CC BY
205
УДК 629.119
А.С. Гребенников, С.А. Гребенников, Д.В. Федоров ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВС ГАЗОБАЛЛОННЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
Приведен анализ неисправностей и отказов ДВС в связи с переводом двигателей внутреннего сгорания (ДВС) на газовые топлива, рассмотрены положительные и отрицательные стороны влияния газового топлива на технико-экономические показатели его работы в сравнении с топливами нефтяного происхождения.
Эксплуатация, газобаллонные автомобили, надежность
A.S. Grebennikov, S.A. Grebennikov, D.V. Fedorov FEATURES OF OPERATION OF DVS OF GAS CYLINDER CARS
The analysis of malfunctions and DVS refusals in connection with transfer of the internal combustion engines to gas fuels is provided, positive and negative sides of influence of gas fuel on technical and economic indicators of its work in comparison with fuels of an oil origin are considered.
Operation, gas cylinder cars, reliability
Газовые углеводородные топлива на сегодняшний день наиболее весомая альтернатива топливам нефтяного происхождения. На мировом и отечественном рынке номенклатуры газовых топлив, используемого в качестве моторного топлива автотракторной техники, значительно расширилась. Помимо традиционных топлив - природного (метана) и сжиженного нефтяного (СНГ - смесь с основными компонентами пропана, бутана и изобутана) газов - предложены для использования попутный нефтяной газ, биогаз (из продуктов и отходов сельского хозяйства), синтез-газ, получаемый на генераторе путем парциального окисления метана, водород и другие.
Общее число газобаллонной техники в России на 1 января 2012 года превысило 105 тысяч, в мире - свыше 11 млн. Во многих странах существуют законодательные меры стимулирования использования газа в качестве моторного топлива: предоставление льгот, отсрочки или освобождения от уплаты налогов. Мировыми лидерами использования газобаллонных автомобилей (ГБА) являются Аргентина, Бразилия и Пакистан. Парк только автотракторной техники, работающей на компримиро-ванном природном газе (КПГ) в каждой из этих стран превышает 1 млн. Для обеспечения ГБА КПГ в мире построено около 12 000 государственных и частных автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС) [3]. Прогнозы аналитиков предусматривают в ведущих автомобилизи-рованных странах мира перевод к 2020 году до 23 % автомобилей на альтернативные виды топлива [2].
Считается, что преимущества газовых топлив перед топливами нефтяного происхождения обусловлены экономическими, ресурсными, техническими и экологическими факторами [1, 2, 3, 4,], например:
- низкой ценой (в 1,5.. .3 раза дешевле бензина и дизельного топлива);
- большими природными запасами и независимостью свойств газа от климатических условий;
- увеличением ресурса двигателя на 50%, сроков службы моторного масла и свечей зажигания в 1,2. 1,5 раза;
- снижением шума и вибрации ДВС, токсичных выбросов в атмосферу.
Появление на рынке газовых топлив со значительно отличающимися составами диктует необходимость создания двигателей, адаптированных под эти топлива (с газовой системой питания). В настоящее время наибольшее распространение получили две тенденции:
- трансформация существующих бензиновых ДВС в двухтопливные (на бензине или газе) или газоискровые;
- конвертация дизельных ДВС - доработкой топливной системы, работающей по газодизельному способу смесеобразования с запальной дозой дизельного топлива, или установкой системы зажигания с одновременным снижением степени сжатия в камере сгорания до 12.13 единиц (газоис-кровый вариант).
Для единого управления объектами газомоторного бизнеса в 2006 году в г. Саратове был создан специализированный филиал «Саратовавтогаз». Совместно с деятельностью филиала «Саратовавто-газ» реализацией компримированного природного газа в Саратовской области и развитием его применения в качестве альтернативного моторного топлива занимается ООО «ГазпромтрансгазСаратов».
