На данный момент одним из основных источников загрязнения атмосферного воздуха являются автотранспортные средства (АТС) [1,2].
Автотранспортные средства (АТС) представляют собой объект профессиональной деятельности специалистов автомобильной промышленности и автомобильного транспорта.
Автотранспортное средство - это устройство, которое приводится в движение двигателем и предназначено для перевозки по дорогам людей, оборудования или грузов, установленного на нём, а также имеющее массу в снаряженном состоянии более 400 кг [3].
Автомобильные средства обозначают легковые автомобили, грузовые автомобили, автобусы, прицепы и полуприцепы, автопоезда, эксплуатируемые на автомобильных дорогах.
Основные признаки, классифицирующие транспортные средства:
1) Назначение;
2) Проходимость;
3) Наличие (тип) двигателя.
· АТС по назначению разделяются на пассажирские, грузовые и специальные. Пассажирские предназначены для перевозки людей, это легковые автомобили и автобусы. Грузовые предназначены для перевозки различных видов грузов. Специальные предназначены для выполнения соответствующих работ.
· АТС по типу двигателя разделяются на дизельные, газовые, бензиновые, газогенераторные, электрические и другие.
· АТС по проходимости разделяются на автомобили обычной проходимости, повышенной проходимости, снегоходы, болотоходы, плавающие и другие. А прицепы и полуприцепы делятся на автомобили с активным приводом и без активного привода.
· АТС по колесной формуле разделяются по общему и ведущему числу колёс.
Из вредных загрязняющих веществ выделяемыми автотранспортными средствами можно выделить: оксиды углерода - СО, углеводородов – СН и оксиды азота NOx.
Оксиды углерода это есть бинарные химические соединения углерода с СО2.
Все оксиды углерода относят к органическим соединениям кроме двух неорганических представителей - углекислого газа и угарного газа.
Оксиды азота это есть неорганические бинарные соединения кислорода с азотом.
Есть десять соединений азота с кислородом: классические - закиси азота N2O, окиси азота NO, оксиды азота (III) N2O3, диоксиды азота NO2 и оксиды азота (V) N2O5; димер -диоксиды азота N2O4 и четыре малостабильных соединения - нитрозилазид NON3, нитрилазид NO2N3, тринитрамид N(NO2)3 и нитратный радикал NO3.
Для расчёта массового выброса концентрации загрязняющих веществ (СО, CH, NOx) от автотранспортных средств на заданном участке при различных режимах работы двигателя был выбран перекрёсток в городе Архангельске Архангельской области ограждённый улицами проспект Обводный канал – улица Урицкого. Данный перекрёсток является одним из главных в системе дорожно-транспортного движения города.
На начальном этапе расчётов имеются следующие исходные данные: Период времени: 14-15; Легковые автомобили - до 1,3 л – 568; 1,3-1,8 л – 1080; 1,8-3,5 л – 852; Автобусы – Особо малый - 57; малый – 227; Грузовые автомобили, т – до 2,5 – 4; 2,5-5 – 1.
Выброс i-ого вещества k-той группой транспортных средств на режимах замедления рассчитывается по формуле, г: [4,5]. Мзамi = miзам*k*Nk*tз*nk/3600 (1)
Где, miзам - удельный выброс i-ого вещества при работе автомобилей k-той группы на режиме замедления, г/кВт•ч; Nk - мощность двигателя автомобиля k-той группы, кВт; tз - время движения автомобиля k-той группы на режиме замедления, с; nk - количество автомобилей k-той группы, движущихся в прямом и обратном направлении, шт [6].
Выброс i-ого вещества k-той группой автомобилей на режиме холостого хода, г:
Мххik = mixx*k*Nk*txx*nk/3600 (2)
Где, mixx*k- удельный выброс i-ого в-ва при работе авто. k-той группы на режиме холостого хода, г/кВт•ч; txx - время движения авто. k-той группы на режиме замедления, с.
Выброс i-ого вещества k-той группой автомобилей на режиме разгона, г:
Мразгik = miразг*k*Nk*tразг*nk/3600 (3)
Где, miразгk- удельный выброс i-ого вещества при работе автомобилей k-той группы на режиме разгона, г/кВт•ч; tразг - время движения авто. k-той группы на режиме разгона, с.
