CC BY
54Безопасность и эффективность эксплуатации автомобилей Т
на компримированном природном газе
■
В.И. Ерохов, профессор Московского политехнического университета (Московский политех), д.т.н.
Приведены показатели и обобщены характеристики безопасности конструкции газобаллонных автомобилей. Даны технические решения обеспечения безопасности конструкции газобаллонных автомобилей. Приведена принципиальная схема системы питания газобаллонного автомобиля на компримированном природном газе. Изложены особенности их эксплуатации.
__Ключевые слова:
компримированный природный газ, газовый двигатель, надежность, физический параметрический отказ, безопасность конструкции, полный жизненный цикл, характеристики безопасности конструкции, лубрикатор.
Еазработанная в предшествующие годы концепция применения природного газа (ПГ) в качестве моторного топлива позволила эффективно преодолеть психологический барьер опасности эксплуатации газобаллонных автомобилей (ГБА) [1].
Основу необходимой безопасной эксплуатации ГБА составляют высокие температурные и концентрационные пределы самовоспламенения газовоздушных смесей (рис. 1).
а б
Рис. 1. Параметры технологической безопасности альтернативных видов топлива: а - температура самовоспламенения, °С; б - концентрационные пределы воспламенения в воздухе (объемные), %
Транспорт на КПГ
I ¡шшшж
\
Высокие пределы обеспечивают необходимые уровни безопасности эксплуатации ГБА. Концентрационные пределы характеризуются коэффициентом риска (Рпр) применения газового топлива.
Индекс величины пожарного риска в общем виде может быть представлен зависимостью
Рпр = Квкп - Кнкп)/ Кнкп , (1)
где Квкп, Кнкп - верхний и нижний концентрационные пределы воспламенения газовоздушной смеси, %.
Концентрационный предел воспламенения горючей смеси характеризует численное значение индекса величины коэффициента риска. Чем выше его значение, тем выше степень риска. В диапазоне, ограниченном верхним и нижним пределами, газовоздушная смесь сгорает эффективно. Численное значение индекса характеризует количество воздуха, необходимого для обеспечения безопасной эксплуатации наземного транспортного средства.
Согласно «Классификации горючих веществ по степени чувствительности», утвержденной приказом МЧС РФ от 10.07.2009 г. № 404, метан относится к самому безопасному 4-му классу (слабо чувствительные вещества).
Автомобильный парк страны в последние годы существенно обновился транспортными средствами, оснащенными газовыми двигателями с однотопливны-ми системами питания для работы на компримированном природном газе (КПГ). Отечественная газовая аппаратура имеет ряд оригинальных технических решений, разработанных совместно с ведущими европейскими фирмами MAN, Volvo [2]. ПАО «КАМАЗ» освоена полная номенклатура отечественных транспортных средств для работы на КПГ [3].
Безопасность конструкции газовой аппаратуры характеризуется техническим уровнем ГБА. Параметрические отказы газовой аппаратуры предопределяются ее конструктивными особенностями и условиями эксплуатации.
Конструктивные факторы обеспечивают достижение необходимого уровня физических и параметрических отказов газовой аппаратуры. Что касается эксплуатационных факторов, то принятая регламентная система технического обслуживания НТС обеспечивает поддержание параметров газовой аппаратуры на необходимом уровне до капитального ремонта.
Надежность ГБА формируется на стадии проектирования, обеспечивается технологией и поддерживается в эксплуатации. Нарушение герметичности элементов системы питания сопровождается утечкой газа и создает угрозу безопасной эксплуатации автомобиля или прекращение транспортного процесса. Надежность газовой аппаратуры лимитирует 15-20 функциональных ее элементов.
Безотказная работа системы питания ГБА предопределяется количеством и техническим уровнем функциональных элементов автомобиля. Вероятность безотказной работы газовой системы питания по критерию «герметичность» может быть представлена зависимостью
Рсп = ргб рбв ррп ргф Pi , (2)
где Рсп - вероятность безотказной работы системы питания; ргб, рбв, ррп, ргф -вероятность безотказной работы газового баллона, баллонного вентиля, редуктора-подогревателя, газового фильтра: р1 - вероятность безотказной работы i-го аппарата.
