CC BY
48
^ДИАГНОСТИКА И РЕМОНТ
УДК 656.025.4
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ВИДОВ ТОПЛИВА НА ГРУЗОВОМ АВТОТРАНСПОРТЕ
М.В. Буйлова1, Э.З. Ломтадзе2, Е.Е. Рубеж3
Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта (БФУ им. Канта),
Россия, 236041, г. Калининград, ул. А. Невского, 14
Обсуждаются вопросы конкурентоспособности грузовых автомобилей, работающих на следующих современных видах топлив: газ природный, биологическое топливо, электроэнергия.
Ключевые слова: грузовые перевозки, выброс, автомобиль, биодизель, СПГ, электромобиль.
ТНЕ USE OF ALTERNATIVE FUELS IN COMMERCIAL ROAD TRANSPORT
M.V. Buylova, E.Z. Lomtadze, E.E. Rubezh
The Immanuel Kant Baltic federal university (IKBFU), Russia, 236041, Kaliningrad, St. A. Nevsky, 14. The issues of competitiveness of trucks operating on the following modern types of fuels are considered: natural gas, biological fuel, electricity.
Keywords: cargo transportation, automobile, rapeseed oil methyl ester, LNG, electric car, emission.
Проблема изменения климата и глобального потепления с каждым днем привлекает все больше внимания в мире. В отчете ООН Global Emissions Gap Report [1], разработанном специалистами в вопросе охраны окружающей среды (UNEP), за 2018 год атмосфера претерпела воздействие парниковых газов в размере чуть больше 55 Гт. Как гласит отчет, если эти показатели не снижать, то к концу этого столетия температура на планете увеличится на 3,2 градуса, что пагубно повлияет на экосистемы всей планеты.
В связи с этим власти Евросоюза ставят новые требования по ограничению выбросов CO2, в том числе для коммерческого автотранспорта - к 2025 году средний объём выбросов от грузовых автомобилей и автобусов должен быть снижен на 15% по сравнению с уровнем 2019 года, а к 2030 году - на целых 30% [2]. Необходимо рассмотреть наиболее перспективные технологии повышения экологичности грузовых автомобильных перевозок.
Для того чтобы уменьшить углеродный след от грузоперевозок, автопроизводители разрабатывают новые технологии, самые
популярные из которых - использование современных видов топлива: биологическое и природного происхождения газовое, применение электроэнергии.
Природный газ
Применение метана в качестве топлива позволяет сократить выбросы парниковых газов в атмосферу. Выбросы С02 от использования метана в качестве топлива не меньше, чем от использования дизельного топлива, однако существенно снижаются выбросы окиси азота NOx (на 90%) и серы SO2 (на 100%) [3]. Кроме того, топливные затраты при использовании газа значительно снижаются [4].
Так, в 2021 году средняя цена литра дизельного топлива составляет 51,45 рублей. Средняя стоимость кубометра природного газа в России - 15 рублей. В плане расхода топлива литр дизеля соответствует 1,25 кубометра газа КПГ. Это означает, что стоимость количества газа, эквивалентного одному литру дизельного топлива, составляет 18,75 рублей. Цена оказывается меньше в 2,75 раза, а в 2019г меньше в 2,25
1 Буйлова Мария Валерьевна - ст. преподаватель кафедры машиноведения и технических систем, БФУ им. И. Канта, тел. 8 (4012) 595 585; e-mail: bmv1506@yandex.ru, mbuilova@kantiana.ru;
2Ломтадзе Эдуард Зурабович - студент бакалавриата по направлению 23.03.01. Технология транспортных процессов, БФУ им. И. Канта, тел. +7 (999) 255 87 70; e-mail: eduard.lomtadze@gmail.com%;
3Рубеж Евгений Евгеньевич - студент бакалавриата по направлению 23.03.01. Технология транспортных процессов, БФУ им. И. Канта, тел. +7 (996) 521 20 40; e-mail: evgeniyrubezh@gmail.com.
раза [5]. Это объясняется реализацией госпрограммы РФ «Развитие энергетики» 1.
Наиболее серьезным препятствием на пути к переходу грузовых автомобилей на газовое топливо был небольшой запас хода, так как даже сжатый газ (КПГ) занимает слишком большое пространство, в связи, с чем его энергоэффективность значительно уступает дизельному топливу. Для решения этой проблемы была разработана технология использования сжиженного метана (СПГ) - после сжижения газ занимает в 600 раз меньший объём по сравнению с исходным газообразным состоянием [6]. Использование автомобилей, работающих на СПГ, уменьшит количество образования токсичных веществ: оксидов азота на 15 - 20 %, диоксида углерода на - 10 - 15 % [7].
