CC BY
17т
IT-технологии на транспорте
Влияние электронных систем регулирования рабочих процессов автомобильного двигателя на выбросы отработавших газов
А.С. Клементьев,
магистр техники и технологии, аспирант ИжГТУ, М.Н. Бибиков,
доцент ЧТИ (филиала) ИжГТУ, к.т.н., Н.М. Филькин, профессор ИжГТУ, д.т.н., А.В. Меркушев,
начальник АГНКС УАВР № 1 ООО «Газпром трансгаз Чайковский»
В статье оценено влияние на выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами электронных систем регулирования рабочих процессов двигателя ЗМЗ-4062 автомобиля ГАЗ-31105 «Волга» при его конвертации на компримированный природный газ (КПГ), а также виброакустические параметры (шум и вибрация) и динамические показатели автомобиля. Ключевые слова: конвертация, КПГ, экология.
Influence of electronic regulation systems workflow engine ZMZ-4062 GAZ-31105 Volga when converting it to gas fuel
A.S. Klementyev, M.N. Bibikov, N.M. Filikin, A.V. Merkushev
This article addresses the evaluation of the impact of electronic systems management workflow engine ZMZ-4062 GAZ-31105 Volga when converting it to compressed natural gas (CNG) on emissions of pollutants from exhaust gases, vibration and acoustic parameters (noise and vibration) and dynamic performance car.
Keywords: conversion, compressed natural gas (CNG), ecology.
Экологические проблемы, связанные с защитой окружающей среды от вредного воздействия автотранспортных средств, сегодня особенно актуальны для крупных российских городов. Однако постоянный рост автопарка, изношенность автотранспортных средств, отсутствие законодательной базы, регламентирующей и стимулирующей как развитие автомобильной промышленности в области производства экологически чистых
автомобилей, так и использование альтернативного моторного топлива, обернулись сегодня серьезной проблемой, связанной с высокой токсичностью автомобильных выбросов [1].
В составе отработавших газов автомобилей, а они содержат более 300 различных веществ, наибольший удельный вес по объему имеют оксид углерода (до 10%), оксиды азота (до 0,8%), несгоревшие углеводороды (до 3%), альдегиды (до 0,2%) и сажа.
Так, при сжигании 1000 л топлива бензиновые двигатели выбрасывают в окружающую среду с отработавшими картерными газами 200 кг оксида углерода, 25 кг углеводородов, 20 кг оксидов азота, 1 кг сажи и 1 кг сернистых соединений [2].
В настоящее время одним из основных способов снижения токсичности отработавших газов является применение в качестве моторного топлива компримированного природного газа. Отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания, использующих природный газ, по наиболее вредным компонентам в 1,5-5 раз менее опасны, чем выхлопы двигателей, работающих на традиционных моторных топливах. Использование же КПГ сокращает выбросы парниковых газов транспортными средствами более чем на 25%.
Целью исследования являлась оценка влияния электронных систем регулирования рабочих процессов одного и того же двигателя на выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами, виброакустические параметры (шум и вибрация), а также динамические показатели автомобиля при конвертации его на газовое топливо (КПГ). Объектом исследования был выбран автомобиль ГАЗ-31105 «Волга» со степенью сжатия £ = 9,5.
На автомобиль ГАЗ-31105 параллельно штатной системе питания жидким топливом (бензином) было дополнительно установлено два вида газобаллонного оборудования (ГБО): одно - I поколения, обеспечивающее центральный впрыск газа, второе - IV поколения, обеспечивающее распределенный впрыск.
Системы I поколения или первого уровня сложности - это самые распространенные на сегодня системы питания газом. Они используются на большинстве карбюраторных двигателей грузовых и легковых автомобилей и по способу приготовления газовоздушной смеси относятся к эжекционным системам с внешним смесеобразованием. Обладая простотой и дешевизной, системы завоевали популярность и получили широкое распространение как в России и странах СНГ, так и за рубежом [3].
