Анотація до роботи:

Матейчик В.П. Наукові основи підвищення екологічної безпеки дорожніх транспортних засобів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.22.02 – автомобілі і трактори. - Національний транспортний університет, Київ, 2004.

Дисертація присвячена проблемі підвищення екологічної безпеки ДТЗ за рахунок покращення паливної економічності та екологічних показників.

Розроблена загальна методологія оцінювання екологічної безпеки ДТЗ за критеріями ефективності паливовикористання та рівня забруднення середовища з врахуванням призначення та умов експлуатації. Розроблено модель функціонування системи „дорожній транспортний засіб, що дозволяє оцінювати вплив конструктивних і експлуатаційних факторів на екологічну безпеку ДТЗ.

Розроблені методики та математичні моделі для визначення показників ефективності паливовикористання та рівня забруднення середовища ДТЗ з удосконаленими схемами ЕУ в окремих режимах, їздових циклах та на експлуатаційних маршрутах.

Розроблено комплекс окремих, групових та інтегральних критеріїв для оцінювання та вибору способу підвищення екологічної безпеки ДТЗ з врахуванням їх призначення та умов експлуатації.

Виконано оцінку ефективності способів підвищення екологічної безпеки ДТЗ, отриманих удосконаленням систем живлення і регулювання бензинових двигунів і дизелів, переобладнанням рідкопаливних двигунів для роботи на природному газі, заміною бензинових двигунів дизелями.

Розроблені в дисертаційній роботі методи і способи забезпечують підвищення екологічної безпеки ДТЗ за рахунок покращення паливної економічності та екологічних показників.

Сукупність отриманих наукових положень формує системний підхід до аналізу відомих та синтезу нових способів підвищення екологічної безпеки ДТЗ в процесі проектування та експлуатації, їх оцінювання та вибору за критеріями ефективності паливовикористання та рівня забруднення середовища.

Результати теоретичних та експериментальних досліджень дозволили зробити наступні висновки:

1. Актуальність проблеми зменшення негативного впливу автотранспорту на середовище потребує широкомасштабних заходів щодо підвищення екологічної безпеки ДТЗ, рівень якої визначається, в першу чергу, ефективністю паливовикористання та рівнем забруднення середовища. Це спонукає до пошуку ефективних способів покращення паливної економічності та екологічних показників ДТЗ, вибір яких повинен здійснюватись на основі їх всебічної оцінки. Найбільш ефективним напрямом підвищення екологічної безпеки ДТЗ є застосування способів, спрямованих на зменшення витрати палива та забруднюючих викидів шляхом удосконалення систем живлення і регулювання бензинових двигунів і дизелів, переобладнання рідкопаливних двигунів для роботи на природному газі, заміни бензинових двигунів дизелями. Всі ці способи пов’язані зі зміною конструктивних схем ЕУ, неоднозначно впливають на масові, габаритні, тягово-швидкісні, екологічні показники та паливну економічність ДТЗ, що і визначає важливість розробки системних методів оцінювання та вибору способів підвищення екологічної безпеки ДТЗ як на стадії проектування, так і в умовах експлуатації.

2. Вперше із системних позицій розроблена загальна методологія оцінювання екологічної безпеки ДТЗ за критеріями ефективності паливовикористання та рівня забруднення середовища з врахуванням призначення та умов експлуатації, в рамках якої:

- розроблено модель функціонування системи „дорожній транспортний засіб” з використанням системних об’єктів, що дозволяє оцінювати вплив конструктивних і експлуатаційних факторів на екологічну безпеку ДТЗ з врахуванням особливостей основних процесів системи, зворотних зв’язків та зв’язків з середовищем, які мають місце в експлуатаційних умовах;

- виконано систематизацію конструктивних схем ЕУ з поршневим ДВЗ як підсистеми, яка визначає рівень екологічної безпеки системи „дорожній транспортний засіб”. Систематизація схем ЕУ проведена за морфологічними ознаками основних функціональних елементів, що дозволяє проводити синтез і аналіз існуючих і перспективних схем ЕУ, які розглядаються як способи підвищення екологічної безпеки ДТЗ;

- розроблені методики визначення показників ефективності паливовикористання та рівня забруднення середовища ДТЗ з удосконаленими схемами ЕУ в окремих режимах, в стандартних їздових циклах та на експлуатаційних маршрутах з детермінованим та стохастичним заданням параметрів маршруту;

- розроблено комплекс окремих, групових та інтегральних критеріїв, на основі яких сформовані одномірні цільові функції, що дозволяють проводити оцінку та вибір способу підвищення екологічної безпеки двигунів, ЕУ та ДТЗ з врахуванням їх призначення та умов експлуатації.