Применение сжиженного газа кажется отличной заменой дизельному топливу, однако на сегодняшний день есть ряд проблем. Во-первых, инфраструктура заправок жидким метаном на данный момент очень слабая, по всей Европе их сейчас около 370 (для сравнения - заправок КПГ - почти 4000) [8], на рис.1 представлено, количество заправочных станций СПГ находящихся в разных странах Европы:
Norway c«nli
Наиболее популярным видом биотоплива является биоэтанол. Он представляет собой спирт, который изготавливается из сельскохозяйственной продукции, обычно на основе кукурузы или сахарного тростника. Чаще всего этанол используется в смеси с бензином. Маркировка топлива Е-10 показывает следующее соотношение бензин/этанол - 9/1, а Е-85 - соответственно, 1,5/8,5. На рис. 2 представлены наиболее популярные смеси этанола. Использование топлива до Е-25 не требует реконструкции систем автомобиля, при более высокой концентрации нужно вносить изменения в системе питания и двигателе.
Рисунок 1 - Количество заправочных станций СПГ в странах Европы
Во-вторых, тягачи на сжиженном метане дороже своих дизельных аналогов примерно на 30-40%, в техническом обслуживании они также требуют больших финансовых затрат [9].
Биотопливо
Другим способом снижения выброса парниковых газов от грузоперевозок является использование биотоплива. Самыми распространёнными видами биотоплива являются биоэтанол, биодизель и биогаз.
Рисунок 2 - Главные виды смесей этанола в разных странах [10]
Шведский производитель грузовых автомобилей Scania провел исследование для определения наиболее эффективного альтернативного топлива. Были запущены пятьдесят автомобилей с разными видами топлива - гибриды метан-дизель, гибриды электро-дизель, а также автомобили на биоэтаноле ED95. В результате четырехлетнего исследования оказалось, что грузовые автомобили на биоэтаноле выбрасывают на 70% меньше углекислого газа в атмосферу, чем дизельные [11].
Другим видом биотоплива является биодизель - топливо, для производства которого используются продукты переработки растительных масел. За основу чаще всего берется рапс, подсолнечник, соя или арахис. Обычно биодизель применяется в смеси с дизельным топливом в различных пропорциях [12]. В отличие от биоэтанола, для этого вида топлива не требуется дорабатывать топливную систему, его можно использовать на автомобилях стандартной сборки.
На сегодняшний день наиболее часто используется биодизельное топливо RME
1 Министерство энергетики Российской Федерации. Официальный сайт. URL:
https://minenergo.gov.ru/node/323 (дата обращения: 31.03.2021)
(Rapeseed Oil Methyl Ester), на 100% состоящее из рапсового масла. Некоторые исследования показывают, что высокие смазывающие свойства биодизеля положительно влияют на работу и долговечность двигателя. Кроме того, это топливо, разумеется, на порядок экологичнее дизельного - выбросы парниковых газов от его использования до 70% ниже [13].
Недостатки у биодизельного топлива тоже имеются: так как это топливо плотнее, чем стандартное дизельное, его использование требует более частой замены фильтра. Кроме того, его потребление выше примерно на 6%, однако цена на биодизель ниже [14].
Наконец, рассмотрим вариант газового биотоплива. Биогаз состоит из углекислого газа и метана. Он отличается от природного метана лишь происхождением - его получают путем брожения биомассы - сельскохозяйственных и пищевых отходов.
Использование биогаза, по мнению некоторых исследователей, оказывает наименее пагубное влияние на климат по сравнению с другими видами топлива, включая электроэнергию. Да, во время эксплуатации электромобили не производят выбросов, однако при
производстве аккумуляторных батарей используются ископаемые металлы, что значительно повышает их совокупный углеродный след с учетом производства, заправки и эксплуатации
[15].
По данным исследования [16], проведенного во Франции Французским НИИ нефти (IFP Energies Nouvelles), работающий на биогазе крупнотоннажный грузовой автомобиль производит на 35% меньше выбросов углекислого газа, чем аналогичный электрогрузовик. В ходе исследования выяснилось, что использование биогаза обеспечивает практически нейтральный углеродный баланс. Это значит, что объём выброса CO2 от сгорания этого топлива эквивалентен количеству потребляемого углекислого газа растениями, из которых и производится биогаз.
Для сравнения тяжести влияния, оказываемого на окружающую среду разными видами топлива, важно знать количество выброса углекислого газа. На рис. 3 представлен удельный выброс CO2 различных видов биотоплива в зависимости от материала производства, а также традиционных бензина, дизельного топлива и природного газа [17].
