close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Солодовников Дмитрий Николаевич. Оценка эффективности применения газового топлива на автомобильном транспорте

код для вставки
АННОТАЦИЯ
В выпускной квалификационной работе выполнена оценка объективности
информации
производителя
по
основным
топливно-эксплуатационным
показателям газового двигателя путем поверочного расчета. При выполнении
расчета использовался программный пакет расчета ДВС, что позволило
адаптировать его к расчетным данным для газовых двигателей. По результатам
расчета построена индикаторная диаграмма, установлен характер изменения
кривых удельных сил. По результатам расчета установлены параметры изменения
скорости, хода и ускорения поршня, как наиболее нагруженного элемента в
конструкции ДВС.
Теоретически установлены причины появления задиров на зеркале
цилиндра и юбке поршня, а так же разрушений происходящих в камере сгорания
ДВС. Дана оценка экономической эффективности использования газового
топлива в качестве альтернативы для бензина и дизельного топливо.
Дополнительно
установлены
затраты
на
выполнение
сервисных
и
ремонтных воздействий транспорта по поддержанию в работоспособном
состоянии ДВС. Дана объективная оценка реализации программы развития сети
автомобильных газонаполнительных компрессорных станций для Российской
федерации.
Структура и объем работы. ВКР состоит из введения, четырех глав,
заключения, списка литературы из 51 источника. Текст работы изложен на 77
страницах.
ABSTRACT
In the final qualifying work, the assessment of the objectivity of the
manufacturer's information on the main fuel and operational indicators of the gas engine
by verification calculation was performed. When performing the calculation, a software
package for calculating the internal combustion engine was used, which allowed
adapting it to the calculated data for gas engines. According to the results of calculation
of the indicator diagram is constructed, the nature of changes in the curves of specific
forces. According to the results of the calculation, the parameters of changing the speed,
stroke and acceleration of the piston as the most loaded element in the engine design are
established.
Theoretically, the reasons for the appearance of scoring on the cylinder mirror
and the piston skirt, as well as the destruction occurring in the combustion chamber of
the engine are established. The estimation of economic efficiency of gas fuel use as an
alternative for gasoline and diesel fuel is given.
Additionally, installed costs for performing the maintenance and repair of
transport impacts on the maintenance in operational condition of the internal
combustion engine. An objective assessment of the program of development of the
network of automobile gas-filling compressor stations for the Russian Federation is
given.
Structure and scope of work. WRC consists of an introduction, four chapters,
conclusion, list of literature from 51 sources. The text of the work is presented on 77
pages.
1
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….
1. Аналитический раздел……………………………………………………...
1.1. Перспективы использования газового топлива в двигателях
внутреннего сгорания …………………………………………………………
1.2. Влияние физико-химических показателей газовых топлив на
эксплуатационные качества двигателя ………………………………………
1.3. Преимущества и недостатки эксплуатации автотранспорта с
газовыми двигателями……………………………………………………….
1.4. Конструктивные особенности электронной системы
управлении газовых двигателей……………….................................................
1.5 Выводы по разделу……………………………………………………….
2. Расчетные сведения по применению газового топлива ………………….
2.1. Поверочный тепловой расчет газового двигателя ……………………..
2.2. Специфика использования расходных материалов для газового
силового агрегата……………………………………………………………..
2.3 Выводы по разделу……………………………………………………….
3. Экономическая оценка эффективности использования газового топлива
3.1 Сравнительный анализ топливной экономичности …………………….
3.2. Оценка ресурсных характеристик газового двигателя ………………..
3.3 Выводы по разделу………………………………………………………..
4. Экономическая эффективность работы автотранспорта,
эксплуатируемого на газовом топливе ……………………………………....
4.1 Организационная структура предприятий, эксплуатирующих
автотранспорт, работающий на газовом топливе…………………………….
4.2 Расчет эксплуатационных затрат автотранспортного предприятия……
4.3 Реализация программы и развитие сети автомобильных
газонаполнительных компрессорных станций ………………………………
4.4Выводы по разделу…………………………………………………………
Заключение……………………………………………………………………...
Список использованных источников…………………………………………
Приложения……………………………………………………………………
6
8
8
10
17
23
27
28
28
35
37
38
38
41
47
48
48
52
64
70
71
73
77
2
ВВЕДЕНИЕ
Работа выполнена в рамках проблемного поля направления 23.04.03 –
Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов.
Актуальность темы выпускной квалификационной работы (ВКР) В
связи с общей тенденцией к сохранению окружающей среды, в России наметился
рост количества автотранспортных средств с газовыми двигателями. Однако газ
не настолько доступен, как бензин или дизельное топливо на АЗС, поэтому
транспорт,
работающий
на
газе,
приобретают
в
основном
крупные
автотранспортные предприятия с централизованной заправкой. Один из таких
примеров – автотранспортное предприятие, имеющее как легковой, так и
коммерческий транспорт.
Распоряжением Правительства РФ от 13 мая 2013 г. N 767-р «О
регулировании отношений в сфере использования газового моторного топлива, в
том числе природного газа в качестве моторного топлива» предусматривается
достижение целей по переводу общественного транспорта и транспорта дорожнокоммунальных служб в городах на газовое моторное топливо. В крупных городах
не менее 50% соответствующего транспорта должно быть переведено на газовое
топливо. На данный момент доля такого транспорта в России достаточно мала по
сравнению с другими странами, хотя страна богата природным газом, внутренний
спрос на газ должен только увеличиваться.
Вышеизложенное со всей очевидностью доказывает актуальность темы
выпускной квалификационной работы «Оценка эффективности применения
газового топлива на автомобильном транспорте»
Цель исследования – обоснование норм расхода топливно-смазочных
материалов для газовых двигателей транспорта.
Объект исследования – газовые двигатели автотранспортных средств.
Предмет исследования – топливная экономичность, экологичность и
эффективность функционирования газовых двигателей
автотранспортных
средств.
3
Методы исследования. Используется системный анализ, экспертная
оценка, аналитические исследования, методы математической статистики, теории
старения машин, теории надежности.
Задачи исследования:
1. Аналитические исследования в сфере перспектив использования
двигателей, работающих на газовом моторном топливе, при эксплуатации
коммерческого транспорта.
2. Оценка влияния физико-химических свойств газовых топлив на
эффективность функционирования газовых двигателей.
3. Исследование конструктивных особенностей газовых двигателей.
4. Оценка объективности информации производителя транспортных средств
по основным топливно-эксплуатационным показателям газового двигателя путем
выполнения поверочного расчета.
5. Исследование особенностей использования расходных материалов при
эксплуатации газовых двигателей.
6. Патентные исследования форкамер газового двигателя.
7. Экспериментальные исследования надежности газовых двигателей MAN
Е2676 LE202.
8. Обоснование экономической эффективности использования газового
топлива в двигателях внутреннего сгорания.
9.
Перспективы
развития
сети
автомобильных
газонаполнительных
компрессорных станций в России.
4
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
1.1 Перспективы использования газового топлива в двигателях внутреннего
сгорания
Стоимость
эксплуатации
автотранспортных
средств
имеет
прямую
зависимость от количества потребляемого топлива, что в свою очередь зависит от
технических характеристик силового агрегата и от массы транспортного средства.
Постоянное совершенствование автотранспортных средств в большей степени
связано с созданием более экономичных автомобилей. Считается что наиболее
экономичные автомобили те, которые оборудованы дизельным силовым
агрегатом, однако это не всегда так. В настоящее время все чаще используется
газовое оборудование, которое монтируется на транспортное средство, позволяя
использовать помимо традиционного топлива еще и газовое топливо [2].
Получить громадную прибыль от массового перевода автотранспортных
средств на газовое топливо не всегда возможно. Сокращаются эксплуатационные
затраты и себестоимость транспортной работы.
Различают следующие виды газового моторного топлива для автомобилей и
подвижной
наземной
техники:
сжиженный
нефтяной
газ
(СНГ),
компримированный (или сжатый) природный газ (КПГ) и сжиженный природный
газ (СПГ). По своим энергетическим, физико-химическим и экологическим
показателям
газовое
топливо
является
достаточно
перспективным
энергоносителем и его использование может дать положительный эффект во
многих аспектах, главными из них являются:
− экономика производства газового моторного топлива,
− топливная экономичность газового двигателя,
− больший ресурс двигателя, работающего на газовом моторном топливе,
− экологическая безопасность газовых двигателей.
Безопасность газовых двигателей в отношении обеспечения требований
экологичности является важнейшим фактором, определяющим преимущества
газового моторного топлива. Безопасность газовых двигателей определяется
следующими факторами:
5
− снижением расхода энергоресурсов;
− существенно меньшими выбросами в воздух вредных веществ;
− уменьшением выброса тепличных газов.
Современные рыночные условия
экономического развития
требуют
достижения эффективности в кратчайшие сроки, что не только не позволяет
проводить широкомасштабные полигонные и эксплуатационные испытания, но и
делают подобные процессы дорогостоящими и не выгодными для фирмизготовителей.
В свою очередь увеличиваются требования к различным категориям
транспортных и технологических машин, в частности, пассажирского транспорта,
надежное функционирование которого очень важно, т.к. его безотказное
работоспособное состояние в различных условиях должно обеспечивать
безопасность перевозки пассажиров и исключить негативное воздействие на
окружающую среду.
Автомобильный парк Российской федерации вырос существенно за
последние время и его рост продолжается.
Все
большее
потребление
традиционного
нефтяного
топлива
на
автотранспорте истощает уже освоенные нефтяные месторождения, поэтому
осваиваются новые. Этот фактор влияет на стоимость конечного продукта –
бензина и дизельного топлива, что приводит к постоянным колебаниям цен как в
меньшую, так и в большую сторону.
Газовое топливо при использовании в двигателях внутреннего сгорания
превосходит
традиционное
топливо
из
нефти.
При
его
использовании
достигаются лучшие технико-экономические показатели в силовом агрегате, так
как природный газ обладает лучшими антидетонационными свойствами,
благоприятно происходит смесеобразование топливовоздушной смеси. Именно по
этому первые изобретенные силовые агрегаты работали именно на газовом
топливе. В середине 20 века в нашей стране начали производить первые
газобаллонные транспортные средства в которых в качестве топлива стал
применяться сжатый природный газ. Но сравнительно небольшая добыча газа в
6
то время не позволяла массово выпускать газобаллонные автомобили. Сейчас
почти все газопроводы объединены в Единую Систему Газоснабжения, которая
охватывает большую европейскую часть Российской Федерации, Среднюю Азию,
Приморье и Сахалин.
Можно сделать вывод что имеется целый комплекс факторов, которые
определяют перспективность все большего применения газа как топлива на
автомобильном транспорте.
Распоряжением Правительства РФ от 13 мая 2013 г. N 767-р «О
регулировании отношений в сфере использования газового моторного топлива, в
том числе природного газа в качестве моторного топлива» предусматривается
достижение достаточно серьезных целей по переводу общественного транспорта
и транспорта дорожно-коммунальных служб в городах на газовое моторное
топливо. В крупных городах не менее 50% соответствующего транспорта должно
быть переведено на газовое топливо. На данный момент доля такого транспорта в
России достаточно мала по сравнению с другими странами, хотя страна богата
природным газом, внутренний спрос на газ должен только увеличиваться.
Данное Распоряжение предполагает гармонизацию российских правовых
актов
в
области
стандартизации
с
соответствующими
международными
документами в сфере применения природного газа как моторного топлива, а
также стимулирование использования его применения за счет льгот по
налогообложению, мер таможенно-тарифного регулирования и субсидирования.
1.2 Влияние физико-химических показателей газовых топлив на
эксплуатационные качества двигателя
Применение газового топлива в двигателях внутреннего сгорания требует
их соответствующих конструктивных доработок, которые обуславливаются
типами и физико-химическими характеристиками
используемых газов.
В
частности можно выделить следующие виды газового топлива
Сжиженные нефтяные газы (СНГ) в диапазоне температур от –20 °C до
+20 °C и давлении от 1,0...2,0 МПа находятся в жидком состоянии. Компоненты,
7
входящие в их состав – этан, пропан, бутан, этилен, пропилен, бутилен и их
изомеры. Полный комплект для переоборудования автомобиля на СНГ имеет
массу от 40 до 60 кг вместе с баллоном и может быть установлен на легковые
автомобили. Объема хранимого топлива может хватать на пробег практически
соизмеримый
с
пробегом
транспортного
средства,
эксплуатируемого
на
традиционном топливе.
Сжиженные природные газы (СПГ) по происхождению и составу схожи с
компримированными природными газами и получают их путем охлаждения
метана до температуры -162°C. Хранение их производится в емкостях с
теплоизоляцией. При переоборудовании транспортного средства для работы на
СПГ устанавливается специальная криогенная емкость и испаритель, который
использует
тепло
выпускного
тракта.
Монтаж
топливной
аппаратуры,
работающей на газе аналогичен случаю с использованием КПГ. Получение СПГ
обходится в 2–3 раза дороже получение КПГ. Таким образом СПГ наиболее
целесообразен
для
использования
на
автомобилях
с
рефрижераторной
установкой, где он выполняет дополнительную функции хладагента для
холодильных систем.
Не возможность использования сжиженного природного газа получается изза трудности хранения и заправки, сложности конструкции аппаратуры и
криогенных топливных баков (большие размеры).
Компримированные (сжатые) природные газы (КПГ) при определенных
температурах и всех высоких давлениях имеются в газообразном состоянии. К
этим газам можно отнести метан, водород и др. Самое большое распространение
для применения в качестве топлива на транспортных средствах получил метан,
являющийся главной частью добываемого природного газа и составной частью
биологического газа, который
может быть получен в процессе брожения
разнообразных отходов жизнедеятельности.
Природный газ уступает нефтяным топливам по самовоспламеняемости,
применение в дизелях возможно только в сочетании с запальным количеством
дизельного топлива до 20 %. Для автомобилей компримированный (сжатый)
8
природный газ выпускают по ГОСТ 27577–2000. Основными компонентами газа
являются горючие газы метан (90 %) и этан (4 %). По физико–химическим
показателям и содержанию примесей природному топливному газу необходимо
соответствовать
ГОСТ
27577-2000
«Газ
природный
топливный
компримированный для двигателей внутреннего сгорания».
Для газа ограничивают содержание негорючего компонента азота (N2).
Природный газ содержит в своем составе метан (более 90 %), примеси этана
(около 6%), пропан (до 1,7%), и бутана (до 1%).
КПГ
получают
из
природного
газа,
который
транспортируется
магистральными газопроводами или городскими газовыми сетями, путем
компримирования и удалением определенного количества вредных примесей на
газонаполнительных компрессорных станциях (ГНКС) по технологии, которая не
предусматривает изменение состава компонентов и утверждается в определенном
порядке.
Метан бесцветный газ, не имеющий запаха и плохо растворяющийся в воде,
он легче воздуха. Имеет отношение к предельным углеводородам. Его молекулы
состоят только из углерода и водорода. Высокая концентрация водорода
гарантирует лучшее сгорание топлива в цилиндрах двигателя по сравнению с
бензином и сжиженным нефтяным газом, поэтому метан является полноценным
топливом для автомобилей с хорошими антидетонационными характеристиками.
Характеристика метана
Молекулярная формула – CH4
Масса молярная, кг/моль – 16,03
Плотность при температуре 15°С и давлении 0,1 МПа:
- в газообразном состоянии, кг/м3 – 0,717
- в жидком состоянии, кг/л – 0,42
Углеродное число – 2,96
Температура кипения, °С – -161,7
Температура самовоспламенения (вспышки), °С – 590
Низшая теплота сгорания:
9
- в газообразном состоянии, кДж/м3 – 33800
- в жидком состоянии, кДж/л – 20900
Относительная плотность (по воздуху) – 0,554
Коррозионная активность – отсутствует
Токсичность – не токсичен
Температура горения, °С – 2030
Параметр теплоты сгорания – количество теплоты, которое выделяется при
полном сгорании 1м3 газа, в условиях атмосферного давления и при температуре
окружающей среды 20°С.
При определении высшей теплоты сгорания учитывается вся теплота,
выделившаяся при сгорании и которая отведена от продуктов сгорания при
охлаждении их до первоначальной температуры. Фактически образовавшиеся
водяные пары не конденсируются и часть тепла уносится, величина которого при
нагреве 1 кг воды от 0 до 100°С равна 418,6 кДж.
Во время сгорания на испарение влаги, которая содержится в топливе и
получается при сгорании водорода, расходуется теплота. Следовательно для
оценки газовых топлив на практике применяется низшая теплота сгорания газа,
являющаяся стандартной величиной.
Природный газ перед использованием в качестве моторного топлива
проходит предварительную подготовку на предмет соответствия его параметров
на эксплуатационные качества двигателя (удаление примесей) и условиям
хранения на автомобиле. Так как природный газ сжижается при температуре 161,7°С, а в нормальных условиях это сделать невозможно, на автомобилях он
хранится в баллонах в сжатом до 20 МПа (200кг/см.кв.) состоянии.
Сжатые газы характеризуются тем, что при температуре 20°С и высоком
давлении (20 МПа) остаются в газообразном состоянии.
Содержание влаги в сжатом (компримированном) газе свыше 9 мг/м3 может
вызывать образование ледяных пробок в системе питания двигателя.
Физико-химические показатели газового топлива должны соответствовать
требованиям и нормам, представленным в таблице 1.1.
10
Таблица 1.1 Физико-химические показатели газа
Показатель
Значение
3
1 Объемная теплота сгорания низшая, кДж/м , не менее
31800
2 Приведенная плотность к воздуху
0,55-0,70
3 Октановое число газа расчетное (по моторному
105
методу), не менее
4 Концентрация сероводорода, г/м3, не более
0,02
3
5 Концентрация меркаптановой серы, г/м , не более
0,036
3
6 Масса механических примесей в 1 м , мг, не более
1,0
7 Суммарная объемная доля негорючих компонентов,
7,0
%, не более
8 Объемная доля кислорода, %, не более
1,0
3
9 Концентрация водяных паров, мг/м , не более
9,0
П р и м е ч а н и е - Значения показателей установлены при температуре 293 К (20 °С) и
давлении 0,1013 МПа.
Газ можно отнести к группе веществ, которые способны образовывать с
взрывоопасные
смеси
вместе
с
воздухом.
Предел
концентрации
для
воспламенения газовой смеси (по метану) с воздухом при нормальных
климатических условиях находится от 5 % (по объему) до - 15 %.
Таблица 1.2 Октановые числа углеводородов природного газа
Компонент
Метан
Этан
Пропан
н-Бутан и изобутан
н-Пентан и изопентан
Химическая формула
СН4
С2Н6
С3Н8
С4Н10
С5Н12
Октановое число
110
108
105
94
70
Основные физико-химические показатели газовых топлив:
1. Низшая теплота сгорания (HH, МДж/кг или МДж/м3) характеризуется
энергетическими свойствами и показывает, наименьшее количество тепла которое
выделяется при полном сгорании единичной величины массы или объема.
2. Стехиометрический (массовый или объемный) коэффициент (L0 кг/кг
или м3/м3) характеризует количество воздуха, которое необходимо для
полноценного сгорания единичной величины массы или объема газового топлива.
3. Низкая теплотворность горючей смеси (hH МДж/кг или МДж/м3)
определяет количество тепловой энергии в единичном объеме массы или горючей
смеси стехиометрического состава.
11
Эти показатели можно связать следующим соотношением:
h
Hн
.
1  L0
4. Плотность (p, кг/м3) это масса, которая заключена в единице объема в
жидкой или газообразной фазе при некоторых внешних условиях.
5. Октановое число (ОЧ) характеризуется антидетонационными свойства
газового топлива и необходимо для определения максимальной степени сжатия
силового агрегата. Октановое число газовых топлив находится в диапазоне 70 –
110. Чем больше октановое число газа, тем двигатель менее склонен к детонации
степень сжатия силового агрегата может быть больше, а следовательно он может
быть более экономичным.
6. Цетановое число (ЦТ) характеризуется воспламеняемостью газового
топлива: хуже происходит воспламенение газа, если это число ниже,
соответственно, ухудшаются пусковые свойства силового агрегата на этом
топливе. Следует отметить, что ОЧ и ЦТ связаны между собой линейно: при
повышении ОЧ, снижается ЦТ.
7. Диапазоны
воспламеняемости
газового
топлива
характеризуются
граничными значениями процентного содержания газа в воздухе, при которых
воспламенение горючей смеси все еще возможно. Воспламеняемость газовой
смеси зависит от температуры, давления и его турбулентности (завихрение
газовых потоков). Если смесь переобеднена или переобогащена, то она
воспламениться не может.
Знать значение этих пределов необходимо для организации правильного
рабочего процесса и возможности регулирования подачи топлива в силовых
агрегатах,
для
расчета
взрыво–
и
пожаробезопасной
концентрации
и
соответственно обустройства помещения для хранения и ТО транспорта.
8. Критическая температура (Ткр) – температура, при которой плотность
жидкости и ее насыщенность паром получается равной.
9. Давление насыщенных паров (Ркр) в условиях критической температуры
называют критическим давлением.
12
В
таблице
1.3
приведены
основные
физико-химические
свойства
компонентов, входящих в состав сжиженных нефтяных и сжатого природного
