автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Разработка методики сравнительной оценки расхода топлива для автобусов с различными газовыми двигателями в условиях городских перевозок

На правах рукописи ВОРОНКОВИЧ Александр Владимирович

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ СРАВНИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ РАСХОДА ТОПЛИВА ДЛЯ АВТОБУСОВ С РАЗЛИЧНЫМИ ГАЗОВЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКИХ ПЕРЕВОЗОК

Специальность 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2004

Работа выполнена на кафедре "Эксплуатация автомобильного транспорта и автосервис" Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета).

Научный руководитель: - кандидат технических наук,

доцент Панов Ю.В.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук,

профессор Ерохов В.И.

- доктор технических наук,

профессор Токарев А.А.

Ведущая организация: - Научно-исследовательский и проектный

центр-филиал ГУЛ «Мосгортранс»

Защита состоится 2004 г. в /О часов на заседании

диссертационного совета Д 212.126.04 ВАК РФ при Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете) по адресу: 125829, ГСП-47, Москва, А-319, Ленинградский проспект, 64, ауд. 42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес диссертационного совета.

Автореферат разослан У^'У/^М^ 2004 г.

Телефон для справок 155-03-28.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор Максимов В.А.

^ о

Общая характеристика работы

Актуальность работы.

Применение альтернативных топлив позволяет проводить дальнейшее экологическое и экономическое совершенствование двигателей внутреннего сгорания пассажирских автотранспортных средств (АТС). Проходят опытную эксплуатацию АТС, работающие на водороде, диметилэфире. Наибольшее коммерческое применение нашли газообразные топлива и в первую очередь компримированный природный газ (КПГ) -метан. Практика показывает, что по конструктивным, экономическим и другим показателям на пассажирских АТС наиболее предпочтительно применение КПГ.

Применение альтернативных топлив активно поддерживается во многих странах мира на государственном уровне в форме экологических программ, различных льгот для всех участников цепи потребления топлив от заправочных станций до покупателей АТС.

Во многих странах, включая Россию, работают сотни автобусов на метане. Используются различные схемы и принципы работы двигателей на газе: газо-бензиновые, газодизельные и газовые двигатели.

Постоянно возрастающие требования к АТС естественно распространяются и на газовые автобусы (ГА). Потребители выдвигают требования к ГА, чтобы они по своим качествам, не уступали автобусам, работающим на жидких топливах. В связи с этим актуальным является объективная оценка их качеств по критериям, учитывающим особенности применения КПГ и условия эксплуатации.

В связи с этим для повышения эффективности эксплуатации городских автобусов, работающих на природном газе, необходима разработка методов оценки топливной экономичности ГА и комплекса требований, учитывающих влияние факторов, характеризующих условия их эксплуатации на маршруте.

Целью работы является разработка методики оценки топливной экономичности и повышение эффективности эксплуатации автобусов, работающих на КПГ, в условиях городских пассажирских перевозок за счет оптимального подбора газового двигателя.

Объектом исследования являются автобусы, работающие на

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ!

компримированном природном газе.

БИБЛИОТЕКА |

о» тй»Ш>Т%

Научная новизна работы состоит в следующем:

- предложена методика обоснования требований предъявляемых к городским пассажирским автобусам, использующим в качестве моторного топлива компримированный природный газ.

- выявлена совокупность факторов, характеризующих условия эксплуатации и определяющих расход КПГ газовыми автобусами на городских маршрутах;

- предложена методика многофакторного анализа топливной экономичности автобусов, работающих на газовом топливе

- предложена методика оценки газовых двигателей по топливной экономичности и тяговым свойствам.

Практическая ценность работы состоит в применении разработанных методов при выборе ГА для городских пассажирских перевозок.

Реализация результатов работы Разработанные методики и основные результаты исследований приняты к использованию в ГУЛ "Мосгортранс", "Центром прогрессивных автотранспортных технологий" (ЦПАТ) при ГУЛ "Мосгортранс" и в учебном процессе для студентов специальности "Автомобили и автомобильное хозяйство".

