автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Повышение безопасности применения дизельных пожарных автомобилей путем оптимизации регулировок топливной аппаратуры

МЧС России Санкт-Петербургский институт Государственной противопожарной службы

Сморыго Владимир Валерьевич

ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ПОЖАРНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ ПУТЕМ ОПТИМИЗАЦИИ РЕГУЛИРОВОК ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ

05.26.03 - пожарная и промышленная безопасность (транспорт)

Автореферат диссертации на соискание ученой стенени кандидата технических наук

»

Санкт-Петербург - 2006

Работа выполнена в Санкт-Петербургском институте Государственной противопожарной службы МЧС России.

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки Российской Федерации Ложкин Владимир Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Малинин Владимир Романович; кандидат технических наук, доценг Степанов Владимир Николаевич

Ведущая организация -

ООО «Центральный научно-исследовательский дизельный институт»

Защита состоится " ¿^О^-^Р 2006 г. в У часов на заседании диссертационного совета Д 205.003.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук в Санкт-Петербургском институте Государственной противопожарной службы МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский пр., 149).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-1 Гетербургского института ГПС МЧС России.

Автореферат разослан " 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 205.003.01 кандидат технических наук, профессор

2_00£ А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Дизельные пожарные автомобили (ПА) являются основными техническими средствами Государственной противопожарной службы (ГПС МЧС России), обеспечивающими доставку сил и средств к месту пожара, ведение боевых действий по тушению пожаров, спасанию людей и материальных ценностей. Сегодня одним из приоритетных свойств надежности ПА является обеспечение ими в условиях эксплуатации технических нормативов безопасности, утвержденных Постановлением Правительства РФ № 609 от 12 октября 2005 г. в форме специального технического регламента «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории РФ, вредных (загрязняющих) веществ». Данным нормативным документом определен порядок и сроки поэтапного введения требований ЕЭК ООН по нарастающему уровню в период с 2006 года (Евро-2) до 2014 года (Евро-5).

Применительно к ПА, серьезным препятствием на пути удовлетворения отмеченным фебованиям, может явиться то, что подавляющее количество базовых шасси Г1А, состоящих сегодня на вооружении в подразделениях ГПС МЧС России, соответствует, в лучшем случае, уровню безопасности Евро-1 (для региона Северо-Запада РФ около 90 % пожарных автоцистерн). Например, выбросы вредных веществ с отработавшими I азами (ОГ) у наиболее распространенного ПА с дизелем КамАЗ-740.10 могут составлять в условиях рядовой эксплуатации по СО - 9,17 г/кВт ч, по С„Нт - 1,63 г/кВт-ч, по N0* - 10,29 г/кВт ч, дымность - 90 и более % (при нормах Евро-2, соответственно, - 4,0 г/кВт-ч, 1,1 г/кВт-ч, 7,0 г/кВт-ч и 50 %). При этом статистика отказов по дизельным ПА связывается, прежде всего, с надежностью регулировок топливной аппаратуры (ТА). Острота проблемы усугубляется специфичностью режимов и условий боевого применения ПА и тем обстоятельством, что полное обновление парка ПА в России может произойти через 5-7 и более лет.

В этой связи, становится актуальной разработка на основе анализа данных инструментального контроля технического состояния двшагелей (статистики отказов) оптимальных регулировок ТА дизельных ПА, в перспективе, - совместно с конструк1ивным конвертированием системы выпуска ОГ и применением экологически безопасных видов горючего. Это позволит имеющимися в производственно технических центрах (II ГЦ) ГПС МЧС России техническими средстШ^и^^^ц^щ^^^охранять

БИБЛИОТЕКА С.-Петербург ОЭ 200 Скт 5ЭД

параметры безопасной эксплуатации ПА (то есть повысить надежность их безопасной эксплуатации) на уровне требований Евро-2 и выше.

Обоснование актуальности рассматриваемой проблемы определило выбор темы, объекта, предмета, цели и задач диссертационного исследования.

Объект исследования - показатели безопасности дизельных двигателей ПА состояния эксплуатации, в частности, дизеля КамЛЗ-740.10 пожарной автоцистерны АЦ 4-40 (43202) мод. 186.

Предмет исследования - выявление закономерных связей между параметрами технического состояния дизельных двигателей ПА (мощностью, топливной экономичностью, основными регулировками топливопо-дачи, дымностью, составом ОГ), по которым оценивается эффективность и безопасность применения двигателей в соответствии с требованиями отечественных и международных стандартов.

Цель исследования состоит в обосновании и разработке технических решений по повышению безопасности применения дизельных двигателей пожарных автомобилей в соответствии с требованиями специального технического регламента, утвержденного Постановлением Правительства РФ № 609 от 12 октября 2005 года, на основе инструментального контроля (диагностирования) технического состояния двигателей и оптимизации основных регулировочных параметров топливоподачи.

Поставленная цель достигалась за счет решения следующих задач:

- изучения статистических закономерностей распределения дизельных двигателей 11А по дымности отработавших газов в режиме свободного ускорения (СУ) и определением, вытекающих из анализа этих закономерностей, резервов повышения экологической безопасности и экономии расходования топлива дизельных двш ателей ПА;

- выявления на основании экспериментальных исследований математических связей регулировочных параметров ТА с показателями эффективности и экологической безопасности дизеля КамАЗ-740.10 пожарной автоцистерны АЦ 4-40 (43202) мод. 186 для разработки рекомендаций по оптимизации регулировочных параметров ТА применительно к специфическим режимам боевого применения пожарной автоцистерны.

- разработки рекомендаций по конвертированию дизеля КамАЗ-740.10 пожарной автоцистерны АЦ 4-40 (43202) мод. 186 с целью удовлетворения перспективным требованиям безопасности их применения в со-

ответствии с требованиями специального технического регламента (Евро-2), утвержденного Постановлением Правительства РФ № 609 от 12 октября 2005.

Методы исследования: математическое планирование эксперимента, статистическая обработка результатов испытаний, экспериментально-расчетный анализ показателей эффективности и экологической безопасности двигателя по стандартизованным методикам.

Научная новизна результатов определяется

- выявленными статистическими закономерностями распределения дизельных двигателей 1IA по техническому нормативу экологической безопасности - дымности ОГ в режиме СУ в соответствии с новыми процедурами контроля ГОСТ Р 51709-2001, ГОСТ Р 52160-2003 (Правила № 24 ЕЭК ООН) применительно к условиям реальной их эксплуатации;

- теоретически и экспериментально обоснованными рекомендациями по оптимизации регулировок топливной аппаратуры дизеля КамАЗ-740.10, существенно повышающих эффективность и надежность безопасной эксплуатации ПА в реальных режимах боевого применения;

- рекомендациями по расширению применимости оптимальных регулировок ТА совместно с конвертированием системы выпуска ОГ и топлива дизеля КамАЗ-740.10 пожарной автоцистерны АЦ 4-40 (43202) мод. 186 с целью удовлетворения требованиям безопасности их применения на уровне Евро-2.

Обоснованность и достоверность результатов исследований.

Результаты диссертации обоснованы применением апробированных методов математического планирования и статистической обработки данных эксперимента. Их достоверность подтверждена стандартными проверками на адекватность, удовлетворительной сходимостью расчетных и экспериментальных данных, использованием аттестованных и поверенных газоанализаторов и контрольно-измерительных приборов.

Практическая значимость научных результатов определяется соответствием уровня предложенных технических решений требованиям Постановления Правительства РФ № 609 от 12 октября 2005, она подтверждена актами внедрения результатов в эксплуатации и учебном процессе.

Апробация результатов исследования. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на международной научно-

практической конференции «Пожарная охрана Мира. Расширение функций и задач» (Санкт-Петербург, С,- Петербургский институт ГПС МЧС России, 14 октября 2005 года) и международной научно-технической конференции «Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, факторов и автомобилей» (Санкт-Петербург-Пушкин, С.-Петербургский государственный аграрный университет, 22-24 марта 2006 года).

Реализация работы. Результаты диссертационного исследования использованы при проведении научно-исследовательских работ кафедры «Пожарная техника» Санкт-Петербургского института ГПС МЧС России, внедрены в ПТЦ ГПС Санкт-Петербурга и Ленинградской области, используются в учебном процессе Автомобильно-дорожного института СПбГАСУ.

На защиту выносятся:

1. Статистические закономерности распределения дизельных двигателей ПА по дымности отработавших газов в режиме свободного ускорения и вытекающие из анализа этих закономерностей прогнозы резервов повышения экологической безопасности и экономии расходования топлива дизельными двигателями ПА в условиях реальной эксплуатации.

2. Полученные эмпирические зависимости регулировочных параметров ТА (установочного угла опережения впрыска топлива - 0впр, средней цикловой подачи топлива для номинального режима - §цн, давления в трубопроводе высокого давления, соответствующего началу впрыска топлива - Рф) с показателями эффективности и экологической безопасности (эффективной мощности - Ыа удельным эффективным расходом топлива - gt■, дымностью и концентрацией в ОГ окиси углерода - СО, суммы углеводородов - СП, суммы окислов азота - Ж)х) дизеля КамАЗ-740.10 пожарной автоцистерны АЦ 4-40 (43202) мод. 186.

3. Рекомендации по регулировочным параметров ТА (установочного угла опережения впрыска топлива - Эвпр, средней цикловой подачи топлива для номинального режима - gцH, давления в трубопроводе высокого давления, соответствующего началу впрыска топлива - Рф) дизеля КамАЗ-740.10 применительно к специфическим режимам боевого применения пожарной автоцистерны АЦ 4-40 (43202) мод. 186.

4. Рекомендации по расширению применимости оптимальных регулировок ТА совместно с конвертированием системы выпуска ОГ и топлива дизеля КамАЗ-740.10 пожарной автоцистерны АЦ 4-40 (43202) мод.186

с целью удовлетворения требованиям безопасности их применения по специальному техническому регламенту (Евро-2), утвержденному Постановлением Правительства РФ № 609 от 12 октября 2005.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 трудов, из них 1 научный доклад и 5 научных статей.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы - 139 страниц. Она содержит 26 таблиц и 27 рисунков. Список использованной литературы включает 77 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. На основе анализа концептуальных направлений развития ПА, современных требований к техническим нормативам безопасности, режимов эксплуатации и реальной перспективы обновления парка обосновывается актуальность темы диссертационного исследования, и излагаются основные положения, выносимые на защиту.

В анализе условий применения говорится о том, что ПА за 10-15 лет эксплуатации, как правило, нарабатывают ресурс не более 50 - 70 тыс. км пробега. Это делает возможным длительное время эффективно использовать базовые шасси по основному назначению, а при соответствующей доработке двигателя и системы отвода ОГ на ПТЦ, - обеспечить современные требования безопасности.

В первой главе «Состояние проблемы, цель и задачи исследования» на основе изучения доминирующих факторов, определяющих опасность эксплуатации дизельных двигателей ПА, современных требований к контролю технических нормативов безопасности дизельных двигателей ПА в условиях производства и эксплуатации, характерных особенностей применения ПА и вытекающих требований к организации рабочего процесса дизельных двигателей, сведений о влиянии регулировочных параметров ТА на показатели эффективности и экологической безопасности двигателей, технического диагностирования дизелей по составу ОГ формулируются цель и задачи диссертационного исследования.

На основе выполненного ранжирования 23 опасных факторов делается вывод о том, что 29,71% опасности эксплуатации грузовых автомобилей связано, по мнению экспертов, с химическим, загрязнением воздушной среды отработавшими газами (в том числе ЫОх - 8,3%, ПАУ -

7,35%, твердые частицы-дымноеть - 5,56%). При общей доле опасности физического загрязнения (шум, электромагнетизм) - 8,9%, параметров технического состояния АТС, влияющих на ДТП, - 6,5%. Особо отмечается, что такая ситуация прямо корреспондируется с данными Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) и что такому положению соответствуют выбор и принципы стандартизации технических нормативов безопасной эксплуатации двигателей АТС в РФ: ГОСТ Р 51709-2001, I (равила № 49 ЕЭК ООН, ГОСТ Р 52160-2003.

Анализ эксплуатационных режимов применения двигателя ПА показал, что, при «весомости» (значимости) режимов полной мощности, значительную часть времени (до 40-50%) он работает на частичных нагрузках (рис. 1) (неэкономичных режимах) - при неблагоприятном (с точки зрения экологической безопасности) сочетании мощностей совместной работы насоса и дизеля.

п, об/мин

Рис. 1. Совмещение внешних характеристик двшателей КамАЗ-7403.10 (1) и КамАЗ-740.10 (2) с областью отбора мощности насоса ПН-40УВ (3)

В целом, по анализу эксплуатационно-диагностических и экологических свойств делаются следующие выводы:

- специфика эксплуатации ПА состоит в том, что при следовании на пожар и боевом развертывании («подруливании» к очагу пожара) к двигателю ILA предъявляется, преимущественно, требование форсирования рабочего процесса по мощности, а при работе на насос, -минимизации выбросов вредных веществ с ОГ. Все это должно

достигаться, прежде всего, изменением соответствующих регулировок ТА (их оптимизацией) и оценки интегральных показателей безопасности на полных и частичных режимах.

- накопленный к настоящему времени положительный опыт применения каталитических конверторов и воднодиспергированных горючих, вместе с доступностью и достаточно высокой отработанностью данных технологий, а также полученные устойчивые связи между регулировочными показателями топливоподачи и топливной экономичности дизельных двигателей с дымностью и составом ОГ, могут быть эффективно использованы как для повышения безопасной эксплуатации дизельных двигателей ПА, так и для расчетных оценок резервов повышения безопасности ПА и экономии топлива применительно к подразделениям ГПС МЧС России. На основании чего формулируются цель и задачи диссертации.

Во второй главе «Общая методика диссертационного исследования» приводятся программа и последовательность решения диссертационных задач. Обосновываются методические особенности выбора оптимального количества объектов наблюдения (испытуемых ПА), обработки опытных данных с анализом погрешностей, в том числе, методика оптимизации регулировочных параметров ТА дизеля КамАЗ-740.10 пожарной автоцистерны АЦ 4-40 (43202) мод. 186 в стендовых условиях по экологическим и эффективным показателям в многофакторной постановке эксперимента.

Экспериментальные данные исследований статистики отказов ПА по дымности ОГ в режиме СУ были математически обработаны и прове рены на соответствие одномерным непрерывным законам распределения по критерию Колмогорова. Вывод о соответствии выборки тому или иному закону распределения осуществлялся по заданному уровню значимости 0,05. Для получения математических моделей взаимосвязи регулировочных параметров ТА с основными показателями работы топливного насоса и дизеля проводилась математическая обработка результатов экспериментов с применением универсальных программ регрессионного анализа для персональных ЭВМ.

После получения уравнений регрессии, устанавливающих связь показателей работы дизеля (эффективной мощности 1Ме, часового Ст и удельного qe расходов топлива, дымности и токсичности отработавших газов) с величинами регулировочных параметров ТА (установочным углом опережения впрыска топлива 0ВПр, давлением начала впрыскивания топлива форсунками Рф и цикловой подачей топлива qц) в виде полинома второго порядка проводился сттистический анализ полученных уравнений.

При этом проверка однородности опытных данных проводилась по в -критерию Кохрена. Адекватность представления результатов опытов полиномами второго порядка проверялась с помощью К-критерия Фишера.

Модель считалась адекватной, если вычисленное значение критерия И было меньше табличного для выбранного уровня значимости р = 0,05. Значимость коэффициентов регрессии полученных уравнений рассчитывалась по I -критерию Стьюдента. После получения адекватной математической модели второго порядка определялись координаты оптимума и изучались свойства поверхности отклика в окрестностях оптимума. Анализ поверхностей откликов в области варьирования факторами после канонического преобразования уравнений проводился графоаналитическим методом путем совмещения двумерных сечений вблизи оптимума.

В чретьен главе «Экспериментально-статистическое исследование состояния дизельных двигателей ПА по дымности ОГ в условиях эксплуатации» представлены результаты исследования статистики отказов дизельных ПА по дымности ОГ в условиях реальной эксплуатации.

В данных исследованиях производилась оценка фактического состояния дизельных пожарных автомобилей (ПА) по показателям безопасности ГОСТ Р 52160-2003. Объектами испытаний являлись ПА с дизельными двигателями, поступающими на техническое обслуживание на ПТЦ ГПС Санкт-Петербурга и Ленинградской области. Измерения дымности производились с помощью дымомера ИНА-109. На рис. 2. показано изменение плотности распределения вероятности дизелей ПА в эксплуатации по дымности ОГ.

Г*}!— Ко — ГЧ Г--

—Г —'!—' —"--Г г Г г»

1Л « ^ - ОООООО'О^Г^ГЧ^П— ь N т « « -ОЛ гп "Л VI * во О. -чг VI Г"; ~ «Т. "Л О^ ГЛ —, ч гГ гГп" г1 г| сГ ^ ^ ^ ч I

35137 -»фо 53 55 56 58 59|б2 64 656667 70 7172 73 77 78 8081 83 858688 90939496(979» N

Рис. 2. Изменение плотности Г распределения вероятности дымности ОГ дизелей ПА в режиме свободного ускорения

Анализ результатов статистических исследований показал, что только 8 дизельных двигателей из 47 проконтролированных ПА (23 - АЦ, 8 - АГ, 7 - АЛ, 6 - АКП, 3 - АР) до выполнения технического обслуживания соответствовали требованиям ГОСТ Р 52160-2003 (правилам № 24 ЕЭК ООП) на режиме свободного ускорения Хм < 2,5 ^ < 66%) - для двигателей без турбонаддува. Остальные (более 82%) дизели превышали эту норму. Причем диапазону значений дымности ОГ равному 90...95 единиц соответствовало 45% испытанных дизелей.

Подбор аппроксимирующих теоретических функций производился для следующих законов непрерывного распределения: нормального, равномерного, экспоненциального, Релея, логнормального, Вейбулла, ХИ-квадрат, гамма и Эрланга. Математический анализ показал, что распределение испытанных дизелей ПА по дымности ОГ на режиме СУ с наибольшей вероятностью может быть описано нормальным законом с расчётным уровнем значимости 0,599.

По результатам статистических исследований делаются следующие выводы:

- применяемые в эксплуатации методы и средства контроля и технического обслуживания дизелей и ТА не обеспечивают рационального использования топливно-энергетических ресурсов и соблюдения нормативов безопасности в соответствии с вновь вводимыми требованиями ГОСТ Р 52160-2003 (Правила № 24 ЕЭК ООН);

- существенное различие дымности на режимах СУ дает основание считать, что данный показатель технической надежности (по экологической безопасности) адекватно отражает специфические различия в техническом состоянии дизеля и его ТА. Поэтому он может являться диагностическим критерием как безопасности, так и тонливно-экономической эффективности эксплуатации дизелей ПА.

В четвертой главе «Экспериментально-расчетное исследование влияния регулировочных параметров ТА на эффективные показатели дизеля ПА» приводятся результаты стендовых безмоторных и моторных экспериментальных исследований влияния регулировок топливо-подачи 0впр, g¡[H, Рф на мощностныс, топливно-экономические и экологические (СО, СН, Ж)х, дымность ОГ) показатели дизеля в многофакторной постановке и математического анализа результатов по уравнениям множественной регрессии.

Задачей стендовых экспериментальных исследований являлось изучение влияния регулировочных параметров топливоподачи на показатели работы дизельного двигателя АЦ. В качестве объекта исследования был

выбран наиболее массовый в нашей стране в частях ПО дизель КамАЗ-740.10 (84 12/12) с ТНВД модели 33-01.

Программа экспериментальных исследований предусматривала проведение контрольных испытаний топливного насоса, форсунок и распылителей на соответствие их параметров требованиям соответствующих ТУ; безмоторных испытаний топливного насоса по оценке влияния параметров ТА на показатели его работы; моторных тормозных испытаний на режимах нафузочных характеристик и на режимах СУ без нафузки. Оборудование моторного стенда с дизелем КамАЗ-740.10, условия и методика проведения испытаний соответствовали ГОСТ 14846-81. Для оценки состава ОГ использовались газоаналитическая система АСГА-Т и дымомер МК-3 «Хартридж».

Исследуемыми параметрами топливоподачи, оказывающими существенное влияние на мощность, топливную экономичность и экологическую безопасность, были приняты:

- установочный угол опережения впрыска топлива (©впр);

- давление начала впрыскивания топлива форсунками (Рф);

- цикловая подача топлива, определяемая регулировкой положения винта номинальной цикловой подачи топлива (§ци).

Интервалы изменения регулировочных параметров ТА выбирались с учётом их номинальных значений, указанных в ТУ, и исходя из диапазона их отклонения от номинала, имеющих место в условиях реальной эксплуатации (табл. 1).

Таблица 1

Диапазон изменения регулировочных параметров ТА _

Регулировочный параметр КамАЗ-740.10

©впр, град, п.к.в. РФ, МПа Ецн. мм3/цикл 15...27 16,0-22,0 60-100

На основании выполненных безмоторных и моторных исследований ТА технического состояния реальной эксплуатации установлено, что проведение надлежащего ТО, ремонта и регулировочных работ имеющимися силами и средствами специализированных Ш'Ц позволяет, во-первых, привести данные параметры в соответствие с требованиями ТУ и, во-вторых, в случае необходимости, обеспечить специальные регулировки ТА, способные целенаправленно оптимизировать протекание процессов смесеобразования и сгорания топлива применительно к специфическим условиям эксплуатации ПА (табл. 2).

Таблица 2

Влияние регулировки процесса топливоподачи на дымность ОГ дизеля __КамАЗ-740.10 с ТНВД модели 33-01____

Показатель дымности ОГ Значения дымности ОГ, %

Назначаемые требования 0 =15° РФ=19 МПа &ш=80 мм3/цикл 0впР=2Г РФ=19 МПа g„„=80 мм3/цикл 0„„Р=21° Рф=22 МПа gUH=80 мм3/цикл 0впр=21и РФ=22 МПа g,u,=100 мм3/цикл

N 1 тя тах 50 | 60 ! 45-46 40 55

N„Mmax j 50 69 : 53-56 i 44 68

Nn I 66 56 i 43 28 44

На основании математической обработки результатов экспериментов на ЭВМ были получены уравнения множественной регрессии, устанавливающие связь эффективной мощности Ые[кВт], удельного эффективного расхода топлива gefr/кВт-ч], часового расхода топлива Ог[кг/ч], дымности отработавших газов Af%], Ж)х[млн "'], СН[млн '], СО[млн"'] с регулировочными параметрами топливоподачи ©впр, gull, Рф для режимов номинальной мощности, максимального крутящего момента и режима СУ (в качестве примера, структура уравнений для режима максимального крутящего момента представлена ниже). Ne = 88,260 - 0,145g„„ - 0,744РФ + O,O350B„pguH + О,ОО90впрРф - - 0,077©впр2; ge = 188,508 + 5,769Рф - 0,074©BnpguH - О,О790впрРф - 0,074ёцнРф + + О,1950впр2 + 0,02 lgm2;

NOx = 1145,239 + 4,О310впр - 93,814РФ + О,4940вг,рёц„ + 1,2658цнРф-- 0,227gUH2;

N = - 13,964 + 4,386РФ - O,O150BI,pgu„ - 0,098ёцнРф + 0,023g,ul2.

В результате математической оптимизации были определены следующие значения регулировочных параметров: 0Ш1р = 16,5 град., gllH = 85,1 мм3/цикл, Рф = 22,0 МПа - для номинального режима работы и 0впр = 15,0 фад., g„„ = 77,0 мм3/цикл, РФ = 21,2 МПа - для режима максимального крутящего момента Реализация полученных оптимальных регулировок топливной системы приводит к снижению концентрации NOx в ОГ на 240 млн"1 (в 1,46 раза), эффективной мощности на 4,0%, удельного расхода топлива на 3,8%, окиси углерода на 430 млн"1 (в 1,34 раза), углеводородов на 14 млн"1 (в 1,04 раза) - на режиме номинальной мощности. На режиме максимального крутящего момента удельный расход топлива увеличивается на 1,0% при снижении эффективной мощности на 1,4%, концентрации NO> на 144 млн"' (в 1,3 раза), окиси

углерода на 393 млн"1 (в 1,32 раза) и углеводородов на 25 млн"1 (в 1,09 раза). Дымность ОГ не превышала требований ГОСТ Р 52160-2003. Полученные значения регулировочных параметров топливной системы рекомендуется включить в нормативно-техническую документацию по техническому обслуживанию дизелей КамАЗ-740.10 для ПТЦ ГПС МЧС России.

В пятой главе «Обоснование эффективности внедрения результатов диссертационного исследования в частях ГПС МЧС России» излагается методика и проводится расчетная оценка эффективности внедрения технических решений по повышению надежности безопасной эксплуатации дизельных двигателей пожарных автомобилей применительно к ПТЦ ГПС МЧС России и обосновываются рекомендации по расширению их применимости в комплексе с ,

технологией конвергирования системы выпуска ОГ ПА и применения альтернативного водно-эмульсионного топлива.

Эффективность внедрения разработанного способа повышения ^

надежности безопасной эксплуатации дизельных пожарных автомобилей путем контроля дьшности ОГ в ражиме СУ и оптимизации регулировок ТА применительно к производственно-техническим центрам (ТГЩ) обслуживания пожарных автомобилей ГПС МЧС России оценена на основе анализа годовой экономии моторного топлива.

В основу оценки были положены ранее полученные результаты статистических исследований связи часового расхода топлива дизельным транспортным средством применительно к среднестатистическим режимам его эксплуатации с математическим ожиданием (средней величиной) дымности ОГ, оцениваемой в результате контроля представительной выборки дизельных транспортных средств в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52160-2003. Экономия часового расхода топлива в случае систематического контроля и поддержания оптимальных регулировок ТА, обеспечивающих уменьшение дымности в режиме СУ с 77% до реально возможного уровня 44 %, должна составить не менее 7%.

Расширение применимости технических решений по оптимизации регулировок топливоподачи дизеля КамАЗ-740.10 пожарной автоцистерны АЦ 4-40 (43202) мод. 186 предлагается осуществлять совместно с разрабатываемым на кафедре пожарной техники Санкт-Петербургского института ГПС МЧС России при участии автора диссертации способа, сочетающего применение каталитического нейтрализатора ОГ, водно-тонливной эмульсии (ВТЭ) и инициатора воспламенения ВТЭ - циклогек-силнитрата (ЦП1).

Способ основан на конвертировании штатной конструкции системы газовыпуска путем замены глушителя шума глушителем-нейтрализатором ОГ (рис. 3).

о

Перфорированный диффузор

Съемная кассета с

каталитическими

блоками

Рис. 3. Конструкция глушителя-нейтрализатора ОГ

Результаты экспериментальной проверки показали (рис. 4), что применение разработанных рекомендаций позволит удовлетворить требованиям специального технического регламента к ПА с дизельными двигателями не только в части Правил № 24 ЕЭК ООН, но и в части требований Правил № 49 ЕЭК ООН.

Правила №49 ЕЭК ООН

15 10

г/кВг*ч

^ЯЕиго-2

'асг+дт

0КН+ВТЭ

¿л

9(СО)

9 91 2,7

, д(СН) , д(НОх) | 1 7

' 13,81

1,01

0,42

I--

6,67

Рис. 4. Результаты испытаний по Правилам № 49 ЕЭК ООН

Общие выводы по диссертации

1. Специфичность боевого применения пожарных автоцистерн (АЦ), на которые приходится более 98 % оперативной работы при тушении пожаров, предъявляет особые требования к основным режимам эксплуатации их двигателей: предельное форсирование по мощности при следовании на пожар и боевом развертывании техники («подруливании» к очагу пожара) со значительной последующей недогрузкой по мощности при работе двигателя на центробежный пожарный насос. Это обстоятельство требует, прежде всего, целенаправленной оптимизации регулировочных параметров ТА, учитывающей показатели эффективности (мощность, топливную экономичное гь) с показателями надежности безопасной эксплуатации дизельного двига1еля ПА (дымность и токсичность ОГ).

2. На основе анализа экспертных оценок установлено, что из 23 факторов опасной эксплуатации грузовых шасси пожарных автомобилей, - 29,71% ранговой их весомости связано с химическим загрязнением воздушной среды ОГ. Такое положение соответствует новым техническим нормативам безопасной эксплуатации двш ателей АТС, принятых в РФ по аналогии с европейским опытом: Правила №24 НЭК ООН, ГОСТ Р 517092001, ГОСТ Р 52033-2003, ГОСТ Р 52160-2003, ГОСТ Р 17.2.02.06-99.

3. В соответствии со специальным техническим регламентом «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории РФ, вредных (загрязняющих) веществ», утвержденном Постановлением Правительства № 609 от 12 октября 2005 г., на ПА распространяются технические нормативы экологической безопасности уровня Евро-2.

Проведенными исследованиями установлено, что подавляющее количество шасси ПА, состоящих сегодня на вооружении в подразделениях ШС МЧС России соответствует, в основном, уровню безопасности Евро-1. Так, более 82% проверенных в условиях эксплуатации дизелей ПА на режиме свободного ускорения имели дымность ОГ превышающую предельно допустимую величину по безопасности Хм < 2,5 м"1 (Ы < 66%) -для двигателей без турбонаддува. Около 45% из них имели дымность ОГ № > 85%). Как выяснилось, главными причинами, вызывающими повышенную дымность ОГ, являются разрегулировки и неисправности топливной аппаратуры.

4. Выявленные математическим анализом закономерности статистического распределения дизелей ПА по дымности ОГ на примере дизелей, эксплуатируемых в подразделениях пожарной охраны Санкт-Петербурга и Ленинградской области, могут быть использованы для количественной оценки повышения резерва их экологической безопасности и экономии топлива в результате внедрения современных методов диагностирования и оптимизации регулировок ТА.

5. Результаты статистических исследований свидетельствуют о том, что применяемые сегодня в эксплуатации методы и средства контроля и технического обслуживания дизелей и ТА ПА не обеспечивают требуемого рационального использования топливно-энергетических ресурсов и соблюдения нормативов безопасности в соответствии с вновь вводимыми Правилами № 24 ЕЭК ООН и ГОСТ Р 52160-2003.

6. На основании выполненных безмоторных исследований ТА технического состояния реальной эксплуатации установлено, что по целому ряду параметров, определяющих качество протекания процессов топли-воподачи, смесеобразования и сгорания топлива, ТА не соответствует требованиям ТУ и, следовательно, не может обеспечить выполнение технических нормативов экологической безопасности.

В то же время, проведение надлежащего ТО, ремонта и регулировочных работ имеющимися силами и средствами специализированных ПТЦ позволяет, во-первых, привести данные параметры в соответствие с требованиями ТУ и, во-вторых, в случае необходимости, обеспечить специальные регулировки ТА, способные целенаправленно ошимизировать протекание процессов смесеобразования и сгорания топлива применительно к специфическим условиям эксплуатации ПА.

7. В результате математического планирования, реализации и графоаналитического анализа данных многофакторного эксперимента применительно к дизелю КамАЗ-740.10 были установлены следующие оптимальные значения регулировочных параметров ТА: 0впр = 16,5 град., gц„-85,1 мм3/цикл, Рф = 22,0 МПа - для номинального режима работы и 0шр = 15,0 град., §„„ = 77,0 мм3/цикл, Рф = 21,2 МПа - для режима максимального крутящего момента.

Реализация предлагаемых регулировок топливной системы приводит к снижению концентрации ИОх в ОГ на 240 млн*1 (в 1,46 раза), эффективной мощности на 4,0%, удельного расхода топлива на 3,8%, окиси углерода на 430 млн'1 (в 1,34 раза), углеводородов на 14 млн"1 (в 1,04 раза) - на режиме номинальной мощности. На режиме максимального крутящего момента удельный расход юплива увеличивается на 1,0% при снижении эффективной мощности на 1,4%, концентрации ЫОх на 144 млн"1 (в 1,3 раза), окиси углерода на 393 млн"1 (в 1,32 раза) и углеводородов на 25 млн"1 (в 1,09 раза). При этом, дымность ОГ не превышает требований ГОСТ Р 52160-2003.

Полученные значения регулировочных параметров топливной системы рекомендуется включить в нормативно-техническую документацию по техническому обслуживанию дизелей КамАЗ-740.10 для ПА на ПТЦ ГПС МЧС России.

8. Расширение применимости разработанных технических решений по оптимизации регулирования топливоподачи дизелей КамАЗ-740.10 пожарной автоцистерны АЦ 4-40 (43202) мод. 186 совместно с конвертированием системы выпуска ОГ каталитическим нейтрализатором ОГ, ис-

пользования в качестве топлива водно-топливной эмульсии (ВТЭ) и инициатора воспламенения ЦГН, позволит удовлетворить требованиям специального технического регламента не только в части Правил № 24 ЕЭК ООН, но и в части требований Правил № 49 ЕЭК ООН (Евро-2).

9. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения результатов диссертационного исследования в расчете на парк дизельных Г1А в количестве 82 единиц техники только из расчета экономии топлива может составить 1157 тыс. руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Сморыго В.В., Ложкин В.Н. Повышение надежности эксплуатации дизельных автомобилей специального назначения путем идентификации неисправностей двигателя и топливной аппаратуры по составу отработавших газов (ОГ) // Информационный бюллетень: «Вопросы охраны атмосферы от загрязнения» НПК «Атмосфера» при ГГО им. А. И. Воейкова. №2 (32). - СПб., 2005. С. 50-67. 0.5/0.3 п.л.

2. Ложкин В.Н., Сморьио В.В. Экологическая безопасность применения ГСМ на автотранспорте гражданского и специального назначения // ТРАНСПОРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ. № 2. - СПб , 2005. С. 7677. 0.4/0.2 п.л.

3. Ложкин В.Н., Баскин Ю.Г., Сморыго В.В. Методология повышения надежности двигателей ПА путем идентификации неисправностей с использованием анализа состава отработавших газов // Материалы международной науч.- практ. конф. "Пожарная охрана Мира. Расширение функций и задач", 14 октября 2005 г. СПб. институт TTIC МЧС России. - СПб. 2005.0.1/0.03 п.л.

4. Ложкин В.Н., Сморыго В.В., Гавкалюк Б.В. Конвертирование дизеля КамАЗ-740.10 пожарной автоцистерны АЦ 4-40 (43202) мод. 186 с целью удовлетворения требованиям экологической безопасности Евро-2 // Виртуальный межотраслевой научно-технический и производственный журнал Международной академии прикладных исследований: «ГОРЮЧЕ-СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. Теория и практика получения и применения». № 8, февраль 2006 г.: htp://www.apris.ru. 0.4/0.2 пл.

5. Сморыго В.В. Экспериментально-статистическое исследование состояния ножарных автомобилей, работающих на дизельном топливе, по дымности ОГ в условиях эксплуатации // Виртуальный межотраслевой научно-технический и производственный журнал Международной академии прикладных исследований: «ГОРЮЧЕ-СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. Теория и практика получения и применения». № 8, февраль 2006 г.: htp://www.apris.ru. 0.4 п.л.

К технологии применения водноэмульсионных горючих с пониженной пожароопасностью для автомобильных двигателей гражданского и специального назначения // Ложкин B.II., Гавкалюк Б.В., Сморыго

B.В., Пименов Ю.Л., Акодес А.Ю., Ефимова Н.Л., Покровский A.B. / Журнал «Химическая промышленность», гом 83, №2. - СПб., 2006. -

C. 83-88. 0,5/0,08 пл.

Подписано в печать 11.05.2006. Формат 60x84 '/16

Печать трафаретная Объем 1,0 п л Тираж 100 экч.

Отпечатано в Санкт-Петербургском институте ГНС МЧС России 196105, Санкт-Петербург, Московский пр. 149

2_öOßf\

462

Введение.

1. Состояние проблемы, цель и задачи исследования.

1.1. Анализ доминирующих факторов, определяющих опасность эксплуатации дизельных двигателей ПА.

1.2. Современные требования к контролю технических нормативов безопасности дизельных двигателей ПА в условиях производства и эксплуатации

1.3. Характерные особенности применения ПА и вытекающие требования к организации рабочего процесса дизельных двигателей.

1.4. Анализ исследований по установлению связей между основными эффективными показателями и регулировочными параметрами топливопо-дачи дизельных двигателей.

1.5. Возможности современных инструментальных методов диагностирования топливных показателей дизелей применительно к специфике контроля технического состояния ПА.

1.6. Цель и задачи исследования.

2. Общая методика диссертационного исследования.

3. Экспериментально-статистическое исследование состояния дизельных двигателей ПА по дымности ОГ в условиях эксплуатации.

4. Экспериментально-расчетное исследование влияния регулировочных параметров ТА на эффективные показатели дизеля ПА.

4.1. Постановка экспериментального исследования, объект испытаний и экспериментальное оборудование.

4.2. Результаты анализа влияния регулировок топливоподачи на эффективные показатели дизеля ПА.

4.2.1. Результаты безмоторных исследований ТА дизеля ПА.

4.2.2. Результаты исследования влияния регулировок топливоподачи на эффективные показатели работы дизеля ПА в однофакторной постановке эксперимента.

4.2.3. Результаты исследования влияния регулировок топливоподачи на эффективные показатели работы дизеля ПА в многофакторной постановке эксперимента.

5. Обоснование эффективности внедрения результатов диссертационного исследования в частях ГПС МЧС России.

Автомобили специального назначения являются основными техническими средствами пожарной охраны, обеспечивающими доставку сил и средств к месту пожара, ведение боевых действий по тушению пожаров, спасанию людей и материальных ценностей.

В процессе реализации закона "О пожарной безопасности", решений совместных научно-практических конференций и совещаний производителей пожарной техники и их потребителей в 2000 году ГУГПС была разработана и утверждена "Концепция развития производства пожарных автомобилей в Российской Федерации" [1, 13], которая определила основные направления в области разработки, производства, испытаний и эксплуатации пожарных автомобилей.

Концепцией ." была сформулирована задача создания специальных шасси для пожарных автомобилей, обладающих повышенными динамическими качествами при высокой грузоподъемности, на базе серийно выпускаемых автомобильными заводами КамАЗ, ЗИЛ, "Урал", ГАЗ. На новых пожарных автомобилях стали устанавливать преимущественно форсированные двигатели [2, 3, 13] и технические устройства, способствующие ускоренному выходу их на оптимальный тепловой режим. Кроме того, стало уделяться повышенное внимание к обеспечению возможности съема стационарной мощности для привода специальных агрегатов, при допускаемом времени непрерывной работы двигателя в этом режиме - не менее 6 часов; высокой проходимости и запаса мощности, необходимых для преодоления труднопроходимых участков в зоне пожара [2, 13].

Таким образом, одним из приоритетных направлений реализации положений "Концепции ." стало развитие производства пожарных автомобилей на базовых шасси отечественного и зарубежного производства с дизельными двигателями, имеющими существенное преимущество перед бензиновыми силовыми установками: простота эксплуатации, относительно малая трудоемкость технического обслуживания, значительно меньшие удельный расход моторного топлива и токсичность отработавших газов [4, 5, 6, 7,13].

Веховым событием для отечественной автомобильной промышленности, которое в ближайшее время коснется и ПА, стало принятие Правительством РФ 12 октября 2005 года специального Технического регламента «О требованиях к выбросам вредных (загрязняющих) веществ колесных транспортных средств, выпускаемых в обращение на территории Российской Федерации», в соответствии с которым определен порядок и сроки поэтапного введения требований ЕЭК ООН по нарастающему уровню в период с 2006 года до 2014 года (Евро-5). «Экологической планкой» для ПА становится, начиная с 2006 года, уровень нормативов Евро-2, что требует научно-технического поиска не только общих, но также и специфичных, применительно к особенностям боевой работы ПА, новых конструктивно-технологических решений.

Так обстоит дело в сфере производства пожарных автомобилей. В эксплуатации в настоящее время на вооружении частей ГПС МЧС России находится значительная часть техники, оснащенной дизельными двигателями технического уровня Евро-0 и Евро-1 (наиболее распространены на ПА модификации дизельных двигателей на базе КамАЗ-740.10). Это связано с тем, что, во-первых, на полное перевооружение частей ГПС существенно более дорогой новой техникой не хватает финансовых средств, во-вторых, ПА за 10-15 лет эксплуатации, как правило, нарабатывают ресурс от 50 до 70 тыс. км пробега, что позволяет их эффективно использовать по основному назначению в течение данного и, даже, более отдаленного периода времени.

В связи со сказанным, применительно к условиям реальной эксплуатации ПА, становится актуальным конвертирование дизельных двигателей ПА на специализированных производственно-технических центрах (ПТЦ) ГПС в состояние соответствия требованиям Евро-2 путем диагностирования технического состояния и оптимизации регулировок ТА, использования каталитических конверторов ОГ и применения альтернативных видов моторных топлив.

Согласно ГОСТ Р 51709-2001 «Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки», эксплуатационная безопасность дизельных двигателей ПА должна контролироваться в режиме свободного ускорения (СУ) в соответствии с ГОСТ Р 52160-2003 «Национальный стандарт РФ. Автотранспортные средства, оснащенные двигателями с воспламенением от сжатия. Дымность отработавших газов. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния». В связи с новизной данного, по сути, европейского метода контроля (Правила ЕЭК ООН № 24), становится актуальным проведение научно-исследовательских работ по оценке состояния ПА с дизельными двигателями на соответствие требованиям настоящего стандарта и определения на этой основе реальных резервов повышения эффективных и экологических показателей ПА в условиях реальной эксплуатации.

Из теоретических основ конструирования комбинированных турбо-поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) известно, что количественный и качественный состав ОГ дизелей, в частности дымность ОГ, имеет непосредственную связь с техническим состоянием основных систем двигателя и его топливными показателями [8-12]. Это делает практически целесообразным:

- использование метода диагностики технических нормативов безопасности по процедурам контроля дизельных двигателей ПА в соответствии с ГОСТ Р 52160-2003 для идентификации неисправностей основных систем двигателя: ЦПГ, воздухоснабжения, топливоподачи, газообмена и недопустимых отклонений регулировок ТА от номинальных значений, рекомендуемых предприятием-изготовителем двигателя ПА при всех видах ТО и TP ПА

- совмещение данной диагностической процедуры с ежедневным техническим контролем и обслуживанием ПА в пожарных частях при передаче пожарной техники заступающей на боевое дежурство смене караула.

Как было отмечено ранее, специфичность боевого применения ПА предъявляет особые требования к основным режимам эксплуатации их двигателей [4, 5, 8]: предельное форсирование по мощности при следовании на пожар и боевом развертывании техники со значительной последующей недогрузкой по мощности при работе двигателя на центробежный пожарный насос. Так, согласно с данными статистических исследований [4, 5], на привод ЦПН затрачивается от 20 до 40 % располагаемой мощности энергетической установки ПА. Для решения этих вопросов необходима целенаправленная оптимизация регулировочных параметров ТА, компромиссно учитывающая требования к показателям безопасности (дымность и токсичность ОГ) и эффективности (мощность, топливную экономичность) дизельного двигателя ПА.

Таким образом, применительно к современному этапу эксплуатации ПА, на которых установлены дизельные энергетические установки, становится актуальным решение следующих научно-технических задач:

- выявление статистических закономерностей распределения эксплуатируемых ПА по вновь вводимым контролируемым показателям безопасности дизельных двигателей - дымности ОГ в режиме СУ;

- обоснование применимости новых стандартизованных испытательных процедур контроля показателей экологической безопасности для идентификации неисправностей и диагностики технического состоянии (надежности эксплуатации) дизельных двигателей ПА применительно к действующей технологии технического обслуживания ПА в частях, отрядах и производственно-технических центрах (ПТЦ) ГПС МЧС России;

- разработка конструктивно-технологических решений, направленных на улучшение нормируемых показателей экологической безопасности и эффективности эксплуатации дизельных двигателей применительно к режимам боевого использования ПА.

Успешное решение этой задачи, возможно на основе проведения дополнительных теоретических, статистических и многофакторных экспериментальных исследований на основе применения современных инструментальных контрольно-измерительных средств. Этим вопросам была посвящена диссертация.

Научная новизна результатов диссертации определяется выявленными статистическими закономерностями распределения дизельных двигателей ПА по техническому нормативу экологической безопасности - дымности ОГ в режиме СУ в соответствии с новыми процедурами контроля ГОСТ Р 517092001, ГОСТ Р 52160-2003 (Правила № 24 ЕЭК ООН) применительно к условиям реальной их эксплуатации и ППСТО; теоретически и экспериментально обоснованными рекомендациями по оптимизации регулировок топливной аппаратуры дизеля КамАЗ-740.10, существенно повышающих эффективность и надежность безопасной эксплуатации ПА в реальных режимах боевого применения (следования на пожар, боевого развертывания и работы на насосный агрегат), рекомендациями по расширению применимости оптимальных регулировок ТА совместно с конвертированием системы выпуска ОГ и топлива дизеля КамАЗ-740.10 пожарной автоцистерны АЦ 4-40 (43202) мод. 186 с целью удовлетворения требованиям безопасности их применения на уровне Евро-2.

Диссертационная работа выполнялась на кафедре «Пожарная техника» Санкт-Петербургского института ГПС МЧС России. Экспериментальные исследования были проведены автором на ПА и двигателе КамАЗ-740.10, поступивших на техническое обслуживание и капитальный ремонт в ПТЦ ГПС Санкт-Петербурга и Ленинградской области.

Результаты выполненного исследования внедрены в ПТЦ Санкт-Петербурга и Ленинградской области ГПС МЧС России, учебном процессе и научно-исследовательской деятельности СПб института ГПС МЧС России, СПбГАУ.

По результатам диссертационного исследования на защиту выносятся следующие положения.

1. Статистические закономерности распределения дизельных двигателей ПА по дымности отработавших газов в режиме свободного ускорения и вытекающие из анализа этих закономерностей прогнозы резервов повышения экологической безопасности и экономии расходования моторного топлива дизельными двигателями ПА в условиях реальной эксплуатации.

2. Полученные эмпирические связи регулировочных параметров ТА (установочного угла опережения впрыска топлива - 0впр, средней цикловой подачи топлива для номинального режима - gUH, давления в трубопроводе высокого давления, соответствующего началу впрыска топлива - Рф) с показателями эффективности и экологической безопасности (эффективной мощности - удельным эффективным расходом топлива - ge, дымностью и концентрацией в ОГ окиси углерода - СО, суммы углеводородов - СН, суммы окислов азота - NOx) дизеля КамАЗ-740.10 пожарной автоцистерны АЦ 4-40(43202) мод. 186.

3. Рекомендации по регулировочным параметров ТА (установочного угла опережения впрыска топлива - Овпр, средней цикловой подачи топлива для номинального режима - gUI„ давления в трубопроводе высокого давления, соответствующего началу впрыска топлива - Рф) дизеля КамАЗ-740.10 применительно к специфическим режимам боевого применения пожарной автоцистерны АЦ 4-40 (43202) мод.186: следовании на пожар, боевом развертывании и работе на ПН.

4. Рекомендации по расширению применимости оптимальных регулировок ТА совместно с конвертированием системы выпуска ОГ и топлива дизеля КамАЗ-740.10 пожарной автоцистерны АЦ 4-40 (43202) мод.186 с целью удовлетворения требованиям безопасности их применения по специальному техническому регламенту (Евро-2), утвержденному Постановлением Правительства РФ № 609 от 12 октября 2005.

Общие выводы по диссертации

1. Специфичность боевого применения пожарных автоцистерн (АЦ), на которые приходится более 98 % оперативной работы при тушении пожаров, предъявляет особые требования к основным режимам эксплуатации их двигателей: предельное форсирование по мощности при следовании на пожар и боевом развертывании техники («подруливании» к очагу пожара) со значительной последующей недогрузкой по мощности при работе двигателя на центробежный пожарный насос. Это обстоятельство требует, прежде всего, целенаправленной оптимизации регулировочных параметров ТА, компромиссно учитывающей показатели эффективности (мощность, топливную экономичность) с показателями надежности безопасной эксплуатации дизельного двигателя ПА (дымность и токсичность ОГ).

2. На основе анализа экспертных оценок установлено, что из 23 факторов опасной эксплуатации грузовых шасси пожарных автомобилей, - 29,71% ранговой их весомости связано с химическим загрязнением воздушной среды отработавшими газами. Следует отметить, что именно такому положению соответствуют новые принципы стандартизации технических нормативов безопасной эксплуатации двигателей АТС, принятые в РФ по аналогии с европейским опытом: Правила №24 ЕЭК ООН, ГОСТ Р 51709-2001, ГОСТ Р 52033-2003, ГОСТ Р 52160-2003, ГОСТ Р 17.2.02.06-99.

Риск опасного воздействия отработавших газов на человека и среду обитания связан, прежде всего, с содержанием в них полидисперсной сажи, на поверхности которой адсорбируются сильнейшие токсичные и канцерогенные вещества, в частности, - бенз(а)пирен и содержащие серу водные кислотные растворы, которые определяют дымность ОГ; оксиды азота, газообразные углеводороды и оксид углерода (угарный газ).

3. В соответствии с Техническим регламентом «О требованиях к выбросам вредных (загрязняющих) веществ колесных транспортных средств, выпускаемых в обращение на территории Российской Федерации», принятым в октябре 2005 года Правительством РФ и вступающим в силу по истечении 6 месяцев от момента принятия, на выпускаемые в обращение шасси ПА распространяются технические нормативы экологической безопасности уровня Евро-2.

Проведенными исследованиями установлено, что подавляющее количество шасси ПА, состоящих сегодня на вооружении в подразделениях ГПС МЧС России соответствует, в лучшем случае, уровню безопасности Евро-1 (для региона Северо-Запада РФ более 97 % пожарных АЦ). Например, выбросы вредных веществ с ОГ у наиболее распространенного дизеля КамАЗ-740.10 составляют в условиях рядовой эксплуатации по СО - 9,17 г/кВт-ч, по CnHm - 1,63 г/кВт-ч, по NOx - 10,29 г/кВт-ч.

В связи с тем, что такая ситуация может сохраниться на перспективу 23 и более лет, становится весьма актуальным разработка и научное обоснование методов оптимизации регулировок ТА совместно с конструктивным конвертированием системы выпуска ОГ и применением экологически безопасных видов горючего, позволяющих имеющимися в ПТЦ ГПС МЧС России техническими средствами обеспечить безопасность ПА на уровне требований Евро-2 и выше.

4. Более 82% проверенных в условиях эксплуатации дизелей ПА на режиме свободного ускорения имели дымность ОГ превышающую предельно допустимую величину по безопасности Хм < 2,5 м"1 (N < 66%) - для двигателей без турбонаддува. Около 45% из них имели дымность ОГ (N> 85%). Как выяснилось, главными причинами, вызывающими повышенную дымность ОГ, являются разрегулировки и неисправности топливной аппаратуры.

Экспериментально установленный широкий диапазон реального изменения значений дымности ОГ дизельных двигателей ПА по дымности на режимах СУ дает основание полагать, что данный показатель технической надежности (по экологической безопасности) адекватно отражает специфические различия в техническом состоянии дизеля и его топливной аппаратуры и может являться диагностическим критерием, как безопасности, так и топ-ливно-экономической эффективности эксплуатации дизелей ПА.

Выявленные математическим анализом закономерности статистического распределения дизелей ПА по дымности ОГ на примере дизелей, эксплуатируемых в подразделениях пожарной охраны Санкт-Петербурга и Ленинградской области, могут быть использованы для количественной оценки повышения резерва их экологической безопасности и экономии топлива в результате внедрения современных методов диагностирования и оптимизации регулировок ТА.

5. Последние из отмеченных обстоятельств свидетельствует о том, что применяемые сегодня в эксплуатации методы и средства контроля и технического обслуживания дизелей и ТА ПА не обеспечивают рационального использования топливно-энергетических ресурсов и соблюдения нормативов безопасности в соответствии с вновь вводимыми требованиями Правил № 24 ЕЭК ООН, ГОСТ Р 52160-2003.

6. На основании выполненных безмоторных исследований ТА технического состояния реальной эксплуатации установлено, что по целому ряду параметров, определяющих качество протекания процессов топливоподачи, смесеобразования и сгорания топлива, ТА не соответствует требованиям ТУ и, следовательно, не может обеспечить выполнение технических нормативов экологической безопасности.

В то же время, проведение надлежащего ТО, ремонта и регулировочных работ имеющимися силами и средствами специализированных ПТЦ позволяет, во-первых, привести данные параметры в соответствие с требованиями ТУ и, во-вторых, в случае необходимости, обеспечить специальные регулировки ТА, способные целенаправленно оптимизировать протекание процессов смесеобразования и сгорания топлива применительно к специфическим условиям эксплуатации ПА.

7. В результате математического планирования, реализации многофакторного эксперимента и графоаналитической оптимизации процесса топливоподачи дизеля КамАЗ-740.10 были установлены следующие значения регулировочных параметров ТА: 0впр = 16,5 град., gu„- 85,1 мм /цикл, Рф = 22,0 МПа - для номинального режима работы и 0впр = 15,0 град., gUII = 77,0 л мм /цикл, Рф = 21,2 МПа - для режима максимального крутящего момента.

Реализация полученных оптимальных регулировок топливной системы приводит к снижению концентрации NOx в ОГ на 240 млн'1 (в 1,46 раза), эффективной мощности на 4,0%, удельного расхода топлива на 3,8%, окиси углерода на 430 млн"1 (в 1,34 раза), углеводородов на 14 млн'1 (в 1,04 раза) - на режиме номинальной мощности. На режиме максимального крутящего момента удельный расход топлива увеличивается на 1,0% при снижении эффективной мощности на 1,4%, концентрации NOx на 144 млн'1 (в 1,3 раза), окиси углерода на 393 млн*1 (в 1,32 раза) и углеводородов на 25 млн"1 (в 1,09 раза). Дымность ОГ не превышала требований ГОСТ Р 52160-2003.

Полученные значения регулировочных параметров топливной системы рекомендуется включить в нормативно-техническую документацию по технического обслуживанию дизелей КамАЗ-740.10 для ПА.

8. Применение разработанного при участии автора диссертации метода комплексного воздействия на рабочий процесс комбинированного дизельного двигателя, сочетающий одновременное применение целенаправленных регулировок ТА, окислительного каталитического конвертора с блочными металлическими носителями, водо-топливной эмульсии (ВТЭ) и инициаторов воспламенения ЦГН позволит удовлетворить требованиям Технического регламента не только в части Правил № 24 ЕЭК ООН, но и в части требований Правил № 49 ЕЭК ООН (Евро-2).

9. Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения результатов диссертационного исследования в расчете на парк дизельных ПА в количестве 82 единиц техники только из расчета экономии топлива может составить 1157 тыс. руб.

1. Концепция развития производства пожарных автомобилей в Российской Федерации // Пожарная безопасность. 1999. - № 4. - С.47 - 55.

2. Каталог продукции ОАО «Пожтехника» (г. Торжок) // № 22/1, издательство ООО «Сивер», М., 2004. 249 с.

3. Каталог «Дизельные и газовые двигатели» (ФГУП «ЦНИДИ») // Издательство ООО «СВЕТЛИЦА», СПб., 2004. 220 с.

4. Пожарная техника. // Учебник под редакцией д. т. н., проф. М.Д. Безбородько, М.: Высшая инженерная пожарно-техническая школа МВД СССР, 1989.-335 с.

5. Яковенко Ю.Ф. Современные пожарные автомобили. М.: Строй-издат, 1988.-352 с.

6. Вайсблюм М.Е., Гусаров А.П. Экологические требования к АТС: вчера, сегодня, завтра / журнал Ассоциации Автомобильных Инженеров (ААИ), № 2 (31), 2005. С. 48-52.

7. Simons W. Vergleich von Gleichungen zur Beschtimmung der lufthzahl bei Ottomotoren //Technische Uberprufung 24. 1983. - № 1. - S. 22-27.

8. Sachse J., Torge M. Verminderten KraftstoffVerbrauch vor Krafitfahrzeug Dieselmotoren durch Einhaltung der Rauchgrenzwerte sowie durch andere zielgerichtete Abgasmapnamen // Kraftfahrzeugtechnick. - 1981. № 10, S. 302 -306.

9. Sachse J., Torge M. Kraftsatoffverluste olurch unvolstendige Verbrehnung // Kraftfahrzeugtechnick. 1982. - №2. - S. 362 - 369.

10. Яковенко Ю.Ф. Россия: пожарная охрана на рубеже веков. Тверь: Сивер, 2004, - 208 с.

11. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Промышленно-транспортная экология: Учеб. для вузов / Под редакцией проф. В.Н. Луканина. М.: Высшая школа, 2001.-273 с.

12. Ложкин В.Н. Опасные последствия автомобильного «прессинга» в крупных городах России. «Мост», № 1 2 (22), февраль 1999, СПб., С. 90,91.

13. Хесина А.Я. Методы мониторинга бенз/а/пирена как индикатора канцерогенных ПАУ // Комплексный глобальный мониторинг загрязнения окружающей природной среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. - С.249-258.

14. Гладков О.А., Лерман Е.Ю. Создание малотоксичных дизелей речных судов. Л.: Судостроение, 1990. - 106 с.

15. Жегалин О.И., Лупачев П.Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. М.: Транспорт, 1985. - 120 с.

16. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1981. - 160 с.

17. Свиридов Ю.Б. Смесеобразование и сгорание в дизелях. Л.: Машиностроение, 1972. - 244 с,

18. Варшавский И.Л. Состояние работы по уменьшению токсичностиавтомобилей II Сб. трудов ЛАНЭ. 1969. - С. 7-33.

19. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды / Малов Р.В. и др. М.: Транспорт, 1982. - 200 с.

20. Смайлис В.И. Малотоксичные дизели. Л.: Машиностроение, 1972. -128 с.

21. Новоселов А.Л. // Тр. Алт. гос. техн. ун-та, N° 1 1993. - С. 83-98.

22. Махов В.З., Ховах М.С. Исследование влияния присадок к топливу на процесс образования и сгорания сажи в цилиндре дизеля. В кн.: Снижение загрязнения воздуха в городе выхлопными газами автомобилей. - М.: -НИИавтопром., 1971.-С. 111-118.

23. Батурин С.А. Физические основы и математическое моделирование процессов результирующего сажевыделения и теплового излучения в дизелях. Автореферат дисс. Д. т. н. - Л., 1982. - 44 с.

24. Филиппосянц Т. Р., Кратко А.П., Мазинг М.В. Методы снижения вредных выбросов с отработавшими газами автомобильных дизелей.: Обзорная информация. -М.: НИИавтопром. 1979. - 64 с.

25. Разлейцев Н.Ф. Кинетическое уравнение динамики образования и выгорания сажи в цилиндре дизеля. В кн.: Двигатели внутреннего сгорания. -1977,№26. -С. 10-18.

26. Кутенев В.Ф. Проблема создания и эксплуатации экологически чистого автомобиля.-М., 1989. -40с.

27. Надежность топливной аппаратуры тракторных и комбайновых дизелей / Р.М.Баширов, В.Г.Кислов, В.А.Павлов, В.Я.Попов, М.: Машиностроение, 1973. - 183 с.

28. Ждановский Н.С., Николаенко А.В. Надежность и долговечность автотракторных двигателей. Л.: Колос, 1981. - 295 с.

29. Михлин В.М. Управление надежностью сельскохозяйственной техники. М.: Колос, 1984. - 335 с.

30. ГОСТ 23435-79. Техническая диагностика. Двигатели внутреннего сгорания поршневые. Номенклатура диагностических параметров. Введ. С 01.01.80.-8 с.

31. ГОСТ 20760-75. Техническая диагностика. Тракторы. Параметры и качественные признаки. Введ. с 01.01.76. 12 с.

32. Hiemesch О., Lonkai G. Das BMW Abgasreinigungskonzept fur Dieselmdelle // MTZ. - 1990. -№5. - S. 196-200.

33. Nadibishi C.C., Zinn B.T. // Combeustion and Flame. 1982. - № 3. -P.301-314.

34. Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей. Л.: Машиностроение, 1974. - 264 с.

35. Dieselabgase / KFZ, 1995. - 38, № 4. - S. 158-163.

36. Diezelmotor und Lufireinhaltung / KFZ. -1997. 40, №8, №9.

37. Фомин B.M., Игнатович И.В., Носков В.А. Оценка износа цилиндро-поршневой группы дизеля по показателям токсичности / Двигатели внутреннего сгорания. Л.: НИИинформтяжмаш, 1983. - С. 17-18.

38. Вагнер В.А., Новоселов A.JL, Лоскутов А.С. Снижение дымности дизелей / Алт. краевое правление Союза НИО СССР. Барнаул.: 1991. - 140 с.

39. Сороко-Новицкий В.И. Испытания автотракторных двигателей. -М.: Машгиз, 1955. 532 с.

40. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей / Под. ред. А.С. Орлина и М.Г. Круглова. М.: Машиностроение, 1983. - 372 с.

41. Schafar F., Schroder Н. Berechnung des Verbrennungsluftvtrheltnisses aus den Abgas analysenwerten durch einen Mikroprozesser // Automobilen Industrie.-№4.-37-41.

42. Воинов A.H. Сгорание в быстроходных поршневых двигателях. М.: «Машиностроение», -1977.

43. Monssavi М., Hughes К. The impacts of environmental legislation and vehicle emissions on the future of alternative fuels in the transportation industry / Transactions of the Nebraska Academy of Sciences. 1992. - 19. - P. 1-6.

44. Соколик А.С. Самовоспламенение, пламя и детонация в газах. М.: Изд-во АН СССР,-I960.

45. Bach С., Heeb N. Wirkungsorientierte Bewertung von Automobilabgasen / MTZ: Motortechn. Z. 1998. - 59, № 11. - S. 716-721.

46. Программно-математическое обеспечение ЭВМ. Математическая и экономическая статистика. Оптимальное планирование. / Под ред.В.И. Кара-стелина. Л.: ЦНИИ «Румб», вып. 19, 1977. - 108 с.

47. Reducing truck emissions: a status report // Parrauto Bob, Adomaitis John, Tiethof Jack, Mooney John / Automotive Engeneering. 1992, February. -P. 19-23.

48. Мельников C.B., Алешкин B.P., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. 2-е изд., перераб. и доп.- 1980.- 168 с.

49. Who. JPCS. Environmental Health Criteria 104: Principles for the Toxicological Assessment of Pestigites in Food. Geneva, 1990.

50. Rieck G. Nutrfahrzeug Dieselmotoren unter dem Aspekt reduzierter Emissionen / Tiefban. -2000. -№ 9. - S. 551-553.

51. Kroger C. Motorabgase und ihre Reiningung, Forschungsberishte des Landes Nordhein Westfallen / Koln, №842, 1960.

52. Stamatelos A.M., Kolstakis G.C., Kandilas I.P. Computergestutrer Entwurf von Abgas Nachbehandlungskonzepten. Teil 1. Ottomotor / MTZ: Motortechn. Z. 1999, № 2. - S. 116-124.

53. Automotive Engeniring. -1989. № 9. - P. 17-23.

54. Einflub von Polyaromaten, Schwefelgenhalt und Viskositat auf die Abgasemmisionen moderner Mersedes Benz - Dieselmotoren / Gairing M., Schafer A., Naber D., Lange W., Graupner O., Stradling R. / MTZ: Motortechn. Z. - 1997. -58, № 9. - S. 528-536.

55. Muller Matthias. Abgasoptimierung von Diselmotoren / Eisenbahningenieur. -1996. 47. - №12. - C.37 - 40.

56. Alkidas A.S. Relationships Between Smoke Measurements and Particulate Measurements / SAE Technical Paper Series. №840412. P. 9.

57. Krieger K. Einspritztechnik fur abgas und verbrauchsarme Diselmotoren / Polizei VerKehr + Techn. - 1995. - 40, №9. - S. 270-271.

58. Николаенко A.B., Шкрабак B.C. Энергетические установки и машины. Двигатели внутреннего сгорания: Учебное пособие. СПб.: Изд-во СПбГАУ, 2004.-438 с.

59. Демочка О.И., Ложкин В.Н. Пути снижения токсичности отработавших газов автотракторных двигателей / ЦНИИТЭИтракторо-сельхозмаш, Серия 1: Тракторы и двигатели, вып. 13, М. 1984. - 54с.

60. Schubiger R.A., Boulouchos К., Eberle М.К. Russbildung und Oxidation bei der Dieselmotorische Verbrennung. MTZ, № 5, 2002 S. 342 - 353.

61. Исследование рабочих процессов в цилиндре газодизеля 44 11,0/12,5 // В.А. Лиханов, P.P. Деветьяров, О.П. Лопатин, П.Н. Вылекжанин / Монография. Киров: Вятская ГСХА, 2004. - 330 с.

62. Exposure to Traffic and the Onset of Myocardial Infarction // Peters A., Heier M., Hormann A., Wichmann E., Lowel H. / The NEW ENGLAND JORNAL of MEDICINE, vol.351,no. 17, October 21,-2004.-S. 1721-1730.

63. ГОСТ Р 51709-2001. Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки / Госстандарт России, М.: Издательство стандартов, 2001. 28 с.

64. ГОСТ Р 52033-2003. Автомобили с бензиновыми двигателями. Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния / Национальный стандарт Российской Федерации, М.: Издательство стандартов, 2003.

65. ГОСТ Р 17.2.02.06-99. Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерения содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах газобаллонных автомобилей / Госстандарт России, М.: Издательство стандартов, 1999. 6 с.

66. Яковенко Ю.Ф., Зайцев А.И., Кузнецов Л.М. и др. Эксплуатация пожарной техники. Справочник. М.: Стройиздат, 1991. - 415 с.

67. ГОСТ 24026-80. Исследовательские испытания. Планирование эксперимента. Термины и определения / Госстандарт России, М.: Издательство стандартов, 1980. 18 с.