В настоящее время на территории Саратовской области для ГБА, работающих на КПГ, имеется 6 АГНКС, 2 из которых находятся в Саратове (на Сокурском тракте и в п. Увек), остальные - в Александров Гае, Балашове, Екатериновке и Петровске, а также свыше 150 автомобильных газовых заправочных станций (АГЗС) - для автомобилей, работающих на сжиженном нефтяном газе.
Заправка ГБА КПГ может также осуществляться посредством передвижных автогазозаправ-щиков (ПАГЗ). В Саратове функционируют три ПАГЗ. Их применение позволяет осуществлять заправку автомобилей непосредственно на территории автотранспортных предприятий, что способствует сокращению «холостых» пробегов. Использование ПАГЗ также открывает перспективы газификации транспорта в сельском хозяйстве, где отсутствует возможность перемещать технику до заправочной станции.
На КПГ в Саратове и области эксплуатируется около 750 ГБА (КАМАЗ, ГАЗ, ЛиАЗ, ВАЗ), на СНГ - свыше 4 тысяч, преимущественно автомобили ГАЗель, ВАЗ.
При переводе конкретной модели ДВС на газовые моторные топлива по-прежнему актуальны эксплуатационные исследования количественных и качественных характеристик газобаллонных автомобилей и сравнения их с показателями при работе на традиционном топливе.
Цель статьи - обобщить опыт эксплуатации газобаллонных автомобилей, работающих в Саратове.
Выполненные исследования на примере эксплуатации ГБА «ГАЗель» (среднегодовые пробеги 90. 150 тыс. км) с двигателями ЗМЗ-4062.10, 405.2 в г. Саратове позволили сделать следующие выводы:
- периодичность замены моторного масла двигателей ГБА реже, чем при эксплуатации двигателя на бензине. При использовании полусинтетического масла оптимальная периодичность его замены - 15 тыс. км; при эксплуатации на синтетическом масле - 20 тыс. км;
- воздушно-газовые смеси сгорают с меньшей скоростью, но при их сгорании выделяется большее количество теплоты, чем у воздушно-бензиновой или воздушно-дизельной смеси. Из-за повышенного теплового режима в камере сгорания ДВС и «сухости» газа на пробеге 150.200 тыс. км происходит заметный износ направляющих втулок и седел клапанов, что приводит к снятию головки блока и замене клапанов. Выпускные клапаны имеют износ на 10.20% выше, чем впускные. На седлах клапанов заметна их овальность в поперечном сечении к оси двигателя, что требует операций восстановления правильной геометрии седел клапанов. Часто наблюдаются случаи, когда тепловой зазор в клапанном механизме двигателей ГАЗ, ВАЗ, работающих без гидрокомпенсаторов, в процессе эксплуатации уменьшается, а не увеличивается как в ДВС, работающих на бензине. Причина - повышенный износ сопряжения седло - тарелка клапана. По этой причине рекомендуемая периодичность проверки теплового зазора механизма газораспределения ГБА уменьшается до 10.15 тыс. км;
- несмотря на то, что высокие октановые числа (105.110 единиц по моторному методу) газовых топлив требуют соответствующего увеличения угла опережения зажигания, делать это надо осторожно - повышать угол не более 1.3 градусов, относительно оптимального для бензина. Раннее зажигание увеличивает тепловую нагруженность, что приводит к перегреву ДВС. С учетом значительного времени работы ДВС на обедненных газовоздушных смесях, при раннем зажигании в практике эксплуатации наблюдаются случаи прогорания днищ поршня и тарелок клапанов;
- работающие на бензине и газе форсунки «коксуются» чаще, чем бензиновые ДВС; периодичность обслуживания электромагнитных форсунок при установленной трудоемкости составляет 15.20 тыс. км;
- ресурс элементов цилиндропоршневой группы при использовании газового топлива увеличивается на 50. 100%, свечей зажигания не более 25%;
- потребность в регулировочных работах газовой системы питания возникает через 50 тыс. км (проводится при сезонном обслуживании). Текущий ремонт в основном выполняется после 100. 150 тыс. км и заключается в замене диафрагмы и уплотнительных прокладок клапанов редуктора низкого давления;
- новое поколение двигателей ЗМЗ-4062 с улучшенным коленчатым валом при работе на газовом топливе имеют ресурс около 500 тыс. км, что на 15.20% выше, чем при работе ДВС на бензине;
- значения мощности и удельного расхода топлива при работе ДВС на СНГ ухудшаются по отношению к бензиновым не более 15 %;
- срок окупаемости переоборудованных автомобилей под использование газового вида топлива (при среднегодовом пробеге около 100 тыс. км) не превышает 1,5 лет.