6
Конструктивные особенности газобаллонных транспортных средств в значительной степени обусловливают эффективность применения КПГ. Принципиальная схема системы питания современных газобаллонных автомобилей на КПГ приведена на рис. 2.
Рис. 2. Принципиальная схема системы подачи КПГ:
1 - воздушный фильтр; 2 - дозатор газа; 3 - газовая рампа; 4 - газовый трубопровод; 5 - газовые баллоны; 6 - предохранительный клапан с разрывной мембраной; 7 - баллонный вентиль; 8 - электромагнитный клапан; 9 - заправочное устройство; 10 - обратный клапан; 11 - датчик давления; 12,26 - вентили; 13 - фильтр грубой очистки газа; 14 - перепускной вентиль; 15 - первая ступень редуктора; 16 - газовый редуктор; 17 - вторая ступень; 18 - блок подачи КПГ;19 - клапан; 20 - штуцер отвода жидкости; 21 - штуцер подвода жидкости; 22 - газовые форсунки; 23 - фильтр тонкой очистки газа; 24 - штуцер; 25, 32, 33 - трубопроводы; 27 - рампа; 28 - топливная аппаратура; 29 - дроссельная заслонка; 30 - смесительная камера; 31 - теплообменник; 34 - турбокомпрессор
Газобаллонная установка содержит кассету баллонов 5, установленную на раме. Кассета через баллонные вентили 7 и трубопровод высокого давления связана с газовой аппаратурой, находящейся в моторном отсеке.
Газовый двигатель выполнен однотопливным и предназначен для работы на КПГ. Высокая степень сжатия (е=12) позволяет реализовать потенциальные свойства газового топлива.
Транспорт на КПГ
I ¡шшшж
\
Для компенсации охлаждающего эффекта расширяющегося газа газовый РВД 16 получает тепловую энергию от охлаждающей жидкости двигателя через штуцер подвода 21 и отвода 20 охлаждающей жидкости.
Перепускной вентиль 14 содержит дополнительный клапан, открываемый и закрываемый вручную (в аварийных случаях, при ремонте и обслуживании).
В процессе расширения газа при редуцировании КПГ с 20 до 0,7 МПа происходит заметное понижение температуры на 70 °С. Наличие в природном газе влаги и углекислоты может привести к замерзанию газового редуктора 16 и нарушению нормальной работы газового двигателя.
Газовый фильтр грубой очистки газа 13 удаляет влагу и компрессорное масло из КПГ. Предохранительный клапан, отрегулированный на давление 2,4 МПа, устанавливают между испарителем и отсечным клапаном. Данный клапан стравливает избыточное давление из системы в окружающую безопасную среду.
Управление составом газовоздушной смеси осуществляется ЭБУ и формирует необходимое напряжение, подаваемое на свечу зажигания в строго определенное время (угол опережения зажигания).
Каждый баллон 5 оснащен электромагнитным клапаном (ЭМК) 8, который открывается после запуска двигателя. Трубка соединяет ЭМК с заправочным разъемом, датчиком давления и через фильтр грубой очистки с газовым редуктором. Баллонный вентиль содержит узел клапанов, катушку соленоида, клапан на четверть баллона, плавкий предохранитель и разрывную мембрану.
Ручной технологический вентиль 14 обеспечивает герметичность газового баллона. Клапан 14 в нормальном состоянии открыт и закрывается вручную маховиком только в аварийной ситуации.
Топливопровод, проходящий от баллона к электромагнитному клапану, защищен от повреждения с помощью перепускного клапана 14 на давление 2,4 МПа. Для обеспечения безопасности предохранительный клапан 6 снабжен разрывной мембраной. Это необходимо для обеспечения безопасности при проведении
Рис. 3. Заправочное устройство:
а - размещение технологической рукоятки ручной заправки; б - общий вид заправочного устройства; 1 - рукоятка; 2 - гайка; 3 - корпус крана; 4 - корпус пробки; 5 - предохранительное кольцо; 6 - резиновая пластина; 7,9 - штуцеры подачи газа; 8 - корпус шарового клапана; 10 - паспорт заправочного устройства; 11 - технологическая пробка
Рис. 4. Баллонный вентиль КПГ:
1 - винт крепления электромагнита; 2 - электромагнитный клапан; 3 - паспорт; 4 - корпус; 5 - входной канал; 6 - выходной канал; 7 - поворотный маховик ручного клапана; 8 - скоростной клапан; 9 - входной штуцер со скоростным клапаном; 10 - предохранительный температурный клапан; 11 - предохранительный клапан; 12 - электрический контакт; 13 - отверстие
любых работ по снятию и установке баллонов. Плавкий элемент закрывает отверстие для выхода газа. Элемент разрушается, обеспечивая свободный выход газа.