И-технологии на транспорте
Системы I поколения состоят из элементов хранения газа (баллон для пропан-бутана или кассета баллонов для хранения метана), запорной арматуры, заправочного устройства, запорных клапанов, фильтра, редуктора, смесителя, трубопроводов, рукавов, хомутов, переключателей различной степени сложности, систем для указания уровня топлива в баллоне, формирования пусковой подачи газа и отключения подачи газа при неработающем (отсутствуют импульсы в высоковольтной цепи системы зажигания) двигателе. Электронные элементы систем I поколения выполняют второстепенные вспомогательные функции, не влияют на формирование рабочей смеси и не участвуют в организации рабочего процесса двигателя. Возможности эжекционных систем ограниченны.
К системам II поколения можно отнести комплекты ГБО таких известных фирм как LANDI RENZO, LOVATO и других. Основной отличительной особенностью систем II поколения является наличие простейшего электронного блока управления, выполняющего функции контроля за состоянием и работой двигателя (Л-датчик, датчик положения дроссельной заслонки, обороты коленчатого вала двигателя) и регулирования объема газа, подаваемого в цилиндры. Остальные элементы газовой системы питания те же, что и в системах I поколения, - баллон, редуктор, клапан. Объем газа, подаваемого в смеситель, регулируется электронным дозатором газа, управляемым сигналами электронного блока. Для регулировки и настройки может использоваться тестер или компьютер. При этом можно задать тип датчика, настроить обороты холостого хода, чувствительность электронного дозатора, алгоритм перехода на газ (автоматический).
Системы III поколения (например, DGI фирмы AG) предназначены для современных инжекторных автомобилей и используют более совершенный алгоритм управления подачей газа: распределенный впрыск через форсунки открытого типа или фазированный через электромагнитные форсунки с регулируемым временем открытия. Для формирования
алгоритма подачи газа используют показания штатных датчиков инжекторной системы питания бензином. Сигналы от штатных датчиков необходимо отключить от бензиновой системы и направить в контроллер газовой системы питания. Бензиновые форсунки отключаются. Подобные системы позволяют с высокой степенью точности сформировать подачу газа и осуществлять ее непосредственно во
впускной патрубок каждого цилиндра. Системы сложны в монтаже, но обеспечивают высокие мощностные и экологические показатели. При установке систем на автомобили с самодиагностикой невозможно «обмануть» контроллер, выдающий ошибку при работе на газе. Приходится применять дополнительные устройства.
Системы IV поколения практически лишены недостатков, присущих
СО, %
0.2
0Д5
0,1
о,аз
8№
2000
3000
4000 п, МИН"1
СН, ррт
600
900
1000
гооо
3000
4000
С02,%
14
12 10 Б 6
есю
юао
-нпг\поколение -СУП поколение
2000
3000 4000 п> мин-'
К-ЦПГIV поколение —Бемин
в
Рис. 1. Содержание в отработавших газах двигателя автомобиля ГАЗ-31105 следующих веществ:
а - СО; б - СН; в - СО2
а
б
<ш
IT-технологии на транспорте
системам III поколения, легко встраиваются в современные инжекторные автомобили, не нарушая работы контроллера, в газовом режиме используют сигнал, подаваемый на бензиновые форсунки. Изменение величины открытия бензиновой форсунки в каждый момент времени в течение рабочего процесса модифицируется в необходимое время открытия газовой форсунки в соответствии с оборотами, температурой, сигналами датчиков газовой системы и требуемой нагрузкой. Алгоритмы управления системой зажигания, к сожалению, остаются такими же, как и при работе на бензине, и не учитывают особенностей работы на газе [3, 4].
Экспериментальные исследования автомобилей ГАЗ-31105 «Волга» проводились в два этапа (без регулировки):
■ на первом этапе были проведены сравнительные испытания работы двигателя на бензине, пропане и природном газе с системой I поколения;
■ на втором этапе - исследования работы на бензине и КПГ этого же двигателя, но с системой IV-го поколения.
Измерения выбросов загрязняющих веществ с отработавшими газами (ОГ) производились в соответствии с ГОСТ Р 52033-2003 и ГОСТ Р 17.2.02.06-99, внешний шум на рабочем месте - ГОСТ 12.1.050-86 и
СН 2.2.4/2.1.8.562-96, вибрации - ГОСТ 12.1.012-90 и СН 2.2.4/2.18.566-96.