Выброс i-ого вещества k-той группой автомобилей на режиме движения с постоянной скоростью, г: Мпостik = miпост*k*Nk*tпост*nk/3600 (4)
Где, miпост*k - удельный выброс i-ого вещества при работе автомобилей k-той группы на режиме движения с постоянной скоростью, г/кВт•ч; tпост - время движения автомобиля k-той группы на режиме движения с постоянной скоростью, с.
На основе исходных данных и выше приведённых формул был сделан подробный расчёт массового выброса концентрации загрязняющих веществ (СО, CH, NOx) от автотранспортных средств на заданном участке при различных режимах работы двигателя.
Расчёт выброса загрязняющего вещества СО на режимах замедления рассчитаем по формуле 1 - Мзамi = miзам*k*Nk*tз*nk/3600:
Легковые автомобили до 1,3 л: Мзамi = 2*47*6*568/3600=88,98667 г,
Легковые автомобили 1,3-1,8 л: Мзамi = 2*55*6*1080/3600=198 г,
Легковые автомобили 1,8-3,5 л: Мзамi = 2*75*6*852/3600=213 г,
Автобусы особо малый класс: Мзамi = 7*73,5*8*57/3600=65,17 г,
Автобусы малый класс: Мзамi = 7*88,5*8*227/3600=312,5033 г,
Грузовые автомобили до 2,5 т: Мзамi = 7*73,5*8*4/3600=4,573333 г,
Грузовые автомобили 2,5-5 т: Мзамi = 7*88,5*8*1/3600=1,376667 г.
Расчёт выброса загрязняющего вещества СН на режимах замедления:
Легковые автомобили до 1,3 л: Мзамi = 0,5*47*6*568/3600=22,24667 г,
Легковые автомобили 1,3-1,8 л: Мзамi = 0,5*55*6*1080/3600=49,5 г,
Легковые автомобили 1,8-3,5 л: Мзамi = 0,5*75*6*852/3600=53,25 г,
Автобусы особо малый класс: Мзамi = 2*73,5*8*57/3600=18,62 г,
Автобусы малый класс: Мзамi = 2*88,5*8*227/3600=89,28667 г,
Грузовые автомобили до 2,5 т: Мзамi = 2*73,5*8*4/3600=1,306667 г,
Грузовые автомобили 2,5-5 т: Мзамi = 2*88,5*8*1/3600=0,393333 г.
Расчёт выброса загрязняющего вещества NOx на режимах замедления:
Легковые автомобили до 1,3 л: Мзамi = 0,03*47*6*568/3600=1,3348 г,
Легковые автомобили 1,3-1,8 л: Мзамi = 0,03*55*6*1080/3600=2,97 г,
Легковые автомобили 1,8-3,5 л: Мзамi = 0,03*75*6*852/3600=3,195 г,
Автобусы особо малый класс: Мзамi = 0,5*73,5*8*57/3600=4,655 г,
Автобусы малый класс: Мзамi = 0,5*88,5*8*227/3600=22,32167 г,
Грузовые автомобили до 2,5 т: Мзамi = 0,5*73,5*8*4/3600=0,326667 г,
Грузовые автомобили 2,5-5 т: Мзамi = 0,5*88,5*8*1/3600=0,098333 г.
Расчёт выброса загрязняющего вещества СО на режиме холостого хода рассчитаем по формуле 2 – Мххik = mixx*k*Nk*txx*nk/3600:
Легковые автомобили до 1,3 л: Мххik = 6*47*35*568/3600=1557,267 г,
Легковые автомобили 1,3-1,8 л: Мххik = 6*55*35*1080/3600=3465 г,
Легковые автомобили 1,8-3,5 л: Мххik = 6*75*35*852/3600=325,85 г,
Автобусы особо малый класс: Мххik = 8*73,5*35*57/3600=3727,5 г,
Автобусы малый класс: Мххik = 8*88,5*35*227/3600=1562,517 г,
Грузовые автомобили до 2,5 т: Мххik = 8*73,5*35*4/3600=22,86667 г,
Грузовые автомобили 2,5-5 т: Мххik = 8*88,5*35*1/3600=6,883333 г.