газов с точки зрения сравнения физико-химических показателей газового топлива
и бензина как топлив для силовых агрегатов.
Таблица 1.3 Физико-химические свойства углеводородных газов, которые входят
в состав СНГ и КПГ
Состав СНГ
Показатель
Бензин
Пропан Бутан Пентан (для сравнения)
(норм.) (норм.)
C2H6
C3H8
C4H10 C5H12
Смесь
30,0
44,0
58,0
72,0
114,0
1,356
2,019
2,703
3,22
–
Метан Этан
Химическая формула
CH4
Молекулярная масса, кг/ моль
16,0
Плотность газовой фазы при 0,717
нормальных условиях (0°С, 760
мм рт. ст.), кг/м3
Относительная
плотность 0,564
газовой фазы (по воздуху)
Плотность жидкости (при
–
3
15 °С, 760 мм pт. ст.), кг/м
Критическая температура, °С
-82,1
Теплота сгорания низшая:
объемная, МДж/м3
33,7
массовая, МДж/кг
48,7
Стехиометрический
коэффициент, %
объемный, м3/м3
9,52
массовый, кг/кг
17,2
Низшая
теплотворность 3,22
газовоздушной смеси
(α = 1,0), МДж/м3
Октановое число (по моторному 110
методу)
Цетановое число
10
Температура воспламенения (при 640–
нормальном
атмосферном 680
давлении), °С
Пределы воспламенения, %:
нижний
5,0
верхний
14,0
Коэффициент избытка воздуха,
соответствующий нижнему и
верхнему
пределу
воспламеняемости:
αmax
2,0
αmin
0,65
1,048
1,562
2,091
2,488
–
0,446
0,509
0,582
0,625
0,720–0,740
32,3
96,8
152,0
196,0
–
60,0
47,0
85,5
45,7
111,5
45,4
137,5
45,1
–
43,9
16,7
16,05
3,40
23,9
15,7
3,46
30,95
15,35
3,41
38,1
15,3
3,52
–
14,5
–
108
105
94
70
72-84
–
508–
605
16
510–
580
25
475–
550
30
475–
510
–
270–330
3,2
12,5
2,4
9,5
1,9
8,5
1,4
8,0
1,5
6,0
1,82
0,42
1,70
0,40
1,67
0,35
1,84
0,30
1,18
0,29
13
Углеводородные газы, у которых критическая температура существенно
выше типовых температур окружающего воздуха (для пропана это 96,8 °C, а для
бутана – 152,0 °C), сравнительно легко сжижаются и их можно хранить в
сжиженном состоянии при сравнительно небольшом давлении. Их хранят в
легких емкостях, их можно применять для питания ДВС легковых автомобилей и
малотоннажного коммерческого транспорта.
Для метана, имеющего критическую температуру существенно меньшую
(минус 82,1 °C), будет газообразное состояние при любом его давлении в
газообразном состоянии, соответственно его необходимо содержать в емкостях
(баллонах), имеющих давление около 20 МПа.
Низшая теплота сгорания для газовых топлив выше, чем у жидкого топлива.
В этом плюс газа и это компенсирует недостаточное наполнение цилиндров
двигателя из-за сравнительно малой плотности газа.
Октановое число газового топлива выше, чем у бензинов, что является
преимуществом и позволяет избавиться двигателю от детонации, происходит
увеличение его мощности за счет того что можно увеличить степень сжатия и
несколько снизить расход топлива. Пределы воспламеняемости и коэффициент
избытка воздуха говорят о том, что пределы регулирования силового агрегата на
газе несколько шире, чем на традиционном топливе.
1.3 Преимущества и недостатки эксплуатации автотранспорта
с газовыми двигателями
У газового топлива есть несколько преимуществ: хорошее распределение в
камере сгорания, полное сгорание без образования копоти, невысокая стоимость,
отводимые выхлопные газы не содержат примесей серы и не происходит
разрушение металла, из которого изготовлена система выпуска, в 3-4 раза
сокращаются выбросы в атмосферу окислов углерода, на 15-20 % снижаются
выбросы окислов азота, полностью отсутствуют окислы свинца, данное топливо
отвечает требованием стандарта Евро-4. Развитие использования газа в качестве
14
топлива для муниципального, а также коммерческого транспорта в крупных
городах позволит значительно улучшить экологическую ситуацию в мегаполисах.
У специально сконструированных под газовое топливо двигателей
удельный показатель мощности выше бензиновых двигателей, а их топливная
экономичность близка к дизельным силовым агрегатам. КПД двигателей,
работающих на газе может достигать 40 % в обширном режимном диапазоне, в то
время, как для бензинового двигателя этот коэффициент редко превышает 30–
35 % и то для наиболее экономичного режима его работы.
Выпускные газы у двигателей, работающих на газовом топливе до 90 %
чище выпускных газов для двигателей, работающих на традиционном топливе.
Кроме повышения экологического класса, применение газового топлива в
силовых агрегатах автомобилей повышает срок службы свечей и некоторых
других элементов. Отсутствуют испарения топлива, отсутствуют паровоздушные
пробки в системе топливоподачи, достигаются следующие качества: устойчивая
работа в режиме холостого хода, лучшая приемистость и пожаробезопасность.
Для использования всех преимуществ газового топлива перед бензинами
нужно конструировать двигатели конкретно для применения газового топлива,
что требует крупных изменений в промышленности автотранспорта. Необходимо
сконструировать легкие, достаточно прочные баллоны низкой стоимости для
хранения газового топлива достаточного для пробега транспортного средства не
менее 400…500 км при как можно меньшем размере и массе.
Таким образом, сложность перехода на газ для автомобилей связана, в
первостепенно, со сложностью создания запасов топлива. Устройство для
хранения необходимого запаса для работы автомобиля газа оказывается очень
громоздким и требует больших денежных затрат. Следует отметить, что
стоимость хранилища, обеспечивающего часовой запас сжатого газа превышает в
несколько раз стоимость компрессора аналогичной часовой производительности.
Цена емкости для длительного хранения газа оказывается еще больше из-за
использования дорогих материалов. В настоящее время большинство регионов
15
имеют достаточно обширную сеть заправок газа для бесперебойной эксплуатации
транспорта, использующего газообразное топливо.
Созданы разнообразные модели для качественного оборудования при
переводе силовых агрегатов транспортных средств в битопливные и на практике
доказана эффективность применения газообразного топлива для силовых
агрегатов транспорта, заключающийся в полноценном сгорании газовоздушной
смеси, из-за чего происходит улучшение условий для смазывания трущихся пар
гильза – поршневые кольца, так как газообразное топливо не смывает смазочный
материал со стенок гильз. Нагарообразование становится меньше и на головке
блока цилиндров и на поршнях. Смазочный материал допускает замены реже, так
как он не разжижается так, как при использовании жидких топлив, меньше
загрязняется. Расходование масел на угар сокращается до 15 %.
Использование
газового
топлива
значительно
уменьшает
итоговую
токсичность выхлопных газов – окиси углерода СО, двуокиси азота NO2,
углеводородов CH. Соединений свинца, которые являются очень вредными в
отработанных газах, в двигателях, работающих на газе не существует.
Дымность выхлопа до 3-х
раз ниже, чем при использовании бензина,
снижается и его шумность, что особенно важно в городских условиях. Стоимость
необходимого количества газа ниже стоимости жидкого топлива на величину,
которая позволяет окупить затраты стоимости на покупку и монтаж газового
оборудования за 35–40 тыс. км пробега с учетом его возросшего расхода.
Преимущества использования газообразного топлива:
− уменьшение токсичности отработавших газов двигателей внутреннего
сгорания, что положительно сказывается на экологии;
− уменьшение износа цилиндропоршневой группы и повышение срока
службы масел (топливовоздушная смесь не смывает масляную пленку со стенок
цилиндров и не происходит разжижения масла в картере силового агрегата);
− повышенная
детонационная
стойкость,
что
почти
исключает
ее
негативное воздействие на узлы силового агрегата. Октановое число у газа может
быть более 100 единиц;
16
− повышение топливной экономичности транспортного средства за счет
работы силового агрегата на обедненной горючей смеси (зависит от режима
эксплуатации силового агрегата);
− повышается срок службы свечей зажигания;
Недостатки применения газообразного топлива:
− отработавшие газы содержат большее количество водяных паров, чем в
двигателях на жидком топливе, поэтому моторные масла должны обладать
достаточной стойкостью к обводнению;
− при сгорании обедненных газовоздушных смесей в отработавших газах
возрастает содержание оксидов азота, поэтому масла должны обладать
достаточной стойкостью к их воздействию;
− особенности
смесеобразования
повышают
чувствительность
к
образованию в камере сгорания отложений сгоревшего масла (зольных
отложений). Поэтому содержание металлорганических присадок (сульфатная
зольность), дающих эти отложения у масел для газовых двигателей, ниже;
− затруднен пуск при отрицательных температурах.
Метан (сжатый газ природного происхождения, СПГ, сompressed natural gas,
CNG) — горючий газ, который является основным компонентом природного газа.
Плотность природного метана в тысячу раз ниже плотности бензина. Поэтому,
необходимо увеличить плотность газа сжатием метана до 20-25 МПа.
Существенным недостатком природного газа является сравнительно не
высокая объемная концентрация энергии. Если теплота сгорания литра жидкого
топлива составляет, примерно, 31 426 кДж, то для природного газа, для
нормальных условий эксплуатации, она составляет 33,52–35,62 кДж, т. е. почти в
1000 раз меньше. Именно поэтому для применения газа в качестве топлива на
автомобиле его надо предварительно сжимать до достаточно высоких давлений,
достигающих 20–25 МПа и более, и произвести заполнение им специальных
баллонов для хранения.
Для хранения запаса топлива под таким давлением изготавливаются
баллоны из углеродистых и легированных сталей, рассчитанных на давление 15–
17
32 МПа. Каждый пустой баллон достигает более 100 кг. Применение их на
легковом автомобиле не является рациональным, так как их масса будет
соизмерима с допустимой полезной нагрузкой.
Недостатки и преимущества использования сжатого природного газа в
сравнении с бензином.
1. Недостатки
1.1. Содержание газа под большим давлением требует использования
высокопрочных баллонов, имеющих значительную массу и изготавливаемых из
высококачественных сталей. Установка на автомобиль газовых баллонов влечет
за собой уменьшение грузоподъемности автомобиля на 10-12%, снижается также
запас хода автомобиля. Баллоны для СПГ являются сосудами высокого давления,
для баллонов из легированной стали установлен срок испытания один раз в 5 лет,
а из углеродистой – один раз в 3 года.
1.2. Так как теплота сгорания газовоздушной смеси метана меньше теплоты
сгорания бензиновоздушной смеси (3,22 МДж/м3для метана с воздухом и 3,55
МДж/м3 для бензина с воздухом), и вследствие меньшего коэффициента
наполнения цилиндров мощность двигателя при переводе на сжатый газ
снижается на 18-20%.
1.3. При применении газового топлива затруднен пуск двигателя в зимнее
время. Причина – более высокая температура воспламенения газовоздушной
смеси и меньшая скорость распространения пламени.
1.4. При проведении ТО и ремонта автомобилей работающих на газовом
топливе необходима более высокая квалификация работников. Трудоемкость ТО
и ремонта газового оборудования увеличивается на 13-15%, а затраты – на 4-6%.
1.5. Работа двигателей на сжатом газе худшими тягово-динамическими и
эксплуатационными характеристиками транспортного средства: возрастает время
разгона на 25-30%; максимально развиваемая скорость уменьшается на 5…7%.
2. Преимущества
2.1. Газовое топливо более полно сгорает в цилиндрах двигателей из-за
более широких пределов воспламенения газа в сравнении с бензином. Если
18
пределы воспламенения бензина в смеси с воздухом составляет соответственно
6,0 и 1,5%, то пределы воспламенения сжатого газа в смеси с воздухом составляет
по верхнему пределу 15% и по нижнему пределу 5%. Это позволяет на
эксплуатационных режимах работы силовых агрегатов обеднять горючую смесь
до α=1,2-1,3. В результате существенно снижается токсичность отработанных
газов (по содержанию оксидов углерода – в 2-3 раза, по содержанию оксидов
азота – в 1,2-2,0 раза, по содержанию углеводородов – в 1,1-1,4 раза).
2.2. Сжатый газ не разжижает масло в картере двигателя, не смывает масло
со стенок цилиндров и не ухудшает этим условий смазки. Поэтому износы
деталей двигателей, работающих на газе, ниже чем у бензиновых двигателей.
Вследствие
этого
моторесурс
двигателей
увеличивается
в
1,3-1,5
раза.
Увеличивается также срок службы масла в 1,5-2 раза, а затраты на него
снижаются на 25-35 процентов.
2.3. Цены на сжатый газ ниже чем на бензин: Экономия затрат на топливо
имеется
несмотря
на
потерю
мощности
двигателя
и
уменьшение
грузоподъемности автомобиля.
К недостаткам применения газообразного топлива можно отнести:
затруднение пуска силового агрегата при низких температурах, а также
повышенную чувствительность к не выгорающим зольным отложениям, которые
образуются в камере сгорания двигателя из-за повышении температурного
режима. В бензиновых силовых агрегатах такая высокая температура не
требуется, следовательно эту особенность можно отнести к недостаткам газовых
силовых агрегатов. Снизить чувствительность к этим отложениям можно,
уменьшив до минимального значения количество металлорганических присадок.
При
переоборудовании
бензинового
двигателя
на
использование
газообразного топлива в отсутствии существенных изменений в конструкции
возможно использование моторного масла, рассчитанного для ДВС, работающего
на традиционном топливе. Важное значение при этом имеют параметры вязкости
и
рабочего
диапазона
высококачественных
температур.
моторных
В
масел
виду
и
эффективного
качественного,
сочетания
специально
19
разработанного для работы на газовом топливе, пакета присадок обеспечивается
надежная защиту деталей силового агрегата от износа при различных режимах
эксплуатации, в том числе наиболее экстремальные. Высокие показатели моющедиспергирующих свойств моторных масел обеспечивают хорошую чистоту
силового агрегата и стойкость к образованию всех типов отложений.
1.4 Конструктивные особенности электронной системы
управлении газовых двигателей
Электронная система управления двигателем (ЭСУД) обеспечивает работу
силового для всех режимов, с достижением необходимого параметра топливной
экономичности, пусковых и динамических качеств укомплектованного ей
автомобиле, а также соответствие нормам Правил ЕЭК ООН №49-04В2
(Экологический класс 5) по удельным выбросом вредных веществ с ОГ;
обеспечение самодиагностики технического состояния силового агрегата и его
систем; согласованного взаимодействия системы управления силового агрегата с
прочими системами управления транспортного средства для обеспечения
рационального
управления
и
безопасности
движения;
поддержания
дополнительных функций управления агрегатами и устройствами транспортного
средства (иммобилайзер, климатическая система, связь с автоматической
трансмиссией и др.); защиту силового агрегата от работы в недопустимых с точки
зрения обеспечения его работоспособности параметрах; возможность управления
при неполадках в цепях датчиков и исполнительных элементов.
Система управления силового агрегата включает информационные датчики,
ЭБУ и исполнительные устройства силового агрегата. Входные датчики передают
необходимые параметры работы силового агрегата и преобразуют их в сигналы
электрического типа. Параметры, получаемые от этих датчиков, являются
основой для управления силовым агрегатом. ЭБУ принимает данные от датчиков
и в соответствии с используемым программным обеспечением генерирует
управляющие импульсы для исполнительных устройств систем ДВС. При работе
ЭБУ
взаимодействует
с
остальными
блоками
управления
трансмиссии,
20
антиблокировочной системой ABS (ESP), электрического усилителя рулевого
управления, блоком подушек безопасности и др.
Электронная система управления силовым агрегатом в составе двигателя,
работающего на газе, производит следующие функции:
- управление запуском и остановкой силового агрегата;
- управление подачей топлива без обратной связи по концентрации датчика
кислорода в выхлопных газах;
- управление подачей топлива с обратной связью по концентрации датчика
кислорода в выхлопных газах;
- управление подачей топлива и зажиганием для любых режимов работы
силового агрегата (режим холостого хода (ХХ), режим частичной нагрузки (ЧН),
требуемые условия мощностного обогащения (МО), режим принудительного
холостого хода (ПХХ);
- производит компенсацию при изменении напряжения в бортовой сети
автомобиля (управление временем накопления энергии в катушках зажигания и
периода впрыска топлива);
- возможность поддержания стабильной частоты вращения коленчатого
вала для режима холостого хода;
- производит ограничение для максимальной частоты вращения коленчатого
вала силового агрегата;
- защищает силовой агрегат в условиях аварийного режима работы;
- управление силовым агрегатом в условиях аварийного режима работы;
- производит централизованную диагностику элементов системы;
- сигнализирует при аварийных и критических режимах работы силового
агрегата и ЭСУД.
Структурная схема системы управления двигателя, работающего на газе
моторном газе показана на рисунке 1.1 и состоит из следующих компонентов,
которые представлены далее.
Датчики ЭСУД необходимы для получения данных, необходимых для
генерации сигналов для управления силовым агрегатом. Приводное устройство
21
дроссельной заслонки необходимо для управления ее положением с помощью
сигналов от электронной педали. Дозатор газа электромагнитного типа
производит фазированную подачу требуемого количества газового топлива по
сигналам ЭБУ. Он производит отключение подачи газа при выключении ЭСУД, а
также при возникновении аварийных ситуаций.
1 - электронный блок управления (ЭБУ); 2 - жгут проводов; 3 - катушки зажигания; 4 дозаторы подачи газа электромагнитного типа (газовые форсунки); 5 - датчик давления газа в
магистрали высокого давления; 6 - датчик давления в газовой распределительной магистрали; 7
- датчик давления надувочного воздуха; 8 - датчик детонации; 9 - управляющий и
диагностический датчик содержания кислорода; 10 - датчик положения распределительного
вала; 11 – температурный датчик газового топлива; 12 - температурный датчик охлаждающей
жидкости; 13 - датчик углового положения коленчатого вала; 14 - дроссельный патрубок с
электроприводом дроссельной заслонки; датчик скорости транспортного средства; 15 запорные клапаны отключения подачи газового топлива; 16 - клапан рециркуляции
отработавших газов; 17 - высоковольтные провода; 18 - магистральный клапан высокого
давления; 19 - свечи зажигания; 20 - электронная педаль акселератора.
Рисунок 1.1 – Структурная схема ЭСУД, работающего на моторном газе
Для соединения элементов ЭСУ с электронным блоком, питающей шиной и
корпусной
шиной.
Используемые
электрические
соединители
должны
обеспечивать надежное соединение и защиту от влияния внешних условий. В
случае неисправности датчика положения коленчатого вала двигателя, при
повреждении соединительных проводов и неисправности ЭБУ, эксплуатация
силового агрегата невозможна [28].
22
По полученным параметрам давлений ЭБУ рассчитывает количество
воздуха, который поступает в цилиндры силового агрегата и количество газового
топлива, которое необходимо для обеспечения требуемых режимов работы
силового агрегата [2]. Согласно с измеренными параметрами температуры ЭБУ
производит корректировку параметра угла опережения зажигания, значение
положения дроссельной заслонки и подачи топлива. Температурный датчик
охлаждающей жидкости смонтирован на корпусе термостата силового агрегата,
температурный датчик воздуха - на передней стенке впускного коллектора,
температурный датчик газа - на корпусе фильтра газа, который изготовлен
совместно с электромагнитным клапаном.
Ремонт ЭБУ и блока коммутации должен производиться на предприятииизготовителе или на аккредитованных заводом-изготовителем предприятиях.
Оснащение автомобилей ЭБУ значительно повысило их технические
характеристики. Главным образом это отразилось на снижении расхода топлива и
повышении динамических и мощностных параметров [2]. Еще проще стал
процесс запуска силового агрегата, так как ЭБУ хорошо адаптируется под
различные режимы работы двигателя (такие как режим холостого хода или режим
прогрева).
Газовый двигатель MAN
Газовые двигатели грузовиков MAN получили новый блок цилиндров и
газораспределительный механизм с четырьмя клапанами на цилиндр. Новый
принцип работы позволил снизить нагрузку на систему охлаждения, в связи с чем
появилась возможность применить менее производительный насос системы
охлаждения и, как следствие, уменьшить отбор мощности мотора на привод
насоса.
Двигатель MAN E3262 LE202 – газовый, V-образный, 12-цилиндровый,
четырехтактный двигатель с искровым зажиганием, рабочим объемом 25,78
литров. Двигатель впервые был представлен на выставке Agritechnica 2012. Он
оснащен системой искрового зажигания с двухступенчатым турбонаддувом
(BiTurbo) и двухступенчатым охлаждением газовоздушной смеси.
23
Рисунок 1.2 – Структурная схема газового двигателя MAN E3262 LE202
Двигатели MAN оснащены V-образным блоком цилиндров с резьбовым
креплением для установки специального датчика детонации, таким образом,
расширяются пределы использования двигателя.
1.5 Выводы по разделу
Рассмотрена вероятная перспектива использования газового топлива.
Изучены постановления Правительства РФ по данному вопросу и опыт
зарубежных стран.
Проведен анализ видов газообразных топлив, их совместимость с
конструкцией ДВС. Дана характеристика физико-механических показателей
газовых
топлив.
Установлено
влияние
свойств
газового
топлива
на
эксплуатационные качества ДВС и его работоспособность.
Выявлены преимущества использования газообразного топлива, в то же
время установлены конструктивные недостатки оказывающие влияние на
эффективность работы ДВС.
24
2 РАСЧЕТНЫЕ ДАННЫЕ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ГАЗОВОГО ТОПЛИВА
2.1 Поверочный тепловой расчет газового двигателя
В качестве топлива для рассчитываемого силового агрегата принят
компримированный
(сжатый)
природный
газ.
Элементный
состав
рассматриваемого топлива показан в таблице 2.1
Таблица 2.1 – Химический состав газового топлива
Объемные доли компонентов газового топлива, м3
метан
этан
пропан
бутан
СН4
С2 Н6
С 3Н8
С 4Н10
0.91
0.024
0.01
0.003
тяжелые
углекислый
углеводороды
газ
С 5Н12
СО2
0.004
0.01
азот
N2
0.039
Проверка условия ∑ Сn Нm Оr + N2 =1 м3
0,91+0,024+0,01+0,003+0,004+0,01+0,039 = 1 м3
H u  35,7  0,91  63,3  0,024  90,9  0,01  119,7  0,003  146,2  0,004  10 3  35859
Для изготовления горючей смеси используют газообразное топливо и
атмосферный воздух. Для полноценного сгорания топлива нужно определенное
количество воздуха, называемое теоретически необходимым, и определяется по
элементарному составу топлива l0 в кг (возд/кг топл) по следующему выражению:
L0 
1

