ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА НА АВТОМОБИЛЯХ КАМАЗ

Введение. Повышение эффективности грузовых перевозок и снижение токсичности отработавших газов остаются приоритетными задачами автотранспортных предприятий. Автомобили КАМАЗ широко применяются в магистральных перевозках, строительстве и коммунальном хозяйстве, поэтому снижение удельных затрат на топливо непосредственно влияет на себестоимость перевозки и конкурентоспособность перевозчика. Природный газ в форме CNG (компримированного) и LNG (сжиженного) рассматривается как одно из наиболее доступных альтернативных моторных топлив. Его применение... позволяет существенно снизить выбросы твёрдых частиц и дымность, а в ряде условий — улучшить показатели по NOx и CO₂. Однако фактическая эффективность газомоторной техники определяется комплексом факторов: выбором технической схемы двигателя, настройками рабочего процесса, организацией заправки и контроля расхода, а также обслуживанием газобаллонного оборудования.

Цель работы – обосновать направления повышения эффективности применения природного газа на автомобилях КАМАЗ и выполнить расчетно-оценочное сравнение экономического и экологического эффекта при переходе с дизельного топлива на природный газ.

Задачи: 1) выделить факторы, влияющие на эффективность эксплуатации газомоторной техники КАМАЗ; 2) сравнить варианты реализации газомоторного привода (CNG/LNG, газовый ДВС и газодизельный цикл); 3) выполнить сравнительную оценку затрат на топливо и окупаемости; 4) сформулировать практические рекомендации по повышению эффективности и надежности.

Материалы и методы исследования.

В работе применены: аналитический обзор учебной и справочной литературы по газомоторным и газодизельным двигателям; сравнительный анализ схем питания CNG/LNG; расчетно-оценочный метод сопоставления затрат на топливо (руб/100 км) на основе типовых эксплуатационных расходов топлива и усреднённых цен на энергоносители (оценочные значения). В качестве базового показателя эффективности выбран удельный расход затрат на топливо на 100 км пробега и срок окупаемости переоборудования при заданном годовом пробеге автомобиля.

Примечание: численные значения в расчётной части приведены как ориентировочные для инженерного сравнения. Для внедрения на предприятии рекомендуется уточнять их по фактическим путевым листам, массе груза, профилю маршрута и данным телематики.

Факторы, определяющие эффективность применения природного газа на КАМАЗ.

Эффективность газомоторной эксплуатации формируется совокупностью инженерных и организационных решений. К ключевым факторам относятся: выбор формы топлива (CNG/LNG) под требуемый запас хода; схема двигателя (газовый ДВС или газодизельный цикл); качество настройки смесеобразования и зажигания/впрыска, обеспечивающее высокий КПД и стабильное сгорание; наличие наддува и охлаждения наддувочного воздуха; масса и компоновка газобаллонного оборудования; организация заправки и контроль фактического расхода топлива (телематика); соблюдение требований безопасности и регламентов обслуживания ГБО.

 

Таблица 1.

Сравнительная характеристика дизельного топлива и природного газа для автомобилей КАМАЗ

Показатель	Дизель	CNG (метан)	LNG (метан)
Способ хранения на борту	Жидкость при атм. давлении	Газ 20–25 МПа	Криогенная жидкость ~ −160 °C
Объёмная энергоёмкость	Высокая	Ниже (нужен объём баллонов)	Выше, чем у CNG
Экологический эффект (дымность/PM)	Базовый уровень	Существенное снижение	Существенное снижение
Инфраструктура	Широко доступна	Требует CNG-заправок	Требует LNG-заправок/крио-логистики
Типичный профиль применения	Универсально	Город/регион, возврат на базу	Магистраль, большой пробег

 

Анализируя данные таблицы, можно сказать, чтоCNG-технология проще по части хранения топлива, но ограничивает запас хода из‑за меньшей объёмной энергоёмкости и массы баллонов. LNG обеспечивает больший пробег при сопоставимой массе топлива, однако требует криогенной инфраструктуры и строгих регламентов эксплуатации. Выбор CNG/LNG следует осуществлять исходя из профиля маршрута и доступности заправок.

Исходя из анализа можно сказать, что максимальная эффективность применения природного газа достигается при корректном выборе формы хранения: CNG — для регулярных маршрутов с доступной АГНКС, LNG — для магистральных перевозок, где критичен запас хода.

 

Таблица 2.

Расчётно-оценочная стоимость топлива на 100 км пробега для КАМАЗ (ориентировочно)

Вариант	Расход	Цена топлива	Затраты, руб/100 км	Экономия к дизелю, %
Дизель	32 л/100 км	70 руб/л	2240	0
CNG	35 м³/100 км	25 руб/м³	875	61
Газодизель	30 м³ + 6 л/100 км	25 руб/м³ + 70 руб/л	1170	48

 

Анализируя данные таблицы, можно сказать, чторасчёт показывает, что при ориентировочных ценах на энергоносители топливные затраты при использовании CNG существенно ниже дизельного варианта. Газодизельная схема сохраняет часть дизельного топлива (пилотный впрыск), поэтому экономия меньше, но вариант может быть удобен как переходное решение при сохранении тяговых свойств и управляемости рабочего процесса.

