автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Разработки методики маршрутного нормирования расхода топлива для газодизельных автобусов

На правах рукописи КОРЯКИН Альберт Анатольевич' Б

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ МАРШРУТНОГО НОРМИРОВАНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА ДЛЯ ГАЗОДИЗЕЛЬНЫХ АВТОБУСОВ

ОЛ

■ 0

Специальность 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2000

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

Научный руководитель

- кандидат технических наук, доцент Панов Ю.В.

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, профессор Ерохов В.И.

- кандидат технических наук, Блудян Н.О.

Ведущая организация

МосгоргрансНИИпроект

Защита состоится: "¿/_" 2000 г. в 10 часов на заседании

диссертационного совета К 053.30.09 ВАК России при Московском государственном автомобильно-дорожном институте (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" молс>с>8.2000 г.

Телефон для справок 155-03-28.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор Власов В.М.

■ Общая характеристика работы

Актуальность работы. Автомобильный транспорт является массовым потребителем моторных топлив. Постоянный значительный рост численности парка автомобильного транспорта ведет к росту потребности в моторных топ-ливах и, как следствие, к их удорожанию или дефициту. В данной ситуации для эффективной эксплуатации автомобильного транспорта необходимо обеспечение рационального использования им моторных топлив, одним из направлений которого является нормирование расхода топлива.

С другой стороны увеличение численности автомобилей и, как следствие, выбросов ими вредных компонентов отработавших газов отрицательно воздействует на состояние воздушного бассейна, особенно крупных городов.

В создавшихся условиях способными улучшить экологическую обстановку и высвободить дефицитные нефтяные моторные топлива являются альтернативные виды топлива, наиболее доступным из которых является природный газ.

Во многих странах мира на государственном уровне принимаются экологические программы, важным направлением которых является снижение вредного влияния отработавших газов автомобильного транспорта, за счет использования компримированного природного газа (КПГ) в качестве моторного топлива. Подобная программа газификации транспорта была принята в г. Москве, одним из направлений которой является перевод дизельных городских автобусов пассажирских автопредприятий ГК "Мосгортранс" на работу на газовом топливе, в том числе на работу по газодизельному циклу.

В связи с этим для повышения эффективности эксплуатации городских автобусов, работающих по газодизельному циклу, необходима разработка нормативной базы и методов нормирования маршрутного расхода дизельного топлива и КПГ, учитывающих влияние факторов, характеризующих условия эксплуатации на маршруте.

Целью работы является повышение эффективности использования газодизельных автобусов за счет разработки маршрутных нормативов расхода дизельного топлива и КПГ на основе информации, характеризующей условия эксплуатации на маршрутах.

Объектом исследования являются задачи рационального использования топлива газодизельными автобусами, связанные с учетом особенностей условий эксплуатации на городской маршрутной линии.

Научная новизна работы характеризуется:

- научно обоснованной совокупностью факторов, характеризующих условия эксплуатации и определяющих расход дизельного топлива и КПГ газодизельными автобусами на городских маршрутах;

- построением многофакторных математических моделей, позволяющих определить средние величины расходов дизельного топлива и КПГ газодизельными автобусами на городских маршрутах;

- методикой разработки маршрутных нормативов расхода топлива, основанной на определении с высокой достоверностью предельных величин расхода дизельного топлива и КПГ для каждой из однородных с позиции расхода топлива групп маршрутов, сформированных с учетом показателей условий эксплуатации, оказывающих наибольшее влияние на расход топлива;

- методикой разработки индивидуальных нормативов расхода дизельного топлива и КПГ газодизельными автобусами для конкретных городских маршрутов;

- сравнительной характеристикой топливной экономичности газодизельных автобусов с различной модификацией газодизельной системы питания.

Практическая ценность заключается в практических рекомендациях по разработке маршрутных нормативов расхода дизельного топлива и газового топлива для газодизельных автобусов на основе информации об условиях эксплуатации на маршрутах.

Реализация результатов работы. Разработанные "Методики..." и основные результаты исследований приняты к использованию в ГК "Мосгор-транс", "Центр прогрессивных автотранспортных технологий" (ЦПАТ) при ГК "Мосгортранс" и в учебном процессе для студентов специальности "Автомобили и автомобильное хозяйство".

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и одобрены на 3-й и 4-й международных научно-технических конференциях "Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе" МАДИ (ТУ) (1999-2000г.), Московской городской научно-практической конференции "Автотранспортный комплекс и экологическая безопасность" (1999г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ, и 1 отчет о научно-исследовательской работе.

На защиту выносятся:

- совокупность факторов, характеризующих условия эксплуатации и определяющих расход дизельного топлива и КПГ автобусами, работающими по газодизельному циклу на городских маршрутах;

- однофакторные и многофакторные математические модели определения маршрутного расхода дизельного топлива и КПГ газодизельными автобусами;

- методика разработки маршрутных нормативов расхода топлива, основанная на определении с высокой достоверностью предельных величин расхода дизельного топлива и КПГ для каждой из однородных с позиции расхода топлива групп маршрутов, сформированных с учетом показателей условий эксплуатации, оказывающих наибольшее влияние на расход топлива;

- методика разработки индивидуальных нормативов расхода дизельного топлива и КПГ газодизельными автобусами для конкретных городских маршрутов;

- сравнительная оценка топливной экономичности газодизельных автобусов с различной модификацией газодизельной системы питания.

