автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Оптимизация режима прогрева двигателей по экологическим показателям

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Факторы, влияющие на пуск двигателей при низких температурах

1.2. Анализ существующих способов облегчения пуска автомобильных двигателей при низких температурах

1.3. Влияние температуры воздуха на расход топлива автомобилем при прогреве холодного двигателя

1.4. Влияние температуры воздуха на токсичность отработавших газов при прогреве холодного двигателя

1.5. Выводы. Задачи исследования

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Общая методика исследований

2.2. Определение границ изучаемой системы

2.2.1. Элементы системы

2.2.2. Параметризация рассматриваемой системы

2.2.3. Уточнение границ системы

2.3. Закономерности взаимодействия элементов системы

2.3.1. Общий вид взаимосвязей

2.3.2. Изменение условий эксплуатации по времени

2.3.3. Влияние нагрузки на расход топлива и концентрацию вредных веществ

2.3.4. Режим работы двигателя

2.3.5. Режим прогрева двигателя

2.3.6. Влияние температуры двигателя на концентрацию вредных веществ

2.3.7. Взаимосвязь температуры воздуха и режима прогрева двигателя с массой выброса вредных веществ

2.3.8. Методика расчета массы вредных веществ в отработавших газах

2.4. Модели закономерностей выбросов вредных веществ

2.5. Выводы

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1. Цель и задачи экспериментальных исследований

3.2. Методика экспериментальных исследований

3.2.1. Общая методика экспериментальных исследований

3.2.2. Оборудование для проведения экспериментальных исследований

3.2.3. Оценка погрешности измерения выброса вредных веществ

3.3. Планирование эксперимента

3.4. Методика обработки результатов экспериментальных исследований

3.5. Результаты экспериментальных исследований

3.5.1. Закономерности режимов работы двигателя при прогреве

3.5.2. Закономерность режима прогрева двигателя

3.5.3. Закономерность влияния температуры на концентрацию

3.5.4. Закономерность изменения концентрации по времени

3.6. Выводы

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

4.1. Основные направления использования полученных результатов исследований

4.2. Результаты исследований

4.3. Экологическая эффективность

4.4. Выводы 105 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ. ВЫВОДЫ 106 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 107 ПРИЛОЖЕНИЕ

Т» u и

В современных условиях охрана окружающей среды стала одной из важнейших задач, решение которой неразрывно связано с охраной здоровья человека.

В настоящее время уменьшение загрязнения атмосферного воздуха токсичными веществами, которые выбрасывает автомобильный транспорт, является одной из важнейших проблем. Загрязняющими выбросами в атмосферу считаются органические, неорганические, радиоактивные и другие виды соединений, превышающие медико-санитарные нормы содержания вредных веществ в атмосферном воздухе, отрицательно влияющие на живые организмы, ухудшающие жизненные условия и наносящие материальный ущерб.

Основное содержание мероприятий по сокращению выбросов вредных веществ заключается в: разработке перспективных силовых установок для автотранспортных средств, совершенствование конструкции двигателя и автомобиля, применение нейтрализаторов отработавших газов, перевод автомобилей на газообразное топливо, улучшение качества топлива. Осуществление этих экологических мероприятий весьма капиталоемко и требует значительных затрат времени.

Наряду с новыми конструкциями автомобилей длительное время будут существовать старые их модификации. В связи с этим возникает необходимость снижения вредного воздействия автомобильного транспорта на уровне эксплуатационных возможностей. Это относится к созданию более четкой системы организации работ по поддержанию эксплуатационных и технических характеристик автомобильных энергоустановок, повышению уровня эксплуатации, хранения, обслуживания и ремонта автотранспортных средств применительно к современным требованиям по уменьшению вредного воздействия на окружающую среду.

Для реализации данных экологических мероприятий необходимо комплексное изучение всех факторов, влияющих на выброс вредных веществ. Загрязнение происходит не только при реализации транспортного процесса, но и при подготовке к нему, в частности при прогреве двигателя.

