Экономические аспекты работы легкового автомобиля на
advertisement
Казимеж Виташек1, Кшиштоф Гарбаля2, Мирослав Виташек3, Томаш Цибулько4 Экономические аспекты работы легкового автомобиля на газе LPG Вступление Расходы на эксплуатации автомобиля в значительной мере зависят от затрат на покупку топлива. В случае легковых автомобилей, приводимых в движение двигателями с искровым зажиганием, для снижения данных расходов часто применяется метод адаптация транспортного средства для работы на газе LPG. Использование данного топлива не только улучшает экономические аспекты передвижения автомобилем, но и положительно влияет на экологию, поскольку снижает токсичность выхлопных газов [1, 2]. Чтобы дольше наслаждаться результатами экономии вследствие установки газобаллонного оборудования, следует учитывать начальные расходы на его приобретение и монтаж. Основным критерием при принятии решения является рентабельность оборудования, выраженная, например, в периоде времени, за который окупятся расходы по оснащению автомобиля вышеупомянутым ГБО. Учитывая изменчивость цен на топливо [3], а также многочисленные факторы, влияющие на расход топлива на единицу пути [4], определить данный период нелегко. В данной работе предлагаются два метода такой оценки. Один базируется на данных, доступных на момент заправки автомобиля топливом, другой дополнен данными, собранными с помощью диагностического интерфейса OBD2 тип ELM327 и сохраненными в памяти смартфона Samsung Galaxy 4 Mini с установленным программным обеспечением Torqe Pro. С их помощью определялся пробег транспортного средства, за который расходы по оснащения автомобиля газобаллонным оборудованием полностью окупятся. Техническая характеристика транспортного средства и газобаллонного оборудования LPG Силезский технический университет, факультет транспорта, кафедра автомобилестроения и эксплуатации автомобилей, г.Катовице, ул. Красинского, 8, 2 AC. SA., Центр исследований и развития, г.Белосток, ул. 42 Пулку Пехоты, 50, 3 Силезский технический университет, факультет транспорта, кафедра автомобилестроения и эксплуатации автомобилей, г.Катовице, ул. Красинского, 8, 4 AC. SA., Центр исследований и развития, г.Белосток, ул. 42 Пулку Пехоты, 50, 1 Экономические аспекты эксплуатации автомобиля определялись на основании данных, полученных во время эксплуатации автомобиля Renault Thalia, выпущенного в конце 2003 года. Автомобиль с восьмиклапанным, свободнососущим двигателем с искровым зажиганием, мощностью 55 кВт и объемом 1390 см3. Собранные данные включают период от покупки транспортного средства в декабре 2013 г. до середины октября 2015 г. Первые 1,5 года автомобиль эксплуатировался на бензине с октановым числом 95. В конце июля 2015 г. в автомобиле было установлено газобаллонное оборудование LPG марки STAG. Оборудование включало тороидальный баллон объемом 42 дм3, электроклапан Tomasetto Achille и редуктор ACR02 (рис. 1). Основные отличительные характеристики STAG R02: небольшие габариты и уникальная конструкция, состоящая из двух литых алюминиевых элементов и крышки, выполненной с использованием авторской системы ACtherm, предохраняющей редуктор от предохлаждения газа, что гарантирует хорошую термоизоляцию. Благодаря уникальной конструкции устройство быстро нагревается, что позволяет быстро переключить двигатель с бензина на газ, а блоку управления – не выполнять дополнительную работу по корректировке температуры. Существенные преимущества редуктора – это высокая теплоотдача и стойкость к загрязнениям в LPG. В таблице 1 представлена его техническая спецификация. Рис. 1. Редуктор LPG STAG R02 [5] Таблица 1: Техническая спецификация редуктора LPG STAG R02 [5] Материал Вес Размеры Максимальное давление на входе Выходное давление Диаметр входа газа Диаметр выхода газа Диаметр трубы выхода воды Максимальная мощность двигателя Омологация Два литых элемента из алюминиевого сплава и крышка из твердого, прочного пластика 1,56 кг 125 x 122 x 89 30 бар 0.9 ÷ 1.5 бар M10x1 рукав Ø12 Ø16 100 кВт/ 136 л.