Компоненты современных отечественных и зарубежных газобаллонных автомобилей в значительной мере унифицированы, имеют общее техническое и конструктивное решение.
Заправочное устройство предназначено для заправки баллонов на стационарных или передвижных газонаполнительных станциях (АГНКС или ПАГЗ). Оно содержит шаровой кран, размещенный в корпусе 8 и управляемый рукояткой 1. Заправочное отверстие закрыто технологической пробкой 11, размещенной в отверстии (рис. 3а). Перед заправкой технологическая пробка 11 извлекается, и в отверстие устанавливается наконечник заправочного шланга (рис. 36).
Транспорт на КПГ
I ¡шшшж
\
10
Перед заправкой пробку извлекают и на ее место устанавливают наконечник заправочного устройства. После открытия наполнительного вентиля АГНКС газ высокого давления поступает к баллонам. По окончании заправки вентиль закрывают, наконечник заправочного шланга извлекают из отверстия заправочного устройства. В заправочное устройство устанавливают технологическую пробку.
Принципиальная схема баллонного вентиля газового баллона со средствами безопасности конструкции приведена на рис. 4.
Баллонный вентиль представляет собой запорное устройство, основными элементами которого являются электромагнитный клапан 2, ручной клапан с маховиком 7, скоростной 8 и предохранительный 10 клапаны.
Электромагнитный клапан 2 высокого давления представляет собой соленоид, закрытый в нормальном состоянии усилием пружины и давлением газа в баллоне. Клапан открывается при заправке, когда давление, подводимое от заправочной станции, больше остаточного давления в баллоне. В обесточенном состоянии клапан высокого давления для работы на газе закрыт.
Термический предохранитель установлен на баллонном вентиле. Он предотвращает разрушение газового баллона вследствие чрезмерного повышения давления из-за воздействия высоких температур. Предохранительный клапан обеспечивает непосредственный выпуск газа в атмосферу.
Важным элементом термического предохранительного клапана 10 является небольшая легкоплавкая вставка, предотвращающая выход газа. При повышении температуры до 110 °С вставка разрушается, и ПГ выходит в атмосферу через специальные отверстия. Этот процесс осуществляется под контролем, опасность воспламенения в случае пожара в автомобиле или разрушения газового баллона из-за повышения температуры отсутствует.
Для обеспечения безопасности клапан сброса давления снабжен разрывной мембраной.
Для защиты газовых баллонов применяют предохранительные мембраны (рис. 5). Их устанавливают в случае ненадежных предохранительных клапанов.
Пропускную способность мембранных предохранительных устройств в случае статического повышения давления рассчитывают по формуле
О = А/ р V М / Т ,
(3)
Рис. 5. Схема размещения предохранительной мембраны газового баллона: 1 - мембрана; 2 - баллон; 3 - штуцер
где М - молярная масса газов, проходящих через устройство, кг/кмоль; Т - температура газа, К; А - коэффициент; р - давление, МПа.
Газовые баллоны для хранения КПГ рассчитаны на рабочее давление 20 МПа и используются для длительного хранения КПГ. Принципиальная схема композитного газового баллона приведена на рис. 6.
Отечественная промышленность выпускает автомобильные баллоны для КПГ объемом от 34 до 400 л. Их изготавливают их стальных бесшовных труб или листовых заготовок, а также из композитных материалов. Горловина баллона снабжена резьбой для ввинчивания вентиля. На каждом баллоне установлен вентиль с обратным клапаном, пропускающим газ в одном направлении -в баллон.
