Методы повышения экологической безопасности автомобильных дорог общего пользования : На примере снижения выбросов вредных веществ с отработавшими газами автомобилей

2
Содержание
Введение.......................................................5
1. СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДУЕМОГО ВОПРОСА. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ............................................9
1.1. Состав отработавших газов автомобильных двигателей и
их влияние на организм человека и окружающую среду.......9
1.2. Расчет массы выбросов вредных веществ и влияние на них режимов работы двигателей и движения автомобилей............14
1.3. Влияние характеристик транспортного потока и параметров автодорог на выбросы вредных веществ с отработавшими газами автомобилей.....................................23
1.4. Распространение и концентрации вредных автомобильных выбросов в атмосфере и почве................................32
1.5. Выводы и задачи исследований...........................36
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ МОДЕЛИРОВАНИЯ И
СНИЖЕНИЯ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ АВТОМОБИЛЯМИ НА ДОРОГЕ ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ.......................40
2.1. Математическая модель и алгоритм расчета массовых выбросов вредных веществ с отработавшими газами автотранспортных средств........................................40
2.2. Целевые функции управления скоростными режимами движения автомобиля на дороге со свободными условиями движения.................................................52
2.3. Теоретические предпосылки регулирования скоростных режимов движения автомобилей на дороге общего пользования с целью снижения выбросов вредных веществ.............57
2.4. Теоретические предпосылки определения продольных уклонов дороги, обеспечивающих снижение вредных выбросов.........................................................64
3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБРАБОТКИ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ.........................67
3.1. Комплекс измерительно-регистрирующего оборудования
для проведения экспериментальных исследований...........67
3.2. Методика проверки адекватности математической модели определения выбросов вредных веществ с отработавшими газами автотранспортных средств.............................84
3.3. Объект и методика моделирования влияния величины и длины продольного уклона на выбросы вредных веществ 88
3.4. Методика проведения экспериментальных исследований на автодороге “Иркутск-Усть-Ордынский”...................91
3.4.1. Выбор и характеристика объекта экспериментальных исследований........................................91
3.4.2. Методика определения состава и интенсивности транспортного потока, выбора автомобилей-представителей и измерения скоростных режимов движения автомобилей на дороге..........................93
3.5. Методика расчета массовых выбросов вредных веществ с отработавшими газами автомобилей на дороге “Иркутск-Усть-Ордынский”.............................................96
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ПОЛОЖЕНИЙ ПО СНИЖЕНИЮ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ АВТОМОБИЛЯМИ НА ДОРОГЕ ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ.........................98
4.1. Проверка адекватности математической модели определения выбросов вредных веществ с отработавшими газами автомобилей.................................................98
18
ся данные документации контрольно-регулировочного пункта автотранспортного предприятия). Концентрация СО измеряется на минимальной частоте вращения коленчатого вала. Коэффициент избытка воздуха на режиме принудительного холостого хода аплх принимается равным а^. На основании проведенных экспериментов принимается ар = 0,9; ау = 0,99.
Расход топлива для каждой модели автомобилей определяется по соответствующим графикам =<р(КсоХх) * где ^сохх “ концентрация
СО в отработавших газах на режиме минимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя Расход топлива на режиме принудитель-
ного холостого хода принимается равным Величина для каждой базовой модели принимается из специальной таблицы, а величина Су - по
значению контрольного расхода топлива, указанного в технической характеристике этого автомобиля.
Выбросы углеводородов Ссн и оксидов азота От для каждой группы автомобилей определяются за расчетный период по формулам:
Очевидно, что для данной методики характерен более детализированный подход при расчете массы выбросов: 1) внутри каждой группы автомобилей выделяются базовые автомобили, к которым приводятся соответствующие автомобили - модификации; 2) учитываются режимы работы двигателей (холостой ход, принудительный холостой ход, разгон, установившийся режим).
Однако, как и в случае предыдущей методики, не учитываются реальные характеристики дороги (величина коэффициента сопротивления качению, продольный профиль, план дороги и др.).
Для выявления и оценки мероприятий по снижению выбросов вред-
(1.4)
19
ных веществ на конкретной дороге необходимы так называемые микромодели, которые бы позволяли производить расчеты выбросов с учетом характеристик двигателя, трансмиссии, ходовой части, уровня загрузки автомобиля, а также дорожных сопротивлений (определяемых характеристиками дороги) /25, 30, 31, 47, 107/. При этом должны обеспечиваться расчет выбросов на единице пробега и суммирование выбросов по выделяемым участкам дороги. Основой таких моделей является расчет тяговоскоростных, топливно-экономических и экологических свойств автомобиля.
Как известно, выбросы вредных веществ с отработавшими газами автомобиля, помимо его конструктивных характеристик, зависят от выбора режимов его движения по дороге и соответственно нагрузочных и скоростных режимов работы двигателя. Поэтому остановимся далее на анализе выполненных исследований в этом направлении, учитывая то обстоятельство, что наряду с оценками возможных путей снижения вредных выбросов данный материал полезен и для разработки соответствующей модели.
Исходя из результатов ранее выполненных исследований по расходу топлива /29, 30, 31, 41, 110, 111, 112, 119, 120/, одним из возможных резервов снижения вредных выбросов является оптимизация скоростных режимов движения автомобилей на дороге.
Однако исследований, подтверждающих это предположение, еще явно недостаточно и выполнены они экспериментальным путем применительно к нескольким маркам автомобилей на горизонтальной дороге. Так, исследованиями /38, 39/ установлено, что у автомобиля ЗИЛ-130 минимум пробеговых выбросов моноксида углерода на равнинной дороге имеет место при v = 40...50 км/ч, углеводородов - при v = 45...55 км/ч. Выброс оксидов азота по мере увеличения скорости воз-