Выбросы вредных веществ (ВВ) с ОГ замерялись с помощью микропроцессорного газоанализатора «Инфракар» в диапазоне частот вращения коленчатого вала двигателя от 800 мин-1 (холостой ход) до 4000 мин-1 (рисунок).
Виброакустические параметры снимались во время движения автомобиля при скорости 70 км/ч с помощью анализатора звука и вибрации SVAN 912 АЕ, капсюля предусилителя Б^01А, микрофона ВМК-205, виброметра SVAN 946 и вибропреобразователя АР-98-100-01, имеющих государственную поверку.
Измерения показали, что при использовании системы I поколения при работе на КПГ максимальный уровень звука (шума) составляет 75,3 дБА, а у системы IV поколения - 76,6 дБА. В то же время, для системы I поколения уровень транспортной вибрации (на сиденье водителя) -91 дБА, локальной (на руле) - 104 дБА, а для системы IV поколения - 87 и 101 дБА соответственно.
Динамика движения оценивалась по времени разгона автомобиля по асфальту на прямом участке горизонтальной дороги с прогретым двигателем до скорости 100 км/ч при трехкратном движении в прямом и обратном направлениях. Среднее время разгона автомобиля с системой
I поколения при работе на КПГ составило 28 с, а с системой IV поколения
- 24,1 с.
В результате проведенных исследований по оценке влияния электронных систем регулирования рабочих процессов двигателя ЗМЗ-4062 автомобиля ГАЗ-31105 «Волга» на содержание вредных выбросов в отработавших газах, а также на уровень шумности и вибрации при конвертации автомобиля на КПГ было установлено, что каждая из исследуемых систем имеет свои плюсы и минусы, но однозначно, что система IV поколения обеспечивает более высокие параметры в сравнении с системой I поколения по динамике, мощности и экономичности.
Литература
1. Линник Г., Брусницына А. Опыт и перспективы использования КПГ в Краснодарском крае // АГЗК+АТ. - 2007. - № 2(32).
- С. 52-56.
2. Вахламов В.К. Автомобили: Основы конструкции: Учебник для студ. высш. учеб. заведений / В.К.Вахламов. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 528 с.
3. Яжиньски Г. Четыре поколения газового оборудования автомобилей фирмы «ELPIGAZ» // АГЗК + АТ. - 2003. - № 6 (12).
- С. 25-27.
4. Селиванов С.В. Опыт и перспективы перевода на газомоторное топливо карбюраторных и дизельных двигателей большегрузных и легковых автомобилей (презентация) // www.mobulgaz.ru.
Новый центр по переоборудованию автотранспорта на КПГ
^^июля 2010 г. в компании «Са-ратовАвтоГаз» состоялась презентация регионального центра по переоборудованию автотранспорта на КПГ, построенного ООО «Газпром трансгаз Саратов».
В ней приняли участие генеральный директор компании «Газпром трансгаз Саратов» Л.Чернощеков, министр промышленности и энергетики Саратовской обл. К.Горшенин, депутат областной думы С.Богомолов,
руководители муниципальных автотранспортных предприятий.
Ежегодно центр сможет освидетельствовать до 4,2 тыс. автогазовых баллонов, переоборудовать для работы на КПГ 360 автомобилей и проводить техобслуживание более 1 тыс. ед. автотранспорта.
«Газпром трансгаз Саратов» - 100%-ное дочернее общество ОАО «Газпром». Основные направления деятельности предприятия - транспортировка
природного газа по магистральным газопроводам; поставка газа потребителям через газораспределительные станции; развитие и эксплуатация газотранспортных систем; организация сети автомобильных газонаполнительных компрессорных станций.
Переоборудование автомобилей для работы на газе в филиалах «Газпром трансгаз Саратов» было начато в 1994 г. На сегодняшний день на газовое топливо переведено более 650 автомобилей, подготовлено более 1 тыс. водителей для работы на автомобилях с газовыми двигателями, более 30 слесарей-ремонтников и 10 инженерно-технических работников.
http://news.sarbc.ru/main/2010/07/22/101805.html