Рис. 6. Газовый баллон: 1 - корпус; 2 - паспорт; 3 - горловина; 4 - технологическая пробка; 5 - фланец;
6 - металлический несущий лейнер;
7 - герметизирующая оболочка;
8 - армирующая оболочка; 9 - пробка
Рис. 7. Предохранительный клапан: 1 - шайба; 2 - опора мембраны; 3 - шайба; 4 - легкоплавкая вставка; 5 - корпус; 6 - упор; 7 - баллон; 8, 10 - отверстия; 9 - мембрана
В эксплуатации (по международной классификации) находятся четыре типа баллонов: КПГ-1 (металлический баллон); КПГ-2 (металлический баллон с корпусом, усиленным просмоленной жгутовой нитью - намотка в виде обручей); КПГ-3 (металлический баллон с корпусом, усиленным просмоленной жгутовой нитью - сплошная намотка); КПГ-4 (баллон с просмоленной жгутовой нитью и неметаллическим корпусом полностью из композиционного материала).
Высокое давление хранения предъявляет к баллонам повышенные требования прочности, коэффициент запаса которой равен 2,4. Для снижения массы баллона и повышения прочности стенок применяют легированные металлы или алюминий, армированный стеклопакетом. Устанавливают также металлокомпозитные баллоны в базальтовом коконе. Армированные пластмассовые сосуды в 3-4 раза легче стальных.
Газовые баллоны имеют многократный запас прочности и устанавливаются в наименее уязвимых местах в автомобиле [4]. Масса 50-литрового стального баллона под давлением 20 МПа в зависимости от марки стали составляет 50.. .93 кг. Металлопластико-вые баллоны легче в 1,5-2 раза, а угле-пластиковые - в 2-4 раза. Более высокая трудоемкость и стоимость их изготовления сдерживают широкое их распространение.
Принципиальная схема предохранительного клапана приведена на рис. 7.
Предохранительный клапан стравливает избыточное давление из системы. Принципиальная схема скоростного клапана приведена на рис. 8.
Скоростной клапан ограничивает поток при стравливании газа из баллона (например, для консервации), а также при разгерметизации обратного клапана.
Рис. 8. Принципиальная схема скоростного клапана:
1, 2, 6 - отверстия; 3 - корпус; 4 - клапан; 5 - пружина
Рис. 9. Принципиальная схема обратного клапана:
1 - штуцер; 2 - корпус; 3 - шарик; 4, 7 - отверстия; 5, 8 - седла; 6 - пружина
В состав регулятора расхода топлива (РРТ) входят газовый редуктор (0,8 МПа) и фильтр грубой очистки. Предохранительный клапан, установленный на газовом редукторе, позволяет стравливать давление газа в РРТ на случай замены фильтра.
Принципиальная схема обратного клапана приведена на рис. 9.
Скорость сгорания газа требует увеличения угла опережения зажигания, что приводит к перегреву деталей двигателя. В эксплуатации наблюдаются случаи прогорания днища поршней и клапанов при слишком раннем зажигании и работе на бедных смесях. Скорость сгорания газа ниже, чем у бензина, система управления автоматически изменяет угол опережения зажигания (рис. 10).
В современных двигателях изменение Q^ обеспечивают с помощью специальных устройств - процессоров опережения зажигания (или вариаторов опережения зажигания).
Двигатель, работающий на метане, обладает меньшей скоростью сгорания и высоким ОЧ, равным 115 единиц. Скорость сгорания газового топлива несколько меньше по сравнению с бензином. Скорость сгорания ПГ, пропан-бутановой смеси и бензина в нормальных условиях составляет 0,39; 0,41 и 0,43 м/с соответственно.
Меньшая скорость сгорания газового топлива снижает ударные нагрузки на поршневую группу, коленчатый вал (КВ) и способствует ровной, более мягкой работе двигателя, сопровождающейся снижением шума на 7...8 дБ(А).
о
зэж. фЭД
30 25 20
15
10
1
м
2
1000
2000
3000
4000
5000 лт мин-1
Рис. 10. Базовая характеристика управления углом опережения зажигания для бензина и газообразных топлив: 1 - метан; 2 - пропан-бутан; 3 - бензин
Нарушение компонентного состава газового топлива может привести к преждевременному износу двигателя, а иногда и к разрушению деталей его цилиндро-поршневой группы. Вероятность детонации в этом случае повышается, а вместе с ней растет вероятность разрушения поршней двигателя.
Современные ГБА оснащены бесконтактной системой зажигания. Она состоит из 4-8 модулей, каждый из которых представляет собой единый конструктивный узел, включающий оконечный каскад системы зажигания, катушку зажигания и свечной наконечник (свечи). Модули зажигания установлены непосредственно на головках блока цилиндров.