На защиту выносятся;

- методика обоснования требований, предъявляемых к городским автобусам, использующим в качестве моторного топлива компримированный природный газ;

- методика многофакторного анализа топливной экономичности автобусов, работающих на газовом топливе;

- методика оценки газовых двигателей, устанавливаемых на автобусы, по топливной экономичности и тяговой характеристике, основанная на определении величин расхода КПГ и коэффициента реализации крутящего момента для различных условий эксплуатации.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и одобрены на 59, 61 и 62 заседании секций научно-методических конференций МАДИ.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ и 4 отчета о научно-исследовательской работе.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и содержит 193 страницы текста, 38 таблиц, 46 рисунков и 4 приложений Список литературы включает 121 наименование работ.

Содержание работы

В первой главе рассматривается динамика устойчивой мировой тенденции к переходу на природный газ в качестве моторного топлива; представлены данные о численности парка автобусов, работающих на КПГ и заправках в 67 странах. Приводятся зарубежные и отечественные примеры использования КПГ в качестве моторного топлива на пассажирских перевозках с использованием двигателей, работающих на одном виде топлива - КПГ.

Экологические программы и проекты, претворяемые в жизнь на государственном уровне в США, Германии, Японии, Аргентине и других странах с целью снижения вредного воздействия отработавших газов автотранспорта на экологическую обстановку городов предусматривают перевод муниципального транспорта для работы на КПГ.

Принята Городская целевая программа "Расширение применения альтернативных топлив и источников энергии на автомобильном транспорте города" (постановление Правительства Москвы от 12.03.2002 № 170-ПП) 5 февраля 2003 г. Принято распоряжение № 166 - РП о мерах по реализации выше указанной городской целевой программы.

Существует ряд зарубежных производителей газовых двигателей, таких как SCANIA, Mercedes Benz, MAN, RABA, Volvo, Cummins и др., продукция которых успешно применяется во всем мире в качестве силовых агрегатов на городских автобусах. В нашей стране освоено производство газовых двигателей на заводе КАМАЗ.

Городской транспорт на газе - новое направление в области эксплуатации и нет еще достаточного накопленного опыта в выборе и эксплуатации газовых автобусов.

В настоящее время имеют место дискуссии при выборе двигателей для различных автобусов, работающих на КПГ. Это наглядно видно на примере работ профессора А.С. Хачияна (МАДИ (ГТУ)), и информации фирмы Cummins. По мнению профессора А.С. Хачияна, для России в настоящее время целесообразнее применение не распределенного впрыска газа под давлением, а центральной, в частности, эжекционной системы подачи газа. Наряду со стендовыми испытаниями окончательный выбор должны дать испытания в городских условиях. Для этого необходимо проводить эксплуатационные испытания; при этом готовых методик не существует. Необходимо проводить исследования о целесообразности применения того или иного двигателя на городских автобусах.

В связи с этим был сформирован перечень требований к городским автобусам, использующим в качестве моторного топлива КПГ. В этот перечень входят следующие требования. X! - соответствие экологических показателей, установленным нормам; Х2 - соответствие динамических показателей аналогам, использующим нефтяные виды топлив; ХЗ - фактический расход топлива; Х4 - безопасность эксплуатации; Х5 - достаточность запаса хода; Х6 - экономическая эффективность; Х7 - дополнительные затраты на ТО и Р; Х8 - надежный пуск двигателя в зимнее время; Х9 - нормативно правовая база для эксплуатации. Для выявления структуры и приоритетности наиболее значимых требований из всей совокупности, была выполнена их предварительная оценка на основе экспертизы.

По результатам обработки исходной информации была выполнена ранговая оценка значимости (рис.1.)

Х1 Х4 ХЗ Х6 Х2 Х9 Х5 Х8 Х7

требования

Рис. 1. Гистограмма рангов

Видно, что в качестве наиболее значимых требований выступают: X! - соответствие экологических показателей установленным нормам; Х4 - безопасность эксплуатации; ХЗ - Фактический расход топлива.