Стууктура и объем работы. Диссертация состоит из Введения, четырех глав, выводов и содержит 220 страниц машинописного текста, 80 таблиц, 48 рисунков, списка литературы т 114 наименований и 5 приложений.

Содержание работы

Во введении показаны актуальность и цель исследования, раскрываются научная, новизна и практическая ценность работы, дается общая характеристика работы, сведения о результатах ее апробации, внедрении и основные положения, выносимые на защиту. --

В первой главе рассматриваются тенденции роста автомобильного парка в крупных городах, состояние и прогноз обеспеченности, основными энергоресурсами для производства моторных топлив, масштабы вредного влияния отработавших газов на экологическую обстановку крупных городов, связанного с ростом численности автотранспорта; приводится мировой и отечественный опыт использования КПГ в качестве моторного топлива, описываются особенности устройства и работы двигателей городских автобусов Икарус-280, работающих по газодизельному циклу; рассматриваются условия эксплуатации городских автобусов на маршрутной линии, особенности нормирования расхода топлива для городских автобусов, работающих на нефтяном топливе.

Автомобильный транспорт Российской Федерации потребляет около трети всех топливно-энергетических ресурсов страны,

Рост численности автомобильного парка страны увеличивает потребность в нефтяных моторных топливах. Только в г. Москве за последние 15 лет автомобильный парк вырос в 3,2 раза, и данная тенденция роста значительно опережает рост объемов производства и предложения нефтяным моторным топливом. -

За период с 1990 по 1999 годы в России наблюдается стремительное падение объемов добычи нефти с 516 млн.т. до 302 млн.т. и, как следствие, снижение производства бензина с 41 млн.т. до 17 млн.т. и дизельного топлива с 74 млн.тонн до 34 млн.тонн.

С другой стороны автомобильный парк России ежегодно выбрасывает более 17 млн.т. вредных веществ в атмосферу, что составляет 40% от общих объемов промышленных выбросов, а в 1фупных промышленных центрах доля автотранспорта в загрязнении превышает 70%. При этом в г.Москве ежегодный прирост выбросов вредных веществ от автотранспорта составляет около 9%.

Наиболее доступным для замещения нефтяных моторных топлив и массового применения из альтернативных экологически более чистых видов топлива является природный газ, разведанные мировые запасы которого превышают нефтяные почти в 2 раза и около 40% этих запасов сосредоточено в России. . ,

Экологические программы и проекты, претворяемые в жизнь на государственном уровне в США, Новой Зеландии, Австралии, Канаде, Италии, Ар-

гентины и других странах с целью снижения вредного воздействия отработавших газов автотранспорта на экологическую обстановку городов предусматривают перевод муниципального транспорта на работу на КПГ.

В 1999 году был одобрен Государственной Думой и Советом Федерации закон РФ "О государственной политике в области использования альтернативного моторного топлива - природного газа", предусматривающий различные механизмы стимулирования при использовании КПГ в качестве моторного топлива.

В г.Москве согласно Постановлению Правительства Москвы от 16 апреля 1996 г. №341 Департаментом транспорта и связи г. Москвы, фондом "Мосэ-котранс", ГК "Мосгортранс", ГНЦ РФ НАМИ, АО "Рязанский завод автомобильной аппаратуры" (АО РЗАА), МАДИ, ВНИИГАЗом и другими организациями с 1997 года проводятся работы по переводу городских автобусов Ика-рус-280 на работу по газодизельному циклу, использующих в качестве моторного топлива дизельное топливо и КПГ.

Газодизельный подвижной состав автобусных парков представлен в основном двумя вариантами модификаций газодизельной системы питания производителей АО РЗАА и ЗАО "Автосистема", установленного на автобусы Икарус-280.

Переоборудование автобуса для работы по газодизельному циклу не требует изменений конструкции двигателя и кузова автобуса, а его эксплуатация возможна как на двух топливах (дизельном топливе и КПГ), так и только на дизельном топливе. Газодизельный режим работы двигателя автобуса позволяет снизить дымность отработавших газов по сравнению с дизельным режимом.

Отсутствие нормативной базы по расходу дизельного топлива и КПГ для газодизельных автобусов не позволяет добиться эффективного планирования перевозок и учета расхода топлива, а также сдерживает работы по дальнейшему переоборудованию для работы по газодизельному циклу.

Метод маршрутного нормирования расхода топлива для газодизельных грузовых автомобилей, предложенный И.С. Тапсиевым основан на приборной регистрации показателей работы двигателя: продолжительности времени работы на режиме и расходов каждого вида топлива по каждому режиму работы двигателя. Разработка нормативов расхода топлива производится с учетом энергетических затрат по каждому режиму работы двигателя, рассчитанных на основе вышеуказанных показателей.

Методика, предложенная НИИАТ позволяет разработать нормативы расхода топлива для всех видов подвижного состава и учитывает природно-климатические условия эксплуатации, пробег с начала эксплуатации, вид используемого топлива, условия движения и технологические условия работы, вид перевозок, состояние дорожного покрытия, а также другие условия, характеризующие автотранспортный процесс.

Механизм формирования нормативов расхода дизельного топлива и КПГ для газодизельных автобусов должен учитывать, специфику эксплуатации городских автобусов на маршрутной линии, охватывающей всю территорию города и пригородные зоны, характеризующейся особыми условиями движения, а также транспортными и дорожными условиями.