0,208
m


(n  4 )  CnHmOr
,
(2.1)
или в Lo кмоль возд/кг топлива.
  4

6

 8
 10 
 1    0,91  2    0,024  3    0,01  4    0,003  
4
4

 4

  4

L0  
  9,642
12 
2


  5    0,004  1    0,01

4
2






.
В зависимости от режима работы силового агрегата на каждую единицу
топлива приходится определенное количественное содержание воздуха, большее
или меньшее необходимого при расчетах. Соотношение действительного
25
количества воздуха, которое участвует при сгорании одного килограмма топлива,
к теоретически необходимому количеству воздуха называется коэффициентом
избытка воздуха α.
Значение этого параметра зависит от типа смесеобразования, параметров
воспламенения и сгорания топливовоздушной смеси, а также от условий работы
силового агрегата. Исходя из вышеперечисленных условий принимаем α = 1,2.
Действительное количество воздуха L в кмоль возд/кг топл определяется
следующим выражением:
L    Lo  1,2  9,642  11,57 .
(2.2)
Количество горючей смеси М1 в кмоль гор.см/кг топл. можно вычислить ч
помощью следующего выражения:
M 1    L0  1,
(2.3)
M 1  1,2  9,64  1  12,57
Если сгорание неполное, то продукты сгорания являются смесью
углекислого газа СО2, водяного пара Н2О, оксида углерода СО, избыточного
кислорода О2 и азота N2.
Количественное содержание отдельно взятых компонентов сгорания в
кмоль пр.сг/кг топл. определяется по формуле:
М СО2 
С
1
0,855
1  0,9
 2
 0,208  Lo 
 2
 0,208  0,516826923  0,05692
12
1 k
12
1  0,5
;
(2.4)
M CO 2  (1  0,91  2  0,024  3  0,01  4  0,003  5  0,004  1  0,01)  1,030
6
8
10
12
4