Оконечный каскад системы зажигания получает сигнал от блока управления двигателя и включает ток в первичной обмотке катушки зажигания. Катушка зажигания к моменту воспламенения накапливает необходимую энергию и формирует высокое напряжение, необходимое для пробоя искрового промежутка. Энергия, накопленная в магнитном поле первичной обмотки, трансформируется во вторичную цепь. При этом ток и напряжение преобразуются в зависимости от соотношения числа витков в первичной и вторичной обмотках катушки. Высокое напряжение через высоковольтный вывод подается на свечу зажигания.
При отсутствии сигнала датчика фазы система управления переходит в режим нефазированного впрыска топлива и попарного искрообразования. При этом ухудшаются мощностные показателя двигателя, увеличивается расход топлива и выброс вредных веществ.
Схема размещения датчиков температуры на поверхности камеры сгорания приведена на рис. 11.
Транспорт на КПГ
ж\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\
\
Рис. 11. Схема размещения датчиков температуры на поверхности камеры сгорания двигателя:
I - выпускной клапан; II - впускной клапан; III - поверхность камеры сгорания; 1-9 - номера датчиков температуры
Рис. 12. Скоростная характеристика двигателя с результатами термометрирования камеры сгорания:
1-9 - номера температурных датчиков
Термометрирование головки цилиндров и форсунки проводилось с помощью хромель-копелевых термопар, которые препарировались на поверхности головки первого цилиндра. Перед проведением испытаний головка с термопарами тарировалась. Температура определялась с помощью автоматического потенциометра ЭПП-093. Измерение осуществлялось в наиболее характерных точках, находящихся в области клапанной перемычки.
Изменение температуры в характерных участках объема цилиндров в зависимости от угла поворота КВ двигателя приведено на рис. 12.
По внешней скоростной характеристике видно, что при работе по газодизельному циклу (см. рис. 11) на высоких частотах вращения КВ температура поверхности ниже, чем при работе на дизельном варианте. Особенно это заметно для точки 8, находящейся в области клапанной перемычки, где разница составляет свыше 10 °С. При работе на газе можно отметить, что перепад температур в различных местах поверхности головки цилиндра ниже, чем при дизельном режиме.
Меньшая скорость сгорания требует увеличения угла опережения зажигания, что приводит к перегреву дета лей двигателя. Задержка в о спламенения существенно влияет на экологические и топливно-энергетические показатели современного ДВС.
Начало процесса сгорания может быть рассчитано с учетом величины задержки воспламенения, определяемой по формуле
Тзв = ЛБпу/тТР
ехр
ят
(4)
где А, В - константы; п - частота вращения КВ, мин-1; Е0 - энергия активации топлива, кДж/кмоль; Т - температура, К; Я - газовая постоянная.
Увеличение температуры на 10 °С сопровождается повышением скорости химической реакции в 4 раза, а при возрастании до 100 °С увеличивается до 1000 раз.
При повышении температуры возрастают скорость движения молекул и число соударений в 1,3 раза между ними.
Газовоздушная смесь эффективно сгорает в узком диапазоне а=1,6.. .1,8. Схема системы питания двигателя воздухом и газом приведена на рис. 13.
Рис. 13. Схема системы питания двигателя воздухом и газом: 1 - узел дроссельной заслонки; 2,12 - впускные трубопроводы; 3 - блок двигателя; 4 - цилиндры двигателя; 5,6 - правый блок выпускного трубопровода; 7 - фильтр очистки газа; 8 - газовый трубопровод; 9 - дозатор газа; 10,11 - левый блок выпускных трубопроводов; 13 -лубрикатор
При работе двигателя на газе создаются условия для образования на соприкасающихся поверхностях (клапан и седло) оплавленных микроучастков и окисления продуктов износа. По данным ПАО «КАМАЗ», наблюдается повышенный износ поверхностей с нарушением теплообмена, выраженный проседанием клапана (рис. 14а,б).
Наиболее слабыми элементами являются сопряжения клапанов газораспределительного механизма. В эксплуатационных условиях происходило прогорание клапанов.