На основании проведенного анализа состояния проблемы и в

соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решены следующие задачи:

1. Обоснован выбор факторов, определяющих топливную экономичность автобусов с газовыми двигателями.

2. Апробирован приборный комплекс для проведения экспериментальных исследований по расходу КПГ.

3. Проведено инструментальное обследование топливной экономичности газовых автобусов на реальных городских маршрутах.

4. Теоретически и экспериментально обоснованы и разработаны математические модели, позволяющие определить величину расхода КПГ в зависимости от факторов условий эксплуатации.

5. Разработана методика выбора автобусов, работающих на КПГ с позиции топливной экономичности.

Во второй главе Проведена: проверка результатов экспертного опроса, выбор и обоснование основных факторов, определяющих расход топлива газовыми автобусами; приведены методика многофакторного анализа топливной экономичности, разработана методика группировки степени влияния факторов на расход топлива в однородные классы.

Оценка степени согласованности экспертных оценок проводилась с помощью коэффициента конкордации, а проверка гипотезы о неслучайности согласия мнений экспертов, осуществлялась по критерию Пирсона.

Для оценки различия исследуемых требований и существенности их влияния использовался математический аппарат дисперсионного анализа.

При определении существенности различий в распределениях требований для определения структуры их влияния на исследуемый объект осуществлялась оценка различия в средних значениях рангов.

Значимость различия средних значений рангов между требованиями определялась по ?- критерию Стьюдента путем последовательного сравнения средних значений рангов требований.

Статистическая оценка значимости различия средних значений признаков (требований) Хг и XI осуществляется на основе следующего критерия:

(1)

Если в результате обработки информации значение "^^ау то с

вероятностью Р=1-а можно утверждать, что различие в средних значениях признаков Хг и XI статистически не значимо, а рассматриваемые требования по средней степени влияния не различаются, и их можно отнести к одному классу.

Таблица 1

Оценка значимости средних значений рангов между требованиями

№ П.П. Требования *1 х2 х3 *4 *5 *6 х7 х8 х9

1 Соответствие экологических показателей установленным нормам ■ 3,73 4,48 2,1 4,49 зд 4,59 5,04 4,03

2 Соответствие динамических показателей аналогам, использующим нефтяные виды топлив *2 3,73 - 0,91 2,63 од одз 0,49 0,46 0,12

3 Фактический расход топлива 4,4« 0,9] - 2,65 147 0,58 1Д7 1,65 1,09

4 Безопасность эксплуатации х4 2,1 2,63 2,65 - ЗДЗ 2,18 3,42 3,72 2,89

5 Достаточность запаса хода *5 4,49 ОД 1.27 3,23 - 0,44 033 0Д8 0,07

6 Экономическая эффективность *6 зд 0,23 0,58 2,18 0,44 - 0,71 0,70 ОД 5

7 Дополнительные затраты на ТО иР Х7 4,59 0,49 1,57 3,42 0,33 0,71 - 0,06 ОД 8

8 Надежный пуск двигателя в зимнее время х8 5,04 0,46 1,65 3,72 0Д8 0,7 0,06 - 0,34

9 Нормативно-правовая база для эксплуатации Хд 4,03 0,12 1,09 2,89 0,07 0,35 0Д8 0,34 -

Таким образом, можно представить взаимосвязи требований в следующем виде:

х1 -> взаимосвязей нет; х2-> х}, х,, х7, х,, х9; х, —> х2, х5, х6, х7, х„ х9\ х4 -» взаимосвязей нет; х, -> хг, х,, х6, х7, х,, зс9; хй -» х2, х3, х5> х,, хг, х,;

Х7 ) Х2> Х3> Х59 Х6> Х99 Х9, Хя У Х21 Х3/ Х5з Х6) Х71 Х99 Х9 ► Х29 Х^З 1 Х6) Ху, ЛГ8

Фактор расхода топлива выявлен на основании экспертной оценки, как одно из наиболее значимых требований, а анализ данной матрицы показывает, что он имеет взаимосвязь практически со всеми остальными требованиями.