В таблице приведен пример расчета эффективности использования газового двигателя КАМАЗ Евро-2 820.52-260 в сравнении с базовым дизельным двигателем Евро-2 740.30-260, выполненный в соответствии с методикой ООО «ГазпромтрансгазСаратов».
Экономическая эффективность газового двигателя КАМАЗ
Сравнительные характеристики Дизельный двигатель Газовый двигатель Экономия, руб.
Цена двигателя с НДС, руб. 215 000 223 390
Вид энергоносителя Дизельное топливо Природный газ
Стоимость топлива за ед., руб. 29.0/л 8/м3
Расход топлива на 100 км. пробега 45 63
Затраты на 100 км пробега, руб. 1305 504 801
Затраты на топливо, руб./г 1 044 000 403 200 640800
Периодичность замены масла, км 16 000 25 000
Расход масла на одну замену, л 27 27
Цена 1 л масла, руб. 40 40
Затраты на замену масла, руб./г 5 400 3 456 1944
Затраты на доливку масла, руб./г 2 520 2 520
Годовой фонд времени, ч 2 000 2 000
Моторесурс до капремонта, ч 15 000 20 000
Затраты на реновацию, руб./г 28 667 22 339 6328
Затраты на обслуживание, руб./г 1 820 1 820
Итого затраты, руб./г 1086507 437435 649072
Годовая экономия по сравнению с дизельным двигателем, руб. 649072
Замена двигателя и установка ГБА 120 000
Окупаемость установки газового двигателя для потребителей, лет 1,5
ЛИТЕРАТУРА
1. Панов Ю.В. Установка и эксплуатация газобаллонного оборудования автомобилей / Ю.В.Панов. М.: Изд. центр «Академия»? 2006. 160 с.
2. Певнев Н.Г. Совершенствование процесса эксплуатации газобаллонных автомобилей с двухтопливной системой питания: дис. ... д-ра техн. наук. Омск: СибАДИ. 2004. 360 с.
3. Пронин Е.Н. Природный газ - моторное топливо ХХ1 века // Природный газ в моторе? Вопросы и ответы / Е.Н. Пронин. М.: Алькор-4, 2006. 60 с.
4. Савельев Г.С. Технико-экономические показатели газодизельных и газоискровых двигателей, работающих на КПГ / Г.С. Савельев, Д.В.Дегтярев // Транспорт на альтернативном топливе. 2012. №2 (26). С. 74-75.
Гребенников Сергей Александрович -
кандидат технических наук, доцент кафедры «Автомобили и двигатели» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Федоров Дмитрий Викторович -
аспирант кафедры - «Автомобили и автомобильное хозяйство» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Гребенников Александр Сергеевич -
доктор технических наук, профессор кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство»
Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Статья поступила в редакцию 03.04.13, принята к опубликованию 30.04.13
Sergey A. Grebennikov -
Ph.D., associate professor of Cars and Engines chair of Gagarin Saratov state technical university
Dmitry V. Fedorov -
graduate student of chair «Cars and automobile economy» Gagarin Saratov state technical university
Alexander S. Grebennikov -
Dr.Sc., professor of chair «Cars and automobile economy» Gagarin Saratov state technical university
