальні параметри керування при розганянні повинні за можливістю витримуватися водіями при русі в транспортному потоці. Раціональним прийомам керування автомобілями водії повинні навчатися в процесі навчання і перепідготовки.

Значний вплив на шкідливі викиди і витрату палива потоком автомобілів має швидкість руху в перегоні. Зниження швидкості до 50 км/год, дозволить знизити масові викиди шкідливих речовин з врахуванням агресивності на 16,3% і витрату палива на 20,4% в порівнянні з рухом транспортного потоку зі швидкістю 60 км/год.

Одним із методів зниження шкідливих викидів транспортним потоком, може бути рекомендація на магістралях з інтенсивним рухом, які проходять поблизу житлової зони, виділяти смугу руху для вантажних автомобілів з обмеженням швидкості до 40 км/год. Це приведе до зниження витрати палива і сумарних шкідливих викидів транспортного потоку. Відсоток зниження залежить від інтенсивності транспортного потоку. Аналіз показує, що при інтенсивності 500 авт/год, витрата палива знижується на 12,3%, сумарні шкідливі викиди з врахуванням агресивності на 8,9%, а при інтенсивності транспортного потоку 1300 авт/год, економія палива складає 13,1%, а сумарні шкідливі викиди зменшуються на 16,2%, в порівнянні з рухом всього транспортного потоку зі швидкістю 50 км/год.

Відстань між перехрестями і світлофорами суттєво впливає на витрату палива і забруднення навколишнього середовища транспортним потоком. Особливо різке збільшення витрати палива і шкідливих викидів має місце при шляху циклу менше 500 м. Зниження шляху циклу з 500 м до 300 м приводить до підвищення витрати палива транспортним потоком на 16%, викидів CO - на 23%, CH - на 22,2%, NO_x - на 13,6%, SO_x - на 18 %, сполук свинцю 14%, сажі на 34%, зведених до CO сумарних викидів - на 21,5%. При зниженні шляху циклу з 700 м до 500 м збільшення витрати палива складає 7,3%, викидів CO - 14%, CH - 13,5%, NO_x - 6%, SO_x - 9%, сполук свинцю - 7%, сажі - 12,4%, зведених до CO сумарних викидів - 7,4%, тобто різниця показників суттєво зменшується. Збільшення шляху цикла більше 700 метрів приводить до подальшого, але незначного зниження витрати палива і шкідливих викидів. Створення магістралей безперервного руху виправдано не тільки з позиції економії палива, але і з позиції зниження загального впливу рухомого складу автомобільного транспорту на навколишнє середовище.

Дослідження економічних і екологічних показників другорядного транспортного потоку (інтенсивность 200 авт/год), який примикає до основної магістралі показали, що різке збільшення шкідливих викидів і витрати палива загальним потоком спостерігається на шляху циклу другорядного потоку до 200 м до перехрестя. Цим необхідно керуватися при проектуванні вулично-дорожньої мережі.

Склад транспортного потоку значно впливає на шкідливі викиди і витрату палива автомобілями.

Під час дослідження частка легкових автомобілів в транспортному потоці змінювалась від 0% до 100%, а вантажні автомобіли розділяли решту відсотків навпіл між дизелями та бензиновими двигунами. Коли частка легкових автомобілів складає 20% в транспортному потоці, сумарні шкідливі викиди знижуються на 4,72%; 40% - відсоток зниження складе 9,63%; 60% - 14,5%, 80% - 19,4%. Якщо транспортний потік складається тільки з легкових автомобілів, то це приведе до зниження сумарних шкідливих викидів, в порівнянні з вантажним транспортним потоком, майже на 25% при використанні етильованного бензину і майже в 1,5 рази при використанні неетильованого бензину. Це слід враховувати при проектуванні вулично-дорожньої мережі міст і населених пунктів. Рух в густонаселених районах міста слід організовувати так, щоб частка легкових автомобілів в транспортному потоці була максимальною.

Вплив дизелізації на показники потоку автомобілів розглядався, як поетапне переведення вантажних автомобілів, що працюють на бензині, на дизельне паливо (рис. 2).