4. Розроблені математичні моделі елементів, підсистем і системи „дорожній транспортний засіб” з використанням універсальних екологічних характеристик бензинових і газових двигунів та дизелів, а також пакет прикладних програм для ПК, які дозволяють визначати основні показники ефективності паливовикористання та рівня забруднення середовища двигунів, ЕУ та ДТЗ в типізованих і нетипізованих умовах.

5. Експериментальними дослідженнями підтверджена адекватність математичних моделей окремих елементів і підсистем, а також загалом системи „дорожній транспортний засіб” при застосуванні різних схем бензинових, газових і дизельних ЕУ. Зокрема показано, що різниця між значеннями загальних показників газобалонного автомобіля за цикл, отриманих в експерименті і на моделі, по часу руху в циклі не перевищує 2 %, по витраті палива - 4,5 %.

6. Розроблені способи підвищення екологічної безпеки ДТЗ з багатоциліндровими бензиновими двигунами шляхом удосконалення способу регулювання потужності відключенням групи циліндрів застосуванням рециркуляції ВГ та направлених регулювань системи живлення, а також дослідні зразки систем, ефективність яких підтверджена експериментальними дослідженнями. Визначені доцільні значення ступенів рециркуляції та складів паливоповітряної суміші за критеріями ефективності паливовикористання та рівня забруднення середовища ДТЗ. Показано, що застосування рециркуляції ВГ в 5% дозволяє без втрати паливної економічності знизити питомі викиди вантажного автомобіля з ДВЦ в міському їздовому циклі на 27-35%, сумарні викиди - на 12-18% і загалом підвищити інтегральний критерій екологічної безпеки автомобіля в 1,04-1,11 рази, а забезпечення роботи ДВЦ на сумішах з = 0,90-0,92 при втраті паливної економічності на 1,9-2,5% дозволяє зменшити сумарні викиди на 2-10,1% і підвищити рівень екологічної безпеки на 1,5-9% залежно від завантаження автомобіля.

7. Показано, що переобладнання вантажних автомобілів з бензиновими двигунами для роботи на природному газі шляхом додаткового встановлення газової системи супроводжується зменшенням потужності двигуна і, відповідно, продуктивності транспортного засобу, що призводить до збільшення питомої витрати палива, а в окремих випадках і питомих викидів окремих забруднюючих речовин, що загалом погіршує рівень його екологічної безпеки. Покращення показників ефективності паливовикористання та рівня забруднення середовища газобалонних транспортних засобів може бути досягнуто удосконаленням як конструктивних, так і експлуатаційних факторів, зокрема підвищенням ступеня стискання двигуна. Експериментально підтверджено ефективність збільшення ступеня стискання для підвищення потужності та покращення паливної економічності переобладнаного з бензинового газового двигуна. Оцінка на математичній моделі показників газобалонного автомобіля в міському їздовому циклі показала, що збільшення ступеня стискання двигуна 8Ч10/9,5 з =6,5 до =8,0 підвищує рівень екологічної безпеки транспортного засобу в 1,101 рази за рахунок зменшення як витрати палива, так і забруднюючих викидів.

8. Обґрунтовано доцільність переобладнання дизелів в газові двигуни для підвищення екологічної безпеки ДТЗ. Експериментально підтверджено роботоздатність переобладнаного дизеля 4Ч11/12,5 для роботи на природному газі шляхом зниження ступеня стискання з 16 до 12 та оснащення газовою системою живлення і системою запалювання. Визначено, що для підвищення рівня екологічної безпеки, в першу чергу зменшення вмісту у ВГ переобладнаного двигуна, необхідно оптимізувати регулювальні параметри систем живлення і запалювання.

9. Виконано оцінку ефективності заміни бензинових двигунів дизелями з точки зору підвищення екологічної безпеки ДТЗ в експлуатаційних умовах. Показано, що для забезпечення необхідних тягово-швидкісних властивостей і підвищення рівня екологічної безпеки автомобілів з встановленими дизелями замість бензинових двигунів необхідно узгоджувати параметри двигуна і трансмісії шляхом зміни передаточних відношень коробок передач. Визначено доцільні значення передаточних відношень коробок передач автомобілів типу ЗИЛ з дизелем СМД-21 і автомобілів типу ГАЗ з дизелями Д-240-245, які дозволяють суттєво покращити паливну економічність та екологічні показники ДТЗ в експлуатаційних умовах.

