CC BY
49
Горбунов В.В., Ниязов С. X. Использование компримированного.
65
УДК 621.436. 038.001
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПРИМИРОВАННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА В КАЧЕСТВЕ МОТОРНОГО ТОПЛИВА ДЛЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ КОММУНАЛЬНОГО
ХОЗЯЙСТВА ГОРОДА
В.В. Горбунов, С. X. Ниязов
Рассмотрен вопрос использования сжатого (компримированного) газа в качестве моторного топлива для транспортных средств коммунального хозяйства города. Газовое топливо используется для двигателей семейства КамАЗ и позволяет улучшить экологическую обстановку в промышленных центрах.
С каждым годом во всех странах увеличивается парк грузовых автомобилей, автопоездов и других транспортных средств, оснащенных дизелями, которые потребляют значительное количество дефицитного дизельного топлива. В связи с этим, возрастает диспропорция между реальными темпами производства нефтяных топлив и их потреблением для установок с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), в результате чего возникает проблема экономного использования ресурсов дизельного топлива.
Разведанные запасы нефти в стране истощаются и не обеспечивают потребности народного хозяйства. Некоторые новые незначительные месторождения расположены, как правило, в труднодоступных районах, следовательно, стоимость добычи и доставки нефти к местам потребления значительно повышается. Кроме того, нефть и продукты ее переработки являются важным сырьем для других отраслей народного хозяйства
Сокращение природных запасов нефти, рост трудозатрат и капиталовложений на освоение новых и снижение производительности действующих месторождений, заставляет производителей моторных топлив и эксплуатационников установок с ДВС искать новые пути и способы решения проблемы экономии горюче-смазочных материалов и замены дефицитных видов топлива на более дешевые. Вот почему любая конкретная задача по экономии топлива, смазочных материалов, технических жидкостей, как одного из путей ресурсосбережения нефтяных топлив, а в целом - и решения топливно-энергетической проблемы народного хозяйства - является задачей государственной важности. А полная (или хотя бы частичная) замена жидких нефтяных топлив на другие виды горючего, пригодного для ДВС в качестве моторного, является одной из важнейших комплексных задач.
Использование других (альтернативных) видов топлива вместо моторного является именно комплексной задачей по той причине, что при выборе того или иного вида альтернативного топлива нужно иметь в виду, что это топливо не только должно заменить моторное тогшиво, но и обеспечить более экологически чистый выхлоп двигателя. Следовательно, при выборе нового альтернативного или смесевого топлива (под смесевым подразумевается смесь обычного моторного топлива с добавками других видов топлив) должны учитываться два фактора: экологический и экономический.
При этом проблема использования альтернативных топлив обостряется также в связи с повышением внимания к вопросам экологии, так как в больших городах “вклад” транспортных средств в загрязнение окружающей среды значительно превышает предельно допустимые нормы выброса вредных веществ. Потенциальными заменителями моторных топлив могут быть водород, аммиак, ацетилен, спирты, эфиры, природный и нефтяной газы и другие топлива. В качестве моторного топлива используются и синтетические топлива из угля и горючих сланцев. Однако широкое их применение связано с большими капитальными затратами. Наиболее перспективным (особенно с точки зрения экологических требований) является применение в качестве моторного топлива природных газов, запасы которых в нашей стране огромны.
К моторным топливам, получаемым из газового сырыфожно отнести:
- природные газы, используемые в виде компримированного (сжатого) газа (КГ1Г), сжиженного природного газа и сжиженного нефтяного газа, которые представляют собой смесь легких углеводородов группы (С3-С4);
Кафедра комбинированных ДВС Российского университета дружбы народов Россия, 117198 Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6
66
Вестник РУДН, сер Инженерные исследования, 2000, № 3, с. 65-67
- синтетические моторные топлива, получаемые из природного газа и представляющие собой те же углеводородные топлива, что и производимые из нефти.
Для любого типа двигателя при оценке экономической эффективности и выборе тех или иных топлив необходимо учитывать их технико-экономические и эксплуатационные показатели и особенности их применения для различных видов транспортных средств по сравнению с традиционными (нефтяными) видами моторных топлив. При этом необходимо учитывать и ценовые показатели традиционных моторных топлив и газовых и оценки дополнительных затрат в инфраструктуру (системы хранения, заправки, питания двигателей, зажигания и т. д.), которые необходимы для использования газа данным транспортным средством.
Достаточно широкое распространение на транспорте получил сжиженный нефтяной газ (пропан-бутан), но его ресурсы относительно невелики, поэтому самым доступным представляется КПГ. Компримированный природный газ, используемый в качестве моторного топлива на транспортных средствах как в России, так и за рубежом, позволил выявить его преимущества и недостатки в сравнении с традиционными моторными топливами.
К преимуществам можно отнести следующее:
- сокращение затрат на топливо в эксплуатации в 1,5 - 2,0 раза;
- значительное снижение токсичности и дымности отработавших газов (ОГ), что имеет большое социальное значение, особенно для крупных городов и промышленных центров;
- увеличение срока службы двигателя до капитального ремонта в 1,5 - 2,0 раза;
- снижение расхода масла.
