автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Определение условий и сфер рационального замещения бензина сжатым природным газом при эксплуатации подвижного состава автомобильного транспорта

С V)1-

к«***

% Vх М1н1стерство осв!ти Украгни

Украгнсысий транспортний ун!верситет

УДК 621.434 - 629.113

Клименко 0лекс1й Андр1йович

ВИЗНАЧЕННЯ УМОВ I СФЕР РАЦЮНАЛЬНОГО ЗАМ1ЩЕННЯ БЕНЗИНУ СТИСНЕНИМ ПРИРОДНИМ ГАЗОМ ПРИ ЕКСПЛУАТАЦП РУХОМОГО СКЛАДУ АВТОМОБШНОГО ТРАНСПОРТУ

Спец1альн1сть 05.22.10 - експлуатац!я автомоб!льного транспорту

Автореферат дисертацП на здобуття наукового ступени кандидата техн1чних наук

Кихв 1998

Дисертац1ею е рукопис.

Робота виконана в Украгнському транспортному ун1верситет! (УТУ) на кафедр! "Двигуни 1 теплотехн!каи.

Науковий кер1вник: Заслужений д1яч науки 1 техн1ки Укра1ни, доктор техн1чних наук, професор Гутаревич Юр1й Феодос1йович, зав. кафедрою "Двигуни 1 тешютехн1ка" УТУ

Науковий консультант: кандидат техн!чних наук,

доцент Матейчик Василь Петрович, доцент УТУ

0ф1ц1йн1 опоненти: доктор техн1чних наук, професор Сахно Володимир Прохорович, зав. кафедрою "АвтомобШ" УТУ;

кандидат техн1чних наук. Легенький Григор1й Миколайович, нач. управл!ння М1нтрансу Укра1ни.

Пров1дна установа: 1нститут Газу HAH Укра1ни, м. Ки1в.

Захист в1дбудеться " № " '¿¿/Щ/сЯ 1998 р. о Ш годин1 на зас1данн1 спец1ал1зовано! вчено! ради Д 26.059.03 при Украшському транспортному ун1верситет1 за адресов: 252010, м. Ки!в, вул. Суворова, 1.

3 дисертац1ею можна ознайомитися у б!бл1отец1 ун1верситету.

Автореферат роз!сланий ". и» /У-бЩ/% 1998 р.

Вчений секретар спец1ал1зовано! вчено! ради професор

Дмитр1ев М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальн1сть теми. Використання природного газу на автомоб!льно-му транспорт! в багатьох крахнах стимулюеться прагненням ур!зноман!т-нити енергонос11 1 зменшити енергетичну залежн!сть в1д нафтопродук-т1в, а також потенц1йно великими можливостями в зменшенн1 еколог!чно-го таску за використання цього палива. Разом з тим, досв1д використання компромованого (стисненого) природного газу (КПГ) в план! еко-ном1чного анал1зу досить суперечливий, що обумовлено як в1дм1нностями методик, так 1 несовпадениям вих!дних даних. Незважаючи на досить довгий пер1од використання КПГ в якост1 моторного палива на автомо-б!льному транспорт!, отримати достов1рн1 в!домост! про техн!ко-еконо-м!чн1 показники автомоб1л1в при цьому важко. До цього часу недос-татньо проводилось досл1джень щодо визначення умов 1 сфер рац1ональ-ного використання КПГ на автомоб1льному транспорт!, диференц!йованих в!дносно умов експлуатацИ. Не розроблено математичних моделей, за якими мокна проводити так1 досл!дження.

1з застосуванням розроблено! в даному досл!дженн1 методики мо-жуть вир1шуватись техн!ко-економ!чне обгрунтування заход!в, пов'яза-них з розвитком !нфраструктури газопостачання, пол!тика в галуз1 сти-мулювання розповсюдження КПГ як моторного палива, тобто питания, пов'язан! !з створенням умов ефективного зам!щення традиц!йних мотор-них палив природним газом, а також питания визначення сфер рац!овального використання КПГ на рухомому склад1 1 1нш! питания, пов'язан! з використанням КПГ на автомоб!льному транспорт!. Це дозволяе розгляда-ти представлену до захисту дисертац!йну роботу як актуальну, направ-лену на вир!шення низки питань, що е одними 1з складових елемент!в комплексно! науково-техн!чно! проблеми енергозабезпечення рухомого складу автомоб!льного транспорту 1 зменшення еколог1чно! напруги.

Зв'язок робота з науковими програнами. Дисертац!йна робота вико-нувалась як частина науково-досл!дно! робота "Провести досл!даення та розробити рекомендацП щодо рац!онального використання природного газу на автомоб!льному транспорт!", яка виконувалась кафедрою "Двигуни ! теплотехн!ка" УТУ в 1996-1997 рр в в!дпов!дност1 з планами науко-во-досл1дних роб!т Державного Департаменту автомоб!льного транспорту М!нтрансу Украхни.

Мета 1 задач! досл!дження. Мета досл!дження - визначення умов 1 сфер рац1онального зам!щення бензину природним газом на автомоб!льно-му транспорт!.

Щоб досягти ц1е! мети в робот1 вир1шено так! задач!:

Розроблена методика визначення ефективност! зам!щення бензину КПГ, що комплексно враховуе умови експлуатацП автомоб1л1в.

Розроблен1 математичн! модел1 для оц!нки техн!ко-економ1чних 1 еколог1чних показник!в транспортних засоб1в з в1дтворенням 1х руху як за реальними посл1довностями експлуатац1йних умов, так 1 за р!зними стандартизованими посл!довностями Цздовими циклами), як! задаються в р1зних координатах в ун1версальн!й форм1.

Проведен! експериментальн! досл!дження по визначенню енергетич-них, економ!чних та еколог!чних показник!в автомоб!льного двигуна при робот! на бензин! ! природному газ!.

На п!дстав! розрахунково-теоретичних досл1джень, як приклад, визначено показники витрати палива, викид!в шк!дливих речовин 1 сере дньо! ексш1уатац!йно! швидкост! бензиново! 1 газово! модиф!кац!й автомоб1ля ГАЭ-53 за р!зних тип!зованих умов руху.