Количество вредных выбросов и соотношение между различными токсичными веществами в отработавших газах автомобилей в большей степени определяются режимами работы их двигателей в эксплуатационных условиях. Низкие температуры воздуха и связанное с ними охлаждение агрегатов и эксплуатационных материалов затрудняют пуск двигателей, изменяют содержание вредных веществ в отработавших газах, эти изменения изучены недостаточно.

Учитывая, что более 70% территории России находится в зоне холодного климата, и большинство автомобилей хранятся безгаражным способом, необходимо отметить актуальность исследований, направленных на установление закономерности влияния температуры воздуха на массу выброса вредных веществ при прогреве двигателя.

Целью настоящего исследования является уменьшение выброса вредных веществ при прогреве двигателя посредством оптимизации режима прогрева.

Объект исследований - процесс формирования массовых выбросов вредных веществ с отработавшими газами бензиновых двигателей в режиме прогрева при низких температурах воздуха.

Предмет исследований - характер изменения массовых выбросов вредных веществ в зависимости от температуры и режима работы при прогреве двигателей автомобилей BA3-21063, BA3-2103, ВАЗ-21099 (двигатель ВАЗ-2111).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫВОДЫ

1. На основе выполненных исследований решена важная научно-рактическая задача по установлению закономерностей формирования массо-ых выбросов вредных веществ при прогреве автомобильных двигателей после уска при низких температурах окружающей среды.

2. Установлена зависимость выброса вредных веществ с отработавшими тми от начальной температуры двигателя при прогреве на холостом ходу и в вижении.

3. Установлена закономерность изменения выброса вредных веществ с гработавшими газами в процессе прогрева.

4. Разработаны математические модели изменения выброса вредных веществ при различных режимах прогрева.

5. Определены численные значения параметров математических моделей зменения выбросов вредных веществ при различных режимах прогрева. Могли позволяют определять экологические показатели с достоверностью 90%.

6. Определены численные значения параметров оптимального режима рогрева.

7. Определена масса выброса вредных веществ при различных темпера-фах окружающей среды и режимах прогрева.

8. Разработан оптимальный режим прогрева при безгаражном хранении зтомобилей с минимальной массой выброса вредных веществ. Экологический })фект про прогреве на оптимальном режиме по сравнению с прогревом на хо-зстом ходу при температуре -30 °С составляет 42%, а по сравнению с прогре-эм в движении - 17%.

9. Разработаны рекомендации по прогреву двигателя в низкотемператур-ых условиях эксплуатации.

107

1. Автомобили: Теоретические основы: Учебное пособие для вузов/ В.И. Копо-тилов Тюмень: ТюмГНГУ , 1999. - 403 с.

2. Автомобили «Жигули» моделей BA3-2103, -2106 и их модификации: Устройство и ремонт/ В.А. Вершигора, А.П. Игнатов, К.В. Новоксионов М.: Транспорт, 1986. - 192 с.

3. Автотранспортные потоки и окружающая среда: Учебное пособие для вузов/ В.Н. Луканин, А.П. Буслаев, М.В. Яшина М.: ИНФРА-М, 1998. - 408 с.

4. Автотранспортные потоки и окружающая среда: Учебное пособие для вузов/ Под ред. В.Н. Луканина М.: ИНФРА-М, 2001. - 646 с.

5. Аксенов И .Я., Аксенов В.И. Транспорт и охрана окружающей среды. М.: Транспорт, 1986. - 176 с.

6. Александров В.Ю., Кузубова Л.И., Яблокова Е.П. Экологические проблемы автомобильного транспорта. Аналитический обзор. Новосибирск, 1995. -113 с.

7. Архангельский В.М., Злотин Т.Н. Работа карбюраторных двигателей на неустановившихся режимах. М.: Машиностроение, 1979 - 152 с.

8. Ахметов Л.А., Корнев Е.В., Ситшаев Т.З. Автомобильный транспорт и охрана окружающей среды. Ташкент: Мехнат, 1990. - 216 с.

