Влияние низких температур воздуха на энергетические и экологические параметры газобаллонных автомобилей Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

т

'"ооии»«^

Транспорт на КПГ

Влияние низких температур воздуха на энергетические и экологические параметры газобаллонных автомобилей

Е.М. Чикишев,

доцент кафедры Тюменского государственного нефтегазового университета, к.т.н., И.А. Анисимов,

доцент кафедры Тюменского государственного нефтегазового университета, к.т.н.

Рассмотрено влияние низких температур окружающего воздуха на расход топлива и выбросы вредных веществ с отработавшими газами газобаллонных автомобилей, работающих на компримированном природном газе и бензине. Получены графические зависимости. Предложены математические модели, описывающие эти зависимости. Сделан вывод о том, какое из рассмотренных топлив менее восприимчиво к изменению температуры воздуха с точки зрения топливной экономичности и экологичности.

Ключевые слова: низкие температуры воздуха, бензин, компримированный природный газ, расход топлива, экологичность.

Influence of Low Air Temperatures on Energy and Environmental Parameters of Bottle-Gas Vehicles

Е.М. Chikishev, I.A. Anisimov

Questions of low ambient temperature influence on adaptability coefficient changing of gas-bottle vehicles, operated on compressed natural gas and gasoline by fuel consumption and harmful substances emissions of vehicle exhaust gases Diagrams and mathematical models of characteristics dependences are provided. As a result the main conclusion, which fuel is the most efficient and ecological compatible in consider with temperature change, is given.

Keywords: low temperatures, petrol, compressed natural gas, fuel consumption, ecological compatibility.

В настоящее время стабильно возрастает количество

транспортных средств, оснащенных газобаллонным оборудованием и работающих на компримированном природном газе (КПГ), который является наиболее реальным и перспективно развивающимся направлением в области сбережения традиционных нефтяных моторных топлив. К тому же природный газ при сгорании в двигателях выделяет меньшее количество вредных веществ (ВВ) с отработавшими газами (ОГ) по сравнению с нефтяными моторными топливами [1].

При эксплуатации транспорта в России большое значение имеют природно-климатические факторы, так как зона холодного климата в нашей стране занимает около 70 % (центральные и северные части России, Западная Сибирь, Восточная Сибирь и Дальний Восток). В частности, при низкотемпературной эксплуатации транспорта происходит изменение расхода топлива [2] и выбросов вредных веществ с отработавшими газами [3]. Данные изменения приводят к неверной корректировке норм и нормативов технической эксплуатации, в том числе норм расхода топлива, а также к некорректному расчету платы за выбросы вредных компонентов с ОГ. Более объективную корректировку нормирования топлива и платы за загрязняющие вещества можно получить, основываясь на приспособленности автомобилей к условиям низких температур воздуха при работе на КПГ и бензине [4]. Оценка приспособленности позволяет выявить, при работе на каком топливе (бензин или природный газ) автомобиль более адаптирован к температурному изменению условий эксплуатации.

Под приспособленностью понимают объективное свойство автомобиля сохранять заложенные в него при проектировании и производстве показатели качества на заданном уровне при эксплуатации в условиях, отличных от стандартных, номинальных для данной машины. Для количественной оценки приспособленности автомобилей к эксплуатации в низкотемпературных условиях используется коэффициент приспособленности. Если данный коэффициент равен или выше 1, значит транспортное средство более приспособлено к изменению условий эксплуатации по сравнению со стандартными. Соответственно значение коэффициента меньше 1 свидетельствует о низкой приспособленности автомобиля к изменению условий эксплуатации.

Согласно ГОСТ Р 41.49-2003 [5] замеры содержания вредных компонентов СО, СН и NOx в ОГ и расхода топлива были проведены по циклу ESC (European Stationary Cycle), состоящему из 13 режимов устойчивой работы двигателя при температуре воздуха на входе в двигатель от -35 до 25 °С. Согласно методике [6] замеряются параметры работы двигателя: частота вращения коленчатого вала и тормозной крутящий момент, а также часовой расход топлива, температура воздуха на входе в двигатель, содержание СО, СН и NO в ОГ.

X

Для определения содержания ВВ использовались анализирующие приборы. Газоанализаторами ГИАМ-27-04 с блоком-восстановителем БВ-1 измеряли содержание оксидов

I ,.ifffflTmTTTr„- Д|Дн4Д1<

«Транспорт на альтернативном топливе» № 6 (30) декабрь 2012 г.

Транспорт на КПГ

азота, а ГИАМ-29 - содержание оксидов углерода и углеводородов (гексан). Расход бензина определяли расходомером, состоящим из измерительной колбы, встроенной в бензопровод. Расход природного газа рассчитывался согласно справочным таблицам [7].