Материалы клапанов и седел, их размеры и устройство головки блока цилиндров являются основными факторами, влияющими на износ клапанов при работе на газе. Для компенсации влияния газа на износ клапанов на двигателях с высокой чувствительностью к такому износу можно установить газовую систему, совмещенную с устройствами, дозирующими специальные топливные добавки для улучшения теплообмена клапана с седлом. Примером такой добавки является жидкость Flash 1иЬе.Комплект Flash lube содержит емкость с жидкостью и дозирующее устройство. Емкость устанавливают под капот автомобиля, и жидкость подается специальным дозирующим устройством (лубрикатор) во впускной трубопровод после дроссельной заслонки.
'**оци»Г'
а б
Рис. 14. Положение клапанов газораспределительного механизма газового двигателя: а - нормальное положение клапана; б - положение клапана после проседания; 1, 4 - гнезда; 2 - фаска клапана; 3 - тарелка клапана; 5 - стержень; 6 - деформированная поверхность
Схема подачи специальной жидкости во впускной трубопровод инжекторного двигателя комплектом Flash lube приведена на рис. 15.
Очистка воздуха в фильтре двухступенчатая. Первая ступень очистки -моноциклон, содержащий завихритель, установленный за входным патрубком. Вторая ступень очистки - фильтрующий элемент, который имеет наружный и внутренний кожухи. Очищенный воздух через тройник поступает к двум центробежным компрессорам и под избыточным давлением через охладитель поступает в цилиндр двигателя.
В составе технических газов в отличие от автомобильных содержится большое количество примесей (например, сера), не нормировано содержание непредельных углеводородов, а также маслянистых включений, называемых конденсатом. Эти примеси концентрируются на резинотехнических изделиях газовой аппаратуры, адсорбируют на себя одоранты, значительно повышая их местную концентрацию, что отрицательно сказывается на надежности работы газовой аппаратуры.
Эффективность использования лубрикатора Flash lube была проверена экспериментальными исследованиями. На двигателе установили приспособление для ввода жидкости во впускной трубопровод после дроссельной заслонки.
Результаты, представленные на рис. 16, демонстрируют преимущества использования Flash lube.
Рис. 15. Схема подачи специальной жидкости во впускной трубопровод инжекторного двигателя комплектом Flash lube: 1 - кронштейн для крепления; 2 - фиксирующие саморезы; 3 - заправочный трубопровод; 4 - паспорт; 5 - крышка дозатора; 6 - фильтр; 7,9 - регулировочные винты; 8 - впускной трубопровод; 10 - дозатор газа; 11 - прозрачное стекло; 12 - соединительный шланг; 13 - жидкость; 14 - фильтр тонкой очистки
2 3
т
(О
с
л
5 £
1 о а, С
0.25 0,20
0.15 0.10 0.05
1/
2 ____—■ — ~~ ----
10
15
20 25*1000 Наработка, ш
Рис. 16. Результаты исследования износа впускных и выпускных клапанов при работе на газе:
1 - выпускной клапан без жидкости; 2 - выпускной клапан с жидкостью; 3 - впускной клапан без жидкости
Газ подается в испаренном состоянии, то есть при более высокой температуре. Сгорание при более высокой температуре вызывает дополнительный нагрев клапанов и седел. Углеводородный состав бензина содержит маслянистые углеводородные примеси. Для улучшения качества в него вводили присадки - антиоксиданты, ингибиторы коррозии, моющие вещества, добавки для повышения октанового числа, а также красители.
Если при работе на бензине поверхности соприкосновения клапана с седлом покрываются тонкой пленкой, которая снижает его износ, то при работе двигателя на газе, как уже говорилось выше, создаются условия для образования на соприкасающихся поверхностях оплавленных микроучастков и окисления продуктов износа.В результате наблюдается дополнительный износ, выраженный проседанием клапана.
Предельные значения содержания ВВ по тестам (Правило № 49 ЕСЕ) при использовании КПГ приведены в табл. 1.
Таблица 1
Токсичность ОГ ГБА при работе на КПГ
Содержание, г/(кВт^ч) Евро-5 Газовый двигатель Газодизель Дизель с системой нейтрализации
СО 4,0 0,07 2.5 0,56
СН 0,55 0,34 0,12 0,02
N0, 2,0 2,13 0,25 3,28
РМ (твердые частицы) 0,5 0 0,35 0,018
Транспорт на КПГ
ж\\\\\\\\\\\\\\\\\\\ч
Результаты оценки выбросов ВВ газобаллонного автомобиля на КПГ приведены в табл. 2.