бнодиэелъ
Рисунок 3 - Удельный выброс CO2 различных видов топлива в зависимости от материала производства
Из диаграммы видно, что у биотоплива выброс СО2 в среднем примерно в два раза ниже, чем у ископаемых видов топлива.
Электроэнергия
Рассмотрим на данный момент самый обсуждаемый и экономичный вид
транспортного средства - электромобили. Электродвигатель в автомобилях может использоваться как самостоятельно, так и в дополнение к основному двигателю с различными видами топлива [18].
На сегодняшний день электродвигатель в грузовых автомобилях чаще всего
устанавливается в дополнение к ДВС: на чистом электричестве такие автопоезда обычно могут проехать не более 50 км. Полностью электрические грузовики пока не могут конкурировать с традиционными по запасу хода и скорости зарядки (заправки), но с каждым годом появляются все более совершенные аккумуляторы, и некоторые производители заявляют о запуске серийного производства электрогрузовиков с запасом хода до 800 км уже в ближайшие несколько лет [19]. Не всегда обязательно вообще останавливаться для зарядки: электрогрузовики с пантографами (по аналогии с троллейбусами) могут получать энергию от сети прямо во время перевозки. В этом случае нет необходимости устанавливать на борт громоздкие аккумуляторы, однако, перевозка может осуществляться только по дорогам с оборудованной контактной сетью [20].
Электромобили могут казаться абсолютно чистой технологией, ведь они не выделяют никаких выбросов в процессе эксплуатации, однако нельзя забывать, что, определенные выбросы происходили при производстве энергии, которая в последствие будет использована для привода автомобилей. Помимо этого, есть вопросы к производству и утилизации аккумуляторов, ведь производятся они из ископаемых металлов. Однако, даже учитывая эти моменты, общий углеродный след у электромобилей оказывается меньше дизельных автомобилей.
Электрификация привлекательна не только как способ сокращения выбросов парниковых газов: массовое использование грузовых электромобилей позволит заметно снизить транспортные расходы [21], график на рис. 4 представляет собой сравнение транспортных
расходов на перевозку груза на 1 км дизельным и электрическим грузовыми автомобилями в рублях:
Рисунок 4 - Стоимость перевозки груза на 1 км у дизельных и электрических грузовых автомобилей, руб.: I - цена автомобиля, II - обслуживание автомобиля, III - производство энергии, IV - налоги на энергию, V - аккумулятор, VI - низкая инфраструктура, VII - высокая инфраструктура
Многие исследования показывают, что, помимо указанных выше преимуществ, эффективность использования энергии у электромобилей наивысшая среди других видов топлива. Издание С1еапТееЬшеа провело исследование и выяснило, что общий КПД у электродвигателей равен 73%. Для сравнения - у автомобилей с ДВС этот показатель равен всего 13% [22].
Решающим фактором при выборе подвижного состава может оказаться количество выбросов углекислого газа от эксплуатации автомобиля, так как именно этот показатель все строже регулируется правительствами многих стран. На рис. 5 представлен объём выбросов СО2 за один километр пути у грузовых автомобилей, использующих различные виды топлива, описанные ранее [23].
Рисунок 5 - Количество выбросов углекислого газа грузовыми автомобилями на различных видах
топлива в граммах СО2 за один километр пути
На сегодняшний день главной проблемой для широкого использования альтернативных видов топлива в грузоперевозках являются затраты на производство этих топлив, а также на организацию инфраструктуры заправочных станций. Другой проблемой является то, что большинство альтернативных топлив обладают меньшей плотностью энергии, чем дизельное топливо, а значит, требуют большего объёма для своего хранения на борту для обеспечения эквивалентного дизельным автомобилям запаса хода. Тем не менее, развитие технологий позволяет решать эту проблему. Например, сжижение природного газа позволило автомобилям на метане иметь внушительный запас хода при сопоставимых по размерам топливных баков дизельных грузовых автомобилей.
Наконец, можно предположить, учитывая наблюдаемые сейчас тенденции снижения выбросов CO2 в большинстве областей промышленности, что со временем «чистые» технологии будут становиться всё дешевле, и главный аргумент в пользу дизельных автомобилей перестанет быть столь существенным.
Литература
1. Emissions Gap Report 2018 . - Текст: электронный // United Nations Environment Programme : [электронный ресурс]. - URL: https://www.unep.org/resources/ emissions-gap-report-2018 (дата обращения: 03.05.2021).
