Перспективы переоборудования на газомоторное топливо дизельных двигателей большегрузных автомобилей, приводов генераторов и компрессор

ПЕРСПЕКТИВЫ ПЕРЕОБОРУДОВАНИЯ НА ГАЗОМОТОРНОЕ ТОПЛИВО  ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ БОЛЬШЕГРУЗНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ, ПРИВОДОВ ГЕНЕРАТОРОВ  И КОМПРЕССОРНЫХ  СТАНЦИЙ

 
С.В. Фучкин, С.В. Селиванов, А.В. Чернов, ООО "МОБИЛЬГАЗ" 
423832, г. Набережные Челны, Новый город, д. 41/03-513 
тел. (8552) 51-20-01, факс (855-2) 51-58-21, E-mail: fsv@mobilgaz.chelny.ru       

Идея использования  в качестве моторного топлива  горючих газов уходит своими корнями  в дале-кое прошлое. В настоящее  время она стала особенно актуальной, во-первых, в связи с принятием для ав-тотранспортных средств более жестких нормативов на выбросы вредных веществ с отработавшими газа-ми (ВВВ с ОГ). С 2000 года действуют требования Евро-2, а с октября 2005 года вводятся нормы ЕЭК ООН № 49-03 Евро-3. Применение природного газа позволяет выполнить эти требования с меньшими затрата-ми и в более короткие сроки по сравнению с трудоемкой и дорогостоящей доводкой двигателей на жидких моторных топливах.  
      Во-вторых, наметившееся снижение объемов добычи нефти и временами, возникающий в связи с этим дефицит более удобных в применении традиционных жидких моторных топлив, также способствуют актуализации идеи газификации автомобильного транспорта  
      В то же время, существенным сдерживающим фактором является отсутствие экономической заин-тересованности организаций эксплуатирующих автомобильный транспорт. Частично компенсировать этот неблагоприятный фактор можно поддержанием следующего соотношения цен на топливо:

·  76 бензин и дизельное топливо 1 ед.;

·  Пропан-бутан 0,5 ед.;

·  Метан 0,25 ед.  
      Или системой поощрительных мероприятий на государственном уровне для чего необходимо при-нять, наконец, закон "Об альтернативных газообразных топливах в РФ", аналогичные законы приняты и успешно работают во многих странах за рубежом. Частично ситуация решается за счет региональных про-граммам и мероприятий проводимых РАО "ГАЗПРОМ" взявшим на себя роль инициатора и координатора процесса газификации и на собственном примере, переоборудуя технологический транспорт апробирует и пропагандирует.  
 
      ООО-фирма "МОБИЛЬГАЗ" занимается переводом автомобильного транспорта боле 10 лет, а многие специалисты более 15. При этом основной упор делается на переоборудование большегрузных автомобилей как карбюраторных с газовыми двигателями, так и дизельных с газодизельным рабочим цик-лом.  
      На долю большегрузных автомобилей падает значительная доля общего потребления моторных топлив:

·  Расход жидкого моторного топлива на 100 км составляет от 30 до 60 литров;

·  Пробег месячный достигает 6000 - 12000 км;

·  Последнее время растут объемы грузоперевозок автомобильным транспортом.  
      Поэтому перевод даже части грузового парка автомобильного транспорта России на газомоторное топли-во приведет к существенной загрузке АГНКС, быстрее будет обеспечена их рентабельность. Переобору-дование большегрузов может осуществляться по двум направлениям по газодизельному и по чисто газо-вому:

·  Газодизельные двигатели - требуют небольших изменений имеющейся дизельной системы пи-тания связанной с доработкой топливного насоса высокого давления для обеспечения стабильной подачи небольшой дозы дизельного топлива во всем диапазоне нагрузочных режимов работы и установки дополнительного газового оборудования для хранения, снижения давления и подачи га-за в цилиндры двигателя.