Визначена ефективн!еть зам!щення етильованого 1 неетильованого бензину КПГ на макроеконом!чному р1вн!, з врахуванням зм!ни збитку в!д забруднення довк1лля 1 параметр1в !нфраструктури газопостачання.

Проведено анал!з ефективност! зам!щення бензину КПГ на м!кроеко-ном!чному р!вн!. Виявлен! характер ! степ!нь впливу умов експлуатацП на ефективнЮть цього заходу. Визначен! умови 1 сфери ефективного за-м1щення бензину КПГ на р!вн! автоп1дприемств (АТП).

Розроблена методика визначення доц1льност1 придбання п!дприемс-твами пересувного автозаправника (ПАГЗ) або гаражно! автомоб1льно! газонаповнювально! компресорно! станцН (АГНКС), а також вибору най-б1льш рац!онального м!сця заправки виходячи з його дислокацП ! в!д-пускно! ц!ни на газ.

Розроблен1 рекомендацП стосовно рац1онального зам!щення бензину КПГ на автомоб1льному транспорт!.

Наукова новизна. Наукову новизну дисертац!йно! роботи складають:

- методика визначення ефективност! зам!щення бензину КПГ;

- математичн! модел! для визначення техн!ко-економ1чних та еко-лог!чних показник!в автомобШв в р!зних умовах руху при робот! на бензин1 1 КПГ;

- методика визначення доц1льност1 придбання п!дприемствами влас-них засоб!в заправки автомобШв КПГ.

Практичне значения одержаних результат!в. Практичну ц!нн!сть роботи складають:

- рекомендацП стосовно раЩонального використання КПГ як мотор-

- 3 -

ного палива на автомоб1льному транспорт! ;

- алгоритми 1 програми розрахунку показник1в робота автомобШв на р1зних видах палива в р1зних експлуатац!йних умовах зг1дно розроб-лених методик;

- результата анал!зу ефективност! зам1ни бензину КПГ на макрое-коном!чному 1 м1кроеконом1чному р1внях;

- отриман! при експеримент1 показники робота автомоб1льних дви-гун1в 1 розрахунков1 показники робота автомобШв на бензин1 1 КПГ.

0сновн1 результата досл1даення разом з комплексом рекомендацШ щодо рац1онального використання КПГ на автомоб!льному транспорт! прийнят1 Державним Департаментом автомоб!льного транспорту М1нтрансу Укра1ни для практичного використання.

Розроблене програмне забезпечення (прикладний пакет програм) для моделювання руху транспортних засоб!в за 1здовими циклами використо-вуеться в Державному автотранспортному науково-досл!дному 1 проектному 1нститут1 для нормування витрати палива автомоб!лями.

Особистий внесок здобувача. Безпосередньо автором розроблено: методику оц!нки ефективност! зам!щення традиц!йних моторних палив природним газом 1 в!дпов1дне програмне забезпечення; математичн! мо-дел1 та 1х ун1версальне програмне забезпечення для визначення техн!-ко-економ!чних ! еколог1чних показник!в автомоб!л!в при робот1 на бензин1 ! КПГ в р1зних експлуатацНних умовах; проведено розрахунко-во-теоретичн1 досл!дження; розроблено методику оц1нки заход!в, пов'-язаних з оптим!зад1ею структура газопостачання; розроблено рекоменда-ц11 стосовно рац1онального використання природного газу на автомо-б1льному транспорт!.

Апробаи1я результат!в дисертацЦ. Результата робота були представлен! на конференц!ях професорсько-викладацького складу УТУ в 1996-1997 р., с!мпоз!ум! "Ме^йу оМ1сгеп1о»ге 1 badawcze V? гогугоЗи роЗагс!о\у затосйосКжусЬ ! таэгуп гоЬосгусй затоЗегсЗпусЬ" (Игесгст 1997 р.), м!жнародних конференц1ях "Проблеми транспорту та шляхи 1х вир!-шення" (УТУ 1997 р.), "Обеспечение безопасности полетов в новых экономических условиях" (КМУЦА 1997 р.).

Публ1кац11. Матер!али дисертац1йно! робота опубл1кован! в семи публ!кац1ях: в трьох статтях в наукових журналах, одн1й в зб!рнику наукових праць, одн!й - в матер!алах симпоз1уму, двох - в матер1алах м!жнародних конференц!й.

Структура дисертаиП. Дисертац1я складаеться з вступу, 5 розд1-л!в, висновк!в, списку використаних джерел, як!й нал1чуе 162 наймену-

1*—1466

вань, 1 додатк1в. Повний об'ем дисертацП становить 294 стор1нки. з них 134 стор1нки основного тексту, 46 рисунк1в на 34 стор1нках, з таблиц! на 3 стор1нках 1 14 додатк!в на 103 стор1нках.

ОСНОВНИЙ ЗМ1СТ

У вступ! обгрунтовуеться актуальн!сть теми, формулюються мета 1 задач! досл1джень.

Перший розд!л присвячений огляду 1 анал!зу ран!ше проведених досл1даень щодо використання на автомоб!льному транспорт! природного газу 1 !нших альтернативних палив. Розглянуто 1снуюч1 концепцИ 1 напрями досл!джень щодо використання природного газу на автомоб1льно-му транспорт!, а також перспективи розширення застосування цього па-лива, особливост1 експлуатацИ автомоб!л1в з двигунами з !скровим за-палюванням на КПГ. Анал1зуються фактори, яки стримують застосування цього палива, визначен1 вимоги до транспортних засоб1в, конвертованих на газове паливо. Проведено анал1з методолог1чних п!дход1в до оЩнки ефективност! використання КПГ 1 !нших альтернативних моторних палив на автомоб!льному транспорт!. Обгрунтована необх!дн!сть розроблення методолог1чного п!дходу, що враховуе умови експлуатацИ автомоб!л!в на р!зних видах палива.