По результатам обработки стендовых испытаний [6, 8] с учетом требований стандарта расчетов удельных [5] и фактических значений выбросов, полученных при обработке эксперимента по методике [9], а также расхода топлива были рассчитаны коэффициенты приспособленности (рисунок) двигателя ЗМЗ 4062.10 к низкотемпературным условиям эксплуатации [6].

Численные значения параметров математической модели изменения коэффициентов приспособленности при низкотемпературных условиях эксплуатации по выбросам ВВ с ОГ и расходу топлива, полученные для бензина и КПГ с использованием программы «Regress 2.5», имеют вид:

AfH =1,02 -7,09 -10"5(iB -8)2; (1)

Af* = 1,03 - 7,50 • 10 "5 (i, - 5) 2; (2)

а£е = 0,92 + 1,96 • 10 "4 (f, - 1)2; (3)

A^F = 1,28 + 7,38 10 "4(i, + 1)2, (4)

где tB - фактическая температура воздуха.

Анализ графических зависимостей (см. рисунок а), а

также математических моделей (1) и (2) позволяет сделать

вывод, что двигатель, работающий на КПГ, менее восприимчив к изменению температуры воздуха на входе в двигатель по сравнению с бензином [6, 8]. Это можно объяснить тем, что при работе на бензине в области отрицательных значений температур ухудшается смешивание воздуха с топливом и его испарение. У природного газа эта проблема стоит менее остро, так как он поступает в двигатель в виде газовой фазы и соответственно легче смешивается с воздухом. Следовательно при работе на КПГ двигатель более приспособлен к изменению температуры окружающего воздуха, нежели при использовании бензина.

Проведя анализ графических зависимостей (см. рисунок б), а также математических моделей (3) и (4), можно отметить, что двигатель при работе на КПГ более восприимчив к изменению температуры воздуха на входе в него по сравнению с бензиновым двигателем.

Однако количество выбрасываемых вредных веществ с ОГ значительно ниже, чем при использовании бензина. Это можно объяснить физико-химическими свойствами природного газа, его агрегатным газообразным состоянием, а также более полным сгоранием [1]. При использовании КПГ двигатель также более приспособлен к изменению температуры окружающего воздуха по сравнению с бензиновым двигателем.

Литература

1. Морев А.И., Ерохов В.И. Эксплуатация и техническое обслуживание газобаллонных автомобилей. - М.: Транспорт, 1988. - 184 с.

2. Методические рекомендации «Нормы расхода топлива и смазочных материалов на автомобильном транспорте» от 14.03.2008 г. № АМ

- 23-р.

3. Иванов А.С., Анисимов И.А. Токсичность газодизельных автомобилей в низкотемпературных условиях эксплуатации // Транспорт Урала. - 2010.- № 1 (24). - С. 83-86.

4. Резник Л.Г., Ромалис Г.М., Чарков С.Т. Приспособленность автомобилей к низким температурам воздуха: учеб. пособие. - Тюмень, ТГУ, 1985. - 105 с.

5. ГОСТ Р 41.49-2003. Единообразные предписания, касающиеся сертификации двигателей с воспламенением от сжатия и двигателей, работающих на природном газе, а также двигателей с принудительным зажиганием, работающих на сжиженном нефтяном газе, и транспортных средств, оснащенных двигателями с воспламенением от сжатия, двигателями, работающими на природном газе, и двигателями с принудительным зажиганием, работающими на сжиженном нефтяном газе, в отношении выбросов вредных веществ. - М.: Изд-во стандартов ИПК, 2004. - 150 с.

6. Чикишев Е.М. Оценка приспособленности газобаллонных автомобилей к низкотемпературным условиям эксплуатации по расходу топлива и токсичности отработавших газов: дисс. ... канд. техн. наук.

- Тюмень: ТюмГНГУ, 2011. - 189 с.

7. РД 3112199-1095-03. Руководство по организации и эксплуатации газобаллонных автомобилей, работающих на компримированном природном газе. - Минтранс РФ, ФГУП НИИАТ. - 2002. - 59 с.

8. Чикишев Е.М., Анисимов И.А. Влияние низких температур воздуха на расход топлива и выбросы вредных веществ с отработавшими газами автомобилей, эксплуатирующихся на компримированном природном газе и бензине // АГЗК+АТ. - 2010. - № 5 (53). - С. 32-37.

9. Чикишев Е.М., Анисимов И.А. Методика расчета массовых и удельных выбросов вредных веществ в отработавших газах двухтопливных автомобилей в низкотемпературных условиях эксплуатации // АГЗК+АТ. - 2010. - № 6 (54). - С. 4-7.

«Транспорт на альтернативном топливе» № 6 (30) декабрь 2012 г.