Вопросам исследования топливной экономичности городских пассажирских автобусов, использующих нефтяные моторные топлива, посвящены работы G.H. Абрамова, А. Гарбера, В.Б. Зотова, В.И. Джаджанидзе, В.А. Максимова, И.В. Конина, A.A. Хазиева, X. Хусейна, которые в своей основе базируются на регрессионных зависимостях, позволяющих для конкретной модели автобуса определить расход топлива на рассматриваемом маршруте. В качестве аргументов в этих зависимостях выступают факторы условий движения, транспортных и дорожных условий на маршруте.

Исследования, проведенные И.В^ Кониным, показали, что среди факторов условий движения, наибольшее влияние на расход топлива автобусами, использующими нефтяные топлива, в порядке убывания, имеют частота технологических и случайных остановок, скорость движения и длина перегона технологического цикла; среди факторов транспортных условий - наполняемость салона автобуса по перегонам и интенсивность движения транспортного потока; среди факторов дорожных условий - состояние дорожного покрытия.

В работах A.A. Солнцева показано, что приведенные выше условия эксплуатации на различных маршрутах существенно отличаются не только в пределах города, но и в условиях одного автобусного парка.

Для газодизельных автобусов можно положить в основу методы нормирования, применяемые для автобусов, работающих на нефтяных видах топлива, но с обязательным учетом ряда следующих специфических отличий газодизельных автобусов:

- наличие газодизельной системы питания, работающей одновременно на двух видах топлива;

- использование в качестве одной из составляющих топлива - КПГ;

- наличие нескольких типов газодизельных систем питания, имеющих различия в принципе дозирования газовой составляющей топливной смеси;

- возможность полноценной работы помимо газодизельного режима в дизельном режиме.

- меньшая стабильность физико-химических и качественных показателей КПГ относительно показателей дизельного топлива, в частности, большой разброс по низшей объемной теплоте сгорания КПГ, зависящей от месторождения природного газа.

В связи с этим, может быть выдвинута гипотеза, что для газодизельных автобусов совокупность факторов, определяющая расход дизельного топлива и КПГ, а также степень их влияния будут отличными по сравнению с совокупностью факторов, определяющих расход топлива для автобусов, работающих на нефтяных видах топлива.

Исходя из поставленной цели и проведенного обзора и анализа литературных источников поставлены следующие задачи теоретических и экспериментальных исследований:

1. Установить и выбрать наиболее значимые факторы, характеризующие условия эксплуатации газодизельных автобусов и влияющие на расход дизельного топлива и КПГ на городских маршрутах.

2. Теоретически и экспериментально обосновать и разработать математические модели, позволяющие определить величину расхода дизельного топлива и КПГ газодизельными автобусами с различными модификациями газодизельной системы питания в зависимости от величин факторов, характеризующих условия эксплуатации на городских маршрутах.

3. Провести инструментальное обследование топливной экономичности газодизельных автобусов с различными модификациями газодизельной системой питания на реальных городских маршрутах.

4. Произвести сравнительную оценку топливной экономичности газодизельных автобусов с различными модификациями газодизельной системы питания.

5. Разработать методику маршрутного нормирования расхода топлива для газодизельных автобусов, базирующуюся на определении нормативов расхода топлива с учетом условий эксплуатации.

Во второй главе в соответствии с общей методикой теоретических исследований производится выбор и обоснование основных факторов, определяющих расход топлива газодизельными автобусами, выбор математического аппарата и разработка основных положений методики маршрутного нормирования расхода топлива для газодизельных автобусов.

На основе анализа ранее выполненных работ, приведенного в 1-й главе, в качестве основных факторов, влияющих на расход топлива на маршруте, были приняты к рассмотрению следующие факторы, характеризующие условия движения и транспортные условия:

X, - удельное количество технологических остановок (пто), ед./км; Х2 - удельное количество случайных остановок (п^), ед./км; Х3 - удельная продолжительность технологических остановок ), с/км; Х4 - удельная продолжительность случайных остановок ), с/км; Х5 - эксплуатационная скорость (\/э) или техническая скорость (Уг), км/ч; Х6 - удельный коэффициент наполнения салона автобуса (у), ед./км.

Таким образом, расход дизельного топлива и КПГ газодизельными автобусами может быть рассмотрен следующим образом:

0Дг =^х„х21...хв); Оиг = Кх1,х2,...х6) , (1)

где Одт, Окпг - расход дизельного топлива (л/100км) и КПГ (нм3/100км) соответственно газодизельным автобусом на маршруте.

Как отмечалось выше, физико-химические показатели КПГ, в частности величина низшей объемной теплоты сгорания, могут иметь различия, определяемые месторождением природного газа и данное обстоятельство влияет на величину расхода КПГ. В связи с этим, используется расход топлива О, (кг/100км), эквивалентный расходу двух составляющих (дизельного топлива и КПГ), за который принимается расход дизельного топлива:

'Оэ^(х„х2,; (2)

' И*01* "''1

о =саэ +аэ =о' +о«т =о ойт+о (з)

^"дг 1 ^кпг ^ ^от ^дтН г ^«ПГ II дт ' V /

. •, ■ . и,

где (3*т, 01(0-)- соответственно расход дизельной составляющей топлива и расход топлива, эквивалентного расходу составляющей КПГ, выраженный через расход дизельного топлива, (кг/100км);

рдт - плотность дизельного топлива* (кг/дм3);

Н7,НиЯ1 - низшая объемная теплота сгорания КПГ (кДж/м3) и теплотворная способность дизельного топлива (кДж/кг) соответственно.