Другий розд!л присвячений розробленню методики оц!нки ефективност! зам!ни бензину КПГ для живлення автомоб!льних двигун!в, що комплексно враховуе умови експлуатацИ автоыоб!л!в.

Розрахунки щодо визначення ефективност! використання природного газу виконуються в двох розр!зах: перший з огляду 1нтерес1в експлуа-туючих автотранспорта! засоби (АТЗ) п1дприемств 1 орган!зац1й, так звана комерц!йна ефективн!сть, ! другий з огляду народногосподарсько! ефективност!, так зван! ф1нансова та економ1чна ефективност!. Еконо-м!чн! 1нтереси враховуються сп!вставлянням ф!нансового ефекту 1з зм!-ною збитку в1д забруднення навколишнього середовища у вартЮному ви-раженн1.

Ефективн!сть зам!щення бензину природним газом запропоновано оц1нювати за допомогою системи критерИв, як! в певн!й м!р! в!дпов!-дають р1зним вимогам, що висуваються до АТЗ в тих чи !нших умовах експлуатацИ, це:

1. Зм1на ДБр1к р1чних експлуатаЩйних витрат Зр1к, грн/р1к (для "погодинних" автомоб1л!в).

2. Зм!на ¿Бтхм питомих щодо одиниц! транспортно! робота витрат

на експлуатац1ю Зтки, грн/ткм (ситуац!я, коли зменшення продуктивнос-т1 газобалонних автомоб!л!в може бути компенсовано в!дпов!дним (для збереження деякого запланованого об'ему транспортно! робота) зб!ль-шенням чисельност! зад!яного парку).

3. Ф!нансов1 результата в1д переведения одного автомоб!ля з бензину на природний газ. Як показник вибрано процентне сп1вв1дношення чистих (тобто без урахування податк1в) прибутк!в Р (грн/р1к), як1 от-римано в1д експлуатацП пор1внвваних модиф1кац!й за одиницю часу, ДР. %.

4. Процентне сп1вв!дношення чистих прибутк1в Ррагк (грн/р!к), як1 отримано в1д експлуатацП пор1внюваних парк1в автомоб1л!в, як! виконують однаковий об'ем транспортно! робота за одиницю часу ДРрагК, %.

Ло нижнього 1ндекса позначень наведених критерПв добавляется позначення: /кои - коммерЩйна эффективн1сть и ф1нансова (без враху-вання оЩнки збитку в!д забруднення новколишнього середовища) эффек-тивн1сть; /эконом ~ эконом1чна эффективн1сть.

3 використанням положень економ!чно! теорП отриман! залежност! для визначення ефективност! зам!щення бензину КПГ в!дносно цих кр!те-рИв. Деяку частину фактор!в, що враховуються в методиц! розкривае, наприклад, структура р1чних експлуатац!йних витрат (Зр1к):

Зр 1 к = Сп + С„ + Эд8 + Пу + Сав + Сакр + СТОир + КВ + Н + Сш+ ЗП, (1)

де Сп - паливна складова эксплуатац!йних витрат; С„ - витрати на мастило;

Эдв - економ!я (-), обумовлена зб1льшенням м!жремонтного проб!гу дви-гуна при використанн1 КПГ;

Пу - 1снуюч1 або перспективн! розм!ри стягнення за забруднення навко-лишнього середовища;

Сав - амортизаЩйн! в!драхування на вШовлення рухомого складу; Сакр - амортизац1йн1 в1драхування на кап1тальний ремонт; С10иР - витрати на техн1чне обслуговування (ТО) 1 ремонт (Р); КВ - кап1тальн! вкладення в виробничо-техн1чну базу (ВТБ); Н - накладн1 витрати; Сш - витрати на шини;

ЗП - об'ем в!драхувань на зароб1тну платню.

3 метою врахувати в1дом1 позитивн! 1 негативн! момента в вико-ристанн! КПГ в р!зноман1тних умовах експлуатацП в робот! моделюеться

2-1466

процес експлуатацИ АТЗ. Процес перем!щення АТЗ розбиваеться на три складов!: перем1щення 10 в1д м!сця дислокацП АТП до д1ля!:ки, на як!й зд!йснюються перевезення; перем1щення на д!лянц! 1в, на як!й зд!йсню-ються перевезення; перемХщення з метою заправки паливом - ltUei- При цьому. з використанням метод1в математичного моделювання, описаних в 3 роздШ, розраховуються експлуатац1йн! швидкост! руху, витрата па-лива 1 масов1 викиди шк1дливих речовин на одиницю проб1гу, окремо для порожнього проб1гу 1 для проб!гу з деякою середньо статистичною масою вантажу (характерною для даних умов експлуатацИ). Вказан! параметри процес!в, пов'язаних з рухом АТЗ представлен! у вигляд1 функц!й низки параметр1в оптим1зац11, виду y=f(х4...x„). В цьому досл!дженн1 в якост! таких параметра оптим1зацИ використовувались парт1онн1сть перевезень, тип палива 1 умови руху. Грунтуеться модель на р!вняннях паливного балансу. Р!чн! проб!г автомоб!ля. об'ем виконанох транспорта! робота, витрата палива, масов! викиди шк!дливих речовин 1 т.1. формуються залежно в!д запасу палива на борту автомоб!ля, довжи-ни хздки на заправку паливом, швидкост! руху. маси вантажу, часу, що витрачаеться на навантаження-розвантаження 1 наповнення паливнох сис-теми паливом п1д час заправки, середньодобовим часом в наряд! ! ба-гатьох !нших фактор1в. Наприклад, усереднене число 1здок на заправку паливом за р!к Nfuel визначаеться як:

_l3(grp + gnop) • (2Т - 1Т0) ^ ZQp • te

Hfaei = ----, \¿)

l3(grp + gnop) • (tf.el + h) + t,(F " 21f„ei • g„op)