·  Переоборудованию на чисто газовый рабочий процесс подвергаются карбюраторные двигатели и дизельные, при большом износе и необходимости проведения капитального ремонта. В этом случае затраты на переоборудование дизеля частично компенсируются за счет средств которые все равно необходимо затратить на капитальный ремонт. Переоборудование включает в себя де-монтаж дизельной системы питания, доработку поршней, головок цилиндров, впускного коллекто-ра, установку искровой системы зажигания и дополнительного газового оборудования для хране-ния, подготовки и подачи газа в цилиндры двигателя.  
      В первом случае мы имеем более быстрый (в среднем четыре дня) и дешевый вариант доработки для ра-боты на газе транспортного средства. При этом автомобиль получает возможность работать в штатном режиме на жидком моторном топливе и на газообразном с воспламенением запальной дозой дизельного топлива. Это особенно актуально на первом этапе газификации транспорта пока неразвита сеть АГНКС - автомобиль не зависит от отсутствия заправки газом и имеет значительный общий пробег на газе и дизто-пливе до 1500 км.  
      Во втором случае при тех же затратах как и на капитальный ремонт мы получаем экологически чистый экономичный автомобиль с высокими динамическими характеристиками благодаря оптимизиро-ванным под питание метаном параметрам двигателя (дизели при конвертации в чисто газовый вариант имеют степень сжатия более высокую чем у карбюраторных двигателей и ниже чем у дизелей). Магист-ральный тягач с газовым двигателем и с грузом около 25 … 30 тонн расходует примерно 40 … 50 м3 при-родного газа на 100 км пробега.  
      Первые газодизельные автомобили (КАМАЗ-53208, КАМАЗ-53218, КАМАЗ-54118, КАМАЗ-55118) выпускались серийно на ОАО "КАМАЗ" с 1987 г. Автомобиля сходили с заводского конвейера с двигателя-ми КАМАЗ-7409.10 - безнаддувный газодизельный вариант. Параллельно проводились работы по иссле-дованию и доводке газодизельного двигателя на базе дизельной турбонаддувной модели КамАЗ-7403 как на ОАО "КамАЗ", так и в НИЦИАМТ (Автополигон, г. Дмитров), ГНЦ НАМИ. Однако по ряду объективных причин выпуск газодизельных автомобилей был прекращен, а производство наддувного варианта газоди-зеля не было начато.  
      В последнее время газодизельная тематика на ОАО "КАМАЗ" закрыта и официально передана ООО-фирме "МОБИЛЬГАЗ". Фирма "МОБИЛЬГАЗ" занимается не только наблюдением за газодизельными автомобилями КАМАЗ, находящимися в эксплуатации, но и дальнейшим совершенствованием и адапта-цией газодизельной системы питания на вновь разработанные модели автомобилей и двигателей семей-ства КамАЗ. На сегодняшний день в общей сложности фирмой переоборудовано для работы по газоди-зельному циклу порядка 8 тысяч автомобилей КамАЗ и Урал с камазовскими двигателями как обычной безнаддувной модели 7409.10, так и с турбонаддувными двигателями КАМАЗ-7403. Завершены опытно конструкторские работы по газодизелям на базе дизельных двигателей "Евро".

 
      Эксплуатация (в течение более 2-х  лет) газодизельных автомобилей  КамАЗ с турбонаддувным двигателем 7403, переоборудованных ООО "МОБИЛЬГАЗ" для работы на сжатом природном газе, под-твердила их работоспособность в различных условиях. Автомобили обладают тягово-динамическими и скоростными свойствами, не уступающими базовым дизельным, обеспечивая при этом значительную эко-номию дизельного топлива.  
      Напрашиваются выводы:

·  Необходима более тщательная подготовка ИТР и водительского состава к эксплуатации транспор-та, работающего на газе на предприятиях всех форм собственности.

·  В эксплуатирующих организациях должна быть внедрена система экономического стимулирования рабочих и ИТР, работающих с автомобилями на газовом топливе.

·  Необходим постоянный контроль за эксплуатацией газифицированного транспорта (речь идет о плановом ремонте и техобслуживании) со стороны руководителей автопредприятий.  
      Наряду с совершенствованием механических газовых систем уже сегодня специалистами фирмы осуществляется разработка электронных систем питания и управления газодизельными и газовыми ста-ционарными двигателями, проходят испытания газовой системы питания для инжекторных двигателей легковых автомобилей отечественного производства (ГАЗ "Волга", ВАЗ и ОКА).

