Введение к работе
Актуальность проблемы. Парк автомобильных энергоустановок !ЭУ) является основным, имеющим тенденцию постояншго роста, ис-хзчником негативного воздействия на окружающую сред? (ОС) в крупнее городах. Это воздействие проявляется при реализаций жизненного. їикла (Ж) ЭУ в виде загрязнения ОС вредными веществами и отхода-іи, истощения природных ресурсов (потребление конструкционных и жсплуагационньк материалов (КЗМ), создания транспортного дискомфорта для населения и участников движения, уничтожения генофонда іиологических существ при реализации перевозочного процесса.
Данные виды взаимодействия ЭУ с ОС, как показали исследования, не в лолной мере учитывается при формирования экологических ребований к конструкцияы автомобильных'двигателей, технологичес-зад процессам реализации их Щ.
До настоящего времени эти требования' в нашей стране не имели люлько-нибудь достаточного обоснования, т.к,-.'.автомобильная про-мзленвость. ориентировалась на выполнение горм и пргдписаний, раз-іаботавньк и принятых в других странах для кмещихсз там природ-10-климатических, энерго-экологических условий, составов и интен-іивностєй транспортных потоков на улично-дорожной сети, техничес-:ого уровня автотранспортной техники. -
Это объективно вело к рассогласованию экологических требований к двигателям и реальных возможностей (прежде всего экономических) в части использования апробированных за рубегом мероприятий :о совершенствованию конструкций узлов и агрегатов, свойств ис-ользуемкх материалов, технологий изготовления, технической зке-луатацик и восстановления работоспособности автомобильных ЭУ.
При комплексном изучении и моделировании основных проявлений заимэдействия ЭУ с ОС возможно оценить значеная показателей норм) токсичности, топливной экономичности двигателей с учетом еальных . условии эксплуатации АТС в конкретном регионе, влияния азличных мероприятий по совершенствованию конструкции двигателей а уровень концентрации примесей в приаемном слое атмосферы.
Появляется возможность количественных оценок и других измери-
елей групповых свойств, отражающих процессы взаимодействия ЭУ с
С, а также уровня'экологической чистоты (экологической характе-
исткки) автомобильных энергоустановок.
Целью настоящего исследования является разработка теории экологических характеристик автомобильных ЭУ при реализации их жизненных циклов на основании количественной оценки (различными методами) и регулирования интенсивности поточных процессов энерго- и массопреобразований между энергоустановками и окружающей средой.
Решались следующее задачи:
-
Разработка методологии комплексного анализа процессов взаимодействия ЭУ с ОС, происходящих в системе "Автотранспортный комплекс - окружающая среда" (АТК-ОС), ' в виде поточных процессов, энерго- и массопреобразований при реализации ЖЦ ЗУ' с учетом масштабного фактора (численности объектов), а также принципов управления развитием системы в пределах экологического допуска.
-
Разработка комплексной методики моделирования этих процессов на уровне отдельных объектов и совокупности машин, обеспечивающей переход от удельных'(на единицу времени) расходов КЭМ, концентраций вредных веществ в отработавших газах двигателей (в условиях стендовых испытаний на стационарных режимах), а также в технологических .процессах их Щ к концентрациям компонентов автомобильных выбросов в атмосфере крупного города, объемам потребления материалов, валовых выбросов вредных веществ парком ЭУ.
-
Разработка алгоритма формирования и получение количественных оценок экологических характеристик (уровней зкологической-чис-тоты) существующих и перспективных конструкций автомобильных ЭУ при реализации их Щ з виде совокупности измерителей групповых свойств, отражающих основные процессы взаимодействия ЭУ'с ОС.
-
Разработка методики формирования парка ЭУ региона с учетом экологических ограничений, предусматривающей решение задач оптимизации --(в том числе в условиях неопределенности) при использовании разных критериев: непревышения валовых выбросов вредных веществ (объема топливопотребления) в базовом году, - а также непревышения предельно-допустимых концентраций компонентов автомобильных выбросов в атмосфере.