с. 67 R – 01 6865 В газобаллонное оборудование для работы автомобиля на LPG входит инжекторная рейка ACW01. Форсунки данного типа предназначены для последовательного впрыска газа в транспортных средствах с двигателем с искровым зажиганием, и обеспечивают точное дозирование выпаренного газа в каналы, ведущие отдельно к каждому цилиндру двигателя. Все доступные рейки AC отличаются высокой прочностью, которая была подтверждена испытаниями на длинных дистанциях, в различных дорожных и погодных условиях, проведенных на автомобилях различных марок. Инжекторная рейка AC оснащена катушками с сопротивлением 2 Ом, предохраняющими систему управления от чрезмерной нагрузки. Катушки оснащены присоединительными гнездами с классом защиты IP67. Основной элемент рейки – это корпус, выполненный из анодированного алюминия. Присоединительные патрубки выполнены из латуни, а уплотнения – из резиновых смесей, соответствующих остальным компонентам [6]. Рис. 2. Инжекторная рейка ACW01 [6] Таблица 2: Техническая спецификация инжекторной рейки ACW01 [6] Номинальное рабочее давление Максимальное рабочее давление Рабочая температура Время открытия форсунки Время закрытия форсунки Диапазон производительности Вес Максимальный расход 0,95 ÷ 1,2 бар 4,5 бар -20° C до +120° C ~2,1 мсек. ~1,5 мсек. 11 ÷ 29 кВт/цилиндр 0,48 кг 90 л/мин. при p= 1 бар Работой последовательного впрыска газа управлял компьютер STAG Qbox Basic (рис. 3). Блок управления предназначен для транспортных средств с 4-цилиндровым двигателем с предкамерным впрыском бензина. Конструкция устройства создана на базе 32-битного микропроцессора, позволяющего точно дозировать газ, быстро реагировать на изменяющиеся условия работы двигателя и измерять время впрыска бензина. Платформа оборудования оснащена множеством дополнительных функций, в частности возможностью изменять последовательность впрыска, обслуживать беспроводной интерфейс bluetooth и получать информацию об оборотах на основании сигналов от впрыска бензина. Конструкция оборудования позволяет добавлять новые функции, соответственно расширяя его возможности [7]. Рис. 3. Блок управления STAG Qbox Basic [7] Собственные исследования работы легкового автомобиля на газе LPG С момента покупки автомобиля при каждой заправке топливом собиралась информация о количестве заправленного топлива, его цене и состоянии счетчика расхода топлива. Для регистрации данных использовался фотоаппарат, встроенный в мобильный телефон, сначала Samsung 5610, затем Samsung Galaxy 4 mini. Такой способ сбора данных был выбран в связи с удобством и доступностью мобильного телефона. Информация с фотографий последовательно переносилась на калькуляционный лист, что позволило провести дальнейшие расчеты и их анализ. В таблице 3 представлены основные данные, с разделением на период до монтажа газобаллонного оборудования LPG и после его установки. В период до установки ГБО LPG, длившийся 580 дней, автомобиль проехал практически 15400 км, расходуя неполные 1250 дм3 бензина. Владелец транспортного средства за это время потратил на топливо примерно 1600 USD. 22 июля 2015 г. в исследуемом автомобиле было установлено газобаллонное оборудование LPG, затем данные о заправках собирались на протяжении 85 дней. В этот период автомобиль проехал более 6600 км, расходуя 605 дм3 газа и 24,4 дм3 бензина. Суммарные расходы на топливо составили примерно 315 USD. Таблица 3. Эксплуатационные данные исследуемого транспортного средства. Период сбора данных Пробег, км Расход бензина, дм 3 Затраты на бензин, USD Расход LPG, дм 3 Затраты на LPG, USD Средний расход бензина, дм /100 км Средний расход LPG, дм3/100 км До установки LPG После установки LPG 2013-12-19 ... 2015-07-22 (580 дней) 2015-07-22 ... 