10. Виконано оцінку впливу способу регулювання частоти обертання дизеля на екологічну безпеку ДТЗ. Розроблено конструкцію регулятора, який забезпечує характеристики комбінованого (всережимно-однорежимного) регулювання частоти обертання дизеля, ефективність якого підтверджена експериментальними дослідженнями. Показано, що застосування одно-режимного регулювання на дизелях ДТЗ дозволяє управляти інтенсивністю розгону та значно зменшувати витрату палива та забруднюючі викиди.

11. Результати дисертаційної роботи прийняті до використання в департаменті автомобільного транспорту Мінтрансу України, в управлінні атмосферного повітря Мінприроди України, в Державному підприємстві “ДержавтотрансНДІпроект”, в секції прикладних проблем Президії Академії наук України, в Державному підприємстві „Завод ім. В.О.Малишева”, у ВАТ ”Луцький автомобільний завод”, на Київському АРЗ-3.

Публікації автора:

Статті у фахових виданнях

1. Гутаревич Ю.Ф., Задорожний В.І., Матейчик В.П., Клименко О.А. Оцінка показників паливної економічності і продуктивності вантажного автомобіля при роботі на бензині і природному газі // Автошляховик України. -1997. - № 2.- С.12-15.

2. Гутаревич Ю.Ф., Задорожний В.І., Матейчик В.П., Клименко О.А. Екологічні показники вантажного автомобіля при роботі на бензині і природному газі // Автошляховик України. -1997. - № 4.- С.14-15.

3. Гутаревич Ю.Ф., Матейчик В.П., Клименко О.А. Экономические и экологические показатели автомобилей при замещении бензина природным газом // Системні методи керування, технологія та організація виробництва, ремонту та експлуатації автомобілів: зб. наук. пр., вип. 3. – Київ: НТУ, ТАУ. - 1997. - С. 47-50.

4. Гутаревич Ю.Ф., Редзюк А.М, Корпач А.О., Матейчик В.П. Покращення показників багатоциліндрових бензинових двигунів регулюванням їх потужності відключенням групи циліндрів// Автошляховик України: окремий вип. №1. -1998. - С.24-26.

5. Матейчик В.П., Колодійчук А.К., Куць Н.Г. Визначення оптимальних регулювань автомобільного бензинового двигуна з відключенням групи циліндрів // Автошляховик України: окремий вип. №2. -1998. - С.37-40.

6. Матейчик В.П., Колодійчук А. К., Куць Н. Г. Оцінка впливу регулювань системи живлення двигуна з відключенням групи циліндрів на показники автомобіля при русі за їздовим циклом // Вісник ТАУ та УТУ №2. - Київ: ТАУ, УТУ. - 1998. - С. 137-142.

7. Гутаревич Ю.Ф., Матейчик В.П., Мержиєвська Л.П. Характеристика автомобільного транспорту як штучного джерела забруднення атмосфери України // Вісник НТУ і ТАУ №4. - Київ: ТАУ, УТУ. –2000. –С.66-70.

8. Легенький Г.М., Редзюк А.М., Білоус А.М., Гутаревич Ю.Ф., Матейчик В.П. Основні напрямки розвитку екологічно прийнятної транспортної системи в Україні та шляхи їх реалізації // Автошляховик України: окремий вип. №3. -2000. - С.24-26.

9. Гутаревич Ю.Ф., Матейчик В.П., Ковбасенко С.В. Методика визначення оптимального ступеня рециркуляції відпрацьованих газів бензинового двигуна з відключенням групи циліндрів // Системні методи керування, технологія та організація виробництва, ремонту та експлуатації автомобілів: зб. наук. пр., вип. 9. – Київ: НТУ, ТАУ. - 2000. - С. 112-115.

10. Сахно В.П., Матейчик В.П., Сітовський О.П. Економічні та екологічні показники автомобіля з різними типами двигунів // Автошляховик України: окремий вип. №4. – 2001. - С. 27-30.

11. Матейчик В.П., Яновський В.В., Сидоренко Р.В. Шляхи ефективного використання природного газу як моторного палива для автомобілів // Вісник НТУ і ТАУ №5. - Київ: ТАУ, УТУ. –2001. –С.60-64.