В результате проведенных исследований осуществлен выбор факторов, определяющих топливную экономичность автобусов с газовым двигателем. X} - уд. время разгона на перегоне ), с./км;

Х-1 - уд. время технологической остановки на перегоне ), с./км; Xз - уд. время случайных остановок на перегоне ), с./км; Х^ - уд. время движения на установившемся режиме движения на перегоне ((ук), с./км;

Х5 - уд. время движения на перегоне ), с7км; Х6 - уд. количество случайных остановок на перегоне (п^), ед./км; Х7 - уд. количество переключений передач на перегоне (п„„ь), ед./км; эксплуатационная скорость на перегоне км/ч. При этом установлено, что расход топлива на перегонах маршрута имеет различные значения, что связано с непостоянством показателей, характеризующих каждый к-й перегон маршрута.

Вследствие этого, средний расход газового топлива на рассматриваемом маршруте определяется из выражения вида:

- расход газового топлива автобусом на перегоне маршрута,

В свою очередь, соотношение величины расхода топлива при движении в городских условиях на маршруте к расходу топлива, соответствующего условию и режиму движения с постоянной скоростью (установившийся режим движения) согласно ГОСТ 20306-90 будет носить переменный характер. Данное соотношение определяется результирующим

признаком, коэффициентом приведения величины расхода топлива на перегоне маршрута к условиям установившегося режима

движения.

где:

(нм3);

- количество перегонов на маршруте движения.

кпрк - ~40 ' (3)

'¿гост

где Огост - расход газового топлива (нм3/100км) в условиях установившегося движения автобуса согласно ГОСТ 20306-90 (контрольный расход топлива при 40 км/ч).

В качестве целевой функции показателей топливной экономичности автобусов на ] -м маршруте, принимаются в общем виде математические модели вида:

Процедура построения математических моделей предусматривет анализ экспериментально полученных значений совокупностей каждого 1-го фактора. Анализ включает в себя проверку:

- однородность наблюдений;

- случайность и независимость наблюдений;

- наличие связи фактора с результативным признаком;

- нормальность распределения совокупностей значений факторов. На основании выполненных ранее исследований, расход топлив

определялся совокупностью влияния факторов. При этом принималась гипотеза о линейной аппроксимации вида:

& = ад0 + ад\х\ + аЯ2Х2 +- + аЧпхп > (5)

(6)

где

ад1>ад2^"'адп' ак1>ак2>—>акп - частные коэффициенты линейной модели;

- значения независимых факторов.

В реальной ситуации факторы, характеризующие автобусный маршрут имеют различный физический смысл, их значения имеют разную размерность. Доля влияния каждого фактора на результирующий признак может быть также различной, поэтому их учет является одной из важных задач. При известном уравнении множественной регрессии можно определить долю влияния каждого отдельно взятого

фактора Xj = (Xj,X2,—X„) j-ГО маршрута на результирующий признэд(в рассматриваемом случае - к£р).

Относительное влияние 1-го фактора на результирующий признак klp на j -м маршруте, с учетом меры их вариации, определяется стандартизованным коэффициентом регрессии fij:

ФП

Р! =аы'

(7)

где

сг(х/) - среднеквадратичное отклонение I -го фактора на _/ -м маршруте движения;

а^ - частный коэффициент /-го фактора математической модели. При этом принимается гипотеза о возможной изначальной неоднородности полученных значений степени влияния рассматриваемой

полной совокупности факторов {к/^-! , выражаемых через совокупность

коэффициентов влияния на безразмерную характеристику. В

качестве инструмента для решения данной задачи применяется «метод оптимального распределения случайных величин на заданное количество однородных групп» (рис. 2.