9. Бакуревич Ю.А., Толкачев С.С. Эксплуатация автомобиля зимой. М.: Транспорт, 1966. - 63 с.

10. Безгаражное хранение автомобилей: Учебно-методическое пособие/Под ред. Г.В.Крамаренко М.: Высшая школа, 1973. - 80 с.

11. Болдин А.П., Максимов В.А. Основы научных исследований и УНИРС: Учебное пособие. М.: МАДИ, 2002. - 276 с.

12. Бородич A.M. и др. Резерв экономии топлива// Автомобильный транспорт. -1979.-№10-С. 33-34.

13. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука, 1980. - 976 с.

14. Буянов Е.В. Транспорт для Севера. М.: Транспорт, 1970. - 120 с.

15. Варшавский И.Л., Малов Р.В. Как обезвредить отработавшие газы автомобиля. М.: Транспорт, 1968. - 128 с.

16. Влияние низких температур воздуха на эксплуатационные свойства автомобильных двигателей. Методические указания/В.Н. Карнаухов Тюмень: ТГНГУ, 1998. - 24 с.

17. Воробьев И.В. Методические основы экологической оценки автобусного маршрута в городах: Автореф. дис. . канд. техн. наук. М., 1996. - 22 с.

18. Высоцкий М.С., Беленький Ю.Ю. Топливная экономичность автомобилей и автопоездов. М.: Наука и техника, 1984. - 208 с.h Гаврилов А. Быстрый пуск холодных двигателей// Автомобильный транспорт. 1986. - №2. - С. 34-35.

19. Говорущенко Н.Я. Экономия топлива и снижение токсичности на автомобильном транспорте. М.: Транспорт, 1990. - 135 с.

20. Голубев И.Р., Новиков Ю.В. Окружающая среда и транспорт. М.: Транспорт, 1987.-207 с.

21. Горбунов В.В., Патрахальцев Н.Н. Токсичность двигателей внутреннего сгорания: Учебное пособие. М.: РУДН, 1998. - 214 с.

22. ГОСТ 8.207-76. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. М.: Издательство стандартов, 1976. -9 с.

23. Двигатели внутреннего сгорания. Теория рабочих процессов: Учебное пособие/В.Н. Луканин, К.А. Морозов, А.С. Хагиян М.: Высшая школа, 1995. -368 с.

24. Денисов А.С., Неустроев В.Е. Режим работы и ресурс двигателей. -Издательство Саратовского университета, 1981. 112 с.

25. Дмитриевский А.В. Карбюраторы: Диагностирование, регулирование, ремонт. М.: Машиностроение, 1995. - 144 с.

26. Дмитриевский А.В. Проблемы низкотемпературного пуска бензиновых двигателей// Грузовик&. 1998. - №11. - С. 37-38.

27. Дмитриевский А.В., Шатров Е.В. Топливная экономичность бензиновых двигателей. М.: Машиностроение, 1985. - 208 с.

28. Дрегалин А.Ф., Черенков А.С. Общие методы теории высокотемпературных процессов в тепловых двигателях. М.: Янус-К, 1997. - 328 с.

29. Дьяков А.Б., Вздыхалкин В.Н., Рузский А.В. Экологическая безопасность автомобиля. М.: МАДИ, 1983. - 218 с.

30. Ерохов В.И. Карбюраторы легковых автомобилей: Устройство и эксплуатация. М.: Транспорт, 2000. - 215 с.

31. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1981. - 160 с.

32. Жегалин О.И., Лупачев П.Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. М.: Транспорт, 1985. - 120 с.

33. Захаров Д.А. Влияние зимних условий эксплуатации автомобилей на топливную экономичность двигателей: Дис. . канд. техн. наук: Тюмень, 2000.- 111 с.

34. Захаров Н.С. Влияние сезонных условий на процессы изменения качества автомобилей. Тюмень: ТюмГНГУ, 2003. - 142 с.