Расчёт выброса загрязняющего вещества СН на режиме холостого хода:
Легковые автомобили до 1,3 л: Мххik = 0,5*47*35*568/3600=129,7722 г,
Легковые автомобили 1,3-1,8 л: Мххik = 0,5*55*35*1080/3600=288,75 г,
Легковые автомобили 1,8-3,5 л: Мххik = 0,5*75*35*852/3600=310,625 г,
Автобусы особо малый класс: Мххik = 1*73,5*35*57/3600=40,73125 г,
Автобусы малый класс: Мххik = 1*88,5*35*227/3600=195,3146 г,
Грузовые автомобили до 2,5 т: Мххik = 1*73,5*35*4/3600=2,858333 г,
Грузовые автомобили 2,5-5 т: Мххik = 1*88,5*35*1/3600=0,860417 г.
Расчёт выброса загрязняющего вещества NOx на режиме холостого хода:
Легковые автомобили до 1,3 л: Мххik = 0,005*47*35*568/3600=1,297722 г,
Легковые автомобили 1,3-1,8 л: Мххik = 0,005*55*35*1080/3600=2,8875 г,
Легковые автомобили 1,8-3,5 л: Мххik = 0,005*75*35*852/3600=3,10625 г,
Автобусы особо малый класс: Мххik = 0,08*73,5*35*57/3600=3,2585 г,
Автобусы малый класс: Мххik = 0,08*88,5*35*227/3600=15,62517 г,
Грузовые автомобили до 2,5 т: Мххik = 0,08*73,5*35*4/3600=0,228667 г,
Грузовые автомобили 2,5-5 т: Мххik = 0,08*88,5*35*1/3600=0,068833 г.
Расчёт выброса загрязняющего вещества СО на режиме разгона рассчитаем по формуле 3 – Мразгik = miразг*k*Nk*tразг*nk/3600
Легковые автомобили до 1,3 л: Мразгik =3*47*6*568/3600=133,48 г,
Легковые автомобили 1,3-1,8 л: Мразгik =3*55*6*1080/3600=297 г,
Легковые автомобили 1,8-3,5 л: Мразгik =3*75*6*852/3600=319,5 г,
Автобусы особо малый класс: Мразгik =18*73,5*9*57/3600=188,5275 г,
Автобусы малый класс: Мразгik =18*88,5*9*227/3600=904,0275 г,
Грузовые автомобили до 2,5 т: Мразгik =18*73,5*8*4/3600=11,76 г,
Грузовые автомобили 2,5-5 т: Мразгik =18*88,5*9*1/3600=3,9825 г.
Расчёт выброса загрязняющего вещества СН на режиме разгона:
Легковые автомобили до 1,3 л: Мразгik =0,5*47*6*568/3600=22,24667 г,
Легковые автомобили 1,3-1,8 л: Мразгik =0,5*55*6*1080/3600=49,5 г,
Легковые автомобили 1,8-3,5 л: Мразгik =0,5*75*6*852/3600=53,25 г,
Автобусы особо малый класс: Мразгik =2*73,5*9*57/3600=20,9475 г,
Автобусы малый класс: Мразгik =2*88,5*9*227/3600=100,4475 г,
Грузовые автомобили до 2,5 т: Мразгik =2*73,5*8*4/3600=1,306667 г,
Грузовые автомобили 2,5-5 т: Мразгik =2*88,5*9*1/3600=0,4425 г.
Расчёт выброса загрязняющего вещества NOx на режиме разгона:
Легковые автомобили до 1,3 л: Мразгik =1,4*47*6*568/3600=62,29067 г,
Легковые автомобили 1,3-1,8 л: Мразгik =1,4*55*6*1080/3600=138,6 г,
Легковые автомобили 1,8-3,5 л: Мразгik =1,4*75*6*852/3600=149,1 г,
Автобусы особо малый класс: Мразгik =3,5*73,5*9*57/3600=36,65813 г,
Автобусы малый класс: Мразгik =3,5*88,5*9*227/3600=175,7831 г,
Грузовые автомобили до 2,5 т: Мразгik =3,5*73,5*8*4/3600=2,286667 г,
Грузовые автомобили 2,5-5 т: Мразгik =3,5*88,5*9*1/3600=0,774375 г.