де grp. gnop ~ В1ДПОВ1ДНО питом! витрати палива на 1 км проб!гу з

певною, середньостатистичною масою вантажу 1 з порожн!м проб!гом;

te - "чистий" час виконання одн!ех хздки на д1лянц1 18;

tfuei " час виконання одн1ех 1здки на д1лянках lfuei:

t3 - час, який витрачаеться на заправку;

F - запас палива на борту АТЗ;

ЕТ - сумарний час в наряд! за р!к;

ZT0, ZQo - сумарний час руху 1 витрата палива на д1лянц! 10 за р!к;

Вар!юючи значения "вх!дних" параметр!в ц1е! модел! (а саме: 13, lruei • 10. шГр, IT 1 !нш!) хх можна розглядати як деякий екв!валент самим р!зним, реальним умовам експлуатацИ, оск!льки отриман! результата моделювання корелюють з даними практично! експлуатацИ. ,

Умови експлуатацИ диференц!йован! шляхом вар!ювання таких фак-. тор!в: критер!й ефективност! АТЗ; ц!ни на енергоносП; умови руху (в

м!ст1 та поза мЮтом); маса вантажу; середня в1ддален1сть станцИ заправки паливом в1д д1лянки, на як1й зд1йснюються перевезення 1Гае1; довжина д!лянки, на як1й зд!йснюеться нульовий проб1г - 10; довжина д1лянки 1а. на як!й зд1йснюються перевезення; усереднений час в наряд! за добу, (тобто 1нтенсивн1сть використання); питом1 (норми) витра-ти на техн1чне обслуговування (ТО) 1 ремонт (Р) бензиново! модиф1ка-ц11. 1 процентне зб1льшення норм витрат на ТО 1 Р газобалонно! моди-Ф1кад11 в!дносно бензиновох; питом1 кап1тальн1 укладення в ВТБ. необ-х1дн1 для експлуатацИ газобалонних модиф!кац1й, а також низка 1нших фактор1в. 0станн1 три фактори в певн!й м1р! характеризують оснаще-н1сть ВТБ п1дприемства, структуру парка, к!льк1сть переобладнаних для робота на КПГ автомобШв.

Трет1й розд!л. Для практичного застосування розробленох в другому розд1л! методики необх!дно отримати дан1 про середню експлуатац!й-ну швидк1сть, витрату палива 1 викиди шк1дливих речовин АТЗ за р1зних умов експлуатацИ, а також функцП. як! зв'язують ц! показники з умовами експлуатацИ 1 конструктивними параметрами АТЗ.

Особливостю розробленох математичнох модел1 для в!дтворення руху АТЗ за типизованими посл!довностями эксплуатац1йних умов е те, що р!зн! посл1довност! експлуатац1йних умов руху АТЗ пропонуеться зада-вати сукупн!стю низки параметр!в, представлених ун1версальною матрицею:

Х12 Х13 Х14 Х15

$21 у22 А23 А24 А25 А31 А3? Ля я Ля а Л:

„32 ^3 3 $34 л35 Л41 А42 а43 а44 а45

^п! Хп2 Хп3 Хп4 Хп5

и - в1дм!тка пройденого шляху - час;

•

• 02т

$3 3 + 1 • • ¿зт

14 3 а43+1 • • А4т

'П 3 ^п 3 +1 ' • ^пт

(3)

де X. Хгз

Х3-) - величина прискорення (упов1льнення) руху автомоб!ля; - швидк1сть руху:

Хп3 - 1нш1 параметри та ряд додаткових узгоджень, як! встановлюють певний спос1б 1нтерпретацП вих1дних даних. Тим елементам матриЩ, як1 не використовуються в кожному конкретному випадку задавання умов руху, присвоюеться 1ндиферентне програмн!й реал1зацП математично! модел! значения. Програма зд1йснюе посл!довне перебирання елемент1в матриц1, 1 за значениями "граничних" елемент1в сус!дн!х стовпц!в Хп3 - Хп;)+1 1 додатковими узгодженнями визначае умови руху або посл!дов-

2Х-146б

ноет! умов руху на кожн!й з д!лянок отримано! таким чином операц1йно1 карта.

Треба в1дзначити. що реал1зац1я такого р1шення дае можлив1сть моделювання в ун1версальн1й форм!, як реальних посл!довностей експлу-атад1йних умов, як! мають м1сце на кожному конкретному маршруту не-залежно в1д його довжини. так 1 р!зних тип1зованих послХдовностей (13дових ЦИКЛ1В), в р!зних координатах.

Законом1рност1 зм1ни решм!в робота двигуна 1 руху автомоб!ля описан! в модел! системою диференц1альних 1 алгебра!чних р!внянь. Наприклад, розг1н автомоб1ля з включении зчепленням описуеться р!в-нянням:

де: йЧ/йх - прискорення автомоб!ля; б - коеф!ц1ент врахування мае, що обертаються; Мо, М,, - власна маса автомобШ та маса вантажу; X - коеф!ц1ент неусталеного режиму;

Ц|, и,. Птр ~ передаточн1 числа коробки передач, головно! передач! та ККД трансм!с!1;

гд, гк - рад1уси колеса динам!чний 1 кочення; Мк - крутний момент двигуна;

Рг. Р1. Р, - сили опору коченню кол!с, Шдйому, пов1тря.

Процес перем1щення дросельних засл!нок (абсолютне значения ! швидкЮть зм1ни положения яких е одними з параметр!в, як! визначають крутний момент двигуна) детерм!новано або деякою функц1ею в!д часу (фДр=Нт)), або визначаеться на кожному елементарному кроку !терац!й-ним методом для отримання заданих показник1в руху автомоб!ля.

Розрахунок проводиться 1з застосуванням метода числового !нтег-рування. При цьому визначаються: положения дросельно! засл!нки; роз-р!дження у впускному трубопровод!; ефективний крутний момент; частота обертання двигуна; швидк!сть руху ! шлях, який пройдено автомоб!лем; годинн! витрати палива ! пов1тря; концентрац1я шк!дливих речовин у в!дпрацювавших газах; витрата палива 1 масов! викиди шк!дливих речовин в 1нтегральн!й форм1.