Степень влияния /3

Рис. 2. Графическая иллюстрация разделения исходного множества значений степени влияния С = {Д j на однородные подмножества Аи В с обеспечением условия

При этом функция правдоподобия имеет вид:

г(шиМ2Лв)=и/МЛ)-иФЛЬ^ (8)

где и §2 - оценки параметров распределения функций и /2.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований топливной экономичности ГА на маршрутах, которые проводились в условиях маршрутной сети 11-го автобусного парка г. Москвы, с целью выявления факторов, характеризующих маршрут движения, и оценки степени их влияния на топливную экономичность автобуса, с газовым двигателем. Данные результаты необходимы для разработки методики сравнительной оценки расхода топлива автобусов, с различными газовыми двигателями.

Рассматриваются характеристики ГА, приборное обеспечение для регистрации расхода КПГ, методика его измерения и обработки результатов, физико-химические и качественные показатели применяемого при испытаниях КПГ

Объектом исследований принят автобус особо большой вместимости Икарус-280.33 с газовым двигателем RABA G 10 DE-190.

Измерение расхода КПГ проводилось постоянно подключенным к газовой системе питания автобуса микроэлектронным датчиком давления МИДА-ДИ-13ПК-Ех, соединенным с индикатором давления МИДА-ИЦ Измерение температуры КПГ осуществлялось при помощи термопары, вмонтированной в трубопровод высокого давления.

Оценка топливной экономичности в условиях установившихся режимов движения проводилась на специальных измерительных участках дороги, соответствующих требованиям ГОСТ 20306-90. Оценка проводилась при полной массе, составляющей 22900 кг и загрузке салона 4500 кг (общая масса 18400 кг), соответствующей средней величине загрузки салона на маршрутах 11-го автобусного парка.

Результаты проведенных испытаний и их оценка точности представлена в табл. 2.

Таблица 2.

Характеристики расхода топлива на установившихся режимах движения

Режим установившегося движения при скорости V, км/ч

Показатель 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

Полная масса 22900 кг

Расход КПГ, нм3/100км 26,3 29,2 30,9 31,1 33,0 34,8 38,0 43,0 46,0 51,3

Относительная

погрешность измерений, Ду:, % 3,5 2,9 2,4 1,8 0,6 0,6 1,2 1,9 2,5 3,2

Снаряженная масса + загрузка салона 4500 кг -18400 кг

Расход КПГ, нм3/100км 22,6 25,1 26,7 27,1 29,0 31,0 34,2 38,8 41,6 47,0

Относительная

погрешность измерений, , % 3,2 2,7 2,5 1,6 0,5 0,6 1,1 2,0 2,3 2,8

Одновременно осуществлялась оценка топливной экономичности в условиях движения на городских маршрутах.

На основе статистически обработанных показателей, полученных регистрацией при заездах, определены численные значения факторов, характеризующих условия эксплуатации при движении на маршрутах, а также рассчитаны значения величин расхода газового топлива и коэффициентов по каждому перегону рассматриваемых маршрутов

Изучение статистической информации, полученной при проведении инструментального обследования на маршрутах топливной экономичности автобуса с газовым двигателем, подтвердило, что величины расхода КПГ как в целом, так и по перегонам рассматриваемых маршрутов имеют существенные различия. Наиболее наглядно позволяет оценить существующие различия графическая интерпретация расхода газового топлива, коэффициента и факторов, характеризующих условия

эксплуатации автобуса на перегонах рассматриваемых маршрутов (рис.3.).

Диапазон изменения расхода топлива на перегонах маршрута №851 от 21 до 77 нм3/100км

Анализ значений факторов, характеризующих условия эксплуатации, показывает также на существенную их разницу по перегонам маршрутов.

Величина эксплуатационной скорости см. (рис.3.) на перегонах маршрута №851 изменяется от 4 до 56 км/ч, а маршрута №233 от 8 до 28 км/ч.

Количество переключений передач см. (рис.3.) на перегонах маршрутов также неоднозначно. Данная величина меняется на перегонах маршрута №851 от менее 1 до 17 на километре пути, а маршрута №233 от 3 до 20. Достаточно значительные изменения по перегонам рассматриваемых маршрутов имеют значения факторов времени движения и остановок. Например, удельное время разгона на разных перегонах маршрута может различаться в 5 и более раз (рис.3.). Широкий диапазон изменений значений по перегонам маршрутов имеют факторы удельного количества случайных остановок и удельного времени случайных остановок см. (рис.3).