Поскольку выражения (1) и (2) отражают средние величины расхода дизельного топлива и КПГ на маршруте, а норматив должен определять предельную величину расхода топлива, то возникает необходимость оценки отклонений средних величин расхода топлива на маршруте.

В условиях одного автобусного парка имеются маршруты, характеризующиеся близкими значениями величин расхода топлива, т.е. маршруты, являющиеся однородными с позиции расхода топлива на них. Формирование однородных с позиции расхода топлива групп маршрутов автобусного парка, позволит в рамках каждой такой группы выявить отклонения средних величин расхода как дизельного топлива, так и КПГ, а также определить нормативы расхода топлива для каждой из групп. Формирование групп маршрутов производится одним из двух методов.

Одним из методов формирования однородных с позиции расхода топлива групп маршрутов, является метод, базирующийся на теории распознавания образов, группировки по качественным признакам факторов, характеризующих маршруты и определяющих расход топлива газодизельными автобусами на этих маршрутах. В качестве факторов для формирования групп маршрутов используются факторы условий эксплуатации, имеющие наибольшее влияние на расход топлива газодизельными автобусами на маршрутах и входящие в выражения (1) и (2). . „

Суть метода заключается в определении на первом этапе места, занимаемого каждым маршрутом по суммарной оценке положительного и отрицательного воздействия величины каждого из факторов и их множества на расход топлива. На втором этапе определяются величины весомости мест занимаемых маршрутами и их статистические характеристики.

Формирование однородных с позиции расхода топлива групп маршрутов базируется на Принципе контрольной карты Шухарта, широко используемом при статистическом контроле качества, которое производится отнесением каждой оценки весомости в один из шести диапазонов среднеквадратичного отклонения, ограничивающих размах "кривой" функции распределения. Маршруты по значению оценки весомости, попавшие в один и тот же диапазон, образуют однородную с позиции расхода топлива группу.

Другим методом формирования однородных с позиции расхода топлива групп маршрутов является метод, базирующийся на учете весомости (относительного влияния) каждого из факторов, характеризующих маршруты в общем влиянии на расход топлива газодизельными автобусами на этих маршрутах. В качестве факторов для формирования групп маршрутов выступают факторы, входящие в выражения (2).

Весомость или относительное влияние каждого ¡-го фактора на расход топлива, с учетом меры его вариации, определяется стандартизованным коэффициентом регрессии р,:

Р,=аА. (4)

где оСа - среднеквадратичное отклонение величины эквивалентного расхода топлива;

сг„ - среднеквадратичное отклонение величины ¡-го фактора; а, - частный коэффициент уравнения регрессии (2) ¡-го фактора.

Для определения общей оценки воздействия всех факторов с учетом доли влияния каждого из них на расход топлива на \-ш маршруте, = (1,т))), определяется произведение каждого нормированного значения ¡-го фактора гч на соответствующий ему стандартизованный коэффициент р,, затем суммируются полученные произведения

О* = р,^ + р2г2) +... + (3^ = . (5)

м

Полученные значения общей оценки О1 для каждого ]-го маршрута,

представляют собой множество ^ которое может быть разбито на М однородных групп с использованием метода максимального правдоподобия.

Отнесение каждого рассматриваемого ]-го маршрута по значению О,5" в ту или иную однородную группу производится до тех пор, пока значение функции максимального правдоподобия не примет максимального значения:

I. = о;* • в? • ...оми" тах, (6)

где N,,N3, ...,МЫ - число маршрутов в 1-й, 2-й,..., М-й однородных группах маршрутов соответственно.

с,,а2,...,ом - среднеквадратичное отклонение величины О* в рамках 1-й, 2-й,..., М-й однородных групп маршрутов соответственно.

Выражение (6) справедливо, цри условии, что имеет место нормальность распределения аргумента. Предварительные исследования показали, что распределения значений факторов условий эксплуатации на маршрутах, описываются нормальными законами распределений.

При построении плотностей распределения расхода топлива для каждой ^й однородной с позиции расхода топлива группы маршрутов, выдвигается гипотеза, что дифференциальные функции распределения расхода топлива соседних групп накладываются друг на друга, что усложняет определение предельного значения расхода топлива Оя для каждой рассматриваемой ]-й группы маршрутов (рис.1).

Рис.1. Определение предельных значений расхода топлива для однородных с позиции расхода топлива групп маршрутов

Нахождение допустимого значения Од для ¿-й группы маршрутов заключается в определении ¡-ой границы разделения расходов топлива в области пересечения плотностей } и О +1) групп распределений расхода топлива, т.е. в отнесении значения расхода топлива, находящегося в диапазоне пересечения плотностей, к \ или 0+1) группе маршрутов. Для этого используется понятие достоверности О, получаемого норматива для ¡-й границы разделения расходов топлива, соответствующих соседним группам маршрутам

О, =1-(Р,, +Р„,), (7)

где Р, - вероятность ошибки отнесения расхода топлива, соответствующего 0 + 1)-й группе маршрутов в область расхода топлива, соответствующую ¡-й группе маршрутов;

Р„ - вероятность ошибки отнесения расхода топлива, соответствующего

]-й группе маршрутов в область расхода топлива, соответствующую (] + 1)-й группе маршрутов

Р,, = 0jU(Q)dQ; Р», = K(Q)dQ , («)

0,0,1), o.l.