Таблица 2
Выброс ВВ ГБА на КПГ при работе на режиме ХХ
Вредное вещество Контролируемый параметр, мг/м3 Технический регламент п. 3 прил. 3, мг/м3, не более
Оксид углерода СО 2,70 5,0
Диоксид азота Ы02 0,23 0,2
Оксид азота N0 0,12 0,4
Метан СН4 0 50
Система встроенной диагностики двигателя автоматически обеспечивает необходимый уровень токсичности в полном жизненном цикле автомобиля.
Система питания воздухом предназначена для очистки поступающего в двигатель воздуха от пыли, сжатия, охлаждения и распределения по цилиндрам. Система содержит датчик температуры входящего воздуха и датчик разрежения, размещенные во впускном трубопроводе.
Изменение параметров каталитического нейтрализатора в полном жизненном цикле автомобиля приведено на рис. 17.
Рис. 17. Изменение экологических параметров каталитического нейтрализатора в полном жизненном цикле автомобиля: 1 - СО; 2 - СН; 3 - N0,
Смесеобразование газового двигателя регулируется ЭБУ по сигналам Х-зонда. В зависимости от качества газа ЭБУ проводит адаптацию смесеобразования и дозирования газа. Х-зонд измеряет состав ОГ и посылает полученные результаты на ЭБУ На основании полученного сигнала ЭБУ рассчитывает требуемые пропорции (воздух-газ). Для управления процессом смесеобразования ЭБУ ДВС измеряет время открытия клапанов подачи газа.
Как уже говорилось выше, наиболее слабыми элементами являются сопряжения клапанов газораспределительного механизма. В эксплуатационных условиях происходило прогорание клапанов. Бензин в отличие от газа впрыскивается во впускной трубопровод в распыленном жидком состоянии и охлаждает впуск- 19
ные клапаны. Газ же подается в испаренном состоянии, то есть при более высокой температуре. Сгорание при более высокой температуре вызывает дополнительный перегрев клапанов и седел.
Большая доля теплоты отводится от клапанов при контакте тарелок с седлами. Материалы клапанов и седел, их размеры и устройство головки блока цилиндров являются основными факторами, влияющими на износ клапанов при работе на газе.
Нарушение герметичности элементов системы питания сопровождается утечкой газа и создает угрозу безопасности [2, 5, 6]. Количественная оценка нарушения герметичности, характер опасности, методы выявления утечек, рекомендации по хранению (стоянка) неисправных газобаллонных автомобилей приведены в табл. 3.
Таблица 3
Параметры безопасности применения КПГ
Величина утечки газа, см3/мин Характер опасности Методы выявления утечек
0,50 Незначительная; не опасная; экономические потери газа Проверка мыльным раствором или спецжидкостью; электронный газосигнализатор; органолептические показатели (субъективная оценка)
20,0 Отсутствует опасность возгорания; безгаражное хранение (стоянка); значительные потери газа; падение давления в баллоне Проверка мыльным раствором или спецжидкостью; электронный газосигнализатор; органолептические показатели (субъективная оценка)
100,0 Легко воспламеняемая; безопасная при безгаражном хранении (стоянка); экономические потери газа; падение давления в баллоне Проверка мыльным раствором или спецжидкостью; электронный газосигнализатор; органолептические показатели (субъективная оценка)
За период проведения эксплуатационных испытаний агрегаты, узлы и системы газобаллонных автомобилей на КПГ показали достаточно высокую надежность и работоспособность. Проведенная работа позволяет оценить достаточную безопасность эксплуатации ГБА. Газовое топливо уменьшает отложения как в самом двигателе, так и в системе питания, а также в меньшей степени загрязняет механическими примесями моторное масло. Это позволяет увеличить в 2-2,5 раза регламентируемые интервалы смены масла и масляных фильтров.
При работе ДВС на КПГ не происходит смывание масляной пленки со стенок цилиндров. На головке блока цилиндров не образуется отложений углерода.
Транспорт на КПГ
i ¡шшшж
\
Поршневые кольца, из-за которых происходит изнашивание элементов ДВС, не закоксовываются. Моторесурс двигателя, работающего на КПГ в более благоприятных условиях, на 30...40 % выше по сравнению с бензином. Параметры системы зажигания отличаются стабильностью работы.