-
Разработка методики обоснования экологических требований (перспективных норм) к автомобильным двигателям с учетом технического уровня, структуры, численности, интенсивности использования
существующего (прогнозируемого) автомобильного парка.
Методы, объекты исследований и достоверность результатов. Решение конкретных задач осуществлялось: 4
методам математического и имитационного моделирования, зкс-іертньгх оценок, сценарного прогнозирования;
обобщением результатов испытаний двигателей на моторных стенда и при движении АТС в разных условиях с оценкой тагово-скорсст-ых сеойств, топливной экономичности, токсичности отработавших га-юв, выполненных в разных организациях;
проведением испытаний двигателей на моторных стендах и при [вихении АТС в ПЛТД МАЛИ, Техническом университете г. Брауншвейга ФРГ), НИИ автомобильного транспорта и дорожного хозяйства при министерстве транспорта ФРГ CBASt);
обобщением результатов наблюдений с оценками энергозатрат, іьібросоз вредных веществ в атмосферу .и.сточные воды, расходов КЭМ іри изготовлении, техническом обслуживании к ремонте двигателей;
методами статистической обработки массивов исходных данных и юзулътатов аналитических исследований.
В качестве объектов исследований принята 74 автомобильных ЭУ, і процессах изготовления, выполнения транспортной работы, проведения технического обслуживания и ремонта, из которых 29 с бензиновыми ДВС, 16 с дизелями, 15 на ожженном нефтяном газе (СНГ), 10 -іа сжатом природном газе (СНГ) и 4 газодизелькых ЭУ; а также 2 )ензиновых ЛВС фирмы.Mersedes Bsnz, 6 дизелей Ford, Isuzu, BMW, iVECO, Peugeot,' Caterpillar, 1 газовый (СНГ) двигатель IVECO.
Достоверность результатов обеспечивалась использованием:
современных методов к средств измерений, соблюдением требова-шй стандартов при проведении моторных и ходовых испытаний;
процедур тестирования опубликованных результатов испытаний шигателей и АТС, результатов промежуточных вычислений, восстанов-іения статистической информации;
настройкой математических моделей варьированием (в пределах юпустимых разбросов)' значений исходных данных на достижение приемлемого уровня погрешностей результатов моделирования.
Научная новизна заключается в:
развитии научных представлений о взаимодействии автомобильных ЗУ с ОС в виде поточных процессов энерго- и массопреобразовакий іри реализации жизненных циклов ЭУ с учетом масштабного фактора [численности энергоустановок);
разработке методологии комплексного анализа процессов взаимо-іействия совокупности ЭУ с ОС, происходящих в природно-технической
системе ATK-OG региона, а такие принципов управления развитием системы в пределах экологического допуска;
разработке комплексной методики моделирования процессов знер-го- и массопреобразований между ЭУ и ОС на уровне отдельных объектов и совокупности машину
формирования и количественных оценках экологических характеристик (уровней экологической чистоты) существующих и перспективных ЭУ при реализации их ЖЦ;
разработке методики формирования парка ЭУ региона с учетом экологических ограничений, т.е. при условии непревышения валовых вибросов вредных веществ в базовом году или непревьшенкя предельно-допустимых гандентраций автомобильных выбросов в атмосфере.
Практическое значение работы. Основными направлениями практического использования результатов исследования являются:
обоснование экологических требований к автомобильным двигателям, технологиям их технического обслуживания и ремонта (значений норм) с учетом природно-климатических факторов, ресурсных ограничений, а также состояния и перспектив развития парков ЭУ, улич-но-дорожной сети (УДС), производственной базы автотранспорта, организации дорожного движения;
сравнение с помощью интегрального измерителя различных типов и модификаций автомобильных ЭУ при оценке их технического уровня, формировании потребительского спроса, установлении отпускных цен;
учет влияния парка ЭУ на концентрацию примесей в воздухе городов с учетом привязки транспортных потоков к улично-доршшой сети и изменения интенсивности выбросов по времени;
разработка элементов экономического регулирования природоохранной деятельности, связанной с производством, использованием, проведением технического обслуживания и ремонта двигателей.