При переведенні на дизельне паливо 25% бензинових вантажних автомобілів, викиди CO знижуються на 11%, CH - на 10,8%, NO_x - на 2%, сполук свинцю - на 12,6%, збільшуються викиди оксидів сірки на 8,4%, сажі на 10,7%. Сумарні викиди, зведені до CO при використовуванні етильованого бензину зменшуються на 8,8%, без добавок Pb на 2,2%. Економія палива складе 3%. Переведення половини вантажних бензинових автомобілів знизить витрату палива на 5,3%, а сумарні шкідливі викиди знизяться на 17,1%. Якщо всі вантажні автомобілі з бензиновими двигунами, які складають транспортний потік, замінити на дизелі, то питома витрата палива транспортним потоком знизиться на 16,4%, викиди CO знизяться у 1,8 рази. Однак при цьому зростуть викиди оксидів сірки у 1,37 рази, сажі у 1,5 рази. Сумарні викиди з врахуванням їх агресивності знизяться на 34% при використанні етильованого бензину, при роботі на неетильованому паливі процент зниження складе близько 3%.

Переведення автомобілів на стиснутий природний газ також являється ефективним напрямком зниження шкідливих викидів. Із рис. 3 видно, що переведення на газ 20% бензинових вантажних автомобілів призведе до зниження умовного сумарного викиду шкідливих речовин на 8%, 40% - на 14,56%, 60% - на 20,9%, 80% - на 27%.

При переході з бензину на стиснутий природний газ масова витрата палива вантажними автомобілями знаходиться приблизно на тому ж рівні, суттєво знижуються викиди потоком автомобілів оксиду вуглецю, це зниження близьке 33%, більш ніж у 2 рази знижуються викиди свинцю, зниження вуглеводнів і оксидів азоту складає близько 4%, а зменшення оксидів сірки близько 7,5%. В результаті сумарні шкідливі викиди, які зведені до CO, знижуються майже в 1,5 рази.

транспорт паливний шкідливий двигун

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

Кількість шкідливих викидів рухомим складом автомобільного транспорту в містах і населених пунктах залежить від багатьох факторів, впливаючи на які можна знизити витрату палива і забруднення навколишнього середовища.

Для дослідження впливу основних експлуатаційних факторів на витрату палива і викидів шкідливих речовин транспортним потоком створена математична модель, яка базується на математичних моделях витрати палива і шкідливих викидів одиночними автомобілями з врахуванням режимів руху по міській вулиці і основних положень теорії транспортного потоку.

Проведеними експериментальними дослідженнями по заміру концентрацій шкідливих речовин у повітрі поблизу міської вулиці, по якій рухаються автомобілі і їх порівнянням з розрахунковими, доведена можливість використання математичної моделі для проведення розрахунків шкідливих викидів і витрати палива рухомим складом автомобільного транспорту.

Проведені на математичній моделі дослідження по розганянню легкових і вантажних автомобілів з бензиновими двигунами, показали, що витрата палива і викиди шкідливих речовин потоком автомобілів в значній мірі визначаються професійним рівнем водіїв. Витримування водіями оптимальних параметрів в процесі розганяння (для легкового автомобіля дросельні заслінки відкривати на величину близьку до 50%, для вантажного автомобіля на 60 - 80% їх повного відкриття і перемикати передачі при частотах обертання 2300 - 2500 хв^-1, для вантажних автомобілів з дизелями під час розганяння встановлювати важіль керування паливоподачею в діапазоні 70 - 80% і перемикати передачі близько до 1700 хв^-1) приводить до суттєвого зниження витрати палива і шкідливих викидів транспортним потоком.

Одним із ефективних шляхів зниження витрати палива і шкідливих викидів рухомим складом автомобільного транспорту, являється обмеження швидкості до 50 км/год при русі по міській вулиці, що дозволить знизити сумарні викиди шкідливих речовин на 16,3%, а витрату палива на величину близько 20% в порівнянні з рухом всього потоку автомобілів зі швидкістю 60 км/год.