12. Гутаревич Ю.Ф., Матейчик В.П., Сидоренко Р.В., Яновський В.В. Перевірка адекватності математичної моделі руху дорожнього транспортного засобу за їздовим циклом при роботі на природному газі // Вісник НТУ і ТАУ №6. – Київ: НТУ, ТАУ. –2002. –С.300-304.

13. Матейчик В.П. Система для дослідження впливу енергоустановки на економічні та екологічні показники дорожніх транспортних засобів // Системні методи керування, технологія та організація в-тва, ремонту та експлуатації автомобілів: зб. наук. пр., вип. 13. - Київ: НТУ, ТАУ.- 2002. -С.83-88.

14. Матейчик В.П. Енергоустановка транспортного засобу: системний підхід до дослідження // Автошляховик України: окремий вип. №5. -2002. - С.33-35.

15. Матейчик В.П. Системные исследования энергоустановок дорожных транспортных средств//Труды ОдПУ № 2(18).-Одесса, ОдПУ. - 2002.- С. 40-44.

16. Матейчик В.П. Структура проблеми і логічна організація вибору енергоустановки для дорожніх транспортних засобів // Системні методи керування, технологія та організація виробництва, ремонту та експлуатації автомобілів: зб. наук. пр., спец. вип. – Київ: НТУ, ТАУ. - 2002. - С. 112-115.

17. Матейчик В.П. Методи оцінки показників енергоустановок на різних етапах їх вибору для ДТЗ // Системні методи керування, технологія та організація виробництва, ремонту та експлуатації автомобілів: зб. наук. пр., вип. 14. – Київ: НТУ, ТАУ. - 2002. - С. 73-76.

18. Матейчик В.П. Системний підхід до аналізу структурних схем енергоустановок транспортних засобів// Вісник НТУ“ХПІ” №7(т.2). – Харків, НТУ”ХПІ”. –2002. –С.162-167.

19. Матейчик В.П. Моделі універсальних екологічних характеристик двигунів дорожніх транспортних засобів // Автошляховик України: окремий вип. № 6. - 2003. - С.39-45.

20. Матейчик В.П. Формування цільових функцій вибору енергоустановки за критеріями екологічної безпеки // Вісник КДПУ №7. – Кременчук, КДПУ. –2003.–С.125-128.

21. Матейчик В.П. Выбор энергоустановки для дорожного транспортного средства по критериям экологической безопасности // Автомобильный транспорт: сб. научн. тр., вып. 13. - Харьков, ХНАДУ. -2003. – С.238-240.

22. Матейчик В.П. Обґрунтування методології вибору енергоустановки для забезпечення екологічної безпеки дорожніх транспортних засобів// Управління якістю транспортних засобів і перевезень: зб. наукових праць. – Автошляховик України: окремий випуск. -2003. – С. 38-40.

23. Матейчик В.П., Яновський В.В. Вплив ступеня стискання на показники дорожнього транспортного засобу при роботі на бензині і природному газі// Системні методи керування, технологія та організація виробництва, ремонту та експлуатації автомобілів: зб. наук. пр., вип.16. – Київ, НТУ, ТАУ. - 2003. - С.136-141.

24. Захарчук В.І, Сітовський О.П., Козачук І.С., Матейчик В.П. Дослідження можливості конвертації дизеля в газовий двигун // Наукові нотатки: міжвузівський збірник № 13. – Луцьк, ЛДТУ. - 2003. - С.125-129.

25. Матейчик В.П., Яновський В.В., Бумага О.Д. Оцінка паливної економічності та екологічних показників газобалонних транспортних засобів в експлуатаційних умовах // Автошляховик України. - 2004. - № 1. - С.11-13.

Авторські свідоцтва, патенти

26. А.С. № 1825882 СССР МКИ F02D 1/04 Регулятор частоты вращения двигателя внутреннего сгорания /В.И.Захарчук, В.П.Матейчик. – Опубл. 07.07.93, Бюл. №25. – 3с.

27. Патент 31532А. Україна МКИ F02D 17/02/F02D 41/02/Система живлення для двигуна внутрішнього згоряння / Ю.Ф.Гутаревич, В.П.Матейчик, С.В. Ковбасенко – Опубл. 15.12.2000, Бюл. №7-ІІ. – 3с. ил.