где fj,(Q) - плотность распределения расхода топлива j-й группы маршрутов с учетом формирования i-й границы допустимого значения расхода топлива; j - индекс группы распределения расхода топлива, j = (1,m); i - индекс границы разделения расходов топлива, i = (1,n), n< m, n = m-1;

Q4 - допустимое значение расхода топлива (i-й предельный норматив) для распределения расхода топлива j-й группы маршрутов;

QB(J+1) - начальное значение расхода топлива для (j +1) группы маршрутов, используемое для определения i-й границы разделения расходов топлива (¡-го предельного норматива).

Таким образом, оптимальному значению расхода топлива (предельному нормативу) Qa должно соответствовать событие, характеризующееся максимальным значением достоверности получаемого результата D, = (1-P|, +Р„ )=> max. Дифференцирование Dj по Q и приравнивание его

к нулю для всех j = (1,m) по искомой границе i позволяет определить оптимальное значение допустимого норматива

Q,

сЮг/сЮ = ф-

/dQ =0. (9)

Поскольку реальная картина представляет собой множество событий (наложение функций распределения расхода топлива друг на друга в рамках поиска оптимального значения для каждой границы ¡ = (1,п)), то рассматривается ситуация, характеризующаяся одновременной совместимостью событий. Таким образом, глобальная достоверность является произведением отдельных ¡-х достоверностей, полученных согласно (7). При этом должно выполняться

п

условие: => тах. (10)

м

Представленный выше механизм формирования нормативов расхода топлива справедлив только для границ ¡ = (1,п) распределений расхода топлива (т -1) групп. Для определения предельного норматива расхода топлива СЗдт, соответствующего п*-й границе (п* = П + 1 = т) плотности распределения расхода топлива ^ (О), принимается гипотеза, что вариация распределения расхода топлива для каждой ]-й группы маршрутов принимает малые значения, характерные для нормального распределения и при этом может быть использован режим двухсторонних толерантных границ (рис.2). Таким образом, исходя из условия, что:

Р^Р», > (»)

выражение для определения Одт принимает вид

0яп=20т-ад(т_()-. (12)

Формирование нормативов расхода топлива представленным выше методом производится отдельно для дизельного топлива и КПГ по каждой модификации газодизельного автобуса Икарус-280.

Одним из методов разработки индивидуальных нормативов расхода дизельного топлива и КПГ для конкретно рассматриваемого маршрута является определение предельных значений расхода топлива, соответствующих верхним предупреждающим границам изменения величин среднего расхода дизельного топлива и КПГ на маршруте. Поскольку выражения (1) не позволяют установить отклонения величин расхода двух видов топлива на рассматриваемом маршруте, го для разработки индивидуальных маршрутных нормативов расхода топлива используется величина среднего превышения нормативной предельной величины расхода топлива над его средним значением по каждому виду топлива. Величины средних превышений определяются с использованием статистических данных по расходу топлива, полученных экспериментальными исследованиями.

В третьей главе представлены общая и частные методики проведения экспериментальных исследований, целью которых является проверка гипотезы влияния условий эксплуатации на расход дизельного топлива и КПГ газодизельными автобусами, оборудованных различными газодизельными системами питания; рассматриваются характеристики газодизельных автобусов, приборное обеспечение для регистрации расходов дизельного топлива и КПГ, методика их измерения и обработки, физико-химические и качественные показатели применяемого при испытаниях КПГ; представлены однофакгорные и многофакторные модели расхода топлива для газодизельных автобусов с различными газодизельными системами питания в зависимости от оказывающих наибольшее влияние на расход топлива факторов условий эксплуатации.

В качестве объектов испытаний были выбраны два газодизельных автобуса с различными газодизельными системами питания производителей АО РЗААи ЗАО "Автосистема".

Приборное обеспечение для регистрации расходов дизельного топлива и КПГ (дизельный топливомер ТУОС-28 и образцовый манометр соответственно) использовалось в соответствии с инструкцией по эксплуатации и с учетом

Рис.2. Определение допустимого значения расхода топлива Одга для плотности распределения ГП -й ГОУППЫ

требований и рекомендаций ГОСТ20306-90 "Автотранспортные средства. Топливная экономичность. Методы испытаний".

Экспериментальные заезды проводились в следующих условиях:

1) Пробег с начала эксплуатации автобусов составлял на момент проведения испытаний 180...220тыс.км.

2) В период испытаний ТО автобусов и газодизельной системы питания проводилось в соответствии с нормативно-технической документацией.

3) Совокупность исследуемых маршрутов представлена маршрутой сетью 11-го автобусного парка и несколькими маршрутами 1-го автобусного парка, которые постоянно закреплены за газодизельными автобусами.

4) Экспериментальные заезды проводились с одними постоянно закрепленными водителями.

5) Эксплуатация проводилась в условиях загрузки салона пассажирами при строгом соблюдении регулярности движения на маршрутах.

Для оценки влияния условий эксплуатации на расход топлива газодизельными автобусами, при движении параллельно проводилось обследование маршрутной сети. Исследования показали значительные различия значений величин факторов условий эксплуатации на маршрутах (рис.3): эксплуатационной скорости 12,2...30,9 км/ч (рис.За); продолжительности технологических остановок 14,7...79,9 с/км (рис.3б); продолжительности случайных остановок 2,3...24,1 с/кы (рис.Зв); удельного коэффициента наполнения салона 0,0042...0,0395 ед./км (рис.Зг).