2015-10-15 (85 дней) 15377 6629 1247,5 24,4 1593,21 27,73 -------- 605,0 -------- 287,26 8,11 0,37 -------- 9,13 10,36 4,75 3 Затраты на топливо, USD/100 км Анализ результатов работы легкового автомобиля на газе LPG Сравнение расхода топлива в периоды до и после монтажа газобаллонного оборудования LPG в исследуемом автомобиле представлено на рисунке 4. Из него следует, что после монтажа ГБО LPG суммарный расход топлива возрос более чем на 17%, однако процент расхода LPG составила 96%. Так как стоимость газа значительно ниже, эксплуатационные затраты на топливо на 100 км снизились более чем на 55% (рис. 5). Учитывая стоимость топлива, расходы, понесенные на приобретение ГБО LPG, окупятся через 11500 км. Хотя данный анализ основывается на реальных данных, он имеет некоторые недостатки, поскольку сравниваются два разных временных периода, в течение которых стоимость топлива заметно менялась. По многочисленным, независящим от пользователя экономическим и политическим причинам стоимость топлива постоянно колеблется, поэтому при расчете рентабельности установки ГБО данный фактор следует обязательно учитывать. Пользователь интернета может найти страницы с информацией о стоимости различных видов топлива, курсов валют и т.п. Для нужд данной работы воспользовались базой, размещенной на странице [3]. Рис. 4. Расход топлива на основании эксплуатационных данных Рис. 5. Затраты на поездку на основании эксплуатационных данных Подписи к графикам: Расход топлива, дм3/100км Стоимость топлива, USD/100км LPG Бензин LPG Бензин До установки LPG После установки LPG До установки LPG После установки LPG На рисунке 6 представлено изменение средней стоимости бензина с октановым числом 95 и газа LPG за период, соответствующий эксплуатации исследуемого транспортного средства с ГБО. Дополнительно на нем нанесены точки, отображающие стоимость топлива, залитого в автомобиль. 22 июля 2015 г. бензиновый бак и газовый баллон LPG были полностью наполнены, и каждая следующая заправка выполнялась на бензоколонках до момента ее автоматического окончания. По очевидным причинам заправка газом LPG осуществлялась значительно чаще, чем пополнение бензина, расход которого за весь исследуемый период составил неполные 25 дм3, т.е. немного больше половины объема топливного бака автомобиля Reanult Thalia. Ри Рис. 6. Данные о стоимости топлива в период после установки ГБО LPG. Подписи к графику: Стоимость топлива, USD Время -средняя стоимость бензина -средняя стоимость LPG заправка LPG заправка бензином Также следует принимать во внимание, что за исследуемый период мог измениться стиль вождения транспортного средства. Эксплуатация автомобиля после установки ГБО LPG отличалась большим процентом поездок на длинные расстояния. Количество преодолеваемых в сутки километров в этот период возросло практически в три раза. Оснащение транспортного средства системой, регистрирующей параметры работы двигателя, в том числе мгновенный расход топлива, позволило более точно оценить рентабельность установки ГБО LPG. Данная система базируется на диагностическом интерфейсе OBD2 тип ELM327 и смартфоне Samsung Galaxy 4 Mini с установленным программным обеспечением Torqe Pro. Информация о каждой трассе сохранялась в памяти смартфона. Следует заметить, что программа Torqe Pro оценивает расход топлива на основании времени открытия бензиновых форсунок, поэтому, кроме оснащения автомобиля ГБО LPG, эти данные используются также для прогнозирования расхода бензина, поскольку интерфейс OBD в данном транспортном средстве не позволяет получать информацию об открытии газовых форсунок. Зависимость среднего прогнозируемого расхода бензина от длины трассы представлена на рисунке 4. Для большей понятности графика ось x представлена в логарифмической системе. Из данного чертежа следует, что транспортное средство эксплуатировалось на трассах длиной