Публікації, які додатково висвітлюють результати досліджень

28. Матейчик В.П. Динамическая система для исследования влияния энергоустановки на показатели дорожного транспортного средства // Двигателестроение. – 2004. - № 1. – С.10-12.

29. Gutarevych Y., Mateychyk V., Kowbasenko S. Simulation of the vehicle movement in driving cycle for effectiveness estimation of a petrol engine power regulation by cut – off of a part cylinders // Automotive and internal combustion engines construction and technology, Vol. 14. – Krakow: Polish Academy of Sciences, Krakowbranch. – 1999. - P. 43 – 52.

30. Матейчик В.П. Тракторний дизель замість бензинового двигуна// Сигнал. – 1997. - №5. - С.32.

31. Матейчик В.П., Куць Н.Г. Відключення циліндрів як метод економії палива//Експрес-новини: наука, техніка, виробництво.–1997.- №11-12.-С.40-41.

32. Гутаревич Ю.Ф., Матейчик В.П., Ковбасенко С.В., Куць Н.Г. Шляхи покращення екологічних показників бензинового двигуна з відключенням циліндрів // Прогресс – Качество – Технология: сб. научн. тр. -Харьков: ХАИ, ИМС. -1998. - С. 207-211.

33. Гутаревич Ю.Ф., Матейчик В.П., Ковбасенко С.В. Зниження токсичності бензинового двигуна з відключенням групи циліндрів шляхом застосування рециркуляції відпрацьованих газів// Проектування, виробництво та експлуатація автотранспортних засобів і поїздів: праці Західного наукового центру ТАУ , т.5. – Львів. -1998. - С. 21-22.

Доповіді на наукових конференціях і симпозіумах

34. Гутаревич Ю.Ф., Задорожный В.И., Матейчик В.П. Сравнительная оценка показателей грузовых автомобилей, находящихся в экплуатации, при замене бензиновых двигателей дизелями// Materialy miedzynar. konf. “Metody obliсzeniowe і badawcze w pozwoju pojazdow samochodowych i maszyn roвоczych samojezdnych. – Rzeszow. - 1996. -С. 47-52.

35. Гутаревич Ю.Ф., Матейчик В.П., Захарчук В.И. Влияние характера протекания частичных скоростных характеристик дизеля на эксплуатационные показатели транспортной машины// Матеріали міжнародної науково-технічної конференції „Проблеми автомобільного транспорту на сучасному етапі”. – Київ,УТУ. – 1996. - С. 126-127.

36. Задорожний В.І., Матейчик В.П., Клименко О.А. Методи комплексної оцінки показників роботи автомобілів в експлуатаційних умовах// Materialy miedzynar. konf. “Metody obliezeniowe i badawcze w pozwoju pojazdow samochodowych i maszyn roboczych samojezdnych. – Rzeszow. - 1997. – С.255-259

37. Матейчик В.П., Сидоренко Р.В., Яновський В.В. Природний газ як замінник моторних палив нафтового походження// Матеріали 5-ї міжнародної науково-технічної конференції ”Автомобильный транспорт: проблемы и перспективы».- Севастополь, СевНТУ. –2002. – С.193-197.

38. Матейчик В.П. Система для исследования дорожных транспортных средств // Тезисы докладов межнародной научно-технической конференции “Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных кадров”. -Москва, МГТУ “МАМИ”. - 2002. - С.60-61.

39. Матейчик В.П. Системные методы исследования энергоустановок транспортных средств// Тезисы докладов научно-технической конференции “Луканинские чтения. Проблемы и перспективы развития автотранспортного комплекса”. -Москва, МГТУ “МАДИ”. -2003. - С.31-33.

40. Матейчик В.П. Структура моделі системи “дорожній транспортний засіб”// Тези доповідей 6-го Міжнародного симпозіуму українських інженерів-механіків. –Львів, НУ ”Львівська політехніка”. – 2003. – С. 187-188.

41. Матейчик В.П. Оцінка екологічної безпеки енергоустановок дорожніх транспортних засобів// Materialy miedzynar. konf. “Metody obliczeniowe i badawcze w rozwoju systemow pojazdow samochodowych i maszyn roboczych samojezdnych”. – Rzeczow. - 2003. - C.57-61.

42. Матейчик В.П. Оценка энергоустановок в системе ”Дорожное транспортное средство”// Матеріали 6-ї міжнародної науково-технічної конференції ”Автомобильный транспорт: проблемы и перспективы».- Севастополь, СевНТУ. –2003. – С.193-197.