2. Regulation (EU) 2019/631 of the European Parliament and of the Council of 17 April 2019 setting CO2 emission performance standards for new passenger cars and for new light commercial vehicles, and repealing Regulations (EC) No 443/2009 and (EU) No 510/2011 (Text with EEA relevance.) : [электронный ресурс]. -URL: http://data.europa.eu/eli/reg/2019/631/oj (дата обращения: 03.05.2021).
3. LNG: An energy of the future. - Текст : электронный // Elengy : [сайт]. - URL: https://www.elengy.com/en/lng/lng-an-energy-of-the-future.html (дата обращения: 10.05.2021).
4. Stevee, J. The per-mile Costs of Operating Compressed Natural Gas Trucks / J. Stevee. // ampCNG : .URL: https://static1. squarespace.com/static/ 54df8befe4b0419b74c936c2/t/55f706f8e4b0c1c31ccc86 1d/1442252536965/ampCNG+White+Paper+on+12L+ Operating+Costs+per+Mile.pdf (дата обращения: 10.05.2021).
5. Как сэкономить на топливе при грузоперевозках. // РосБизнесКонсалтинг: [сайт]. - URL: http://scaniaonmethane. rbc.ru/ (дата обращения: 03.05.2021).
6. Буйлова, М. В. Перспективы применения сжиженного природного газа в качестве топлива грузовым автомобильным транспортом / М. В. Буйлова, Р. А. Вилаев // Технико-технологические проблемы сервиса. - 2019. - № 1(47). - С. 41-47.
7. Буйлова, М. В. Перспективы применения сжиженного природного газа в качестве топлива грузовых автомобилей / М. В. Буйлова, Р. А. Вилаев // Информационные технологии и инновации на транспорте : Материалы 5-ой Международной научно-практической конференции, Орёл, 22-23 мая 2019 года / Под общей редакцией А.Н. Новикова. - Орёл: Орловский государственный университет им. И.С. Тургенева, 2020. - С. 309-315.
8. European CNG & LNG stations map. - Текст : электронный // The Natural & bio Gas Vehicle Association (NGVA Europe). URL: http://www.ngva.eu/stations-map/ (дата обращения: 03.05.2021).
9. Swartz, N. TRUCKS: Fueling the Diesel vs. Natural Gas Debate / N. Swartz. // Waste360. URL: https://www.waste360. com/mag/waste_trucks_fuel-ing_diesel (дата обращения: 10.05.2021).
10. Общие смеси этанола. - Текст : электронный // HiSoUR. URL: https://www.hisour.com/common-ethanol-fuel-mixtures-40963/ (дата обращения: 03.05.2021).
11. Doug, L. Scania's Bioethanol Offers Most Efficient Alternative Fuel Technology for Trucks, Says Stockholm Study / L. Doug. // World Industrial Reporter. URL: https://cleantechnica.com/2020/06/10/this-stunning-chart-shows-why-battery-electric-vehicles-win/ (дата обращения: 03.05.2021).
12. Marchuk, А. Alternative energy: methanol, ethanol and alcohol esters of rapeseed oil as eco-friendly biofuel / А. Marchuk, V. A. Likhanov, O. P. Lopatin // Theoretical and Applied Ecology. - 2019. - No 3. - P. 80-86. -DOI 10.25750/1995-4301-2019-3-080-086.
13. Liene, N. B100 biodiesel rme premium for economic and sustainable driving / N. Liene. // Biofuel Express. URL: https://www.biofuel-express.com/en/biodiesel/ (дата обращения: 03.05.2021).
14. Algal Green Energy - R&D and technological perspectives for biodiesel production / R. P. Rastogi, A. Pan-dey, C. Larroche, D. Madamwar // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2018. - Vol. 82. - P. 29462969. - DOI 10.1016/j.rser.2017.10.038.
15. Холопов, В. М. Грузовики на биогазе способствуют улучшению климата / В. М. Холопов. URL: http://truckandroad.ru/avtomobili/gruzovye-avtomobili-na-biogaze-sposobstvujut-uluchsheniju-klimata.html (дата обращения: 03.05.2021).
16. Bouter, A. Analyse du cycle de vie (ACV) des véhicules fonctionnant au gnv et biognv / A. Bouter, C. Ternel, A. Bouter // IFP Energies. URL: https://www.perseus-web .fr/nar6/uploads/rapport-afg-versionfinale .pdf (дата обращения: 10.05.2021).
17. A comprehensive analysis of the current and future role of biofuels for transport in the European Union (EU) / M. Raboni, P. Viotti, A. G. Capodaglio // Ambiente & Âgua - An Interdisciplinary Journal of Applied Science. - 2015. - Vol. 10. - P. 9-11. - DOI 10.4136/ambi-agua.1492.