К недостаткам работы автомобилей на КПГ можно отнести следующее:
- снижение грузоподъемности автомобиля на 9 -14% из-за массы стальных баллонов (правда применение облегченных баллонов из композитных материалов улучшает этот показатель), что уменьшает его производительность;
- снижение эффективной мощности двигателей при работе на газе ухудшает тяговодинамические и эксплуатационные характеристики автомобилей, в частности возможность использования прицепа;
- неудовлетворительные пусковые качества при пониженных температурах воздуха (ниже -5°С);
- относительно малая дальность пробега на одной заправке сжатым газом (200 - 240 км);
- увеличение единовременных затрат на подвижный состав, производственно-техни-ческую базу автотранспортных предприятий, строительство газонаполнительных станций;
- увеличение потребности в металле, в том числе в легированной стали: в случае использования композитных материалов для производства баллонов - увеличение потребности в этих материалах;
- повышенные требования к квалификации технического (обслуживающего) персонала и водителей.
Однако ужесточение требований к экологическим показателям двигателей (табл. 1) заставляет конструкторов изыскивать возможности перевода двигателей на работу на газе
Таблица 1
Предельные значения выбросов вредных веществ, г/кВт ч ______________
Стандарт Год СО СН Шх ТЧ*
Евро-2 1995 4,0 1,1 7,0 0,15
Евро-3 (проект) 2000 2,1 0,66 5,0 0,10
* ТЧ - твердые частицы
Известно, что в городском, а особенно - коммунальном хозяйстве любого промышленно развитого города находится большое количество автотранспортной техники: мусороуборочные и поливочные машины, транспортные средства для лесопаркового хозяйства, средства малой механизации, строительно-дорожные и другие машины.
В настоящее время для вывоза, например, мусора часто используются полуавтоматизированные контейнеры, смонтированные на базе автомобиля КамАЗ, у которого в качестве силового агрегата используется дизель.
Отрицательным фактором дизеля является повышенная дымность ОГ или повышенный выброс сажи, который представляет собой аморфное тело (углерод С), способное очень эффективно абсорбировать на своей поверхности полициклические ароматические углеводороды, которые являются канцерогенами. Следовательно, частицы сажи, выбрасываемые с ОГ и содержащиеся в воздухе, попадая при дыхании в легкие человека могут там задерживаться и затем приводить к возникновению раковых заболеваний.
Необходимо отметить, что машины коммунального хозяйства, эксплуатируемые в городских условиях, работают большую часть своего времени на неустановивши.хся режимах, которые характеризуются повышенной дымностью ОГ. Следовательно, машины коммунального хозяйства довольно сильно загрязняют атмосферу, причем это особенно проявляется в жилых зонах, где они в основном работают.
Учитывая сказанное, необходимо применять специальные мероприятия, которые позволили бы значительно снизить выбросы сажи с ОГ транспортных средств коммунального хозяйства. И как раз одним из этих мероприятий является применение в качестве топлива КПГ.
В настоящее время в ОАО “КамАЗ” проводятся работы по созданию газового двигателя на базе дизеля. Известно, что для газовых двигателей не нашел пока применения метод воспламенения от сжатия, используемый в дизелях. Основным ограничительным фактором является высокая температура воспламенения КПГ (650-700°С), значительно превышающая температуру воспламенения дизельных топлив (320-38()°С). Поэтому для обеспечения воспламенения газовоздушной смеси двигатель должен быть снабжен принудительной (искровой) системой зажигания. При искровом зажигании первичным очагом сгорания газовоздушной смеси является объем, прилегающий к межэлектродному пространству свечи зажигания. Следовательно, потребная энергия для зажигания (энергия искры) газового топлива должна быть значительно больше, чем для других видов топлива. Отличительными особенностями модернизированного газодизеля КамАЗ при переводе его на работу на газе являются: пониженная степень сжатия (до 12); свеча зажигания, установленная вместо форсунки; наличие системы зажигания и микропроцессорного блока управления (МБУ), а также ряд других незначительных конструктивных изменений.
При работе силовой установки в МБУ поступают сигналы от датчиков двигателя и силовой установки и он управляет моментом подачи газа, углом опережения зажигания и длительностью искрового разряда, обеспечивает оптимальный состав газовоздушной смеси в соответствии со скоростным и нагрузочным режимами и выполняет ряд других функций (диагностику, защиту двигателя и т.д.). Расчеты, проведенные на КамАЗе, показывают, что применение КПГ в качестве топлива для двигателей экономически выгодно. Перевод дизелей на работу на газ с использованием электронных систем управления (в данном случае МБУ) обеспечивает оптимальные режимы работы двигателя, что способствует улучшению его экологических параметров.
Таким образом, использование коммунальных транспортных средств, работающих на газе, улучшает экологическую обстановку не только в самом городе, а главное - в зонах жилой застройки.
COMPRESSED GAS (METANE) AS A MOTOR FUEL FOR VEHICLES OF INDUSTRIAL TOWNS
V. V. Gorbunov, S. H. Nijazov
Department of Internal Combustion Engines Peoples’ Frienship University of Russia Miklukho-Maklaya st., 6, 117198, Moscow, Russia
It is consered a question of compressed gas (metane) using as a motor fuel for vehicles. Use of a such fuel provides minimum pollution of toxic components to the atmosphera. Metane is used as the fijel for KamAZ automobiles.