В табл.3, представлено процентное распределение общего времени при движении на рассматриваемых маршрутах движения. Данные показывают, что при увеличении значения коэффициента приведения расхода топлива, увеличивается доля времени, связанная с остановками, соответственно, доля времени движения снижается.

Таблица 3.

Процентное распределение общего времени при движении на рассматриваемых маршрутах

№№ маршрут ов Среднее значение коэффиц иента привиде ния расхода топлива Время остановок, % Время движения, % Общее время, %

Техно логич еские Случа иные Всего Разгон Установ ившийся режим Всего

851 1,83 10,5 4,1 14,6 55,1 30,3 85,4 100

199 2,32 12,9 5,2 18,1 48,7 33,2 81,9 100

149 2,26 13,1 10 23,1 52,5 24,4 76,9 100

138 2,46 11,4 18,5 29,9 43,7 26,4 70,1 100

745 2,65 16,3 7,8 24,1 46,2 29,7 75,9 100

233 2,58 19,2 8,8 28,0 43,1 28,9 72,0 100

22 2,96 10,6 19,4 30,0 46,2 23,8 70,0 100

а) Распределение расхода КПГ автобусом на перегонах различных маршрутов

0,046 0,04 0,035 0,03 0,025 О 0,02 0,015 0.01 0,005 О

V/ ч

к

л. к

%

<>

V

Ч ч ч

Расход КПГ О, хуб м/100км

№851 — —№199

— - №745 - - - №233

б) Распределение удельного времени разгона на перегонах различных маршрутов

0,02 0,015

5

0,005

\ ]

< д

Г

п /

Уд. время разгона 1р, с./т

— —№199

- - - №745 — - №233

в) Распределение удельного времени установившегося движения на перегонах различных маршрутов

0,025

Уд. время установившегося движения 1у, с/км

№851 — —№199

- - - №745 — - №233

г) Распределение удельного времени случайных остановок на перегонах различных маршрутов

||1К!<;;!Н|Н1ИЦ1Н111111|11

Уд. время случайных остановок 1с, с./ш

-№851---№199-

•N«745----№233

д) Распределение удельного количества переключений передач на перегонах различных маршрутов

0,15 0,1 0,05 0

к.

\

< Г\ V » <

4 V * к »

0 2 3 5 6 8 9 11 12 14 15 17 18 20 21 Уд. количество переключений передач лпп, с./км

— —№199

- - - №745 — - №233

е) Распределение величины эксплуатационной скорости на перегонах различных маршрутов

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 Эксплуатационная скорость Уэ, км/ч

№851 — —№199

- - - №745 - - №233

Рис. 3. Закономерности распределения расхода топлива и факторов условий эксплуатации (на примере отдельных

маршрутов)

При построении многофакторных математических моделей, выявлены наиболее значимые факторы, имеющие наибольшее влияние на результирующий признак, а также не допустить ситуации взаимокоррелируемости факторов между собой.

Сравнение коэффициентов парной корреляции указывает на существенную корреляционную связь между удельным временем случайных остановок и удельным количеством случайных остановок, а также между эксплуатационной скоростью и удельным общим временем движения. При этом наблюдается и существенная корреляционная связь между удельным общим временем движения и удельным временем разгона. Для исключения взаимокоррелируемости, фактор удельного общего времени движения из дальнейшего рассмотрения исключается, поскольку он аналитически учитывает и удельное время разгона, и удельное время установившегося режима движения. Из дальнейшего рассмотрения был исключен фактор удельного количества случайных остановок в пользу наиболее информативного фактора удельного времени случайных остановок.