Наряду с различиями условий эксплуата-

ции еда <№ ела ш> оде

раМтМптшптнчМ

Рис.3. Статистические характеристики значений факторов условий эксплуатации

ции на маршрутах, имеет место неоднородность расхода, как дизельного топлива, так и КПГ (рис.4). Диапазон изменения расхода дизельного топлива у автобуса с газодизельной системой питания АО РЗАА от 14,8 до 23,2 л/100км (рис.4а), КПГ от 27,3 до 53,1 нм3/100км (рис.4б), у автобусов с газодизельной

системой питания ЗАО "Автосистема" - дизельное топливо от 14,1 до 21,4 л/100км (рис.4в), КПГ - от 31,7 до 61,2 нм3/100км (рис.4г).

Корреляционно-регрессионный анализ позволил установить тесные связи между расходом топлива (дизельным, КПГ) и факторами условий эксплуатации на маршруте, представленными выше, а также построить однофакторные математические модели. Например, математическая модель зависимости расхода КПГ (для автобуса с газодизельной системой питания ЗАО "Автосистема") от величины продолжительности технологических остановок следующая:

0ж=20г <1(0^ = 2,2^

От =413~ о(Ог)=5,Э6_

м 15 и 17 и <9 а я 2з а 24 а ае 1г ст/пяы

Оаг-17,9 "(Су = 1,87

42 40 50 5« ОышЗЛМт

Рис.4. Статистические характеристики расхода дизельного топлива (а, в) и КПГ (б, г) газодизельными автобусами на маршрутах

0^=27,36 + 0,47^ (13) График представленной зависимости (13) и экспериментальные точки представлен на рис.5.

После проверки коэффициентов парной корреляции рассматриваемых факторов на предмет отсутствия между ними функциональной связи, было выявлено 2 сочетания некоррелируемых между собой факторов и на их основе было построено 2 варианта (по каждому из сочетаний) многофакторных математических моделей расхода дизельного топлива, КПГ и эквивалентного им топлива

15гв25аоэ5««50ашв570 С/КМ

Рис.5. Зависимость расхода КПГ от продолжительности технологических остановок

газодизельными автобусами Икарус-280 с различными газодизельными системами питания (табл.1). Выбор моделей того или иного варианта зависит от показателей, которыми располагает автопредприяхие.

Таблица 1

Математические модели расхода топлива

Производитель системы питания № варианта моделей Математические модели

АОРЗАА 1 0ЛТ = 14,83 + 0,066 • 1та+ 0,16 • ^ + 58,81 • у

0,„г = 25,54 + 0,20 • + 0,41 ■ ^ + 210,68: у

О, = 34,99 + 0,19 • ^ + 0,50 • ^ +120,63 - у

ЗАО "Автосистема" 1 а„т = 13,13+0,10 • + 0,04 ■ 1м +11,52 • у

О «„г - 27,10 + 0,43 •1то+0,15-1„+ 29,19 • у

Оа = 32,77 + 0,43-^ + 0,16-^+ 33,33 ■ у

АОРЗАА 2 Одт =27,52 - 0,43-4+30,29 у

<5ШГ = 60,08 -1,16 • V, +154,09 ■ у

Оэ = 71,35-1,29-V, +149,94 у

ЗАО "Автосистема" 2 СЗДТ = 23,67 - 0,34 • V, + 31,96 • у

= 69,66 -1,36 • V, +118,70 • у

О, = 75,94 -1,38 • V, +122,70 • у

где 1Г0, ^ - средняя продолжительность соответственно технологических и случайных остановок на маршруте, с /км;

у - удельный коэффициент наполнения салона автобуса на маршруте, ед./км; V, - эксплуатационная скорость на маршруте, км/ч.

Статистические характеристики полученных вариантов многофакторных моделей приведены в табл.2.

Таблица 2

Основные статистические характеристики многофакторных моделей расхода топлива газодизельными автобусами

Наименование характеристики Математические модели расхода топлива автобусом с газодизельной системой шпация:

АО РЗАА ЗАО "Автосистема"

1 вариант 2 вариант 1 вариант 2 вариант

Одт Окпг О» Одг Окпг Оэ Одт Огаг Оэ Ода Ошг Оэ

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 и 12 13

Наблюдаемое значение критерия Стьюяеига 16,81 13,18 15,77 12,97 12,16 13,31 17,74 15,53 19,45 14,99 15,91 17,59

Критическое зна-че-ние критерия Стьюдента при а=0,01 2,79 .2,79 2,79 2,79 2,79 2,79 2,79 2,79 2,79 2,79 2,79 2,79

Коэффициент множественной корреляции 0,778 0,859 0,843 0,753 0,824 0,822 0,799 0,918 0,921 0,765 0,866 0,870

Продолжение таблицы 2

1 2 4 5 А 7 в а !0 11 п !3

Коэффициент детерминации 0,605 0,740 0,712 0,567 0,679 0,677 0,638 0,843 0,848 0,586 0,750 0,758

Критерий Фишера 13,71 20,64 19,59 15,06 24,32 23,60 12,95 39,29 39,29 16,22 34,49 35,47

Табличное значение критерия Фишера при а=0,01 2,8 2,8 2,8 2Л 2,7 2,7 2,8 2,8 2,8 2,7 2,7 2,7

Относительная ошибка аппроксимации, % 4,9 5,5 5,1 5,7 6,4 5,6 4,1 4,3 3,9 4,8 5,5 5,0

Адекватность построенных многофакторных математических моделей исследуемым процессам осуществлялась по Р-критерию Фишера (табл.2). Численные значения дисперсионного отношения Фишера превышают табличные значения критерия Фишера с вероятностью 99%, следовательно, построенные модели адекватно описывают исследуемый процесс.