M H O    0,91   0,024   0,01   0,003  0,004   1,971
2
2
2
2
2
2

;
M О2  0,208  (1,2  1)  9,642  0,401
M N2  0,792  1,2  9,642  9,164
(2.5)
;
,
Суммарная величина продуктов сгорания М2 неполного сгорания в кмоль
пр.сг/кг топл. вычисляется следующим выражением:
26
M 2  M CO2  M H 2O  M О2  M N2
.
(2.6)
M 2  1,030  1,971  0,401  9,164  12,566
Изменение количества молей рабочего тела при сгорании ΔМ в кмоль раб.
тело/кг топл. вычисляется следующим выражением:
M  M 2  M 1 .
(2.7)
M  12,566  12,570  0,004
Относительное
изменение
количества
молей
при
сгорании
топливовоздушной смеси можно характеризовать химическим коэффициентом
молекулярного изменения горючей смеси μ0 , который вычисляется следующим
выражением:
0 
0 
M2
M1 .
(2.8)
12,566
 0,9996
12,57
За все время процесса впуска производится заполнение цилиндра силового
агрегата новым зарядом.
Параметры
атмосферного
давления
и
температура
в
нормальных
(стандартных) условиях: р0 = 0,1МПа и Т0 = 293К.
Если силовой агрегат работает без наддува в цилиндре происходит
поступление воздуха из атмосферы и с атмосферным давлением. Для этого случая
для расчета рабочего цикла силового агрегата давление и температура
окружающей среды берутся р0 = 0,1МПа и Т0 = 293К.
Так как расчет ведется для без надувного силового агрегата, то в этом
случае верно условие:
Рк = р0 и Тк = Т0.
В цилиндре ДВС в начале процесса наполнения часто содержится нужное
количество остаточных газов, содержащихся в пространстве камеры сгорания.
27
Значение давления остаточных газов становится в зависимости от количества и
взаимного расположения клапанов, величины сопротивления впускного и
выпускного тракта, значения фаз газораспределения, параметров наддува,
скоростных характеристик силового агрегата, нагрузки на него, параметров
системы охлаждения и прочих факторов.
Для без надувных силовых агрегатов давление остаточных газов рr в МПа
вычисляется так:
pr  1,05...1,25 p0  1,05  0,1  0,105.
(2.9)
В зависимости от вида силового агрегата, степени сжатия, частоты
вращения коленчатого вала и коэффициента избытка воздуха используется
значение температуры Тr остаточных газов из следующего диапазона:
для карбюраторных двигателей Тr = 900…1100 К.
Тr = 1000 К. выбрано из условия, что с увеличением степени сжатия и
обогащении рабочей смеси температура остаточных газов понижается, а с ростом
частоты вращения коленчатого вала - увеличивается.
При наполнении значение температуры свежего заряда увеличивается на
некоторую величину ΔТ благодаря нагрева от прогретых деталей ДВС.
Величина ΔТ выбирается из следующего диапазона:
ΔТ = 0…20К - для бензиновых двигателей. Принято ΔТ = 10К
Значение величины давления в конце впуска ра в МПа вычисляется
следующим выражением:
pa  pk  pa
,
(2.10)
где ра - величина потерь давления во впускном коллекторе, МПа.
Величина потерь давления во впускном коллектоер Δр в МПа вычисляется
следующим выражением:


pa  0,5   вп   2   к   2 вп  10 6  0,5  3  1,189  70 2  10 6  0,00874
,
где  вп - коэффициент учета гидравлического сопротивления впускного тракта;
 - коэффициент затухания скорости заряда в цилиндре;
28
 вп - значение средней скорости движения заряда при условии максимального
открытия клапана, м/с;
ρ k - плотность заряда на впуске, кг/м3.
При средней скорости заряда  вп = 50…130 м/с величину

вп
2

принимаем в пределах 2,5…4.
Плотность заряда на впуске ρк в кг/м³ определяем по формуле:
р к  10 6
0,1
к 

 10 6  1,189
RB  Tk
287  293
.
(2.11)
где Rв = 287 – величина удельной газовой постоянной воздуха, Дж/(кг·град).
Подставим значения в формулу для расчета
ра  рк  ра  0,1  0,00874  0,09126 МПа .
(2.12)
Коэффициент и количество остаточных газов
Значение коэффициента остаточных газов γr для четырехтактных ДВС
определяется следующим выражением:
r 
Tk  T
pr
293  10
0,105



 0,0606.
Tr
  pa  pr
1000 6,9  0,09126  0,105
(2.13)
Количество остаточных газов Мr в кмоль ост.газов/кг топл определяется
следующим выражением:
M r   r  M r  0,0606  0,4742  0,02875 .
(2.14)
Температура в конце впуска
Значение температуры в конце впуска Та в градусах Кельвина (К)
определяется следующим выражением:
Ta 
Tk  T   r  Tr 293  10  0,0606  1000

 342,824
1  r
1  0,0606
.
(2.15)
Для четырехтактных двигателей без учета продувки и дозарядки
коэффициента наполнения ην определяется следующим выражением:
29
v 
Tk
1
1
293
1
1


   p a  p r  

  6,9  0,09126  0,105  0,8599
Tk  T   1 p k
293  10 6,9  1 0,1
(2.16)
Полученные данные представлены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 - Значения параметров для процесса впуска
Параметры
Тип двигателя
Газовый
Диапазон значений
r
ра МПа
0,09126
0,080…0,095
Ta , K
342,824
340…370
0,0606
0,04…0,10
v
0,8599
0,70…0,90
Учитывая, что тепловой обмен между рабочим телом и поверхностями
цилиндра за процесс сжатия невелик, то величину n1 (величина политропы
сжатия) оцениваем по среднему показателю адиабаты сжатия k1:
n1  k1  0,00...0,02  k1  0,02  1,3793  0,02  1,359 .
(2.17)
Параметр k1 можно вычислить в зависимости от температуры Та и степени
сжатия ε по аппроксимирующему выражению:
k1  1,4359  0,132  10 3  Ta  0,1643  10 2   
3
(2.18)
2
 1,4359  0,132  10  342,824  0,1643  10  6,9  1,3793 .
Давление рс в МПа и температура Тс в Кельвинах (К) в конце процесса
сжатия определяются из уравнения политропы с постоянным показателем n1
pc  p a  
Tc  Ta  
n1 1
n1
 0,09126  6,91,359  1,259
;
(2.19)
 342,824  6,9 1,3591  685,832 .
Рабочая смесь состоит из свежей смеси и остаточных газов. Температура
конца процесса сжатия tс в градусах Цельсия (°С)
t c  Tc  273  685,832  273  412,832
.
(2.20)
Средняя мольная теплоемкость свежей топливовоздушной смеси в конце
такта сжатия берется равной теплоемкости воздуха
mc tt
c
0
кДж;/(кмоль·град), и
определяется следующим выражением:
30
mcv tt
c
0
 20,6  2,638  10 3  t c  20,6  2,638  10 3  412,832  21,689
.
(2.21)
Средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце такта сжатия
mc 
// t c
t0
в кДж;/(кмоль·град) определяется следующим выражением:

mv tt
c
0
 19,191635  0,003556  t c  3,225    19,191635  0,003556  412,832  3,225  0,9 
(2.22)
 23,562 .
Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси
mc 
/ tc
 t0
в кДж;/(кмоль·град)
определяется следующим выражением:
mcv tt
c
0



1
1
mcv ttc0   r mcv ttc0 
 21,689  0,0606  23,562  21,796
1  r
1  0,0606
.
(2.23)
Найденные параметры занесем в таблицу 2.2
Таблица 2.2 - Значения параметров процесса сжатия
Значения параметров
Тип силового
агрегата
n1
pc , МПа
Tc , K
Газовый
1,359
1,259
685,832
диапазон значений
1,34…1,38
0,9…2,0
600…800
Процесс сгорания - основной процесс рабочего цикла силового агрегата,
при котором теплота, которая выделяется вследствие сгорания топлива, идет на
рост внутренней энергии рабочего тела и на совершение механической работы.
Для упрощения термодинамических расчетов силового агрегата принимают,
что цикл сгорания в ДВС с воспламенением от искрового разряда происходит по
циклу с подводом теплоты при постоянном объеме (V = const).
Целью
расчета
процесса
сгорания
является
нахождение
значения
температуры и давления в конце видимого сгорания.
При
расчете
силового
агрегата
оценка
его
надежности
может
осуществляться с помощью определения следующего критерия:
N n 
10  N 0 10  31,8