С помощью ПЭВМ были получены многофакторные математические модели расхода топлива и коэффициентов приведения расхода топлива в зависимости от определяющих факторов:

0851 = 36,77 + 0,35 • 10"3 • 1р -96 • 10"3 • 1У + 49,7 • 10"3 • 1С -к*„1х = 1,38+0,02 • 10~3 • 1р -3,6-10~3-1у +1,87 • 10~3 • /с -

Согласно модели (8) выполнена группировка степени влияния факторов условий эксплуатации на коэффициент приведения расхода топлива для рассматриваемых маршрутов движения автобуса.

На первом этапе осуществляется формирование исходной матрицы

значений степени влияния факторов на коэффициент , выражаемой через

стандартизованные коэффициенты регрессии.

Графическая интерпретация изменения степени влияния на рассматриваемых маршрутах представлена на графике (рис.4.)

Задача состоит в отнесении значений степени влияния представленной совокупности по двум или более однородным группам значений.

,7

Рис.4. Изменение степени влияния факторов по маршрутам При этом максимум значения функции правдоподобия:

1 = 2к• ехр"4^• 0,149"35 -0Д57"7 = 1,76-Ю26 -> тах

В 1-ю группу вошли факторы: tp,íy,tc, /у, Ппп, У^

Р"У'

Во 2-ю группу: tp, Ппп.

При этом доля влияния о(Д-) каждого фактора в общей совокупности факторов равна:

(И)

где

- модуль суммы степеней влияния всех факторов по рассматриваемой однородной группе.

При этом по факторам 1-й группы доли влияния факторов составляют:

и => = "29'7%; {т => ^ = "0-6%;

«„„=> (01(р1) = 2А,%%-уэ=> а1(Р1) = 20,4%; По факторам 2-й группы доли влияния равны:

*,=> в>п(Рн) = 50,8%; => а)п(Р 11)-49,2%;

Влияние 1-й и 2-й групп степеней влияния факторов на расход топлива и коэффициент привидения расхода топлива составят:

м

Ю/ =

% =

ЕАН1А»

№ ЕА1+ЕА

•100% = 11,5%.

•100% = 88,5%.

В четвертой главе выполнена оценка газовых двигателей по топливной экономичности, тяговой характеристике и эффективности выполненных исследований.

Из всех доминирующих факторов по 1-й и 2-й группам, расход топлива меняется в большей степени в зависимости от времени разгона (рис. 5.)

Рис. 5 Зависимость расхода топлива от коэффициента влияния Р^ Уравнение регрессии имеет вид

б=56,206 (12)

Оценка проводится в два этапа. Первый этап предусматривает расчет характеристик базового двигателя. (В данном исследовании за базовый принят двигатель RABA G 10.)

Для рассматриваемого множества значений коэффициентов влияния \р',г\ определялась реализуемая сила тяги на маршруте Р^ . Необходимо

отметить, что Р^ - является средним значением силы за весь маршрут.

где: - расход топлива для различных условий движения, м3/100 км;

Ц - КПД трансмиссии;

ри - плотность КПГ, ря =0,725 кг/м3;

- удельный расход топлива на оборотах холостого хода и на средних оборотах при движении за рассматриваемый временной интервал; а, - доля движения и холостого хода на маршруте.

Используя зависимость расхода топлива от коэффициента влияния ¡3^, создаются условия для моделирования множества значений

Уравнение регрессии при этом имеет вид:

^=1006,9^+5177,3 (14)

Наличие полученных зависимостей реализованный крутящий момент на маршруте

7162-6, .ут.Ра

позволяет оценить средний

М„,

(15)

где: - расход топлива для различных условий движения, м3/100 км;

- реализованная скорость на маршруте

- плотность КПГ,

- удельный расход топлива на оборотах холостого хода и на средних оборотах при движении;

- доля движения и холостого хода на маршруте;

- реализованные обороты, об/мин. В свою очередь уравнение регрессии для

Мт = -147,97-$ + 177,64-Д, +302,13

(16)

Оценка реализации крутящего момента и тем самым его запас осуществляется на основе определения коэффициента реализации момента из выражения вида:

а расход топлива для сравниваемых двигателей из выражения вида:

(17)

в,=

2700-ц- р„

(18)

Реализуемый крутящий момент: п. g

(19)

По полученным результатам расчетов базового и исследуемых двигателей построены зависимости (} и Крм от (^р рис. 6.