В четвертой главе приведены обобщенные результаты теоретических и экспериментальных исследований. В частности, приведена методика маршрутного нормирования расхода топлива для газодизельных автобусов Ика-рус-280, с применением которой на примере 11-го автобусного парка были разработаны нормативы расхода дизельного топлива и КПГ, на основе определения величин расхода топлива по регрессионным математическим моделям, формирования однородных с позиции расхода топлива групп маршрутов и разработки для каждой из этих групп нормативов расхода топлива; приведен метод, позволяющий установить индивидуальный норматив расхода газодизельными автобусами для конкретного рассматриваемого маршрута.

"Методика..." предусматривает на первом этапе определение величин среднего расхода дизельного топлива и КПГ на каждом маршруте отдельно по каждой модификации газодизельного автобуса в соответствии с ранее полученными зависимостями по одному из вариантов (табл.1). При этом учитываются условия эксплуатации, определяющие величины расхода каждого вида топлива по каждому маршруту. Пример расчета представлен в табл.3.

Таблица 3

Пример расчета среднего расхода дизельного топлива и КПГ на маршрутах газодизельными автобусами

Модификация газодизельной системы питания автобуса Условный номер маршрута Продолжительность технологических остановок, с/км Продолжительность случайных остановок, с/км Уд. коэффициент наполнения салона, ед./км Расход дизельного топлива, л/100км Расход КПГ, нм3/100 км

АОРЗАА 1 16,3 2,7 0,0042 16,6 30,8

ЗАО "Автосистема" 14,9 34,6

АОРЗАА 20 63,9 17,3 0,0137 22,6 48,3

ЗАО "Автосистема" 20,4 57,6

На втором этапе с целью выявления колебания величин среднего расхода каждого вида топлива производится формирование однородных с позиции расхода топлива групп маршрутов одним из рассмотренных выше методом.

В табл.4 представлен фрагмент расчета при определении общей оценки О,2 воздействия факторов на расход топлива автобусами с газодизельной системой питания ЗАО "Автосистема" помаршрутно, используя выражение (5).

Согласно предлагаемой "Методике..." по оценке О* с использованием

функции максимального правдоподобия производится формирование однородных с позиции расхода топлива групп маршрутов для каждой модификации автобуса. Причем составы групп маршрутов для различных модификаций газодизельных автобусов могут быть различными.

Таблица 4

Фрагмент определения оценки воздействия факторов на расход топлива

Номер маршрута 'Р, Нормированные значения факторов Общая оценка

г, . 2г ■ 2>,. О?

1 0,14 0,05 0,83 • "-.'0,758 0,720 0,597 0,638;.

20 > -0,582 - 0,085 -0,578 -0,558

Согласно предлагаемой "Методике..." по оценке 0| с использованием функции максимального правдоподобия (6) производится формирование однородных с позиции расхода топлива групп маршрутов для каждой модификации автобуса. Причем составы групп маршрутов для различных модификаций газодизельных автобусов могут быть различными.

На третьем этапе для каждой из групп определяются статистические характеристики среднего расхода по каждому виду топлива и согласно приведенному в "Методике..." алгоритму, приведенному во 2-й главе, рассчитываются нормативы расхода дизельного топлива и КПГ для каждой группы маршрутов по каждой модификации автобуса (табл.5,6).

Таблица 5

Пример расчета нормативов расхода дизельного топлива и КПГ для автобусов с газодизельной системой питания АО РЗАА

Группа маршрутов Условные номера маршрутов Средний расхо по группе ма д топлива ршругов Норматив расхода топлива для группы маршрутов

дизельного Ошг, л/ЮОкм КПГ Одклг, ши'/ШОхм дизельного Ощг, л/100км КПГ Одклг. нм3/100км

1 1, 13... 16,6 32,2 18,1 35,6

4 20,21... 22,0 48,5 24,0 53,8

Таблица 6

Пример расчета нормативов расхода дизельного топлива и КПГ для автобусов с газодизельной системой питания ЗАО "Автосистема"_

Группа маршрутов Условные номера маршрутов Средний расхо по труппе ма дтоплива ршругов Норматив расхода топлива для группы маршрутов

дизельного Од ,т, л/100км КПГОдкпг. нм3/100км дизельного Омт, л/100км кпгОятг> нм3/1О0км

1 1,2... 15,2 35,2 15,9 39,9

4 16,20... 20,1 54,7 21,3 61,9

При определении индивидуальных нормативов расхода дизельного топлива и КПГ по каждому автобусному маршруту на первом этапе производится расчет средних величин расхода топлива (табл.3).

Получение индивидуальных нормативов расхода топлива осуществляется (табл.7) путем перемножения величин среднего расхода дизельного топлива и КПГ на соответствующие им величины средних превышений нормативных величин расхода топлива над средними значениями, полученных экспериментальным путем.

Таблица 7

Пример расчета индивидуальных нормативов расхода дизельного топлива и КПГ на маршрутах газодизельными автобусами

Услов- Величина среднего превышения нормативной величины расхода КПГ над средней величиной Нормативы

Модификация газодизельной системы питания автобуса ный номер маршрута Средний расход дизельного топлива, л/ЮОкм Средний расход КПГ, нм'/МО км Величина среднего превышения нормативной величины расхода дизельного топлива над средней величиной Расход дизельного топлива, л/100 км Расход КПГ, нм3/ 100 км

АОРЗАА 1 16,6 30,8 1,04 1,11 17,2 34,2

ЗАО "Автосистема" , 14,9 34,6 1,04 1,09 15,5 37,7

АОРЗАА 20 22,6 48,3 1,04 1,11 23,5 53,6

ЗАО "Автосистема" 20,4 57,6 1,04 1,09 21,2 62,8

Для наглядности и доступности предложенной "Методики..." приведен пример определения экономической эффективности при внедрении маршрутных нормативов расхода топлива для автобусов с различной модификацией газодизельной системы питания.

Основные результаты и выводы

1. Решена научная и практическая задача, направленная на повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов автобусами, работающими по газодизельному циклу за счет разработки метода маршрутного нормирования расхода дизельного топлива и КПГ. Данная задача базируется на определении расчетно-аналитическим методом на основе показателей условий эксплуатации величин расхода топлива на маршрутах, после-

дующего их формирования в однородные с позиции расхода топлива группы и разработке для каждой из них нормативов расхода дизельного топлива и КПГ, а также индивидуальных помаршрутных нормативов.

2. Проведен анализ, обобщение и выбор факторов, наиболее достоверно определяющих топливную экономичность автобусов, работающих по газодизельному циклу на городских маршрутах.

3. На основе аналитических и экспериментальных исследований установлены основные факторы, определяющие расход дизельного топлива и КПГ на маршруте автобусами с различными модификациями газодизельной системы питания. Совместное действие факторов: продолжительность технологических остановок, продолжительность случайных остановок, наполняемость салона автобуса на 77,8 ... 80,0 % определяет расход дизельного топлива и на 84,2...85,9% расход КПГ.

4. На основе проведенных исследований определена значимость величин продолжительности технологических ¡остановок, продолжительности случайных остановок и наполняемости салона автобуса на расход топлива газодизельными автобусами и установлено, что на 51...92 % ими обусловлено изменение показателей расхода топлива газодизельными автобусами на маршруте. Изменение на 1% продолжительности технологических остановок маршрута вызывает изменение расхода дизельного топлива на 0,13...0,23 %, КПГ на 0,19...0,37 %, увеличение на 1% продолжительности случайных остановок приводит к приросту расхода дизельного топлива на 0,03...0,09 %, КПГ на 0,04...0,11 %. Меньшее влияние на расход дизельного топлива и КПГ на маршруте оказывает наполняемость салона автобуса. При этом коэффициент эластичности составляет0,01...0,04 % и 0,03...0,08 % соответственно.

5. Разработаны многофакгорные математические модели расхода дизельного топлива, КПГ и эквивалентного им топлив для автобусов Икарус-280, оборудованных газодизельной системой питания АО РЗАА и ЗАО "Автосистема", которые положены в основу методики определения нормативов расхода топлива для однородных с позиции расхода топлива групп маршрутов, а также определения индивидуальных помаршрутных нормативов.

6. Разработаны методики разработки нормативов расхода дизельного топлива и КПГ для однородных с позиции расхода топлива газодизельными автобусами групп маршрутов и индивидуальных помаршрутных нормативов, позволившие определить нормативы расхода топлива газодизельными автобусами для маршрутов на примере одного из автобусных парков г.Москвы.

7. Проведена сравнительная оценка топливной экономичности газодизельных автобусов с различными модификациями газодизельной системы питания.

> 8. Результаты теоретических и экспериментальных исследований приняты к использованию в ГК "Мосгортранс".

9. Дальнейшие исследования по данной тематике целесообразно проводить в направлениях:

разработки программного обеспечения по определению маршрутных нормативов расхода топлива для газодизельшых автобусов;

разработки методики корректирования нормативов расхода топлива газодизельными автобусами в зависимости от сезонности эксплуатации и от пробега с начала эксплуатации;

повышения точности методики маршрутного нормирования расхода топлива, за счет учета фазовых режимов движения газодизельных автобусов на маршруте.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Панов Ю.В., Зенченко В.А., Корякин A.A. Исследование расхода дизельного и газового топлива газодизельными автобусами Икарус-280 на маршруте. / / Тезисы докл. 3-й Международной научно-технической конференции "Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе", М.: МА-ДИ(ТУ), 1999. - с.128-129

2. Марков И.М., Федоренко В.В., Панов Ю.В., Горбунов Б.П., Корякин A.A. Опыт расширенной эксплуатации газодизельных автобусов "Икарус" в ГК "Мосгортранс" / / Московская городская научно-практическая конференция "Автотранспортный комплекс и экологическая безопасность". Сборник. -М.: "Изд-во Прима-Пресс-М", 1999.-е. 192-196.

3. Панов Ю.В., Зенченко В.А., Корякин A.A. Исследование закономерностей нормирования расхода топлива газодизельных автобусов. / / Тезисы докл. 4-й Международной научно-технической конференции "Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе", М.: МАДИ(ТУ), 2000. - с.117-118.

4. Методика определения маршрутных норм расхода топлива для газодизельных автобусов./ Зенченко В.А., Корякин A.A. Московский государственный автомобильно-дорожный институт (технический университет). - М., 2000г. - 26 с. - Рус. Деп. в ВИНИТИ РАН 31.10.00, №2756-В00.

5. Сравнительная оценка топливной экономичности газодизельных автобусов Икарус-280, оснащенных комплектами газодизельного оборудования различных производителей./ Корякин A.A., Панов Ю.В., Зенченко В.А. Московский государственный автомобильно-дорожный институт (технический университет). - М., 2000 г. - 13 с. - Рус. Деп. в ВИНИТИ РАН 31.10.00, №2757-В00.