 1,17
iD
4  68
,
(2.24)
31
или
qn  0,010452 
0, 5
п.ср
 P  g T
  e e k
T0

 0,843  318,8  293 


293


У
0 , 55



0, 55
 D 

 
 pk   v 
68




 0,1  0,859 
0 , 35
 0,010452 10
0, 5

(2.25)
0 , 35
 7,39
.
современных силовых агрегатов величина указанных
находятся
в
диапазоне
NП´=1,3…2,8
кВт/см,
qП=3,5…9,0.
критериев
Так
как
у
рассчитываемого силового агрегата значение критерия Б.Я. Гинцбурга не
превышает, а значения критерия А.К. Костина находится в диапазоне указанных
значений (рисунок 2.1), то можно считать силовой агрегат надежным.
Рисунок 2.1 – Индикаторная диаграмма газового двигателя
2.2 Специфика использования расходных материалов для газового
силового агрегата
Допущенные заводом-изготовителем моторные масла согласно заводской
спецификации2 имеют такой состав, что могут удовлетворять в каждом случае
требованиям эксплуатации двигателя при соблюдении установленных интервалов
между заменами масла. Любые присадки, добавляемые к моторному маслу,
32
приводят к непредсказуемым изменениям свойств моторного масла и в
некоторых случаях к повреждению двигателя.
Для эксплуатации газовых двигателей используются горючие газы
различного происхождения, например природный газ, газ из органических
отходов, очищенный газ и биогаз. Данные горючие газы состоят главным образом
из метана, этана, высших углеводородов и инертных компонентов, например
углекислого газа и азота. В зависимости от состава горючие газы существенно
отличаются по химико-физическим характеристикам.
Наличие следов примесей в горючем газе значительно влияет на надежность
эксплуатации
газового двигателя. Особо опасными являются органические
галоидные (фтор и хлор), сернистые
и органические кремниевые соединения.
Данные примеси попадают в горючий газ при образовании газа. В зависимости от
количества и вредного действия примесей их следует удалять из горючего газа до
его попадания в двигатель. Несоблюдение этого требования может привести к
преждевременному износу или повреждению двигателя.
Органические
галоидные
соединения,
входящие
в
состав
газа
из
органических отходов, могут вызывать коррозию и износ двигателя. Из
сернистых соединений (сероводорода) в очищенном газе и биогазе образуется
серная кислота, приводящая к коррозии и коррозионному износу двигателя.
Другим важным параметром горючих газов является метановое число MZ,
являющееся показателем антидетонационных свойств газа в двигателе. Метановое
число природного газа должно составлять не менее 80.
В
некоторых
случаях
повышенного
расхода
местная
служба
газоснабжения может временно добавлять в природный газ сжиженный
газ/воздушные смеси. Это снижает метановое число и может приводить к не
достижению предельного значения, что грозит повреждением двигателя.
Система охлаждения работает надежно только под исходным
давлением.
Для обеспечения надлежащей работы запорных клапанов системы охлаждения и
рабочих клапанов необходимо содержать систему в чистом состоянии, проверять
ее на предмет герметичности и поддерживать требуемый уровень охлаждающей
33
жидкости. Круглый год системы охлаждения двигателей должны быть заполнены
смесью, состоящей на 50 % из воды и на 50 % из антифриза и обеспечивающей
защиту от холода до -40
масел не
°C. Использование растворимых антикоррозионных
допускается. Система охлаждения рассчитана таким образом, что
охлаждающая жидкость может оставаться в системе также и летом, пока работает
система
охлаждения.
2.3 Выводы по разделу
Выполнена оценка объективности информации производителя по основным
топливно-эксплуатационным показателям газового двигателя путем поверочного
расчета. При выполнении расчета использовался программный пакет расчета
ДВС, что позволило адаптировать его к расчетным данным для газовых
двигателей. Выполнена оценка надежности расчетного двигателя. Приведены
расходные материалы, применяемые в газовом двигателе MAN. Выполнен
патентный поиск форкамерного устройства газового двигателя и предложен
прототип модернизированного устройства.
34
3. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ГАЗОВОГО ТОПЛИВА
3.1 Сравнительный анализ топливной экономичности
Стоимость
эксплуатации
автотранспортных
средств
имеет
прямую
зависимость от количества потребляемого топлива. Считается что наиболее
экономичные автомобили те, которые оборудованы дизельным силовым
агрегатом, однако это не всегда так [2].
Премьер-министр
Дмитрий
Медведев
на
совещании
по
развитию
автомобильной промышленности обратил внимание на недостаточное количество
транспорта, работающего на альтернативном топливе. Затраты на топливо у
транспортных средств, работающих на газе, заметил Медведев, в 2…2,5 раза
ниже, чем у бензиновых и дизельных двигателей.
Проведем сравнительный расчет стоимости эксплуатации автомобиля Ford
Mondeo последнего поколения, оснащенного бензиновым двигателем объемом 2.0
литра за 5 лет, при этом усредненный пробег составит около 150000 км. Для
сравнения выбран тот же самый силовой агрегат, переоборудованный на газовое
топливо и дизельный силовой агрегат равного объема 2.0 литра со схожими
техническими характеристиками [2].
Таблица 3.1 – Технические характеристики расчетного транспортного средства
2.0L
2.0L
2.0 TDCi
Бензин
Газовое
Дизельное
топливо
топливо
Максим. мощность (при об/мин), л.с.:
145/6000 141/6000
140/3750
Крутящий момент, Н∙м/об.в мин.:
185/4500 176/4500
320/1750
Максимальная скорость, км/ч.:
210
202
210
Время разгона до 100 км/ч, сек.:
9.9
10.8
9.5
Расход топлива (смешанный цикл), л на 100 км.:
7.9
9.1
5.3
Расход топлива (в городе), л на 100 км.:
11.2
12.5
6.4
Расход топлива (за городом), л на 100 км.:
6
7.1
4.6
35
Средний реальный расход топлива (бензин) в городе Белгород составляет
8,36 л на 100 км., тогда расход на1 км пути будет составлять 0,083 л., а за пробег
150000 км. затраты с учетом стоимости топлива 30 руб./л. будут составлять:
Стп.б = 0,083∙150000∙30 = 373500 руб.
Для дизельного топлива - 6,4 л на 100 км., тогда расход на1 км пути будет
составлять 0,064 л., а за пробег 150000 км. затраты с учетом стоимости топлива
30,5 руб./л. будут составлять:
Стп.д = 0,064∙150000∙30,5 = 292800 руб.
Для газового топлива - 9,5 л на 100 км., тогда расход на1 км пути будет
составлять 0,095 л., а за пробег 150000 км. затраты с учетом стоимости топлива
14,3 руб./л. будут составлять:
Стп.г = 0,095∙150000∙14,3 = 203775 руб.
В среднем исходя из наблюдений дополнительно к расходу газа добавляется
от 0,5…1,5 л. бензина на 100 км. ( в зависимости от времени года и условий
эксплуатации),
который
необходим
для
запуска
и
прогрева
двигателя.
Дополнительно средние затраты на бензин составят:
Сдоп.б.= 0,01·150000·30 = 45000руб.
Тогда общая стоимость затрат на топливо (газ) составят:
Стп.г= 45000 + 203775 = 248775 руб.
Затраты на техническое обслуживание.
Пробег автомобиля за рассматриваемые 5 лет составляет 150000 км, значит
за этот период он должен пройти 10 технических обслуживаний (периодичность
прохождения ТО для автомобилей Ford, согласно рекомендаций заводапроизводителя,
каждые
15000
технического обслуживания для
км.) [3].
Усредненная
стоимость одного
автомобиля 2.0L (бензиновый двигатель)
составляет 7500 руб. Следовательно имеем:
Сто.б = 6500∙10 = 75000 руб.
36
Стоимость одного ТО для автомобиля 2.0L (diesel) в среднем составляет
около 8500 руб. Тогда общая стоимость равна:
Сто.д = 8500∙10 = 85000 руб.
Для автомобиля с объемом двигателя 2.0L, который работает на газовом
топливе,
кроме
основного
производятся
и
дополнительные
технические
обслуживания, связанные с необходимостью обслуживания газовой аппаратуры, с
периодичностью 20000 км, а его стоимость составляет 2000 руб. Пробег
автомобиля за рассматриваемые 5 лет составляет 150000 км, значит за этот период
он должен пройти 7 дополнительных ТО. Следовательно:
Сто.г = 2000∙7 + 75000 = 89000 руб.
Просуммировав затраты на топливо и затраты на техническое обслуживание
можно получить приблизительную стоимость при эксплуатации автомобиля,
соответственно она будет равна:
Сэ.б.(бензин) = 373500 + 75000 = 448500 руб.
Сэ.д (дизель) = 292800 + 85000 = 377800 руб.
Сэ.г (газ) = 248775 + 89000 = 337775 руб.
Следовательно, проанализировав значения, можно сделать вывод о том, что
переоборудованный на газовое топливо автомобиль в лучшем случае в
эксплуатации
в 1,3 раза выгоднее, нежели
автомобиль, использующий
традиционное топливо в виде бензина, а не в 2…2,5 раза как утверждают
продавцы газового оборудования. Если посмотреть на затраты для автомобиля,
оснащенного дизельным двигателем, то окажется что газовое топливо выгоднее
всего на 11%. При этом в расчетах не была учтена стоимость самого газового
оборудования, которая может достигать с установкой 30000 рублей и выше.
Целесообразность применения газового топлива для типового владельца,
который в год проезжает до 30000 км. является спорной. Выгодность не столь
значительна как обещают в рекламе, при этом недостатки очевидны: требуются
дополнительные заезды на ТО газового оборудования; неудобства, связанные с
37
заправкой автомобиля газом (малая сеть заправок, возможность обморожения рук
при низкой температуре окружающего воздуха); уменьшение багажного
отделения и неудобство пользования им и прочие указанные ранее.
Следовательно можно сделать вывод, что газовое топливо в эксплуатации
выгоднее традиционного жидкого топлива в 1,11…1,4 раз для легкового
автомобиля, а не в 2…2,5 раза как широко рекламируется. Поэтому к вопросу о
переходе на газовое топливо нужно подходить осторожно, учитывая параметры
эксплуатируемого транспортного средства и его годовой пробег.
Рисунок 3.1 - Стоимость пробега газового автомобиля, работающего на
природном газе, на расстояние 100 км при эквивалентном расходе топлива
По средним Российским ценам на моторное топливо,
автомобиль,
заправленный топливом на 500 рублей и расходующий 12 эквивалентных литров
топлива на 100 километров, проедет: 160 - 180 километров на бензине марок А-95
- А-98; 200 - 220 километров на бензине А-80, А-93 и дизельном топливе; 280
километров на СУГ (пропан-бутановые смеси) и 600 километров на КПГ (метане).
3.2 Оценка ресурсных характеристик газового двигателя
Двигатели, работающие на природном газе, выбрасывают в атмосферу
значительно меньше вредных веществ, чем бензиновые двигатели. Это привело к
росту использования автомобилей с газовыми двигателями.
Однако газ не настолько доступен, как бензин или дизельное топливо на
АЗС, поэтому газовые автомобили в основном применяются в крупных
38
автопарках с централизованной заправкой. Примером пользования газовых
двигателей являются городские и школьные автобусы и другие транспортные
средства для перевозки на короткие расстояния. Многие двигатели легковых и
грузовых автомобилей могут быть адаптированы к работе на газе ценой
небольших затрат.
В газовых двигателях в качестве топлива применяют газы. Чаще всего, и
особенно для легковых автомобилей, используют природный газ под давлением
или в виде CNG (сжатого природного газа, в большинстве случаев — метана), или
LNG (сжатого природного газа, чаще всего пропана-бутана). Доминирует CNG.
При использовании газа в качестве топлива необходимо учитывать ряд критериев
качества: углеводородная структура, теплотворная способность, присутствие
воды и, прежде всего, загрязнение другими газами, например сероводородом или
галоидными соединениями, которые оказывают решающее влияние. В отличие от
газа, применяемого для мобильных средств, стационарные двигатели часто
работают на газе переменного качества в зависимости от местных условий.
Конструкции двигателей и смазочные материалы для двигателей, работающих на
газе, нуждаются в тщательном подборе, потому что в этих газах могут
содержаться загрязняющие и коррозионно-агрессивные примеси [4].
Существуют два прямо противоположных мнения о влиянии газового
топлива (пропан/бутана или метана) на долговечность работы двигателя. Влияние
газа как моторного топлива на работу двигателя можно описать следующими
параметрами:
1. При эксплуатации силового агрегата на газовом топливе происходит
полное сгорание газо-воздушной смеси, так как газ легко смешивается с воздухом
и равномерно наполняет пространство камеры сгорания однородной гомогенной
смесью, следовательно улучшаются условия смазки трущей пары (цилиндр,
поршневые кольца).
2. Газовое топливо попадает в камеру сгорания ДВС уже в парообразном
виде, и поэтому, в отличие от жидкого топлива не смывается моторное масло со
стенок цилиндров и оно не растворяется. Вследствие уменьшения углеродистых
39
осадков не происходит накопление смолистых отложений в камере сгорания, и
следовательно снижается степень нагарообразование на головке блока цилиндров
и на поршнях силового агрегата.
3. Газовое топливо
микроуровне
не содержит тяжелых примесей, которые на
подвергают
разрушению
каталитические
нейтрализаторы
и
кислородные датчики систем снижения токсичности.
4. Моторное масло при эксплуатации ДВС на газе допускается менять
реже, так как оно разжижается в меньшей степени и меньше подвержено
загрязнению, дольше сохраняя свои защитные свойства.
5. Межремонтный
пробег
ДВС,
эксплуатируемого
на
газе
более
продолжителен по сравнению с двигателями, работающими на традиционном
топливе.
6. На газовом силовом агрегате повышается срок эксплуатации свечей
зажигания.
7. Газовое топливо горит медленнее бензина, следовательно газовые
двигатели
работают
тише
бензиновых,
и
при
разнообразных
режимах
эксплуатации почти не наблюдается детонация, так как октановое число
сжиженных нефтяных газов достигает величины 100-110 единиц, что выше
любых (даже высококачественных) бензинов.
8. Суммарная концентрация вредных веществ в выхлопных газах
снижается на 60-70%, что является немаловажным фактором для здоровья людей
и окружающей среды.
9. Перевод транспортного средства на газовое топливо не требует
значительной переделки силового агрегата. Достаточно всего лишь смонтировать
газовую аппаратуру.
При сгорании газа, в отличие от бензина, нагара не образовывается. Потому
у газа перед бензином имеется неоспоримое преимущество.
У газа более высокая температура воспламенения, чем у бензина. Потому,
при плохом состоянии системы зажигания или при недостаточной компрессии,
возможны пропуски воспламенения. При использовании газа температура
40
сгорания повышается на 50-70°С, что незначительно, и не оказывает влияния на
срок службы клапанов. Однако, если при работе на газе смесь будет бедной, то
температура сгорания повышается сразу на 200-250 °С, что уже значительно и
приведет к прогоранию клапанов. К тому же при сгорании газа не образуются
углеродистые
остатки,
защищающие
тонкой
пленкой
клапан
и
седло.
Металлические поверхности работают в прямом контакте при повышенной
температуре. В точках микроконтакта происходит плавление металла с
последующим разрывом микрочастиц поверхности. Происходит постепенное
изменение геометрии, изменяется теплообмен, клапан прилегает все хуже и хуже.
Особенно это опасно, если двигатель долгое время работает при повышенной
нагрузке [1].
При неполном сгорании топливной смеси клапана действительно греются
больше нормы. И на некоторых режимах газ действительно не успевает сгорать,
догорая в выпускном тракте. Но это в основном проблема метана. Пропанбутановая смесь при правильной настройке оборудования полноценно сгорает в
цилиндрах подавляющего большинства двигателей.
Главным образом, основное охлаждение клапанов осуществляется в
результате теплоотдачи при соприкосновении тарелки клапана с седлом. Чем
лучше осуществляется теплообмен между клапаном и седлом, а также тепловой
отвод через охлаждающую систему ГБЦ, тем ниже температурный режим всех
узлов силового агрегата. Газ, в случае с высокоочищенной пропан-бутановой
смесью или метаном, сгорает полностью без образования углеродистых остатков.
В случае с бензином такие остатки формируют тонкую пленку на поверхностях
соприкосновения клапана с седлом и происходит их защита от износа. Дело в том,