35. Захаров Н.С. Моделирование процессов изменения качества автомобилей. -Тюмень: ТюмГНГУ, 1999. 127 с.

36. Захаров Н.С. Программа «REGRESS». Руководство пользователя. Тюмень: ТюмГНГУ, 1999. - 40 с.

37. Иванов В.Н., Ерохов В.И. Экономия топлива на автомобильном транспорте.- М.: Транспорт, 1984. 300 с.

38. Инструктивно-методические указания по определению экономической эффективности осуществляемых природоохранных мероприятий. -М.: Экономика, 1986. 57 с.

39. Исмаилов Р.Э. Снижение загрязнения окружающей среды индивидуальным автотранспортом в условиях большого города: Автореф. дис. . канд. техн. наук. М., 2000. - 17 с.

40. Иценко Б. Пароподогрев двигателей автобусов// Автомобильный транспорт.- 1984.-№3.-С. 35-36.

41. Калинина В.Н., Панкин В.Ф. Математическая статистика: Учеб. для студ.сред. спец. учеб. заведений. М.: Высшая школа, 2001. - 336 с. ). Канарчук В.Е. Долговечность и износ двигателей при динамических режимах работы. - Киев: Наукова думка, 1978. - 256 с.

42. Карнаухов В.Н. Сбережение топливно-энергетических ресурсов при эксплуатации автомобильного транспорта в низкотемпературных условиях: Ав-тореф. дис. . д-р техн. наук. Тюмень, 2000. - 41 с.

43. Карнаухов В.Н. Сбережение топливо-энергетических ресурсов при использовании автотранспорта зимой. М.: Недра, 1998. - 180 с.

44. Карнаухов В.Н., Резник Л.Г., Ромалис Г.М. , Холявко В.Г. Эксплуатация автомобилей в особых условиях: Учебное пособие. Тюмень: ТюмИИ, 1991.66 с.

45. Козлов Ю.С., Меньшова В.П., Святкин И.А. Экологическая безопасность автомобильного транспорта: Учебное пособие. М.: Транспорт, 1999. - 175 с.

46. Колчин А.И. Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: учебное пособие. .М.: Высшая школа, 2002. - 496 с.

47. Копотилов В.И. Межсменное хранение автомобилей в зимнее время: Учебное пособие. Тюмень: ТюмИИ, 1993. - 67 с.

48. Корчагин В.А., Филоненко Ю.Я. Экологические аспекты автомобильного транспорта. Учебное пособие. М.: МНЭПУ, 1997. - 100 с.

49. Крамаренко Г.В., Николаева В.А., Шаталов А.И. Безгаражное хранение автомобилей при низких температурах. М.: Транспорт, 1984. - 136 с.

50. Кривяков С.В. Многопараметровая оптимизация рабочего процесса дизеля по расходу топлива и выбросам вредных веществ с отработавшими газами: Автореф. дис. . канд. техн. наук. М., 2000. - 16 с.

51. Кульчицкий А.Р. Токсичность автомобильных и тракторных двигателей: Учебное пособие. Владимир: Владим.гос.ун-т, 2000. - 256 с.

52. Куперман А.И., Миронов Ю.В. Безопасность дорожного движения: справочное пособие. М.: Высшая школа, 1999. - 320 с.

53. Кутлин А.А. Определение потерь топлива, связанных с прогревом автомобиля после длительной стоянки// Проблемы адаптации автомобилей к суровым климатическим условиям севера и Сибири. Тюмень: ТИИ, 1977. - С. 30-35.

54. Кутлин А.А., Резник Л.Г., Яговкин А.И. Экспериментальное исследование режимов движения и их влияние на топливную экономичность автомобиля ГАЗ-66 в зимних условиях// Сб. науч. тр. Тюмень: ТюмИИ, 1974. - С. 34-38.

55. Лосавио Г.С. Эксплуатация автомобилей при низких температурах. М.: Транспорт, 1978. - 120 с.

56. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Промышленно-транспортная экологияб Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 2001. - 273 с.

57. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Снижение экологических нагрузок на окружающую среду при работе автомобильного транспорта/ Итоги науки и техн. Автомобильный транспорт. М.: ВИНИТИ, 1996. - 340 с.

58. Лунин А.В. Для запуска автомобильного двигателя в зимнее время// Промышленный транспорт. 1984. - №2. - С. 14.

59. Лурье М.И. Особенности эксплуатации автомобиля ВАЗ «Жигули». М.: Знание, 1977. - 87 с.

60. Магарил Е.Р. Улучшение приспособленности автомобилей к окружающей среде по выбросам токсичных веществ с отработавшими газами. Автореф. дис. . канд. техн .наук. - Тюмень, 1997. - 23 с.

61. Магарил Е.Р. Эксплуатационные и экологические свойства топлив для автомобильных двигателей. Пути улучшения. Екатеринбург: УралНАУКА, 1999. - 175 с.

62. Морозов К.А. Токсичность автомобильных двигателей. М.: Легион -Автодата, 2000. - 80 с.

63. Павлова Е.И. Экология транспорта: Учебник для вузов. М.: Транспорт, 2000. - 248 с.

64. Покровский А.В. Эксплуатация автомобилей с карбюраторными двигателями в условиях низких температур. М.: Транспорт, 1961. - 77 с. ). Резник Л.Г. Введение в научное исследование: Учебное пособие. - Тюмень: ТюмГНГУ, 1997. - 66 с.

65. Резник Л.Г. Индекс суровости условий эксплуатации машин// Нефть и газ. -2000.-№2.-С. 112-115.

66. Резник Л.Г. Основы методики научных исследований. Тюмень: ТюмГНГУ, 1994. - 69 с.

67. Ромалис Г. М., Чарков С. Т., Виленский Л. И., Кутлин А. А., Дедюкин В. В. Совершенствование системы управления расходом топлива автотранспортным предприятием// Проблемы освоения нефтегазовых ресурсов Западной Сибири. Тюмень, 1986. - С. 85-87.

68. Резник Л.Г., Ромалис Г.М., Чарков С.Т. Приспособленность автомобилей к низким температурам воздуха: Учебное пособие. Тюмень: ТГУ, 1985. -105 с.

69. Семенов Н.В. Эксплуатация автомобилей в условиях низких температур. -М.: Транспорт, 1993. 190 с.

70. Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология: Учебное пособие для вузов. М.: Логос, 2000. - 408 с.

71. Словарь-справочник по экологической безопасности автомобильного транспорта/ Козлов Ю.С. Святкин И.А. М.: АГАР, 1998. - 72 с.

72. Смородинский Я.А. Температура. -М.: Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. 192 с.

73. Сопов А.Г. Влияние низкотемпературных условий эксплуатации автомобилей на содержание вредных веществ в отработавших газах: Дис. . канд. техн. наук: Тюмень, 2001. 141 с.

74. Сопов А.Г. О приспособленности автомобилей к условиям эксплуатации по содержанию вредных веществ в отработавших газах// Приспособленность автомобилей к суровым условиям эксплуатации. Тюмень. :-ТГНГУ, 1999. -С. 141-142.

75. Сурин В.Н. Секреты пуска двигателя. М.: Транспорт, 1992. - 63 с.

76. Теплотехника: Учеб.для вузов/ В.Н. Луканин, М.Г. Шатров, Г.М. Камфер и др.; Под ред. В.Н. Луканина. М.: Высшая школа, 1999. - 671 с.

77. Технический паспорт газоанализатора «АВТОТЕСТ» М 008.01.000.00.

78. Техническая эксплуатация автомобилей: Учебник для вузов/ Под ред. Г.В. Крамаренко 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1983. - 488 с.

79. Тилиндис В., Валюнас В. Определение технико-экономических затрат на пуск двигателя при отрицательных температурах воздуха/ Тезисы доклада.-Клайпеда, 1988. С. 107-109.