Енергетичн!, економ1чн! ! токсичн! характеристики двигун!в при робот1 на р!зних паливах представлен! пол1ном!альними моделями, як! отримано на п!дстав! стендових досл!джень, виду:

йУ дт

бСМо+Мв) (

\ + Хц12ц°2 бСМо+Мв)

1

r r r

t, = p0 + ZP^X! + Z fitj-XfXj + Z Pu'X!2 + .... (5)

1<j

где t; - вих1дний параметр процесу; xt. X) - незалежн! перем!нн1.

0бчислювальн1 операцП, пов'язан! з розрахунком показник1в руху автомоб1ля i роботи двигуна в окремих фазах, виконуються у в1дпов1д-hoctI до значень ц1ло! низки параметр!в 1 в посл1довностях, як1 зале-жать в!д конкретних умов руху на даному маршрут!, визначених сукуп-н1стю значень елемент1в операц1йнох карта, значень д!йсних (отриманих в процес1 моделювання) параметра 1 додаткових узгоджень.

Таким чином, в робот1 реальн1 умови руху в mIctI 1 поза mIctom ототожнюються з рухом за тип1зованими гздовими циклами. На рис. 1, як приклад, показано змодельований в ро-бот1 на ЕОМ рух ав-томоб1ля зПдно м!ському хздовому циклу. Разом з там 1снуюч1 13Д0В1 цикли мають недол!ки, зок-рема накладаються досить жорстк1 обме-ження на реал1зац!ю потенц1йних тяго-во-швидк1сних можли-востей автомоб!ля. Тому, для визначення потенц1йно можливих швидкостей руху на замХському маршрут! застосована в!дома 1мов1рн1сна методика, в яку зам!сть безрозм1рних включен1 реальн! характеристики двигуна на бензин1 i КПГ.

Четвертий розд!л розкривае задач1, програму 1 методику експери-ментальних досл1джень, як! включали отримання cepii навантажувальних характеристик двигуна 3M3-53 при робот1 на бензин1 1 природному газ! з вим!рюванням концентрац1й шк1дливих речовин у в!дпрацювавших газах. Описано об'ект досл1джень, методика 1 обладнання, що застосовувалось, результата дослШень. Результата досл!джень були використан1 при от-риманн! пол!ном1альних моделей, що описують двигун як джерело енер-

V, км/год

О 1000 2000 3000 4000 S,

Рве. 1. Зиодельоване на ЕОМ графкве м

представлепня руху ваятажного АТЗ за м)сь-ким одовим циклом зпдно ГОСТ 20306-90

rii, споживач палива 1 пов1тря та джерело шк1дливих викид1в.

В п'ятому роздШ представлено результата розрахунково-теоретич-них досл!джень. На першому етап! було визначено показники середньо! швидкост! руху. витрати палива 1 викид1в шк1дливих речовин на одиницю проб1гу, як функц1я в1д маси вантажу 1 типу палива в р1зних тип1зова-них умовах (м1ський 1 маг1стальний 1здов1 цикли, а також в1дпов1дно 1мов1рн1сн1й методиц!). Для прикладу на рис. 2 показан! залежност! економ!чних та еколог!чних показник!в автомоб1ля в1д навантаження при pycl по м!ському 13-

довому циклу при ро- а _ m ¿СО г/км

бот! на бензин1 та

КПГ. Ц1 показники 25 . неет^ваний^^-Г 450

використовуються В I \\ ICO

розроблен1й у другому розд1л1 матема-тичн1й модел! проце-су експлуатацП для проведения nopiB-няльного анал1зу ефективност1 вико-ристання р1зних АТЗ.

Залежн1сть вит-рат на одиницю транспо'ртно! робота на макроеконом1чному р1вн1 з врахуванням збитку в1д забруд-нення навколишнього середовища УкраХни при викориснанн! бензину та КПГ в1д параметр!в 1нфраст-руктури газопоста-чання (середня в!дс-тань до АГНКС (1агнкс)) наведена на рис. 3. Рис. 3 демонструе доц1ль-н!сть зам1щення бен-

Рис. 2. Залежвост! еконошчних та еколопчввх показиик1в автомобшя вщ навантаження при pyci по uicbKOiiy ¡адовому циклу при робота на бензит та КПГ

S^KOHOK, ^н/тх»)

0.30 г В поршнинт з неетильованим бензином

^бензин« j -Т"/? . . ..................

0.25

- 0,3996 п>«/«

Спг : 0,35 грн/нм3

0.20 -

Рис. 3. Економ!чш витрати на одиницю транспортно! роботи залехно вщ усереднено! вщспип до АГНКС

- и -

зину КПГ на макроеконом!чному р1вн1 нав!ть при досить велик1й серед-н1й в1дстан1 до АГНКС. Економ1чна оц!нка отриманого ефекту в1д зам1-щення бензину природним газом, разом 1з зм1ною збитку в1д забруднення навколишнього середовища Укра1ни оц!нюеться у «6055 зменшення приведе-них до одиниц1 транспортно! робота витрат 1з зам!щенням етальованого бензину 1 »17,2% - 1з зам1ною неетальованого бензину, для усереднених в1дстаней до АГНКС 10 км.

Анал1з ефективност1 використання КПГ на м1кроеконом1чному р!вн1 зд1йснювавоя при зм1н1 таких фактор1в, як: ц1ни на енергоносИ; в1дс-тань до заправки паливом; парт1онн1сть перевезень; довжина маршруту, на якому зд1йснюються перевезення 1 в1ддален1сть п1дприемства в1д ць-ого маршруту; 1нтенсивн1сть використання рухомого складу, умови руху, 1 1нших фактор1в. Для прикладу, на рис. 4 наведено залежн1сть м!н1-мального р1чного проб1гу базово! (бензиново!) модиф!-кац11, за якого ще доц1льно експлуату-вати автомобШ на КПГ, в1д в1дстан1 до АГНКС, Ьагикс_ в!д-носно кр1тер1я р1з-ниц1 приведених до одиниц! транспортно! робота витрат

Д^км/ком. ДЛЯ р13-

них в1дпускних ц1н на КПГ при в1дпуск-н1й ц1н1 на бензин 0,60 грн/л. Ця залежн1сть наочно демонструе, що визначення меж сфери ефектавного застосування КПГ в1дносно 1нтенсивност1 використання рухомого складу 1 в1дстан1 до АГНКС можливе лише за умов врахування сп1вв1дношення в1дпускних ц1н на енергоносИ.