что сам по себе бензин включает в своем составе маслянистые примеси
углеводородов, кроме того, для улучшения его качеств добавляются присадки
(красители, антиоксиданты, ингибиторы коррозии, моющие вещества, добавки
для повышения октанового числа). Наоборот, на газовом топливе, при прямом
контакте металлических поверхностей и повышенном температурном режиме
происходит микроплавление на поверхностях соприкосновения с последующим
41
окислением продуктов плавления и образованием абразивной поверхности.
Поэтому наблюдается повышенный износ поверхностей и нарушается теплообмен
между узлами и деталями силового агрегата [2].
Материал, из которых изготавливаются клапаны и седла, а также их
размеры и устройство головки блока цилиндров являются основными факторами,
определяющими износ клапанов при работе на газу. Раньше, когда в бензин
добавляли тетраэтилсвинец, который повышал октановое число, свинец создавал
на поверхности седел и клапанов пленку, которая защищала эти детали.
Точность дозирования топлива на разных режимах работы двигателя
определяет его долговечность и в том числе срок службы клапанов. Известно, что
работа двигателя на бедных смесях бензина или газа сопровождается
повышением температуры горения и износом клапанов. Однако оказалось, что
для газа температура горения также выше и на богатых смесях. Кроме
уменьшения
мощности,
увеличения
расхода
топлива,
воспламенения
топливовоздушной смеси во впускном коллекторе, неизбежны режимы резкого
обеднения или обогащения горения смеси с изменением температурного режима.
Газо-воздушная смесь с более высоким октановым числом 105-110 (у
бензина – 80, 92, 95, 98) имеет дольше время горения, чем в случае с бензином,
поэтому процесс сгорания продолжается даже при открытии выпускного клапана,
т.е. пламя выходит за стенки камеры сгорания и цилиндров. Из-за этого
выпускные клапаны, их седла, да и лямбда-зонд и катализатор перегреваются [3].
При обычных режимах езды запаса жаропрочности у этих деталей хватает, а вот
тех кто ездит на больших скоростях, превышающих 4500 об/мин, эти детали и
узлы перегреваются в большей степени, особенно от этого страдают седла
клапанов. Из-за продолжающегося процесса горения их рабочие кромки
настолько перегреваются, что при дальнейшем контакте при закрытии клапана
происходит интенсивный износ рабочей поверхности. При этом «уходят»
тепловые зазоры клапанов и если их чаще не регулировать (как минимум в два
раза чаще), могут подгореть кромки клапанов и седел, что приведет к снижению
компрессии и, соответственно ухудшению мощностных характеристик. В
42
некоторой степени эту проблему решает установка дополнительной системы,
которая подает специальную жидкость во впускной коллектор, которая в свою
очередь уменьшает скорость износа седел клапанов. Избавиться от клапанных
проблем позволяет модернизация головки блока цилиндров с заменой седел и
клапанов на более жаропрочные.
Рисунок 3.2 – Внешние скоростные характеристики газовых двигателей с
номинальной частотой коленчатого вала 2200 мин-1 (а) и номинальной частотой
коленчатого вала 1900 мин-1 (б)
Комплекты газобаллонного оборудования (ГБО) для ГСН должны в
обязательном порядке включать в свой состав следующие узлы и детали:
1) газовый баллон (баллоны);
2) вспомогательное оборудование баллона, в состав которого должны
входить следующие устройства: заправочный блок с вентильными устройствами
(наполнительный и расходный); указатель уровня газа в баллоне; автоматическое
устройство, ограничивающее наполнение баллона до 80% его емкости;
предохранительный (пожарный) клапан; обратный клапан; скоростной клапан;
система вентиляции (газонепроницаемый кожух или отсек)
3) заправочное устройство со встроенным обратным клапаном;
4) газоредуцирующую аппаратуру;
43
5) магистральный запорный клапан;
6) газопроводы и шланги;
7) газосмесительное устройство;
8) электронный блок управления;
9) кронштейны и элементы крепежа.
Кроме того, ГБО может включать в себя и другие элементы: газовые
фильтры; газодозирующие устройства; обратные и предохранительные клапаны;
систему измерения и индикации, расположенной в кабине водителя, количества
газа в баллоне.
Газобаллонное оборудование для АТС, использующих в качестве моторного
топлива как газ, так и нефтяное топливо, должно включать в себя переключатель
вида топлива, обеспечивающий невозможность одновременной подачи в
двигатель более, чем одного вида топлива В конструкции газобаллонного
оборудования должны предусматриваться устройства для их отключения при
проведении ТО или регулировочных работ, а также возможность подсоединения к
агрегатам и узлам ГБО постороннего источника газа или воздуха (без заполнения
последним газовых баллонов на ГБТС). Комплект ГБО должен обеспечивать
герметичность агрегатов и узлов во всем диапазоне рабочих режимов и
возможность контроля герметичности всех узлов и соединений, в том числе с
помощью переносных приборов (течеискателей), без снятия и разборки какихлибо агрегатов АТС.
3.3 Выводы по разделу
Рассмотренная эффективность использования газового топлива на примере
газового двигателя MAN выявила факторы нарушения температурного режима
работы ЦПГ, что позволило установить влияние работы систем охлаждения и
смазки. Были описаны и наглядно показаны возможные причины прогорания
клапанов.
44
4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ
АВТОТРАНСПОРТА, ЭКСПЛУАТИРУЕМОГО НА ГАЗОВОМ ТОПЛИВЕ
4.1 Организационная структура предприятий, эксплуатирующих
автотранспорт, работающий на газовом топливе
Производственная
база
организаций,
осуществляющих
техническое
сопровождение эксплуатации автомобилей на КПГ, должна соответствовать
требованиям соответствующих законодательных документов, регламентирующих
действующие нормативы безопасности к зданиям, сооружениям, помещениям и
оборудованию.
К этим документам можно отнести:
- государственные стандарты;
- строительные нормы и правила;
- правила и нормы пожарной безопасности;
- правила и нормы по эксплуатации оборудования;
- различные ведомственные руководящие документы.
Также, для полноценного функционирования участка обслуживания ГБА
требуется привлечение к работе обученного персонала. Инженерно-технические
работники и руководители, ремонтные рабочие и обслуживающий персонал,
связанные
с
эксплуатацией
ГБА,
их
сервисным
обслуживанием
и
переосвидетельствованием баллонов проходят обучение согласно Правилам по
охране труда на автомобильном транспорте, Правилам устройства и безопасной
эксплуатации сосудов, работающих под давлением, правилам устройства и
безопасной
эксплуатации
стационарных
компрессорных
установок,
воздухопроводов и газопроводов, правилам безопасности в газовом хозяйстве, и
должны иметь соответствующее удостоверение (свидетельство) на право
организации и проведения работ.
Технологические процессы технического обслуживания и текущего ремонта
газобаллонных
автомобилей
на
КПГ
имеют
ряд
своих
специфических
особенностей. Типовая схема производственного процесса по техническому
45
обслуживанию и текущему ремонту газобаллонных автомобилей на КПГ
представлена на рис.4.1. На территории предприятия следует предусматривать
две
функциональные
зоны
–
эксплуатационную
и
производственную.
Эксплуатационная зона предназначена для организации приема, выпуска и
хранения подвижного состава. Производственная зона предназначена для
размещения зданий и сооружений для производства ТО-1, ТО-2 и ТР подвижного
состава. Функциональные зоны на схеме подразделены по характеру их
назначения. Выбор схемы организации ТО (ТР) ГБА зависит от объема
используемых баллонов, структуры и количественного состава парка ГБА,
имеющихся производственных помещений и их геометрических размеров,
принятой технологии технического обслуживания ГБА и их хранения,
располагаемого
объема
капитальных
вложений
в
строительство
производственной базы предприятия.
Рисунок 4.1 - Схема производственного процесса по техническому обслуживанию и текущему
ремонту газобаллонных автомобилей на КПГ
Возможность использования имеющихся в предприятии постов (боксов) для
ТО, ТР и других работ для ГБА или необходимость их создания вновь
вычисляется
на
стадии
разработки
рабочего
проекта
строительства
производственной базы предприятия в соответствии с исходными данными на
проектирование. При техническом обслуживании газобаллонных автомобилей,
помимо плановых воздействий, характерных для базовых моделей, возникает ряд
работ, связанных с наличием и спецификой газового оборудования.
46
Для газобаллонных автомобилей установлены следующие виды ТО:
- ежедневное техническое обслуживание (ЕО);
- первое техническое обслуживание (ТО-1);
- второе техническое обслуживание (ТО-2);
- сезонное обслуживание (СО);
- техническое освидетельствование газовых баллонов.
Ежедневное техническое обслуживание (ЕО)
ЕО выполняется перед выездом автомобиля на линию и после возвращения
на предприятие.
Перед выездом проверить легкость пуска и работу двигателя на газовом
топливе на холостом ходу и при различных вращениях коленчатого вала.
При возвращении автомобиля на предприятие необходимо:
- проверить состояние газовой аппаратуры и герметичность соединения
газовой системы питания;
- очистить арматуру газовых баллонов от пыли и грязи;
- слить отстой из газового редуктора;
- закрыть расходный вентиль и выработать газ из системы питания;
- проверить отсутствие подтеканий бензина в соединениях топливопроводов,
электромагистрального клапана.
Первое техническое обслуживание (ТО-1)
- проверить состояние и крепление газового баллона и кронштейнов;
- проверить работоспособность и крепления наполнительного и расходных
вентилей;
- проверить крепление газовой аппаратуры (редуктора, карбюраторасмесителя, электромагнитного клапана-фильтра и др.);
- слить отстой из газового редуктора;
- проверить герметичность газовой системы питания;
- проверить и при необходимости отрегулировать содержание токсичных
компонентов в отработавших газах в соответствии с ГОСТ 17.2.2.03-87 и ГОСТ Р
17.2.02.06-99.
47
Второе техническое обслуживание (ТО-2)
Выполняются все работы ТО-1, плюс дополнительно:
- снять, очистить и установить на место керамический фильтр расходного
вентиля, проверить состояние уплотнительной прокладки;
- снять сердечник электромагнитного клапана-фильтра, промыть, продуть,
установить на место (выполняется только для автомобилей ГАЗ);
- разобрать смеситель, вынуть обратный клапан, удалить отложения с
клапана, очистить внутреннюю поверхность втулки штока, поставить клапан на
место (выполняется только для автомобилей ЗИЛ);
- проверить ход штока и герметичность клапана 2-ой ступени газового
редуктора, при необходимости отрегулировать и заменить уплотнитель клапана;
- проверить давление газа во 2-ой ступени газового редуктора на
минимальной
частоте
вращения
холостого
хода;
при
необходимости
отрегулировать;
- проверить действие приводов карбюратора-смесителя на полноту
открытия дроссельных заслонок;
- отрегулировать минимальную частоту вращения холостого хода и
переходные режимы.
Сезонное обслуживание (СО)
- снять газовый редуктор с автомобиля;
- заменить диафрагму 1-й ступени и уплотнители клапанов 1-й и 2-й
ступеней;
- отрегулировать рабочее давление 1-й ступени, ход клапана 1-й ступени,
ход штока диафрагмы 2-й ступени и герметичности клапана 2-й ступени;
- проверить герметичность разгрузочного устройства;
- проверить дозирующе-экономайзерное устройство на момент открытия
клапана экономайзера, при необходимости заменить;
- установить газовый редуктор на автомобиль;
- смазать резьбы штоков наполнительного и расходного вентилей;
48
- снять, очистить и установить на место фильтр электромагнитных клапанов
газа и бензина;
- разобрать смеситель, вынуть обратный клапан, удалить отложения с
клапана, очистить внутреннюю поверхность направляющей втулки, собрать
смеситель, (выполняется только для автомобилей ЗИЛ);
- снять сердечник электромагнитного клапана, промыть, продуть, установить
на место (выполняется только для автомобилей ГАЗ);
- подтянуть крепление газовых баллонов к кронштейнам (момент затяжки 1520 Нм);
- подтянуть крепление кронштейнов к платформе (момент затяжки 100 Нм);
- проверить герметичность газовой системы питания;
- отрегулировать давление газа во 2-й ступени редуктора при работе
двигателя на минимальной частоте холостого хода;
- отрегулировать минимальную частоту холостого хода, переходные режимы,
токсичность по ГОСТ 17.2.2.03-87 и ГОСТ Р 17.2.02.06-99 в отработавших газах
на бензине и ГСН;
- проверить работу уровнемера ГСН в баллоне, опломбировать и поставить
клеймо со сроком следующей проверки.
Текущий ремонт газобаллонного оборудования
Ремонт узлов и деталей газовой аппаратуры рекомендуется выполнять путем
их замены на оборотные. Оборотный фонд агрегатов газовой системы питания
должен составлять 5-7% от списочного состава газобаллонных автомобилей в
предприятии или закрепленных за станцией технического обслуживания ГБА.
4.2 Расчет эксплуатационных затрат автотранспортного предприятия
Смета
затрат
организацию
технического
обслуживания
транспорта,
работающего на газовом топливе включает в себя:
1. Материальные затраты (затраты на приобретение технологического
оборудования и оснастки, для выполнения заявленных работ).
2. Амортизация оборудования.
49
3. Затраты на коммунальные услуги и спецодежду.
4. Фонд оплаты труда (затраты на заработную плату персонала).
5. Отчисления на ФОТ.
6. Затраты на рекламу.
7. Прочие общие хозяйственные затраты.
Таблица 4.2 - Затраты на приобретение технологического оборудования и
оснастки, для выполнения работ
Наименование оборудования
Портативный мотортестер Bosch FSA
450
Стеллаж для хранения газового
оборудования универсал
Слесарный верстак ШП 17
Передвижная установка для проверки
и регулировки газового оборудования
К -277
Канавный подъемник
Газоанализатор ИГ-12
Станок сверлильный Jet JPD
Стол слесаря-ремонтника
Стеллаж для автомобильных деталей
Ящик с песком
Ящик для мусора
Стул
Тележка для перевозки газовых
баллонов
Итого:
Цена (тыс. руб.)
Кол-во
Сумма (тыс. руб.)
90
1
90
30
1
30
30
1
30
180
1
180
130
8
7
10
8
2,5
2
2
1
1
1
1
1
1
1
2
130
8
7
10
8
2,5
2
4
7
1
7
490
12
492
Амортизация оборудования
Основные фонды в процессе производства постепенно изнашиваются и
теряют свою первоначальную стоимость. Физически износ основных фондов
характеризуется постепенной утратой их потребительской стоимости, а вместе с
тем и стоимости в связи с механическим износом узлов и деталей, усталостным
износом, происходящим под влиянием сил природы.
Моральный
износ
характеризуется
уменьшением
первоначальной
стоимости действующих основных фондов вследствие выпуска при тех же
затратах новых, более совершенных средств труда, а также уменьшением
стоимости основных фондов в результате производства таких же средств труда
50
при
меньших
затратах.
Первоначальная
стоимость
учитывает
только
фактическую стоимость изготовления и приобретения основных фондов.
Физический и моральный износ основных фондов приводит к уменьшению
потребительской стоимости и проявляется в амортизации основных фондов.
Амортизация основных фондов - это процесс перенесения части их стоимости на
стоимость изготовленной продукции.
Денежное выражение доли износа основных фондов представляет собой
амортизационные отчисления, которые отражаются в составе себестоимости
продукции.
Таблица 4.3 - Расчет амортизационных отчислений
Вид оборудования
Стоимость
оборудования,
тыс. руб.
Норма
амортизации
%
Амортизационн
ые отчисления,
тыс. руб.
Оборудование
Мебель
Здание
Итого (Замортд):
492
4
3000
3496
20
18
2,8
98,4
0,72
84
183,12
Стоимость
остатка на
конец года,
тыс. руб.
393,6
3,28
2916
3312,88
Затраты на коммунальные услуги и спецодежду
Таблица 4.4 - Затраты на спецодежду
Цена 1-го комплекта, тыс.руб.
N- количество рабочих
Зс.о 1 год, тыс.руб.
2,5
4
12,5
Таблица 4.5 - Затраты на воду
Pзоз.быт.