 
      Не смотря на кажущуюся простоту и легкость адаптации механических эжекционных газовых сис-тем питания, к различным автомобилям, на практике приходится констатировать, что для улучшения па-раметров, почти каждая модель двигателя требует изготовления оригинальных узлов и деталей смесите-лей и кронштейнов крепления.  
      Затраты на проведение ОКР, расширение номенклатуры изделий при стремительном обновлении автомобильного парка, значительно повышают затраты в процессе переоборудования автомобилей для использования в качестве моторного топлива СПГ и КПГ.  
      Особенно актуальным становится вопрос поиска альтернативных технических решений, в услови-ях законодательного ужесточения экологических требований по снижению концентраций вредных веществ выбрасываемых газобаллонными автомобилями с отработавшими газами.  
      Распространенным заблуждением является утверждение о том, что замена жидких топлив нефтя-ного происхождения на газ автоматически улучшает экологические показатели.  
      На примере многочисленных научных исследований можно показать, что стремление снизить кон-центрацию СО и СН приближая рабочую смесь к стехиометрической для конвертированных дизельных двигателей, приводит к повышению концентрации выбросов Noх, повышению температуры и снижению ресурса деталей цилиндро-поршневой группы и ГРМ, необходимости наличия в системе выпуска дорого-стоящего нейтрализатора. Работа на обедненных смесях снижает агрегатную мощность, повышает вы-брос СН, требует очень гибкого смешанного (количественно-качественного) регулирования.  
      Для газодизельных двигателей требуется изменение запальной дозы как функции многих пере-менных.  
      В некоторых реализованных конструкциях, использующих традиционные технические решения, удалось добиться приемлемой сбалансированности противоречивых требований на отдельных устано-вившихся режимах.  
      Однако, предстоящее введение правил ЕЭК ООН № 49-03 с контролем концентраций при непре-рывно изменяющихся параметрах работы двигателя, ставит под сомнение возможность выполнения жест-ких экологических норм даже при значительном усложнении конструкции традиционных систем ГТА.  
      В условиях непрерывного совершенствования автомобильной техники и ужесточения эко-логических норм, применение электронных микропроцессорных систем управления не имеет иной альтернативы.  
      С целью повышения качества разработок электронных систем управления, сокращения сроков до-водки опытных образцов и освоения серийного производства, в рамках реализации межправительствен-ной программы "Электронные системы перспективного автопоезда ЕВРО-3" на базе ОАО "Аэрокосмиче-ское оборудование",  
      ООО-фирма "МОБИЛЬГАЗ" совместно с НТЦ "КАМАЗа", ООО "АБИТ" (С. Петербург), НТЦ "АВАНГАРД" (Саратов) и др. предприятиями, ведет опытно-конструкторские работы по разработке универсальных мо-дульных систем электронного управления двигателем, как в газодизельном, так и в дизельном режимах.  
      Изготовлена и успешно прошла приемочные и сертификационные испытания микропроцессорная система управления стационарным газовым двигателем с искровым зажиганием для привода электроаг-регатов.

 
      Совместно с НТЦ "Завод Ленинец" (С. Петербург) успешно проводятся доводочные испытания электромагнитного поворотного  привода рейки ТНВД для дизельных и газодизельных двигателей.  
      Благодаря модульной структуре, системы легко адаптируются к любой модели отечественных и зарубежных двигателей.  
      Адаптация систем к различным двигателям производится перепрошивкой калибровочных таблиц в ПЗУ микропроцессорного блока.  
      На базе проведенных НИОКР, разработаны и испытаны варианты систем для бензиново-газовых автомобилей ГАЗ 3102, ОКА 11113.  
      Микропроцессорные системы управления обеспечивают автоматическую диагностику элементов систем и агрегатов, встроенную систему защиты и индикации утечки газа, осуществляют автоматических переход с одного вида топлива на другой.  
      Благодаря комплектованию систем в основном изделиями Российских производителей, стоимость систем сопоставима с традиционными системами при значительно меньших затратах на адаптацию и трудоемкость монтажа на автомобили.  
      При наличии линии диагностики (К-line) для подключения внешних диагностических приборов по стандартному протоколу "Keyword -2000", наиболее технологичным становится использование ПК систе-мы IBM c набором диагностических программ.  
 
      Исходя из вышесказанного, можно сделать следующие выводы:

1. Наступил новый этап, характеризующийся активной заменой жидких моторных топлив в частном и городском хозяйстве, а также регионах непосредственной добычи природного газа.
2. Необходимо переоборудовать автомобильную технику в местах с доступными средствами заправ-ки АГНКС.
3. Параллельно необходимо развивать инфраструктуру заправочных станций АГНКС для обеспече-ния заправки газовых автомобилей в любом месте где бы они ни оказались и в любое время (так же как мы сейчас заправляемся жидким моторным топливом)  
   Организовать совместно с заинтересованными организациями проведение НИОКР по соз-данию новой техники:
• модернизация семейства газодизельных автомобилей и двигателей;
• разработка и внедрение газового двигателя для автомобилей и автобусов;
• разработка и внедрение газового двигателя для стационарных условий эксплуатации;
• разработка и внедрение газового и газодизельного двигателя для автомобилей, автобусов и ста-ционарных установок с максимальным использованием электронных систем регулирования;
• освоение новых систем хранения природного газа на борту автомобиля (криогенные емкости).