Рис. 6 Зависимости расхода топлива и коэффициента реализации крутящего момента от коэффициента влияния

Полученные результаты могут использоваться для оценки затрат на топливо, при переоборудовании для определения запаса хода и тем самым необходимого количества баллонов, при проектировании АГНКС для прогнозирования потребления газа парком.

Основные выводы и рекомендации

1. Разработана методика сравнительной оценки газовых двигателей по топливной экономичности и тяговой характеристике, относительно базового варианта, позволяющая решить задачу, направленную на повышение эффективности эксплуатации автобусов, работающих на компримированном природном газе.

2. Произведены анализ и выбор факторов, влияющих на топливную экономичность газовых автобусов, позволяющие оценить топливную экономичность автобусов с различными газовыми двигателями, с помощью восьми показателей, характеризующих конкретный маршрут движения.

3. Разработаны методики многофакторного анализа топливной экономичности автобусов, работающих на КПГ, а также методика формирования однородных групп факторов, влияющих на расход топлива этих автобусов, позволяющие осуществлять эффективную оценку указанного качества.

4. Апробирован и выбран комплекс измерительных средств, позволяющих определять расход КПГ непосредственно в процессе проведения ходовых испытаний автобусов. Проведены экспериментальные исследования расхода КПГ на установившихся режимах движения и в условиях городской маршрутной сети и сделаны по ним соответствующие выводы.

5. Построены многофакторные модели оценки расхода КПГ и коэффициента приведения расхода топлива; выполнена оценка их значимости и адекватности, что позволяет пользоваться ими в качестве оценочных критериев.

6. Установлено, что базовый двигатель RABA G 10 является оптимальным с точки зрения расхода топлива и запаса по крутящему моменту.

7. Проведена оценка эффективности выполненных исследований, которая показывает, что предварительная оценка расхода топлива автобусами с различными двигателями позволяет определять затраты на топливо и что разница может достигать 32690 руб. на один автобус в год.

8. По результатам испытаний автобуса Икарус 280 получены исходные данные для расчета потребления КПГ автобусным парком при разработке предпроектного технического задания реконструкции 11 автобусного парка ГУЛ Мосгортранс.

9. Результаты теоретических и экспериментальных исследований приняты к использованию в ГУЛ "Мосгортранс" и в учебном процессе МАДИ(ГТУ).

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих

публикациях:

1. Результаты испытаний автобуса Икарус-280 с газовым двигателем RABA G-10. Воронкович А.В., Корякин А.А., Панов Ю.В. Автотранспортное предприятие №10 2003. - с. 9 -11.

2. Выбор требований к автобусам, работающим на КПГ. Воронкович А.В., Зенченко В.А., Корякин А.А., Панов Ю.В. Автотранспортное предприятие №5 2004.-с. 34-36.

3. Воронкович А.В., Зенченко В.А., Корякин А.А., Панов Ю.В. Оценка эксплуатационных свойств автобусов, работающих на КПГ. / Техническая эксплуатация автомобилей и автосервис: Сборник научн. тр. - М.: МАДИ (ГТУ), 2004.-с. 113-115.

4. Исследование топливной экономичности автобусов, работающих на компримированном природном газе. / Воронкович А.В., Зенченко В.А., Панов Ю.В.; М., - 9 с. Ил. - Рус, - Деп. в ВИНИТИ РАН 11.11.2004 №1759-В2004.

5. Методика оценки топливной экономичности газовых двигателей городских пассажирских автобусов. / Воронкович А.В., Зенченко В.А., Панов Ю.В.; М., - 9 с. Ил. - Рус, - Деп. в ВИНИТИ РАН 11.11.2004 №1758-В2004.

Подписано в печать 18. И 2004 г. Заказ № 123 Объем 1п.л. Тираж 100 экз.

Отпечатано в ООО «Петроруш» Москва, ул. Палиха, 2А тел. 250-92-06

»24172