H хоз .быт. л/день
13,5
N-количество рабочих, чел.
D-Дни раб. год.
Рхоз.быт=Нхоз.быт∙N∙Dраб. , л/год
Pтехн
5
305
20587,5
H М .П . .- норма расхода воды на мойку 1м2 пола, л
1,5
S0-площадь помещения м
Ртехн= H М .П . ∙Sп∙Dраб , л/год
160
68625
2
Pводы
Pводы=Рхоз.быт+Ртехн , л/год(тыс.руб./м3
Ценаподвод , тыс.руб.
Ценаводоотв , тыс.руб.
89212,5(89,3)
0,07753
0,04838
51
Цводы= Цподвод+ Цводоотв
Цена воды, тыс.руб.
Звода=Ц∙Pводы , тыс.руб.
0,12591
11,2
Таблица 4.6 - Затраты на электроэнергию
Зосв=(Nосв∙SH∙tосв∙Dраб/1000) ∙Ц1кВт•ч ,тыс.руб.)
Nосв- норма освещения 1м2
16
Sп- площадь помещения м2
tосв-сред. сут продолж-сть освещения, ч
Dраб – рабочие дни в году
Ц1кВт•ч – цена 1 кВт электроэнергии, тыс.руб.
Зосв=(Nосв∙SH∙tосв∙Dраб/1000) ∙Ц1кВт•ч ,тыс.руб.):
150
5
305
0,007
25,62
Затраты на электроэнергию (Зсил=Nкв∙Тсил∙Квр∙ Ц1кВт•ч , тыс. руб)
Nкв – суммарная мощность всех силовых приемников поста, кВт
Тсил – годовое количество часов использования силовой нагрузки
12
1000
Квр – коэффициент одновременной загрузки всех силовых приемников 0,4
(0,3…0,6)
Ц1кВт•ч – цена 1 кВт электроэнергии, тыс. руб.
0,007
Зсил=Nкв∙Тсил∙Квр∙Ц1кВт•ч ,тыс.руб.
Зэлектр=Зсил+Зосв , тыс.руб.:
33,6
59,22
Таблица 4.7 - Затраты на тепловую энергию
Затраты на тепловую энергию (Зтепло=Нтепло∙V∙Ц1год , тыс.руб.)
Нтепло- среднегодовая норма расхода тепла, Гкал/м3
V- объем помещения, м3
Ц1год – цена одного Гкал, тыс.руб.
Зтепло=Нтепло∙V∙Ц1год , руб
0,03
900
1,2
32,4
Общие затраты на коммунальные услуги можно определить из выражения:
Зком=Зтепло+Зэлектро+Звода, (тыс.руб.)
(4.1)
Подставим значения из таблицы 4.4 в формулу 4.2, получим:
Зком=32,4+59,22+11,2=102,82 (тыс.руб.).
Полученная сумма приведены без учета НДС, для вычисления суммы с
учетом НДС используем следующую формулу:
Зком.ндс= Зком∙1,18 (тыс.руб.)
(4.2)
Подставим значения выражения 4.1 в формулу 4.2, получим:
Зком.ндс=102,82 ∙ 1,18=121,32 (тыс.руб.).
52
Фонд оплаты труда (затраты на заработную плату персонала)
Затраты на заработную плату персоналу приведены в таблице 4.8.
Таблица 4.8 - Фонд оплаты труда
Должность
Главный механик
Механик
Слесарь по ремонту
топливной аппаратуры
Механик
Итого ( ЗФОТ ) = 780 (тыс.руб.)
Зарплата в месяц, тыс. руб.
25
15
15
Зарплата в год, тыс. руб.
300
180
180
10
120
Отчисления на ФОТ.
Отчисления на социальные нужды по действующему законодательству
составляют 34,2% от фонда заработной платы. Т.о. отчисления на социальные
нужды в год составят:
З СН  ЗФОТ ∙ 0,342=1380 ∙ 0,342= 266,76 (тыс. руб.)
(4.3)
Затраты на рекламу.
Таблица 4.9 - Затраты на рекламу
Виды затрат
Радио
Газеты
Итого (Зпр):
Сумма затрат в месяц,
тыс. руб.
4
2
7
Сумма затрат в год,
тыс. руб.
48
24
72
Прочие общие хозяйственные затраты.
Таблица 4.10 - Прочие расходы
Виды затрат
Хозяйственные расходы
Материалы и сырье
Итого (Зпр):
Сумма затрат в месяц, Сумма затрат в год, тыс.
тыс. руб.
руб.
2
24
0,7
8,4
2,7
32,4
Таблица 4.11 - Смета общих затрат предприятия
Виды затрат
Сумма
затрат
(с учетом НДС), тыс. руб
Приобретение технологического оборудования и оснастки,
492
(Зоборуд)
Амортизационные отчисления, (Заморт)
183,12
Затраты на коммунальные услуги, (Зком.ндс)
138,34
53
Фонд оплаты труда, (ЗФОТ)
Отчисления на ФОТ, (Зсн)
Затраты на рекламу
780
266,76
72
32,4
1664,62
Прочие расходы, (Зпр)
Итого, (Зобщ):
Графическое изображение распределения расходов по статьям затрат за год
приведено на рис. 4.2.
Рисунок 4.2 – Смета затрат за год
Согласно календарному табелю рабочего времени на 2018 год, при 4-ми
часовой рабочей неделе фонд рабочего времени 1-го машино-места составляет
ФРВ=1970 ч. Значит, общий фонд рабочего времени всего предприятия при
наличии на нем два машино-места составит:
ФРВобщ=ФРВn,(ч)
где ФРВ - фонд рабочего времени 1-го машино-места,
n - количество машино-мест.
Т.о. общий фонд рабочего времени машино-места при 100% загруженности
составит:
ФРВобщ=19701=1970 (ч).
Выручка центра (В) при 100% использовании рабочего времени машиномест,
найдем по формуле:
54
В=ФРВобщЦ (тыс.руб.)
(4.5)
где Ц – цена нормо-часа
При установлении цен на различные виды сервисных услуг можно
использовать следующие методы:
1. Установление цен на основе затрат, при этом размер прибыли в цене
устанавливается по инициативе (предложению) автосервисного предприятия,
которое
при
этом
руководствуется
разными
факторами
(например,
ценности
товара. В
экономическим состоянием предприятия).
2.
Установление цены на основе
ощутимой
обслуживании автомобилей суть данного метода заключается в том, что за
одну и ту же услугу можно заплатить разную цену в зависимости от того, в
каких условиях она предоставляется. Например, на крупных СТО стоимость
оказываемых услуг выше, чем у средних и мелких.
3. Ориентация на конкурентов, с отклонением от них в зависимости от
наличия
или
отсутствия
конкурентных преимуществ автосервиса или
конкретной услуги.
4. Расчет цены на основе безубыточности и обеспечения целевой
прибыли. В основе данного метода лежит график безубыточности, на котором
представлен характер поведения различных экономических показателей в
зависимости от объема продаж.
При расчёте стоимости услуг организуемого участка будем использовать
комбинированный метод, состоящий из установления цены на основе ощутимой
ценности товара и ориентации на конкурентов.
Учитывая цены будущих конкурентов, общие затраты на организацию
участка, а также социальный уровень жизни населения, предполагается назначить
цену за нормо-час для работ в размере Ц = 1900 руб. с учетом НДС. Цена
включает в себя затраты на коммунальные услуги, часовую стоимость машиноместа,
амортизацию
арендуемого
оборудования
и
оснастки,
стоимость
выдаваемого комплекта спецодежды, НДС.
Подставим в формулу 4.5 величины, рассчитанные выше:
55
В=19701,9 =3943 тыс.руб.
Прибыль участка найдем по формуле:
Пр=В-Зобщ,(руб),
(4.6)
где Пр - прибыль;
В - выручка;
Зобщ - суммарные затраты.
Подставив,
в
выше
приведенную
формулу
расчета
прибыли
соответствующие данные, получим следующее значение прибыли предприятия
при 100% загруженности машино-мест:
Пр = 3943-1664,62= 2378,2 (тыс.руб.)
(4.7)
Из полученной суммы прибыли необходимо вычесть налог на прибыль,
который по действующему законодательству составляет 20%. Т.о. сумма налога
на прибыль составит
Знп=2378,20,2=475,64 (тыс. руб.).
(4.8)
Значит, чистая прибыль предприятия составит за минусом налогов:
Прчист= 2378,2 – 475,64 = 1902,56 (тыс. руб.)
(4.9)
Значения чистой прибыли при различной загрузке машино-мест приведены в
таблице 4.12 и представлены на рисунке 4.3.
Таблица 4.12 - Значения чистой прибыли
Параметр
Фонд рабочего времени, ч
Выручка, тыс.руб.
Прибыль, тыс.руб.
Налог на прибыль, тыс.руб.
Чистая прибыль, тыс.руб.
Процент загрузки машино-мест, %
25
50
75
100
492,5
985
1477,5
1970
985,75
1971,5
2957,25
3943
1292,63
2378,2
258,526
475,64
1034,104 1902,56
56
Рисунок 4.3 - Значения чистой прибыли при различной загрузке машино-мест
Для того чтобы определить минимальную загрузку машино-мест, при
которой предприятие не будет работать в убыток, необходимо решить обратную
задачу. Принимаем доход участка равным величине общих затрат:
З=В=1664,32 (тыс. руб.)
Фонд рабочего времени машино-мест, соответствующий такому доходу
составит:
ФРВ=1664,32/1,9=1280,2 (ч)
(4.11)
Расчёт точки безубыточности Для обеспечения предприятия необходимо
определить минимальную программу работ и услуг (точку безубыточности).
Точка безубыточности - минимальный объем производства и реализации
продукции, при котором расходы будут компенсированы доходами, а при
производстве и реализации последующей единицы продукции предприятие
начинает
получать
прибыль.
Точку
безубыточности
можно
найти
как
графическим, так и расчетным способом.
Расчет точки безубыточности производится по формуле:
А = Зпост/Ц-(Зпер/ФРВ)
(4.12)
Подставив в формулу 4.12 соответствующие значения:
А=1956,22/1,9 - (8,4/1970) =2526 (ч)
57
Полученное значение А = 2526 (ч), соответствует 48 % ФРВ машино-мест.
По данным таблицы 4.13 строится график безубыточности (рисунок 4.4), из
которого графическим способом определим точку безубыточности (A).
Таблица 4.13 - Анализ безубыточности участка
Параметр
Процент загруженности машино-мест, %
%
25
50
75
100
Выручка (В)
тыс.руб.
985,75
1971,5
2957,25
3943
Материалы и сырье
тыс.руб.
2,1
4,2
6,3
8,4
Переменные затраты (Vcosts)
Материальные затраты
(приобретение технологического
оборудования и оснастки)
Амортизационные отчисления
тыс.руб.
2,1
4,2
6,3
8,4
тыс.руб.
492
492
492
492
тыс.руб.
183,12
183,12
183,12
183,12
Фонд оплаты труда
тыс.руб.
780
780
780
780
Отчисления на ФОТ
тыс.руб.
266,76
266,76
266,76
266,76
Затраты на коммунальные услуги
тыс.руб.
138,34
138,34
138,34
138,34
Затраты на рекламу затраты
Прочие затраты (без затрат на
материалы и сырье)
Постоянные затраты (Fcosts)
тыс.руб.
72
72
72
72
тыс.руб.
24
24
24
24
руб.
1956,22
1956,22
1956,22
1956,22
руб.
2942
3927,72
4913,47
5899,22
Общие затраты (Tcosts)
Рисунок 4.4 – График безубыточности участка
58
Следовательном точка безубыточности, полученная расчетным способом,
А=48% соответствует точке безубыточности, полученной графическим способом,
А=48%. Отсюда можно сделать вывод о том, что при уровне загруженности
машино-мест выше точки безубыточности затраты на организацию участка
окупятся в первый год его работы.
Показатель
рентабельности
используют
для
сравнительной
оценки
эффективности работы отдельных предприятий и отраслей. Эти показатели
характеризуют
полученную
прибыль
по
отношению
к
затраченным
производственным ресурсам. Рентабельность (Рп) определим по формуле:
Рп=(Прчист/В) ∙100%,
(4.13)
где Прчист – чистая прибыль участка за год, тыс.руб; В – выручка поста, тыс.руб.
Подставив в формулу 4.13 соответствующие данные, получаем, при 50%
загрузке семи машино-мест ежедневно в течение года, следующие значения:
Рп=1902,56/3943 ∙100%=48%
Аналогично, для наглядности произведем расчеты рентабельности поста при
75 и 100% загрузке всех машино-мест ежедневно. Результаты этих расчётов
сведем в таблицу 4.14.
Таблица 4.14 - Значение рентабельности участка
Параметр
Рентабельность участка, %
Процент загрузки машино-мест, %
50
75
100
36
48
Рисунок 4.5 – Рентабельность участка, в зависимости от % загрузки машино-мест
59
Расчет себестоимости нормо-часа
Произведем расчет себестоимости нормо-часа по формуле:
Ру=(Ц-С/С)·100%
(4.14)
где Ру - рентабельность услуги;
Ц - цена единицы услуги;
С - себестоимость услуги.
Эффективной рентабельностью считают Р=43%.
Предположим, что организуемый пост рентабелен, т.о. РНЧ=43%.
Подставим значения рентабельности и стоимости нормо-часа в формулу 4.14:
43% = (1-С/С)·100%
Из полученного равенства выразим значение себестоимости и найдем ее
величину:
С=1,9/1,6=1,18 (тыс.руб.)
(4.15)
Т.о. мы видим, что выбранная методом экспертной оценки, стоимость нормочаса является корректной и склад способен приносить прибыль, и является
конкурентоспособным при данном уровне цены на нормо-час.
Окупаемость капитальных вложений - один из показателей эффективности
капитальных вложений, отношение капитальных вложений к экономическому
эффекту, получаемому благодаря этим вложениям.
Срок окупаемости ( TОК ) найдем из формулы:
TОК =Зобщ/В,
(4.16)
Подставим значение общих затрат и выручки поста при 50% загруженности
машино-мест за год в формулу 4.16:
TОК =1664,62/3943=0,62 (лет)
Аналогичным способом произведем расчет срока окупаемости поста при 75
и 100% загруженности участка, полученные значения сведем в таблице 4.15.
60
Таблица 4.15 - Срок окупаемости склада при различной загруженности машиномест в год
Процент загрузки машино-мест, %
25
50
75
100
1,6
1,4
1
0,62
Параметр
Срок окупаемости поста, лет
Таблица 4.16
предприятия
№
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
-
Показатели
экономической
эффективности
деятельности
Величина показателей, в зависимости от
Ед.
загруженности машино-мест
измерения
25%
50%
75%
100%
Выручка от предоставления тыс.руб.
услуг
985,75
1971,5
2957,25 3943
Фонд рабочего времени
час
492,5
985
1477,5
1970
Себестоимость нормо-часа
тыс.руб./
1,18
1,18
1,18
1,18
н-час
Стоимость нормо-часа
тыс.руб./
1,9
1,9
1,9
1,9
н-час
Численность машино-мест
шт.
1
1
1
1
Расходы по проекту:
3284,88 3284,88 3284,88 3284,88
- материальные затраты;
2533,3
2533,3
2533,3
2533,3
-амортизационные
183,12
183,12
183,12
183,12
отчисления;
- фонд оплаты труда;
тыс.руб.
780
780
780
780
- отчисления ФОТ;
266,76
266,76
266,76
266,76
- затраты на коммунальные
138,34
138,34
138,34
138,34
услуги;
- прочие расходы.
32,4
32,4
32,4
32,4
Прибыль
тыс.руб.
1292,63 2378,2
Прибыль чистая
тыс.руб.
1034,104 1902,56
Рентабельность
%
75
100
Наименование показателей
4.3 Реализация программы и развитие сети автомобильных
газонаполнительных компрессорных станций
Сегодня на КПГ работают 14,7 млн. автомобилей, что составляет 1,5% от
мирового парка (900 млн. ед.). В последние годы мировой парк автомобилей,
работающих на природном газе, увеличивается на 25-30%. Согласно прогнозу
Международного газового союза рост парка газобаллонного автотранспорта
составит к 2020 г. 50 млн единиц, а к 2030 г. - более 100 млн единиц. Сегодня в
мире
насчитывается
уже
20
746
автомобильных
газонаполнительных
компрессорных станций (АГНКС).
61
По расчетам специалистов компании "Рургаз АГ", Германия, АГНКС
должны строиться со следующей плотностью: 5 км в городах, 15 км в
пригородной зоне, 25 км в сельской местности. Разработана достаточно широкая
гамма АГНКС и передвижных автогазозаправщиков (ПАГЗ). Комбинированное
использование стационарных и мобильных средств заправки природным газом
обеспечивает большую гибкость организации бизнеса.
Если
раньше
в
России
строились
в
основном
станции
большой
производительности (на 250 и 500 заправок в сутки), то теперь более
целесообразным представляется уплотнение сети АГНКС за счет станций малой
(до 100 заправок) и средней (100 - 150 заправок) производительности.
Малотоннажное производство СПГ может быть организовано на АГНКС и
ГРС. Используя потенциал перепада давления, дросселирующие установки
позволяют
получать
до
1
тонны
СПГ
в
час.
При
этом
установки
производительностью до 500 кг в час вообще не требуют электроэнергии.
ОАО
"Газпром"
поддержал
инициативу
Неправительственного
экологического фонда им. Вернадского и принял активное участие в разработке
международного
проекта
"Голубой
коридор".
Проект
предусматривает
использование природного газа в качестве моторного топлива при выполнении
международных пассажирских и грузовых автомобильных перевозок.
Для подготовки предварительного доклада была создана международная
рабочая группа. По предложениям группы были одобрены три коридора:
Хельсинки - Санкт-Петербург - Москва (протяженность 1050 км);
Москва - Минск - Варшава - Берлин (протяженность 1800 км);
Берлин - Прага - Рим (протяженность 1800 км).
Для расчета экологического и экономического эффектов были приняты
следующие исходные условия:
В коридоре Хельсинки - Санкт-Петербург - Москва в качестве основного
топлива используется сжиженный природный газ (СПГ). В остальных коридорах компримированный
природный
газ
(КПГ)
причем
по
двум
вариантам:
газодизельном (20% запальная доза + 80% газ) и чисто газовом (100% газ).
62
Оцениваемый в модели парк (модельный парк) насчитывает 10,5 тыс.
машин: 2,5 тыс. автобусов и 8 тыс. грузовиков. По типу используемого топлива
модельный парк имеет следующую структуру: 1600 газодизельных, 6400 чисто
газовых и 2500 автомобилей, работающих на СПГ.
Сокращение эксплуатационных затрат по топливной составляющей за счет
разницы цен на природный газ и дизельное топливо позволяет суммарно получить
дополнительную прибыль в размере 37 млн. Евро на модельный парк. Данные по
каждому коридору приведены в таблице. Сокращение эксплуатационных затрат
(Евро на 1 оборотный рейс) по маршрутам и видам топлива
Хельсинки - Москва (СПГ): 82,7
Москва - Берлин (КПГ) двухтопливные: 231,2
Москва - Берлин (КПГ) чисто газовые: 273,2