80. Токсические характеристики современных карбюраторных двигателей с высокой степенью сжатия. Дмитриевский А.В. и др.// Загрязнение воздуха в городе выхлопными газами автомобилей. М.: НИИНавтопром, 1971. - С. 65-72

81. Топливная экономичность автомобилей с бензиновыми двигателями. М.: Машиностроение, 1988. - 598 с.

82. Трифонов А.А. Совершенствование диагностирования токсичности отработавших газов транспортных средств в условиях эксплуатации: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Харьков, 2000. - 18 с.

83. Фарафонтов М.Ф. Испытания ДВС. Установки и приборы: Учебное пособие. Челябинск: ЧГТУ, 1995. - 156 с.

84. Фильчаков П.Ф. Численные и графические методы прикладной математики. Киев: Наукова думка, 1970. - 798 с.

85. Хватков А.Н. Исследование стартерного пуска автомобильных карбюраторных двигателей ЗИЛ-130, ГАЗ-51, М-20 и «Москвич»: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Москва., 1950. - 25 с.

86. Ховах М.М. Экологические основы автомобильно-дорожного комплекса. -М.: МАДИ, 1987.— 108с.

87. Цуцоев В.И. Зимняя эксплуатация тракторов и автомобилей. М.: Московский рабочий, 1983. - 111 с.

88. Частухин В.И., Частухин В.В. Топливо и теория горения: Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1989. - 223 с.

89. Шартуни Н.Ж. Зависимость мощности и экономичности карбюраторного двигателя от температуры и влажности воздуха//Автомобильная промышленность. 1972. - № 3. - С. 7-9.

90. Щетина В.А., Беляев В.Б., Архипов С.В. Экологические аспекты автомобильного транспорта. Красноярск: Изд-во Краснояр. ун-та, 1990. - 208 с.

91. Экология и автомобилизация/ Иванов В.Н., Сторчевус В.К., Доброхотов B.C. Киев.: Будивельник, 1983. - 88 с.

92. Экономно и эффективно (выбор методов предпускового разогрева двигателя). Суранов Г., Толченников Б., Лебедев В., Шабалин В., Потолицын И.// Автомобильный транспорт. 1983. - № 11. - С. 30-33.

93. Эколого-экономическая оценка безгаражного хранения автотранспорта в условиях низких температур/ Цыплаков Г.Г., Зинченко А.И., Цыплакова Е.Г., Янкевич К.А., Янкевич Ю.Г. Магадан: Колыма. - 1999 - №4. С. 52-55.

94. Якубовский Ю. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды. -М.: Транспорт, 1979. 198 с.

95. Янчевский В.А. Студеная зима 2000-го// Автомеханик. 1999. - №11-12. -С. 86-89.

96. Curtis Eric Warren, Tallio Kevin Verne, Magnan Michael Bruno. Cold start fuel preheat system for internal combustion engine// Ford Global Technologies Inc. -2001.-№3.-P. 56-57

97. Cold weather oil service// «Mot. Serv.» (USA). 1985. - №12. - P. 42-43, 46

98. Daniel W.A. Engine Variable Effects on Exhaust Hydrocarbon Composition. -SAE Paper 670124, 1967. 22 p.

99. Darlington Thomas L, Platte Lois, Shih Celia. Effects of fuel volatility and temperature on vehicle evaporative emissions// «SAE Techn. Pap. Ser.». 1986. - № 860529.-P. 11

100. Функциональная схема газоанализатора «Автотест»

101. Проба анализируемого газа отбирается из выхлопной трубы автомобиля пробозаборным зондом. В рукоятке зонда размещается фильтр грубой очистки, где происходит предварительная очистка газа от частиц сажи и аэрозолей.

102. При использовании прибора в условиях отрицательных температур использовалась обогреваемая трубка доставки, исключающая перемерзание конденсата. В обогреваемой трубке проба газа термостатируется при температуре 35 С.

103. Функциональная схема газоанализатора "Автотест"