Шлях циклу суттєво впливає на витрату палива і забруднення оточуючого середовища рухомим складом автомобільного транспорту, особливо різке збільшення витрати палива і шкідливих викидів спостерігається при шляху циклу менше 500 м. Зниження шляху цикла до 300 м, збільшує сумарні шкідливі викиди на 21,5%, а витрату палива на 16%.

Склад транспортного потоку значно впливає на витрату палива і шкідливі викиди автомобілями. Якщо транспортний потік складається тільки з легкових автомобілів, то це приведе до зниження сумарних шкідливих викидів, в порівнянні з вантажним транспортним потоком, майже на 25% при використанні єтильованного бензину і майже в 1,5 рази при використанні неетильованого бензину.

Дизелізація автомобільного транспорту впливає на склад викидів шкідливих речовин потоком автомобілів (знижуються викиди оксидів вуглецю, вуглеводнів), сумарна токсичність значно знижується при використанні вантажними автомобілями етильованого бензину. Для досліджуваного потоку автомобілів заміна 25% вантажних автомобілів з бензиновими двигунами на дизелі, приводить до зниження сумарних шкідливих викидів на 9%, при 50% - зниження складе близько 17%, при заміні 100% - зниження складе близько 34%. При використанні неетильованого палива зниження сумарних шкідливих викидів з врахуванням їх агресивності буде значно менше і складе всього близько 3% при заміні всіх бензинових двигунів вантажних автомобілів в потоці на дизелі.

Застосування стиснутого природного газу, як палива для вантажних автомобілів замість бензину, призводить до значного зниження сумарних шкідливих викидів рухомим складом автомобільного транспорту. При переведенні 20% бензинових вантажних автомобілів на стиснутий природний газ, знижуються сумарні шкідливі викиди з врахуванням їх агресивності на 8%, при переведенні 40% - зниження складе 15%, при переведенні 60% - 21%, при переведенні 100% - 33%.

Таким чином шляхом раціонального вибору експлуатаційних факторів можна значно зменшити шкідливий вплив автомобільного транспорту на навколишнє середовище.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Міхно М.В. Математична модель викиду шкідливих речовин і витрати палива автотранспортним потоком // Експресс-новини: наука, техніка, виробництво. -Київ. - 1997. №13-14. - С. 25-26.

Міхно М.В. Дослідження на математичній моделі викиду шкідливих речовин і витрати палива автотранспортним потоком // Експресс-новини: наука, техніка, виробництво. -Київ. - 1997. №13-14. - С. 26-27.

Гутаревич Ю.Ф., Михно М.В. Определение путей снижения вредных выбросов транспортных средств // Автошляховик України. - 1998. №1. - С. 21-23.

Михно М.В. К вопросу снижения вредного воздействия автомобильного транспорта г. Горловки Донецкой области на окружающую среду // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. -Донецк: Дон ГТУ. - 1998. Вып. 5. - С. 131-133.

Міхно М.В., Поляков А.П. Оцінка впливу автомобільного транспорту на забруднення атмосфери в населених пунктах // зб. наукових праць. -Київ: КІСВ. - 1998., частина друга - С. 11-12.

Михно М.В. К расчету выбросов вредных веществ и расхода топлива автомобилями на участке городской магистрали // Матеріали міжнародної науково-технічної конференції “Проблеми транспорту та шляхи їх вирішення”. -Київ: УТУ. - 1997. - С. 115-116.

Гутаревич Ю.Ф., Михно М.В. Влияние эксплуатационных факторов на топливную экономичность и экологические показатели автомобилей // Сборник научных трудов Международной конференции “Проблемы безопасности транспортного пространства”. -Липецк: ЛГТУ. - 1998. - С. 10. (ЛР № 020317 от 28.11.96 г.)

Міхно М.В., Гарачук О.В., Бєліков О.В. До питання зниження шкідливих викидів рухомим складом у промислових містах // Рук. деп в ДНТБ України. 27.04.98, №218 - Ук 98.

Михно М.В., Ларин С.С. Автомобильный транспорт как искусственный источник загрязнения городов и населенных пунктов // Рук. деп в ГНТБ Украины. 27.04.98, №216 - Ук 98.

Размещено на Allbest.ru