Применение КПГ в целом характеризуется достаточной безопасностью эксплуатации ГБА и его экономической эффективностью.
Литература
1. Ерохов В.И. и др. Перспективы использования природного газа на автомобильном транспорте // Автодорожник Украины. - 1981. - № 2. - С. 21-23.
2. Гамильтон А. Двухтопливная система Genesis Edge Dual-Fuel на грузовых автомобилях Volvo (Classic) FM460/FH460. Техническое описание системы Genesis Edge Dual-Fuel (проспект). 18.10.2013. - Volvo FM13 FH13. - С. 1-44.
3. Ерохов В.И. Экологическая эффективность газобаллонного автомобиля на ком-примированном природном газе // Транспорт на альтернативном топливе. - 2017. -№ 2. - С. 21-32.
4. Ерохов В.И. Газобаллонные автомобили (конструкция, расчет, диагностика). Учеб. для вузов. - М.: Горячая линия-Телеком, 2016. - 598 с.
5. Электронный ресурс. Volvo Diеsel CGN Training (Rus).
6. Ерохов В.И., Карунин А.Л. Газодизельные автомобили (конструкция, расчет, эксплуатация). - М.: Граф-Пресс, 2005. - 558 с.
Требования по подготовке статей к опубликованию в журнале
В связи с тем, что Международный научно-технический журнал Национальной газомоторной ассоциации «Транспорт на альтернативном топливе» включен в обновленный Перечень ВАКа, просьба ко всем авторам строго выполнять следующие требования при подготовке статей к публикации:
1. Все научно-технические статьи должны иметь на русском и английском языках следующие составляющие:
заголовок, ФИО авторов полностью, их должности, ученая степень (при наличии), контакты (e-mail, телефоны), аннотации, ключевые слова.
2. Все английские тексты следует набирать только строчными буквами, сохраняя начальные прописные буквы в именах собственных.
3. Авторы остальных публикаций (информационных, рекламных и т.д.) представляют на русском и английском языках: заголовок, ФИО авторов полностью, их должности, адрес и контакты (e-mail, телефоны).
Редакция журнала также доводит до сведения авторов требования, которые необходимо соблюдать при подготовке статей для публикации.
Материалы статей должны быть представлены по электронной почте в программе WinWord. Объем статьи -не более 15 000 знаков с пробелами.
Представленный текстовый материал с иллюстрациями и таблицами должен иметь сквозную нумерацию. Графический материал должен быть выполнен в формате, обеспечивающем ясность всех деталей рисунков. Формулы и символы должны быть четкими и понятными. Все обозначения в формулах необходимо расшифровать. Нумеруются только те формулы, на которые сделаны ссылки в тексте. Обозначения физических величин и единиц измерений необходимо давать
в Международной системе единиц (СИ). Обязательно соблюдение действующих ГОСТов. Текст и таблицы должны быть выполнены в программе Word в формате doc, rtf. Фотографии и графические рисунки (не менее 300 dpi, CMYK) - в формате jpg, jpeg, tiff, pdf. Не следует форматировать текст самостоятельно.
При пересылке материалов по е-mail следует сопровождать их пояснительной запиской (от кого, перечень файлов и т.д.). Объемные файлы должны быть заархивированы. При подготовке статей к печати необходимо руководствоваться документами, определяющими правила передачи информации через СМИ. Авторский коллектив должен указать ответственное лицо, с которым редакция будет вести переговоры в процессе подготовки статьи к изданию. В список литературы включаются источники, на которые есть ссылки в статье. Ссылаться можно только на опубликованные работы. Список литературы составляется в порядке употребления. В нем приводятся следующие сведения: фамилия и инициалы авторов, название работы; для журнала - название, год издания, номер, страницы, на которых размещена статья; для книг - место и год издания, издательство, общее число страниц. Редакция оставляет за собой право редакторской правки и не несет ответственности за достоверность публикации. Все внесенные изменения и дополнения в представленную к изданию статью согласовываются с автором или представителем авторского коллектива.
Редакция оставляет за собой право размещать опубликованные статьи на сайтах журнала и Национальной газомоторной ассоциации. Редакция не передает и не продает материалы для публикации в других печатных и электронных изданиях без согласования с автором (представителем авторского коллектива).