Расчёт выброса загрязняющего вещества СО на режиме движения с постоянной скоростью рассчитаем по формуле 4 – Мпостik = miпост*k*Nk*tпост*nk/3600
Легковые автомобили до 1,3 л: Мпостik = 3,4*47*4*568/3600=100,8516 г,
Легковые автомобили 1,3-1,8 л: Мпостik = 3,4*55*4*1080/3600=224,4 г,
Легковые автомобили 1,8-3,5 л: Мпостik = 3,4*75*4*852/3600=241,4 г,
Автобусы особо малый класс: Мпостik = 20*73,5*7*57/3600=162,925 г,
Автобусы малый класс: Мпостik = 20*88,5*7*227/3600=781,2583 г,
Грузовые автомобили до 2,5 т: Мпостik = 20*73,5*7*4/3600=11,43333 г,
Грузовые автомобили 2,5-5 т: Мпостik = 20*88,5*7*1/3600=3,441667 г.
Расчёт выброса, загрязняющего в-ва СН на режиме движения с пост. скоростью:
Легковые автомобили до 1,3 л: Мпостik = 0,5*47*4*568/3600=14,83111 г,
Легковые автомобили 1,3-1,8 л: Мпостik = 0,5*55*4*1080/3600=33 г,
Легковые автомобили 1,8-3,5 л: Мпостik = 0,5*75*4*852/3600=35,5 г,
Автобусы особо малый класс: Мпостik = 2*73,5*7*57/3600=16,2925 г,
Автобусы малый класс: Мпостik = 2*88,5*7*227/3600=78,12583 г,
Грузовые автомобили до 2,5 т: Мпостik = 2*73,5*7*4/3600=1,143333 г,
Грузовые автомобили 2,5-5 т: Мпостik = 2*88,5*7*1/3600=0,344167 г.
Расчёт выброса, загрязняющего в-ва NOx на режиме движ. с постоянной скоростью:
Легковые автомобили до 1,3 л: Мпостik = 0,6*47*4*568/3600=17,79733 г,
Легковые автомобили 1,3-1,8 л: Мпостik = 0,6*55*4*1080/3600=39,6 г,
Легковые автомобили 1,8-3,5 л: Мпостik = 0,6*75*4*852/3600=42,6 г,
Автобусы особо малый класс: Мпостik = 1,4*73,5*7*57/3600=11,40475 г,
Автобусы малый класс: Мпостik = 1,4*88,5*7*227/3600=54,68808 г,
Грузовые автомобили до 2,5 т: Мпостik = 1,4*73,5*7*4/3600=0,800333 г,
Грузовые автомобили 2,5-5 т: Мпостik = 1,4*88,5*7*1/3600=0,240917 г.
По полученным результатам были построены гистограммы распределения концентрации ЗВ на всех режимах работы двигателя для всех групп АТС.
Рисунок 1. Гистограмма распределения концентрации СО
Вывод: большая концентрация оксида углерода приходится на автомобили 1,8 -3,5 л и 1,3 – 1,8 л. Также на остальных режимах работы большую концентрацию оксида углерода выделяют малые автобусы.
Рисунок 2. Гистограмма распределения концентрации СH
Вывод: большое содержание углеводорода при холостом ходу приходится на автомобильные двигатели 1,3 – 1,8 л и 1,8 – 3,5 л. Также на остальных режимах работы большое содержание углеводорода в выхлопе приходится на двигатели малых автобусов.
Рисунок 3. Гистограмма распределения концентрации HOx
Вывод: большую концентрацию оксида азота выделяют двигатели малых автобусов, а также при разгоне автомобильные двигатели 1,3 – 1,8 л и 1,8 – 3,5 л в выхлопных газах также содержат большое количество оксида азота.
Рекомендации:
· повысить пропускную способность для того что бы двигатели меньше входили в режим холостого хода;
· повысить экологичность двигателей автобусов и легковых автомобилей;
· переход на альтернативные источники энергии;
· применение в автомобилях и автобусах электротяги в тех режимах, когда наблюдается повышенное токсичность двигателя внутреннего сгорания.