Берлин - Рим (КПГ) двухтопливные: 194,5
Берлин - Рим: (КПГ) чисто газовые 248,1
Сеть АГНКС на территориях стран-участниц требует определенного
уплотнения. На первом этапе хотя бы до 1 АГНКС на 200 км автомагистрали.
Всего требуется построить 52 АГНКС суммарной производительностью 122 млн.
кубических метров природного газа в год на сумму 16 млн. Евро.
Существенным элементом российского газомоторного рынка является
Некоммерческое партнерство "Национальная газомоторная ассоциация" (НГА).
Членами НГА являются предприятия нефтегазового комплекса, автомобильные
заводы,
автотранспортные
предприятия,
научные
и
инжиниринговые
организации.
На
2-ом
ежегодном
Международном
форуме
«Автотранспорт
на
газомоторном топливе в России», проводимом в ноябре 2014 поставил опросы по
переводу автотранспорта на газомоторное топливо: от стратегии к тактике
1. Формирование газомоторного рынка и политики государства по
отношению к нему
2. Экономическое
и
законодательное
стимулирование
использования
природного газа в качестве моторного топлива
63
3. Мировые тренды рынка газомоторного топлива. Обзор состояния рынка
ГМТ в России. Вопрос ценообразования как основной фактор развития
российского рынка ГМТ
4. Совершенствование
нормативно-технической
базы,
регулирующей
использование природного газа в качестве моторного топлива
5. Эффективные
инструменты
финансирования
проектов
в
сфере
газомоторного топлива
6. Популяризация использования ГМТ
7. Организация единого информационного пространства по взаимодействию
с участниками рынка ГМТ
Выделена стратегическая линия лидеров рынка:
1. Производство и реализация газомоторного топлива как стратегическая
задача нефтегазовой отрасли
2. Бизнес-концепции производителей топлива
3. Перспективы
развития
производства
газобаллонных
автомобилей:
проблемы, задачи, точки роста
4. Создание, испытание и производство газомоторной техники для ее
использования в различных сферах: строительство, грузоперевозки, сельское и
коммунальное хозяйство
5. Обзор развития российского рынка автомобилей, работающих на
газомоторном топливе. Динамика продаж.
6. Взгляд перевозчика: Проблемы внедрения газомоторной техники на
транспортном предприятии
7. Взгляд перевозчика: Опыт эксплуатации автотранспорта и спецтехники
на газомоторном топливе
Для производителей поставлены задачи по производству авто компонентов
для автотранспорта на газомоторном топливе
1. Разработка
и
производство
систем
управления
газобаллонными
транспортными средствами
2. Новое в инженерных разработках газовых двигателей
64
3. Требования к уровню локализации компонентов
4. Перспективы
битопливных
двигателей
в
России.
Автомобильные
системы подачи газового топлива. Раздельный учет каждого вида топлива в
двухтопливных системах.
5. Конвертация автомобильных дизелей на природный газ
В настоящее время в России расширяется парк автомобилей, работающих
на КПГ (на данный момент оценивается примерно в 86
тыс. единиц).
Увеличивается и количество автомобильных газонаполнительных компрессорных
станций, заправляющих транспорт компримированным природным газом:
в 58 регионах
России
действует
249
станций.
Безусловным
лидером
национального газомоторного рынка является «Газпром». В собственности
«Газпрома» находится 206 АГНКС, более 10 лет «Газпром» занимается
популяризацией в России газомоторного топлива.
«Газпром», являясь лидером газомоторного рынка России, активно работает
над развитием в стране газомоторного сегмента автотранспорта. Компания
сотрудничает
с поставщиками
газозаправочного
оборудования,
с органами
государственного и муниципального управления, экономическими и научными
центрами, международными организациями и зарубежными партнерами, создает
новые объекты инфраструктуры в разных регионах страны.
ООО «Газпром газомоторное топливо», как единый оператор по развитию
рынка газомоторного топлива в России, готово обеспечить строительство и ввод в
эксплуатацию автомобильных газонаполнительных компрессорных станций,
многотопливных автомобильных заправочных станций. В случае необходимости
будет предусмотрена возможность заправки техники с помощью передвижных
автомобильных газовых заправщиков. В планах компании строительство
газомоторной инфраструктуры следует синхронизировать с работой регионов по
расширению парка техники, использующей метан в качестве моторного топлива.
С точки зрения экологичности, на сегодняшний день из всех массово
используемых моторных топлив природный газ является самым экологичным.
Перевод автомобилей с бензина на газ позволяет в среднем в пять раз снизить
65
выбросы вредных веществ. Поэтому использование природного газа на
транспорте в полной мере соответствует стремлениям многих государств в мире
по снижению вредного влияния на экологию.
Рисунок 4.6 – Газовые заправки метан. Российская федерация
Помимо расширения газозаправочной инфраструктуры, вторым важнейшим
условием развития рынка газомоторного топлива является наличие достаточного
количества транспортных средств. Несмотря на то, что продажи автомобилей на
метане в 2017 году выросли на рекордные 28 процентов, средняя загрузка
действующих станций составляет порядка 25 процентов в среднем по России.
Низкий
спрос
на
газомоторное
топливо
тормозит
темпы
развития
газозаправочной инфраструктуры. Для обеспечения номинальной загрузки
действующих и строящихся АГНКС с целью достижения потенциально
востребованного спроса на компримированный природный газ в объеме 1,5
миллиарда кубометров в год к 2020 году, требуется ежегодный прирост
газомоторной техники на 15-20 тысяч единиц в год. Низкая покупательская
активность обусловлена, прежде всего, высокой стоимостью газомоторной
техники: разница с жидкотопливными аналогами составляет порядка 15-30
процентов. Для развития рынка крайне важно, чтобы стоимость жидкотопливных
и газобаллонных автомобилей для потребителей была равнозначной. Решение
66
данной задачи невозможно без комплекса мер государственного стимулирования,
направленных на поддержку автопроизводителей по части расширения выпуска
газомоторных транспортных средств.
На данной карте отмечены метановые газовые заправки в России - АГНКС
(автомобильные
газонаполнительные
компрессорные
станции).
Представленная карта газовых заправок на метане позволяет узнать, где сегодня
можно заправиться компремированным природным газом (compressed natural gas,
CNG) - сжатым метаном.
4.4 Вывод по разделу
На
примере
России
дана
оценка
экономической
эффективности
использования газового топлива в качестве альтернативы для бензина и
дизельного топливо.
Рассмотрена работа автотранспортного предприятия, имеющего в парке
транспорт на газовом топливе. Дополнительно установлены затраты на
выполнение сервисных и ремонтных воздействий транспорта по поддержанию в
работоспособном состоянии ДВС.
Дана
объективная
оценка
реализации
программы
развития
сети
автомобильных
67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рассмотрена
целесообразность
использования
газового
топлива
для
транспорта. Изучены постановления Правительства РФ по данному вопросу и
опыт зарубежных стран.
Проведен анализ видов газообразных топлив, их совместимость с
конструкцией ДВС. Дана характеристика физико-механических показателей
газовых
топлив.
Установлено
влияние
свойств
газового
топлива
на
эксплуатационные качества ДВС и его работоспособность.
Выявлены преимущества использования газообразного топлива, в то же
время установлены проблемы конструктивного характера, оказывающие влияние
на эффективность работы ДВС.
Выполнена оценка объективности информации производителя по основным
топливно-эксплуатационным показателям газового двигателя путем поверочного
расчета. При выполнении расчета использовался программный пакет расчета
ДВС, что позволило адаптировать его к расчетным данным для газовых
двигателей. По результатам расчета построена индикаторная диаграмма,
установлен характер изменения кривых удельных сил. По результатам расчета
установлены параметры изменения скорости, хода и ускорения поршня, как
наиболее нагруженного элемента в конструкции ДВС.
Теоретически установлены причины появления задиров на зеркале
цилиндра и юбке поршня, а так же разрушений происходящих в камере сгорания
ДВС.
Дана переоценка значения моторного масла, которое в данной конструкции
играет роль защиты ДВС из-за отсутствия у газа смазочных свойств.
Проведены
оборудованного
исследования
газовыми
практического
двигателями
в
использования
России.
транспорта,
Рассмотрены
этапы
взаимодействия производителя и эксплуатанта по вопросу выявления слабых мест
конструкции
и
доработки
конструкции
до
эффективного
уровня
функционирования.
68
Дана оценка экономической эффективности использования газового
топлива в качестве альтернативы для бензина и дизельного топливо.
Дополнительно
установлены
затраты
на
выполнение
сервисных
и
ремонтных воздействий транспорта по поддержанию в работоспособном
состоянии ДВС.
Дана
объективная
оценка
реализации
программы
развития
сети
автомобильных газонаполнительных компрессорных станций для Российской
федерации.
69
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Автомобильные
топлива,
масла
и
эксплуатационные
жидкости:
справочник – изд-во «За рулем», 2003.
2. Афонин С.А. Газовое оборудование автомобиля. Легковые, грузовые.
Устройство, установка, обслуживание. Практическое руководство. «ПОНЧиК»,
2001 г.
3. Биогаз как топливо / Панцхава Е.С., Шипилов М.М., Пауков А.П.,
Ковалев Н.Д. // ЖКХ. - 2008. - N 2, ч.1. - С.59-64.
4.
Буралев Ю.В. и др. Устройство, обслуживание и ремонт топливной
аппаратуры автомобилей. – М.: Высшая школа, 1982 г.
5. Геленов, А. А. Автомобильные эксплуатационные материалы: учеб.
пособие для студ. учреждений сред. проф. образования / А. А. Геленов, Т. И.
Сочевко, В. Г. Спиркин – 2-е изд., перераб. – М.: Издательский центр
«Академия», 2012. – 304 с.
6. ГОСТ 27577-2000 Газ природный топливный компримированный для
двигателей внутреннего сгорания. Технические условия.
7. Двигатели
внутреннего
сгорания.
Теория
поршневых
и
комбинированных двигателей /Вырубов Д.П., Иващенко Н.А., Ивин В.И. и др.
Под ред. А.С. Орлина и М.Г. Круглова М.: Машиностроение, 1983,- 372 с.
8. Двигатели транспортные газовые КАМАЗ-820.60 -260, КАМАЗ-820.61260. Руководство по эксплуатации 820.60 - 3902001 РЭ, ОАО «КАМАЗ»,
Набережные Челны, 2007.
9. Двигатели транспортные газовые, КАМАЗ - 820.60-260, КАМАЗ 820.61-260. Руководство по эксплуатации 820.60-3902001 РЭ, Наб. Челны, 2007.
10. Документ ЕКМТ CEMT/ CM(2001)12
- Реализация устойчивой
городской транспортной политики.
11. Жмарин Е.Н., Рыбаков В.А. ЛСТК – инструмент для реализации
программы «Доступное и комфортное жилье» //Журнал для профессионалов
«СтройПРОФИль», № 5(60), стр. 166-167; 2007.
70
12. Золотницкий, В.А. Автомобильные газовые топливные системы / В.А.
Золотницкий – АСТ, Астрель, Хранитель, 2007.
13. Картошкин, А. П. Смазочные материалы для автотракторной техники:
Справочник : учеб. пособие. - М. Издательский центр «Академия», 2012. - 240 с.
14. Кравченко Е.А, Кравченко А.Е. Современное состояние и перспективы
устойчивого развития пассажирского автотранспортных средств в России //
Успехи современного естествознания. – 2011. – № 2 – С. 130-134
URL: www.rae.ru/use/?section=content&op=show_article&article_id=7785910 (дата
обращения: 30.04.2015).
15. Колчин А. И., Демидов В. П. Расчет автомобильных и тракторных
двигателей./ A. И. Колчин, В. П. Демидов. – М.:Высш. Шк., 2002. – 496с
16. Масла
для
газовых
CNG
двигателей
//
Веда
URL:
http://www.vedaoil.ru/promo/masla-dlya-gazovykh-cng-dvigatelei.htm
17. Миротин, Л.Б. Логистические подходы в решении транспортного
обеспечения в период кризиса. [Текст] / Л.Б. Миротин. Международная науч.
Практ. Конф., Волгоград, 13-15 октября 2009. - С. 60-64.
18. Мерзликина К.И., Солодовников Д.Н., Международный научнотехнический журнал «Транспорт на альтернативном топливе» № 3 (45)/2015 г.
19. Мерзликина К.И., Солодовников Д.Н., Альтернативные источники
энергии в транспортно-технологическом комплексе. Проблемы и перспективы
рационального
использования.
Сборник
научных
трудов
по
материалам
ежегодных конференций. Выпуск 1. Воронеж 2014г.
20. Мерзликина К.И., Солодовников Д.Н., VI Международная студенческая
электронная научная конференция «Студенческий научный форум 2014»
21. Мерзликина
К.И.,
Солодовников
Д.Н.,
VII
Международная
студенческая электронная научная конференция «Студенческий научный форум
2015»
22. Мерзликина К.И., Солодовников Д.Н.,Материалы VI Всероссийской
научно-практической конференции в рамках Х промышленного салона и
71
специализированных выставок «Промэкспо, станки и инструмент», «Сварка.
Контроль. Диагностика» 3-5 марта 2015 г.
23. Мерзликина К.И., Солодовников Д.Н.,Электронный периодический
рецензируемый научный журнал «Sci-article.ru» № 21 (май) 2015 г.
24. Морев, А.И. Газобаллонные автомобили: справочник / А. И. Морев,
В. Н. Ерохов, Б. А. Бекетов и др. – М.: «Транспорт», 1992.
25. Нормы расхода топлив и смазочных материалов на автомобильном
транспорте. Методические рекомендации: утв. Минтранс России, № АМ-23-р от
14.03.2008.
26. О расширении использования природного газа в качестве моторного
топлива // Правительство России URL: http://government.ru/docs/1839/
27. О расширении использования природного газа в качестве моторного
топлива // Правительство России URL: http://government.ru/docs/1839/ (дата
обращения: 21.10.2014).
28. О расширении использования природного газа в качестве моторного
топлива // Правительство России URL: http://government.ru/docs/1839/ (дата
обращения: 22.12.2014).
29. Природный
газ
–
моторное
топливо
эпохи
метана
//
URL:
http://www.propan.ru/motortop/metan21.html (дата обращения: 22.12.2014).
30. Схемы установки ГБО: карбюратор / инжектор. Как это работает: ответы
на
все
вопросы,
возникающие
при
эксплуатации
ГБО.
Газобаллонное
оборудование. - М.: Транспорт, 2008 - 56 с.
31. . Файзуллаев Э.З., Исмаилов С.А. Влияние температуры окружающей
среды на топливную экономичность автомобилей. // Совершенствование
конструкции и повышение эффективности эксплуатации автомобилей. -М.:
МАДИ, 1987. -132 с.
32. . Фалькевич Б.С. Тяговые качества автомобиля при неустановившемся
режиме работы двигателя текст. Сб. Вопросы машиноведения изд. АН СССР,
1950.-167 с.
72
33. Фаробин Я.Е., Шупляков B.C. Оценка эксплуатационных свойств
автопоездов для междугородных перевозок текст. -М.: Транспорт, 1983.- 199 с.
34. Чудаков Е.А. Теория автомобиля текст. -М.: Машгиз, 1950. 343 с.
35. Шейнин A.M.
Методы
определения
и
поддержания
надежности
автомобилей в эксплуатации текст. М.: Транспорт, 1968, - 168 с.
36. Федеральная целевая программа «Модернизация транспортной системы
России (2002-2010 годы)» утверждена постановлением Правительства РФ от 5
декабря 2001 г. № 848 в соответствии с положениями Транспортной стратегии
Российской Федерации.
37. http://oilstandart.com/vse_o_maslah/motornye_masla_dlya_gazovyh_dvigatel
38. http://www.24driver.ru/index.php?route=product/product&product_id=4972
39. http://www.factorial.nwauto.ru/kat_masla-motornye/gazovie/
40. http://www.mining-media.ru/ru/article/prommat/1611-masla-dlya-gazovykhdvigatelej
41. http://www.os1.ru/article/service/2011_11_A_2011_11_09-17_38_34/
42. http://www.propan.ru/motortop/metan21.html
43. http://www.tgkonvent.ru/Tehnicheskaja_informacija/Dvigatel_KAMAZ/Gazo
vij_dvigatel_dlja_avtobusa/
44. http://www.transpovolume.ru/ranvols-401-1.html
45. http://www.uitp.org/advocacy/public_transport.cfm - Международный Союз
Общественного Транспорта (МСОТ).
46. http://www.tp-bioenergy.ru/biometan/
47. http://mupgpt31.ru
48. http://himmot.jimdo.com/архив-конференций/20-21-марта-2014года/сборник-научных-трудов/
49. www.securpress.ru - Российское информационное агентство.
50. http://www.emplant.de/english/index.html
51. URL: http://www.fuelsaver.govt.nz/explain.html
73
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа