The effectiveness of the replacement of the bus fleet to vehicles that use the CPG

Full Text

Объем продаж автобусов в России в 2010 г. составил 60 тыс., на долю автобусов рос- сийского производства приходится чуть менее 70 % - 40 тыс. По данным агентства «Авто- стат», более половины (54 %) всех зарегистрированных в 2007-2010 гг. в органах ГИБДД но- вых автобусов приходится на автобусы марки ПАЗ. Автобусы ПАЗ сегодня выпускаются во всех классах - малом, среднем и большом. Мо- дельный ряд предприятия достаточно широк, но автобусы именно малого класса (длиной до 8,5 м) составляют основную долю продукции Павловского автобусного завода. Автобусы малого класса получили в нашей стране самое широкое распространение, яв- ляясь незаменимым решением для внутригородских и пригородных перевозок. Основным их преимуществом можно назвать мобильность и маневренность. Автобус малого класса отлично ведет себя как в условиях интенсивного городского движения, так и на шоссе. Кроме этого, такие автобусы отличаются доступной стоимостью и отличными экономическими показателями в эксплуатации. Основной моделью автобусов малого класса Павловского автобусного завода можно назвать ПАЗ-3205 и его многочисленные модификации. Именно эта модель наиболее рас- пространена в регионах. В настоящее время в качестве наиболее вероятной покупки при обновлении автобусно- го парка можно рассматривать дизельный автобус марки ПАЗ-3237 по средней цене 2,5…2,6 млн руб. Данная модель считается первым низкопольным автобусом отечественного произ- водства. Машина предназначена для перевозки пассажиров в условиях крупных городов, го- родских центров, а также для налаживания регулярной перевозки жителей между населен- ными пунктами. Модель ПАЗ-3237 отличается от предшествующих отечественных автобусов отличной маневренностью и повышенной комфортностью. Данный автобус имеет среднюю вмести- мость, а также высокий уровень безопасности: низкопольная конструкция очень удобна при высадке-посадке пассажиров. Также новая модель оснащается аппарелями для инвалидов. При покупке китайского автобуса YAXING аналогичной категории и класса, работаю- щего на КПГ, затраты составят 2,4 млн руб., что ниже на 4…7 % по сравнению с покупкой ПАЗ-3237. Для обеспечения конкурентоспособности цена газового автобуса отечественного производства, таким образом, не должна превышать цену автобуса китайского производства (таблица 1). Годовая сумма экономии на топливе при использовании автобуса на КПГ по сравнению с дизельным аналогом при пробеге от 70 до 100 тыс. км/год составляет 290,5…415,0 тыс. руб. на один автобус. Расчеты показывают, что при сроке окупаемости дизельного автобуса 5 лет (стандарт- ный максимальный срок лизинга) автобус, работающий на КПГ, окупится менее чем за 2,5 года, то есть в два раза быстрее. Одновременная покупка автомобильной газовой наполнительной компрессорной станции (АГНКС) по средней цене 22 млн руб. ≪под ключ≫ и парка автобусов позволит более чем в 2 раза снизить удельные расходы на КПГ за счет возможности его приобретения без торговой наценки. Объем полученной топливной экономии на один газовый автобус по сравнению с ди- зельным аналогом в этом случае составит в зависимости от величины пробега от 395,5 до 565 тыс. руб./год (таблица 2). Таблица 1. Эффективность использования пассажирского автотранспорта на природном газе Вид топлива Цена топ- лива,Руб/л (м3) Расход топ- лива на 1 км, л (м3) Затраты при годовом пробеге, руб 70 000км 80 000 км 90 000 км 100 000км Дизель(автобус малого класса ПАЗ- 3237) 28,00 0,25 490 000 560 000 630 000 700 000 Метан(газовый автобус YAXING BUS JS6811) 9,50 0,30 199 500 228 000 256 500 285 000 Экономия на затратах по статье «топливо», руб./год 290 500 332 000 373 500 415 000 Таблица 2 Эффективность использования пассажирского автотранспорта на природном газе при условии покупки автотранспортным предприятием АГНКС Вид топлива Цена топ- лива, Руб/л (м3) Расход топ- лива на 1 км, л (м3) Затраты при годовом пробеге, руб 70 000км 80 000км 90 000км 100 000км Дизель(автобус малого класса ПАЗ- 3237) 28,00 0,25 490 000 560 000 630 000 700 000 Метан(газовый автобус YAXING BUS JS6811) 4,50 0,30 94 500 108 000 121 500 135 000 Экономия на затратах по статье «топливо», руб./год 395 500 452 000 508 500 565 000 Согласно расчетным данным, срок окупаемости комплекса, состоящего из парка газо- вых автобусов (со средним годовым пробегом 70 тыс. км) и АГНКС, в зависимости от вели- чины закупаемого парка составит от 3,7 до 2,4 лет (таблица 3). Таблица 3 Срок окупаемости АГНКС в зависимости от величины автобусного парка Число газовых автобусов, ед. Срок окупаемости комплекса«автобусы+АГНКС», лет 5 3,70 10 3,05 15 2,79 20 2,66 25 2,57 30 2,51 35 2,47 40 2,43 45 2,41 50 2,39 Автотранспортное предприятие может использовать АГНКС для получения дополни- тельного дохода за счет продажи КПГ сторонним организациям, что позволит еще больше сократить срок окупаемости комплекса. Кроме того, благодаря автобусам нового поколения с передовыми экологическими характеристиками АТП будет способствовать улучшению экологии в своем населенном пункте. Основой модельного ряда Павловского автозавода является автобус малого класса ПАЗ-3205 и его модификации, при этом наиболее актуальный на сегодняшний день автобус ПАЗ-3237. Именно эту модель нужно позиционировать как наиболее перспективную с точки зрения обновления автобусного парка. Предлагаемая автотранспортным предприятиям модель газового автобуса, таким обра- зом, должна по своим базовым характеристикам соответствовать ПАЗ-3237. Указанную мо- дель можно использовать в качестве прототипа. В настоящее время автобус ПАЗ-3237 осна- щен четырехцилиндровым дизельным двигателем Cummins 4ISBe 185B мощностью 136 кВт. Длина автобуса составляет 7,9 м, полная масса - 10,25 т. Мощность двигателей на автобусах малого класса в модельном ряду Павловского автозавода колеблется в пределах от 86 до 136 кВт (для новых модификаций и моделей) или от 12,5 до 14,7 кВт на 1 т полной массы авто- буса. То есть, оптимальная мощность газового двигателя, установленного на предлагаемый автобус, не должна превышать 147 кВт. Установка двигателя большей мощности не даст ощутимых преимуществ и приведет к перерасходу топлива, а значит к дополнительным рас- ходам предприятия-перевозчика. Разработку газового двигателя можно осуществлять с нуля либо на базе прототипа. По- следний вариант с экономической точки зрения наиболее предпочтителен. При этом исполь- зование в качестве прототипов двигателей импортного производства нецелесообразно ввиду высокой стоимости технологических работ, которая будет перенесена на стоимость серийно- го образца. В качестве прототипа можно использовать бензиновый или дизельный двигатели. Од- ним из критериев выбора является стоимость конвертации, которая у дизельного прототипа существенно выше по сравнению с бензиновым за счет необходимости изменения большего количества компонентов вследствие следующих причин: газовый двигатель - это двигатель с внешним смесеобразованием, с гомогенной топлив- но-воздушной смесью (ТВС) и ее воспламенением от искры, как и бензиновый. Дизель- ный двигатель - это двигатель с внутренним смесеобразованием, с гетерогенной ТВС и с воспламенением от сжатия. степень сжатия дизельного двигателя от 16:1 до 25:1, а бензинового и газового - от 8:1 до 12:1. для уменьшения токсичности отработавших газов двигателей с искровым зажиганием са- мым подходящим средством является применение трехкомпонентного каталитического нейтрализатора, наибольшая эффективность которого достигается при работе двигателя на стехиометрических смесях. Для соответствия экологическим стандартам Евро-5 и вы- ше, следовательно, необходима реализация концепции стехиометрического газового дви- гателя. При работе на стехиометрических смесях резко увеличивается температура рабочего цикла двигателя. Бензиновый двигатель в отличие от дизельного изначально рассчитан на высокие температуры. Таким образом, создание газового двигателя на базе дизельного про- тотипа потребует изменения головки блока цилиндров, поршня, выпускных клапанов и т.д. При конвертации бензинового двигателя конструктивных изменений потребуется суще- ственно меньше. Современные дизельные двигатели оснащены турбонаддувом с промежуточным охла- ждением воздуха. Высокие удельные показатели по мощности и экономичности современно- го дизельного двигателя позволяет получать комбинация высокой степени повышения дав- ления (в компрессоре она достигает 2,5), промежуточного охлаждения надувочного воздуха и сильно обедненных смесей (от 1,8 на полной нагрузке). Но реализовать эти решения в пол- ной мере при конвертации дизельного двигателя в газовый не получится, так как степень по- вышения давления ограничена возможностями системы зажигания, а на сильно обедненных смесях газовые двигатели в принципе не работают. Таким образом, газовый двигатель на базе дизельного прототипа существенно потеряет в мощности и экономичности в отличие от двигателя на базе бензинового прототипа. Также при реализации газового двигателя на базе бензинового прототипа существенно упрощается система подачи воздуха за счет отсутствия турбонаддува, радиатора охлаждения надувочно- го воздуха и воздуховодов. Бензиновый и газовый двигатели оснащены дроссельной заслонкой. Дизельный двига- тель ее не имеет. При установке дроссельной заслонки на дизельный прототип во впускном коллекторе возникает разрежение, нарушается правильная работа головки блока, и в камеру сгорания начинает засасывать масло. Следовательно, при конвертации дизельного прототипа требуется внесение изменений в конструкцию головки блока. Рабочий процесс в дизельном двигателе приводит к большим механическим нагрузкам, поэтому основные детали дизеля (блок цилиндров, коленчатый вал и т.д.) - тяжелее и боль- ше, а требования к точности изготовления и применяемым материалам выше, чем у бензино- вого двигателя. Поэтому дизельный прототип будет крупнее, тяжелее и дороже, чем бензи- новый аналогичной мощности. Существенным аспектом также является то, что газовый двигатель на базе бензинового сохраняет возможность работать на бензине, а на базе дизельного прототипа теряет возмож- ность работы на дизельном топливе. Применение на транспортных средствах (ТС) двигате- лей, имеющих возможность работать на двух видах топлива, существенно расширяет гео- графию использования таких ТС и упрощает вопрос их хранения в крытых гаражных боксах. В итоге, наиболее перспективным является создание газовых двигателей на базе двигателей внутреннего сгорания с принудительным воспламенением (бензиновые), так как они имеют в своей конструкции систему зажигания, более низкую по сравнению с дизельным двигателем степень сжатия, а также меньшие механические потери. Это позволяет провести конвертацию более дешевыми конструктивными и технологи- ческими приемами. В результате этих исследований на АМО ЗИЛ было принято решение использовать в качестве базовой модели двигатели с распределенным впрыском бензина ЗИЛ-508400 и ЗИЛ-509400 для их конвертации в газовую версию. Таблица 4 Технические характеристики двигателей АМО ЗИЛ с принудительным воспламенением в бензиновом и газовом исполнении на базе двигателей ЗИЛ-508400 и ЗИЛ-509400 Модель двигателя Характеристика 508400 509400 508400 509400 топливо бензин газ Число цилиндров 8 Расположение цилиндров V-образное, угол развала 90 Диаметр цилиндра, мм 100 108 100 108 Рабочий объем, л. 6 7 6 7 Степень сжатия 8,0 8,0 9,5 9,5 Номинальная мощность, кВт 110/150 129/175 106/145 130/175 Максимальный крутящий момент нм (кГ>м) 405(41) 470 (48) 400 (40) 440 (44) Номинальная частота вращения, мин-1 3200 Частота вращения при максимальном крутящем моменте, мин-1 1800...2000 Система топливоподачи Распределенный впрыск бензина Распределенный впрыск газа Масса, кг 490 520 490 520 Экологически класс Евро-4 Сегодня можно констатировать, что направление по разработке нового поколения газо- вых двигателей выбрано правильно. Созданы и проходят испытания опытные образцы двигателей, имеющих различные мощностные параметры от 110…130 кВт (табл. 4) и отвечаю- щих требованиям норм Евро-4 с возможностью установки на автобус ПАЗ. Согласно данным Росстата, возраст почти половины (48,5 %) эксплуатируемых автобу- сов Российской Федерации превышает 10 лет. В настоящее время одной из основных задач автотранспортных предприятий, занимающихся автобусными пассажирскими перевозками, является обновление изношенного парка. Общую структурную схему обновления парка можно представить следующим образом (рисунок 1). Рисунок 1. Общая структурная схема обновления автобусного парка в регионах Выводы Автобусный транспорт является лидером отрасли среди других видов общественного транспорта в структуре перевозок по видам сообщения - по междугородным (63,3 %), приго- родным (75,1 %) и внутригородским (58,4 %) перевозкам. Автомобильные (автобусные) пе- ревозки остались единственным сегментом рынка пассажирских перевозок, в котором лиди- рующую роль сохраняют государственные и муниципальные предприятия (79 % в общем объеме пассажирских перевозок), и использование в качестве моторного топлива комприми- рованного природного газа позволит существенно укрепить конкурентоспособность отече- ственного автомобилестроения (в частности, ПАЗа) в данной нише пассажирских автопере- возок.

About the authors

V. N Konoplev

Moscow State Industrial University

Dr.Sc. Prof.

A. P Latyshev

ZIL

A. E Lysenko

LLC “Gas industry”

K. S Miroshnikov

LLC “Gas industry”

V. D. Sekerin

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: bcintermarket@yandex.ru
Dr.Sc. Prof.; 8-(499)267-19-92

References

Supplementary files