18. Электрогрузовики: прошлое, настоящее и будущее. // vc.ru. URL: http://truckandroad.ru/avtomo-bili/gruzovye-avtomobili-na-biogaze-sposobstvujut-uluchsheniju-klimata.html (дата обращения: 03.05.2021).
19. Battery Dimensioning and Life Cycle Costs Analysis for a Heavy-Duty Truck Considering the Requirements of Long-Haul Transportation / I. Mareev, J. Becker, D. U. Sauer // Energies. - 2018. - Vol. 11 (1), 55. - P. 1-23. - DOI 10.3390/en11010055.
20. Новый импульс в развитии проекта - SCANIA под контактной сетью. // SCANIA. URL: https://sca-nauto.ru/media-center-scania/news-scania/novyj-im-puls-v-razvitii-proekta-scania-pod-kontaktnoj-setyu/ (дата обращения: 03.05.2021).
21. Auke, H. Electric trucks: economically and environmentally desirable but misunderstood / H. Auke. // Innovation Origins. URL:
https://innovationorigins.com/electric-trucks-economi-cally-and-environmentally-desirable-but-misunderstood/ (дата обращения: 03.05.2021).
22. Zachary, S. This Stunning Chart Shows Why Battery Electric Vehicles Win / S. Zachary. // CleanTechnica. URL: https://cleantechnica.com/2020/06/10/this-stun-ning-chart-shows-why-battery-electric-vehicles-win/ (дата обращения: 03.05.2021).
23. Kiss, A. A. Biodiesel by catalytic reactive distillation powered by metal oxides / A. A. Kiss, A. C. Dimian, G. Rothenberg // Energy & Fuels . — 2008. — № 22. — С. 598-604. - DOI 10.1021/ef700265y.
УДК 629.113
ВЫЯВЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ПОКАЗАТЕЛЯ ДАВЛЕНИЯ В ТОРМОЗНОЙ СИСТЕМЕ ОТ ВЕЛИЧИНЫ ИЗНОСА УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ МАНЖЕТ КАК СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ РЕСУРСНОГО СОСТОЯНИЯ ГТЦ АВТОМОБИЛЯ
С.В. Кобозев1, Ю.В. Баженов2
Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых,
Россия, 600000, Владимир, ул. Горького, 87
Статья посвящена рассмотрению проблемы выявления диагностического параметра, определяющегося соотношением показателя давления в тормозной системе и величины износа уплотнительных манжет. Актуальность темы обусловлена необходимостью тщательного рассмотрения специфики основных показателей тормозной системы, важностью исследования способов диагностирования ресурсного состояния ГТЦ автомобиля для усовершенствования конструкции его тормозной системы.
Ключевые слова: диагностический параметр; давление в тормозной системе; износ уплотнительных манжет; ГТЦ автомобиля; методы диагностирования; антиблокировочная система; блок управления автомобилем.
REVEALING OF THE DEPENDENCE OF THE PRESSURE INDICATOR IN THE BRAKE SYSTEM ON THE AMOUNT OF WEAR OF THE SEALING CUFFS AS A METHOD FOR DIAGNOSING THE RESOURCE STATE OF THE MAIN BRAKE CYLINDER OF A CAR
S.V. Kobozev, Yu. V. Bazhenov
Vladimir State University named after Alexander Grigoryevich and Nikolai Grigoryevich Stoletov,
Russia, 87 Gorky Street, Vladimir, 600000 The article is devoted to the problem of identifying the diagnostic parameter, which is determined by the ratio of the pressure indicator in the brake system and the amount of wear of the sealing cuffs. The relevance of the topic is due to the need for careful consideration of the specifics of the main indicators of the brake system, the importance of studying ways to diagnose the resource state of the GTC of the car to improve the design of its brake system
Keywords: diagnostic parameter; brake pressure; wear of sealing cuffs; car brake master cylinder; diagnostic methods; anti-lock braking system; car control unit.
Введение
Ресурсное состояние ГТЦ автомобиля включает в себя целый комплекс показателей, обеспечивающих эффективное функционирования тормозной системы, один из которых
(показателей) связан с выявлением зависимости давления в системе (или его изменения) от величины износа уплотнительных манжет.
1Кобозев Сергей Васильевич - аспирант по направлению подготовки: 23.06.01 Техника и технологии автомобильного транспорта, e-mail: koboze_vgu@bk.ru;
2Баженов Юрий Васильевич - кандидат технических наук, профессор кафедры «Автомобильный транспорт», , e-mail: kafedraat@vlsu.ru.