Краткий отчёт по проделанной работе представлен ниже.
Значения удельных выбросов miзамк, miххк, miразгк, miпостк, для различных групп автомобилей (легковые автомобили, автобусы, грузовые автомобили) приведены в таблице 1.
Таблица 1. Удельные выбросы вредных в-в бензиновыми двиг. на различ. реж. движ.
|
Режимы движения |
Удельные выбросы вредных веществ, г/кВт•ч |
Р.Т., г/мин |
||||||
|
СО |
СXНY |
NOX |
||||||
|
Л |
ГА |
Л |
ГА |
Л |
ГА |
Л |
ГА |
|
|
Замедление |
2 |
7 |
0,5 |
2 |
0,03 |
0,5 |
9 |
40 |
|
Холостой ход |
6 |
8 |
0,5 |
1 |
0,005 |
0,08 |
20 |
70 |
|
Разгон |
3 |
18 |
0,5 |
2 |
1,4 |
3,5 |
25 |
130 |
|
Д. с п. с. |
3,4 |
20 |
0,5 |
2 |
0,6 |
1,4 |
21 |
110 |
Примечание: Л – легковой автомобиль, ГА – грузовые автомобили и автобусы; Д.с п. с – движение с постоянной скорость; Р.Т – расход топлива.
Значения tз, tхх, tразг, tпост определяются в таблице 2,3,4,5.
Таблица 2. Время работы легковых автомобилей на различных режимах движения
|
Перекресток |
tз, сек. |
tхх, сек. |
tразг, сек. |
tпост, сек. |
|
Пр. Троицкий - ул. Володарского |
6 |
40 |
6 |
6 |
|
Пр. Обводный канал - ул. Урицкого |
6 |
35 |
6 |
4 |
|
ул. Тимме - ул. Воскресенская |
6 |
40 |
6 |
5 |
Таблица 3. Время работы груз. авто. малой грузоподъемностью на различ. реж. движ.
|
Перекресток |
tз, сек. |
tхх, сек. |
tразг, сек. |
tпост, сек. |
|
Пр. Троицкий - ул. Володарского |
8 |
40 |
8 |
7 |
|
Пр. Обводный канал - ул. Урицкого |
8 |
35 |
8 |
7 |
|
ул. Тимме - ул. Воскресенская |
8 |
40 |
8 |
7 |
Таблица 4. Время работы груз. авто. грузоподъемностью от 2-5 т. на различ. реж. движ.
|
Перекресток |
tз, сек. |
tхх, сек. |
tразг, сек. |
tпост, сек. |
|
Пр. Троицкий - ул. Володарского |
8 |
40 |
9 |
7 |
|
Пр. Обводный канал - ул. Урицкого |
8 |
35 |
9 |
7 |
|
ул. Тимме - ул. Воскресенская |
8 |
40 |
9 |
7 |
Таблица 5. Время работы автобус. особо малого и малого класса на различ. реж. движ.
|
Перекресток |
tз, сек. |
tхх, сек. |
tразг, сек. |
tпост, сек. |
|
Пр. Троицкий - ул. Володарского |
8 |
35 |
9 |
7 |
|
Пр. Обводный канал - ул. Урицкого |
8 |
35 |
9 |
7 |
|
ул. Тимме - ул. Воскресенская |
8 |
40 |
9 |
7 |
Вывод: Средняя мощность двигателя (Nср) для различных групп транспортных средств:
· легковые автомобили с рабочим объемом двигателя до 1,3 л – 47 кВт;
· легковые автомобили с рабочим объемом двигателя 1,3 – 1,81 л – 55 кВт;
· легковые автомобили с рабочим объемом двигателя 1,81 – 3,50 л – 75 кВт;
· грузовые автомобили грузоподъемностью 0,5 – 2,0 т и автобусы особо малого класса – 73,5 кВт;
· грузовые авто. грузоподъемностью 2,1–3,5 т и автобусы малого класса – 88,5 кВт.
Библиографическая ссылка
Боровиков А.В. РАСЧЁТ МАССОВОГО ВЫБРОСА ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ НА РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ АТС // Международный студенческий научный вестник. – 2019. – № 4. ;URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=19698 (дата обращения: 19.04.2024).