Исходя из анализа данных таблицы можно сказать, что приоритетным направлением повышения эффективности является максимизация доли газа при сохранении надёжного и стабильного сгорания, а также организационный контроль фактического расхода топлива.

Рисунок 1. Сравнение затрат на топливо для дизеля, CNG и газодизельного режима (руб/100 км)

Анализируя график, можно сказать, что снижение затрат при CNG обеспечивается преимущественно ценовым фактором при сопоставимой потребности в энергии на движение. Газодизельный режим занимает промежуточное положение из‑за использования пилотной дозы дизельного топлива.

Исходя из анализа графика можно сказать, что для закрепления экономии необходимо поддерживать стабильный режим работы двигателя, исключать перерасход газа на переходных режимах и организовать контроль расхода (телематика, нормирование).

Рисунок 2. Оценка снижения выбросов при переходе с дизеля на природный газ

Анализируя график, можно сказать, что наиболее выраженное улучшение достигается по твёрдым частицам (дымность), что особенно важно для городских, карьерных и коммунальных условий эксплуатации. Эффект по NOx и CO₂ существенно зависит от настройки рабочего процесса, качества смесеобразования и режима нагрузки, поэтому на предприятии требуется подтверждение по данным диагностик.

Исходя из анализа графика можно сказать, что экологический эффект природного газа наиболее значим для техники, работающей в зоне проживания людей и в условиях повышенных требований к дымности и токсичности.

 

Таблица 3.

Направления повышения эффективности применения природного газа на КАМАЗ

Направление	Содержание мероприятия	Ожидаемый эффект
Оптимизация рабочего процесса	Настройка зажигания/впрыска, λ, алгоритмов ECU, ограничение детонации и пропусков воспламенения	Снижение расхода, рост стабильности
Выбор CNG/LNG под маршрут	CNG – региональные маршруты; LNG – магистральные перевозки	Рост пробега, снижение простоев
Снижение сопротивлений движения	Контроль давления в шинах, аэродинамика, снижение массы, режимы холостого хода	Снижени еруб/км
Топливный контроль и телематика	Нормирование, анализ фактических расходов, контроль утечек и отклонений	Сокращение непроизводительных потерь
Сервис и безопасность ГБО	Проверка герметичности, освидетельствование баллонов, обучение персонала	Снижение аварийности и ремонтов
Инфраструктура заправки	Привязка маршрутов к АГНКС/ЛНГ, договоры на заправку, резервирование	Рост коэффициента готовности

 

Анализируя данные таблицы, можно сказать, чтотехническая конверсия даёт максимальный эффект только при одновременном внедрении эксплуатационных мер: контроля расхода, сокращения простоев на заправку и соблюдения регламентов обслуживания ГБО. Без этого ожидаемая экономия часто «теряется» из‑за организационных потерь и разброса условий эксплуатации.

Исходя из анализа данных таблицы можно сказать, что повышение эффективности применения природного газа на КАМАЗ следует реализовывать как комплексный проект предприятия с KPI по руб/км и коэффициенту технической готовности.

Рисунок 3. Срок окупаемости внедрения CNG (в зависимости от годового пробега, оценочно)

Анализируя график, можно сказать, что при увеличении годового пробега срок окупаемости сокращается, поскольку экономия на топливе масштабируется пропорционально пробегу. При малых пробегах инвестиционную привлекательность снижают затраты на обслуживание ГБО и организацию заправки.

Исходя из анализа графика можно сказать, что экономическую целесообразность внедрения природного газа на КАМАЗ следует оценивать через годовой пробег и профиль маршрутов; для автопарков с большим пробегом эффект проявляется быстрее.

Результаты исследования и их обсуждение.

Сопоставление показало, что основная экономия при использовании природного газа на КАМАЗ обусловлена снижением затрат на топливо на единицу пробега. Однако устойчивость результата зависит от корректной настройки рабочего процесса (исключение детонации и пропусков воспламенения, ограничение перегрева выпускного тракта), выбора CNG/LNG под требуемый запас хода, а также организационных мер по заправке и контролю расхода (телематика, нормирование). Для газодизельной схемы дополнительное значение имеет качество пилотного впрыска и стабильность воспламенения на частичных нагрузках. На уровне предприятия рекомендуется внедрять мониторинг расхода и простоев, проводить сравнение «стоимости владения» (TCO) и регламентировать обслуживание ГБО с учётом условий эксплуатации.

Выводы.

1) Применение природного газа на автомобилях КАМАЗ позволяет снизить удельные топливные затраты при условии корректного выбора схемы питания и обеспечения заправочной инфраструктуры.

2) Наиболее высокий экономический эффект достигается при максимальном замещении дизельного топлива метаном (CNG/LNG) при сохранении требований по надежности и безопасности газобаллонного оборудования.

3) Газодизельный режим является компромиссным решением: он может упростить внедрение и сохранить тяговые качества, но часть экономии снижается из‑за использования пилотной дозы дизельного топлива.

4) Для повышения эффективности на предприятии следует внедрять комплекс мер: оптимизацию настроек двигателя, маршрутную логистику заправки, телематику и нормирование, регламенты сервиса и контроль герметичности ГБО.