Створення оптимально! 1 розгалужено! 1нфраструктури газопоста-чання передбачае проведения р1зних вар1ант1в заход1в, як1 направлено на досягнення ц1е! мета. Сюди входить 1 визначення п1дприемством до-ц1льност1 придбання перееувного автозаправщика (ПАГЗ) або гаражно! АГНКС. Визначення доц1льност! використання на п!дприемств1 або аренда ПАГЗ або гаражно! АГНКС зручно проводити за такою методикою. Додатко-

•^год/пип> ^ 120000

для рЬних щн на КПГ, грн/нм3

0,45

2бТ 30

АГНКС '13,4

Рис. 4. Залехйсть и1ншального р!чвого пробиу базово! (бензиново!) моднфЬсацП, за якого ще дошльно експлуатувати иодифисащю на КПГ в1д Е1дстан1 до АГНКС для р!знях вЬшускявх щн на КПГ

■в1 витрати, як1 мае п1дприемство через експлуатац1ю чи аренду згада-ного обладнання можуть включатися в "к1нцеву" варт!сть 1 нм3 КПГ. ' заправленного в систему кивлення автомоб1ля. Ящо заправку передбача-еться проводити безпосередньо на територП п1дприемства, або поруч з маршрутом, на якому зд1йснюються перевезення, доц1льн1сть такого заходу можна визначити так, як показано на рис. 5. Наприклад, якщо в1д-даленн!сть в1д АГНКС

не переб1льшуе Ьхр,,,. (в1дстан1 при якШ експлуатац!я газобаллоне! модиф1кац11 р!вноефективна в по-р1внянн! з бензино-вою модиф!кац1ею) 1 дор!внюе Ьагнкс придбання (аренда) ПАГЗ чи гаражно! АГНКС в усереднених експлуатац!йних умо-вах ефективно, якщо "к1нцева" ц1на на 1 нм3 КПГ не переб!ль-шуе 0,45 грн. На рис. 6 показано за-лежност1 (для р1зних

Ьагнкс) СП1ВВ1ДН0-

шення ц1н на бензин 1 КПГ, що в1дпов1дае однаков1й ефектив-ност1 експлуатацП пор!внювальних моди-Ф1кац1й автомоб!ля ГАЗ-5Э (в1дносно витрат, приведених до одиниц! транспортов! роботи) в1д ц1ни на бензин. По сут1, рис. 6 показуе залежн!сть "р!вное-

дРК0М,%

о.ат

0,33

0,30

0,3»

0,36

451

0,42 0,48 0,54

•АГНКС, КМ

Рве. 5. Визначення дощльности придбання пересувного автогазозалравщика (ПАГЗ) або гарахво! АГНКС

с6/сш1г

4,0 -22

Рис. 6. Визначення "граничного" сшввадношення вщпускнвх цш на бензин I КПГ эалехно в!д цгаи на бензин та нараыетрш шфраструктурв газопостачання

фективного" сп1вв1дношення в1дпускних ц1н на бензин 1 КПГ в1д штомо! частини паливно! складово! експлуатац1йних витрат базово! (бензино-во!) модиц1кац11. Одержан! залежност! дозволяють к!льк1сно прогнозу-вати можливЮть зменшення степен1 економ1чного стимулювання поширення КПГ (тобто поступове зменшення "р!вноефективного" сп!вв!дношення вар-тост! 1 л бензина до вартост1 1 нм3 КПГ (Сб/Скпг) в м!ру зб1льшення деф1циту моторних палив нафтового походження 1 розвитку 1нфраструкту-ри.газопостачання.

В ц1лому. в результат1 проведених досл1джень, враховуючи характер 1 степ!нь впливу р1зноман!тних умов експлуатацИ, на пор!вняльну ефективн!сть зам1щення бензину КПГ можна в!дзначити, що техн1ко-еко-ном!чне обгрунтування цього заходу доц!льно робити окремо в кожному конкретному випадку з урахуванням специф1чних особливостей реальних умов експлуатацИ (зокрема в1дпускних ц!н на енергоносН). Розроблена методика ! математичн1 модел1 дозволяють це зд!йснювати. Разом з там, отриман! в робот1 результата дозволяють зробита ряд загальних реко-мендаЩй по зд1йсненню цього заходу.

ЗАГАЛБН1 ВИСНОВКИ

1. Економ!чна оц!нка отриманого ефекту в!д зам!щення бензину природним газом, разом !з зм1ною збитку в1д забруднення навколишнього середовища Укра1ни оц!нюеться у »60% зменшення приведених до одиниц! транспортно! робота витрат !з зам!щенням етильованого бензину 1 »17,2% - 1з зам!ною неетильованого бензину, для усереднених в1дстаней до АГНКС 10 км.

2. За 1снуючо1 пор!вняльно1 токсичн1ст1 р1зних компонент!в в!дп-рацювавших газ1в бензинового 1 газового двигуна (враховувались викиди оксиду вуглецю, сумарних вуглеводн1в, оксид1в азоту, сполук свинцю ! с!рки) експлуатац1я газово! модификацП вантажного автомоб1ля в по-р1внянн! з модиф!кац!ею, яка споживае неетильований бензин виг1дна з огляду екологИ для в1дстан1 до АГНКС. яка не перевищуе 14 км. Для б1льших в!дстаней до АГНКС використання природного газу в цьому випадку призводить до зб1льшення еколог!чного збитку, через те. що пороняно менша токсичн1сть газового двигуна н1велюеться холостими про-б!гами на заправку. Таким чином, обмеження на використання природного газу пов'язан! не лише з ф1нансовою ! комерц1йною, але 1 з еколог!ч-ною стороною анал1зу, 1 наявн1сть розгалужено! 1 оптимально! 1нфраст-руктури газопостачання е необх1дною умовою не лише т1льки позитивних

ф1нансового и комерц1йного ефект!в, але 1 позитивного ефекту з огляду екологИ.

3. Проекта щодо зам1щення бензину КПГ можуть мати сенс в нац1о-нальному масштаб!, 1 в той же час бути непривабливими на м1кроеконо-м!чному р!вн!. Ефектавн1сть використання природного газу в ц!лому суттево залежить в!д наявност! в!дпов1дних умов (р1вней в!дпускних ц1н на енергонос11. наявност! розгалужено! ! оптимально! 1нфраструк-тури газопостачання), 1 в!д правильного визначення сфер рац!онального його використання. 3 урахуванням визначених характеру та степен! впливу умов експлуатацИ на пор!вняльну ефективн!сть зам1щення бензину стисненим газом, а також швидкоплинно! ситуацП на ринку (наприк-лад, флуктуацП в!дпускних ц!н на 'енергонос! I) треба констатувати, що доц!льн!сть цього заходу необх!дно визначати для кожного окремо взятого випадку. В той же час можна сформулювати деяк! загальн1 рекомен-дац!! щодо рац!онального зам!щення бензину КПГ:

а) зважаючи на еколог!чн! аспекта, б1льш рац1онально зам1щувати бензин (в першу чергу етальований) КПГ для м!ських перевезень, де зо-середжено основну масу забруднювач!в атмосфери ! 1снуе висока щ!ль-н!сть населения 1з в!дстанями до АГНКС (за в!дсутност! власних засо-б!в заправки) не б!лыие 14 км;

б) сл!д утриматись в!д конвертування на КПГ рухомого складу, для якого передбачаеться повне або близьке до нього використання вантажо-п!дйомност1, так як в цьому випадку р!зко знижуеться ефективн!сть використання природного газу;

в) у випадку, коли п!дприемство не мае власних засоб!в заправки, експлуатувати газобалонн! автомоб!л! (як частину парку) доц!льно на маршрутах, максимально наближених до м!сця дислокацИ АТП. Якщо АТП розташовано в безпосередн!й близькост! в!д АГНКС. чи мае власн! засо-би заправки, величина нульового проб1гу (проб1гу в!д м1сця дислокацИ АТП до маршруту, на якому зд1йснюються перевезення) незначно впливае на пор1вняльну ефективн!сть зам!щення бензину природним газом;

г) якщо п!дприемство розташовано досить близько до АГНКС або мае власн1 засоби заправки, експлуатувати газобалонн! автомобШ (як час-тину парку) доЩльно на маршрутах досить довгих. Якщо в!дстань до АГНКС б1льша 5 км, характер впливу довжини !здки з вантажем на пор1в-няльну ефективн!сть неоднозначний 1 залежить в!д !нших фактор!в. Визначення сфери найб1льш ефективного використання газобалонних автомо-б1л1в (як частини парку) може зд!йснюватись за сер!ею побудованих в робот! номограм (для р!зних в!дпускних ц!н на енергонос!! ! т.!.).

4. 1нтенсивн1сть експлуатацП рухомого складу суттево впливае на пор1вняльну ефективн1сть використання газобалонних автомобШв. Виз-начення доц1льност1 експлуатацП газобалонних автомобШв може прово-дитись за спеЩальними номограмами залежно в1д усередненого часу в наряд! або р!чного проб!гу базових (тобто бензинових модиф!кац1й), р!зних в!дстаней до АГНКС, в!дпускних ц!н на енергоносИ 1 низки !н-ших чинник1в, як! доц!льно розглядати в тому чи 1ншому конкретному випадку.

5. Визначення доц!льност! використання на п1дприемств! або орен-ди ПАГЗ чи гаражно! АГНКС. а також пор!вняльний анал!з р!зних вар!ан-т!в заправки доц1льно проводите за побудованими в досл!дженн1 номограмами, як! в!дпов1дають усередненим або деяким конкретним умовам експлуатацП. Наприклад, при в!дпускних ц!нах на енергоносИ, бензин - 0,60 грн/л, КПГ - 0,30 грн/нм3, використання ПАГЗ чи гаражно! АГНКС з "к!нцевою" ц!ною КПГ (в яку закладен! питом! додатков! витрати, як1 мае п!дприемство через придбання 1 експлуатац!ю згаданого обладнання) 0,51 грн/нм3 на п!дприемств1. розташованому на в!дстан! в!д АГНКС б!льше н1ж 21 км, мае сенс, 1 призведе до р1вноефективно! (в пор!в-нянн1 з використанням бензину) експлуатацП газобалонних автомобШв. Якщо в даному випадку "к!нцева" ц!на КПГ становить, наприклад, 0,45 грн/нм3, експлуатац!я газобалонних автомоб!л1в дозволяе отримати зростання на 15% прибутк!в (в пор1внянн1 з використанням бензину) на кожний автомоб1ль.

6. Визначення "р1вноефективного" сп!вв!дношення в!дпускних ц!н на бензин 1 природний газ, в залежност! в1д в!дпускних ц1н на бензин 1 в!дстан1 до АГНКС (до якого передбачаеться економ!чно стимулювати розповсюдження КПГ . тобто п!дтримувати ц!ну на КПГ не вище визначе-ного р!вня) може визначатися за спец!альними номограмами. Наприклад, п!д час експлуатацП в м!ст! в усереднених умовах для в!дпускно! ц!ни на бензин 0.60 грн/л, в1дпускна ц!на на КПГ не повинна перевищувати 0,36 грн/нм3 для п1дприемств, як! в1ддален! в!д станцП заправки стисненим природним газом АГНКС на в1дстан! до 14 км;

7. Отримано залежност!, як! дозволяють к1льк!сно прогнозувати можливе зменшення степен1 економ1чного стимулювання поширення КПГ (тобто поступове зменшення "р1вноефективного" сп!вв!дношення вартост! 1 л бензину до вартост1 Ihm3 КПГ - С6/Скпг) в м!ру зб!льшення дефЩи-ту моторних палив нафтового походження 1 розвитку !нфраструктури га-зопостачання.

- 16 -

СПИСОК ОПУБЛ1КОВАННХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦП

1. Гутаревич Ю.Ф., Задорожний В.I., Матейчик В.П., Клименко O.A. Оц1нка показник1в паливно! економ1чност1 1 продуктивное« вантажного автомоб!ля при робот1 на бензин1 i природному газ! // Автошляховик Укра1ни. - 1997. - N 2. - С. 12-15.

2. Гутаревич Ю.Ф., Задорожний В.I.. Матейчик В.П., Клименко O.A. Еколог1чн1 показники вантажного автомоб!ля при работ! на бензин1 1 природному газ1 // Автошляховик Укра1ни. - 1997. - N 4. - С. 14-15.

3. Клименко O.A. Бензин чи природний газ // Експрес-новини: наука, техн1ка, виробництво. - Ки1в. - 1997. - Ы 11-12. - С. 37-39.

4. Гутаревич Ю.Ф., Матейчик В.П., Клименко A.A. Экономические и экологические показатели автомобилей при замещении бензина природным газом // Системн1 метода керування, технолог1я та орган1зац!я вироб-ництва, ремонту 1 експлуатацП автомоб1л1в. - Ки1в: УТУ, ТАУ. - 1997.

- Випуск N 3. - С. 46-50.

5. Задорожний В1тал1й, Матейчик Василь. Клименко 0лекс1й, Куць Над1я. Метода комплексно! оц!нки показник!в робота автомобШв в екс-плуатац!йних умовах // Materlaly Slmpoziumu "Metody obllczeniowe i badawcze w rozwoju pojazdow saraochodowych 1 maszyn roboczych samojezdnych". Rzeczow.- 1997,- C. 255-259.

6. Клименко O.A. До оц!нки ефектавност! використання на автомо-б!льному транспорт! стисненого природного газу // Матер!али м!жнарод-но! науково-техн!чно! конференц!! "Проблеми транспорту та шляхи ix вир1шення". - Ки!в: УТУ. - 1997. - С. 110-111.

7. Гутаревич Ю.Ф., Матейчик В.П., Клименко A.A. О возможности снижения эмиссии вредных веществ наземным транспортом путём конвертирования бензиновых двигателей на сжатый природный газ // Материалы международной научно-практической конференции "Обеспечение безопасности полетов в новых экономических условиях". - Киев: КМУЦА. - 1997.

- С. 321-322.

ГОдписано до друку 18.02.98. Формат 60x84 1/16. Пап1р офс. Офсетвий друк. Ум. друк. арк. 0,93. Тираж 100 прим. Зам. 1466.

УкраГнський гравспортний ун!версигет, 252010, Ки5в-10, вул. Суворова, 1.

ДВПП М1ннауки УкраХни, 232650, Ки1в- 6. вул. Горького, 180.

АНОТАЩ!

Клименко О.А. Визначення умов i сфер ращонального зампцення бензину стиснсним природним газом при експлуатацИ рухомого складу автомобшыюго транспорту. - Рукопис.

Днсерташя на здобуття наукового ступеня кандидата техшчних наук за спешалынстю 05.22.10 - Експлуатацш автомобильного транспорту. - Украшсысий транспортний ушверситет, КиТв, 1998 р.

На захист винесено метод багатокритер!ального i диференцшованого за умовами експлуатацИ анал!зу сфективност« застосування стисненого природного газу зам1сть бензину, який грунтуеться на математичному моделюванш процеав, нов'язаннх з експлуатащею автотранспортного засобу (АТЗ), зокрема, npouecie перемещения АТЗ, споживання палива, eMiciT шкщливих речовин, формування витрат на експлуатацш. Визначеш ефектившсть замтаення бензину природным газом па макро- i м!кроеконом1чному piaioix, умови i сфери ращонального здШснення цього заходу.

Ключов! слова: автомобшьний транспорт, природний газ, бензин, умови i сфери рацюнального використання, математичне моделювання.

Клименко А.А. Определение условий и сфер рационального замещения бензина сжатым природным газом при эксплуатации подвижного состава автомобильного транспорта. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта. Украинский транспортный университет, Киев, 1998 г.

На защиту вынесен метод многокритериального и дифференцированного по условиям эксплуатации анализа эффективности применения сжатого природного газа вместо бензина, основанный на математическом моделировании процессов, связанных с эксплуатацией автотранспортного средства (АТС), в частности, процессов перемещения АТС, потребления топлива, эмиссии вредных веществ, формирования эксплуатационных затрат. Определены эффективность замещения бензина природным газом на макро- и микроэкономическом уровнях, условия и сферы рационального осуществления этого мероприятия.

Ключевые слова: автомобильный транспорт, природный газ, бензин, условия и сферы рационального использования, математическое моделирование.

Klimenko А.А. Definition of conditions and spheres of rational substitution of gasoline to compressed natural gas during exploitation of the rolling-stock of road transport. - Manuscript.

Thesis for the academic degree of candidate of science by speciality 05.22.10 -Exploitation of the road transport. Ukrainian Transport University, Kiyv, 1998.

The method of multicriterian and differentiated relatively exploitation's conditions analysis of efficience due to use compressed natural gas (CNG) instead of gasoline are submitted for defense. The method, suggested in the dissertation, based on the mathematical simulation the processes which connected with using of vehicle, namely, the processes of vehicle movement, fuel consumption, exhaust gasses pollution and creation of using expence. Officience of substitution of gasoline to CNG on the macro- and microeconomical leveles has been determined. The conditions and spheres of rational realization this substitution has been founded.

Key words: road transport, natural gas, gasoline, conditions snd spheres of rational use, mathematical simulation.