от 1 до 300 км. Более точная информация о характере эксплуатации автомобиля представлена на чертеже 5. Из него следует, что транспортное средство часто эксплуатировалось на трассах длиной около 10 км, хотя более половины пробега составляют трассы длиной более 50 км, где расход топлива заметно меньше, чем на более коротких. На основании данных, зарегистрированных программой Torque Pro, и данных, записанных во время заправки автомобиля, сравнивался эксплуатационный расход топлива автомобиля, работающего на газе LPG, с аналогичным расходом бензина (рис. 8). Рис. 7. Зависимость прогнозируемого среднего Рис. 8. Процент пройденных расстояний от расхода бензина от длины трассы длины трассы Подписи к графикам: Средний расход топлива, л3/100км Процент пройденных км Длина трасы, км Длина трасы, км Из него следует, что изменение стиля передвижения и характера трасс определенным образом повлияли на расход бензина, поскольку он был более чем на 0,5 дм3/100 км меньше, чем согласно предварительному анализу (рис. 4). Это значит, что суммарный расход топлива исследуемым транспортным средством после установки ГБО LGP возрос не на 17%, как предварительно оценивалось, а примерно на 27%. Данный фактор, как и заметное снижение цен на бензин, также повлияли на оценку затрат на поездку на 100 км (рис. 10). Передвижение исследуемым автомобилем, работающем на газе LPG, по-прежнему представляется более выгодным, поскольку на 47% дешевле, чем при классической работе на бензине. Однако в этом случае, согласно оценкам, средства, инвестированные в ГБО, окупятся примерно через 15000 км, что при существующем на данный момент способе эксплуатации автомобиля займет 6,5 месяцев. Изменение стоимости топлива оказывает значительное влияние на оценку рентабельности ГБО LPG. Чтобы проиллюстрировать данное явление, использовались данные о ценах на топливо за период от покупки автомобиля. Результаты расчетов представлены на рисунке 11. Из данного чертежа следует, что выгоднее всего эксплуатировать автомобиль на газе LPG в летние месяцы, когда стоимость газа обычно самая низкая. Вследствие значительного снижения цен на бензин на рубеже 2014 и 2015 годов некоторые водители могли утратить интерес к установке на свои автомобили ГБО LPG. Рис. 9. Расход топлива на основании Рис. 10. Затраты на поездку на основании прогнозируемых и эксплуатационных данных прогнозируемых и эксплуатационных данных Подписи к графикам: Расход топлива, дм3/100км Стоимость топлива, USD/100км LPG Бензин LPG Бензин Без ГБО LPG С ГБО LPG Без ГБО LPG С ГБО LPG Рис. 11. Изменение рентабельности установки ГБО LPG для исследуемого автомобиля. Подписи к графику: Окупаемость после преодоления, тыс. км Время Подведение итогов Представленный в данной статье метод исследования позволяет определить расход топлива и затраты на топливо при работе автомобиля на традиционном топливе, а именно бензине, и альтернативном – газе LPG. Сопоставление данных затрат с расстоянием позволило провести их анализ. Обнаружено, что после перехода с бензина на газ LPG расход топлива в исследуемом автомобиле увеличился примерно на 27%. Несмотря на это, затраты на топливо снизились почти наполовину, что обусловлено низкой стоимостью газа в сочетании с высоким процентом его расхода (~96%). Учитывая изменчивость стоимости топлива в течение года, расходы на покупку и монтаж газобаллонного оборудования окупятся примерно через 13000 - 24000 км, что при интенсивной эксплуатации автомобиля может составить всего несколько месяцев. БИБЛИОГРАФИЯ 1. http://www.knra.pl 2. www.agaz.pl 3. mrc.tychy.pl/ceny.paliw/ 4. Witaszek K., Witaszek M.: Wpływ wybranych warunków eksploatacyjnych pojazdu samochodowego na zużycie paliwa. Logistyka 4/2015, płyta nr 2. 5. Katalog produktów STAG - reduktor R02 6. Katalog produktów STAG - wtryskiwacze ACW02 7. Katalog produktów STAG - Sterownik STAG Qbox Basic