Реализация результатов. Результаты работы использованы при: прогнозировании знергообеспечения автомобильного транспорта на перспективу, выполненных ЖТП по заданию Госплана СССР (1988);
обосновании технических требований к объектам, которые разра-. батывалисъ в Государственной научно-технической программе (ГНТП) "'Высокоскоростной экологически чистый транспорт" по направлению "Экологически чистый автомобиль" (1989 - 1991);
обосновании мероприятий в проекте Московской региональной комплексной программы "Экологизация автомобильного транспорта, до-
рожното хозяйства, организации перевозок и безопасности движения", одобренной на совместном заседании Научного совета по ГНТП и 05-щгственного научного совета-при правительстве г. Москвы 8.01.92г.;
разработке концепции-Национальной программы "Транспорт России" по разделу б "Транспортная техника" (1993);
разработке проекта нормативного документа: "Методические ,ре--комендации по определению платы с владельцев АТС за сверхнормативное загрязнение окружающей среды" (проект 8.3.2.3. Федеральной программы "Экологическая безопасность России") (1993-1994);
разработке алгоритмов и организации системы мониторинга загрязнения атмосферного воздуха в г. Москве с учетом выбросов вредных веществ транспортными потоками на УДС (1995);
- разработке "Транспортной экологической программы Юго-Восточного административного округа г. Москвы" (1935);
разработке блока 'Транспорт" .программного комплекса ZONE, версия 3, разработанного АО "ЛенЭкоСофт" для оценки концентраций загрязняющих веществ в атмосфере 'крупных городов (1995).
Отдельные положения диссертационной работы использованы при выполнении проекта европейского сотрудничества в области научно-технического прогресса C0ST-319 "Оценка распространения в воздухе автомобильных выбросов", в лекционном курсе ШДй (ТУ) "Основы промъщенво-транспортной экологии", дипломном проектировании по кафедре "Автотракторные двигатели", а также вкияены в учебник "Двигатели внутреннего сгорания. Кн. 3. Компьютерный практикум",
Апробашя работы. Результаты выполненных по теме диссертации исследований обсуждены к одобрены на заседании Научного совета РАН по проблемам транспорта (1994, март), трех - Всероссийских научных конференциях РАН по проблемам транспорта (1S92, 1933, 1994), Международной конференции "Эргономика в России, СНГ и мире. Опыт и перспективы" (СПб, 1Э93), меидународном семинаре по промышленным отходам (Москва, 1992), Научно-методическом семинаре "Новые методы оценки'загрязнения атмосферы городов, промышленных зсн и его влияния ни здоровье населения" (СПб, май 1995), Всесонзной научной конференции "Проблем совершенствования процессов в ЛВС" (Москва, 1.ІАДИ, 1986), Всесоюзной научно-практической конференции "Проблемы энергетики транспорта"' (Москва, 1988), Научно-техническом семинаре "Улучшение экологических характеристик' автомобилей и тракторов" (Дмитров, НЩИАМТ, 1989), научной конференции по экологии (Москва,
МАЛИ, 1995), научно-технических конференциях МАЛИ (1979-1995), научном семинаре НИК автомобильного транспорта и дорожного'хозяйства при министерстве транспорта ФРГ (Bergiscn Gladbach, BASt, 1996).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 монографии, 46 печатных труда в научных журналах и сборниках, 4 авторских свидетельства к 24 научно-технических отчета-(1978-1996).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 355 страниц , в том числе 238 страниц основного текста, 59 страниц с иллюстрациями, 25 страниц с таблицами, 27 страниц цитируемой литературы из 252 наименований.
