Конструкция газобалонного автомобиля для серийного производства

УДК 629.113.4

П.Г. Теремякин / ELCAR Co. Ltd, Engine Management Systems

В последнее время отечественные заводы пытаются расширить линейку выпускаемых моделей автомобилей для повышения их спроса на рынке. Чаще всего это достигается благодаря «спартанской» комплектации автомобиля и замене одних узлов на другие, более дешёвые. Чуть реже — применяют импортные, дорогие узлы и целые агрегаты известных производителей в надежде поднять свой имидж в глазах покупателя. Но результат один — низкая привлекательность таких автомобилей на рынке.

Стремление заводов ГАЗ и УАЗ повысить сбыт своих автомобилей в последнее время выразилось в их попытке организовать сборку газобаллонных модификаций автомобилей, пользующихся в России традиционным спросом. На сегодня это направление отдано на откуп многочисленным фирмам по установке этого самого газобаллонного оборудования (ГБО). Но в существующих тяжёлых условиях заводы ГАЗ и УАЗ пытаются занять и эту нишу на рынке, предлагая фактически те же технические решения, которые традиционно используют установщики: навешивают на родную бензиновую систему управления ещё и дополнительную, газовую, со своим блоком управления, датчиками, проводами и, естественно, проблемами. Такая система получила название «Подчинённая система» (или «Slave-System») по терминологии, принятой в Правилах № 115 ЕЭК ООН.

Основным доводом автозаводов ГАЗ и УАЗ в пользу такого выбора (системы типа EASY FAST — фирмы «Lovato» для УАЗ и системы типа DREAM XXI — фирмы «OMVL» для ГАЗ), на фоне стремления сэкономить на подготовке опытных образцов автомобилей, является информация самих производителей ГБО, или общая информация, полученная на основании отзывов о работе газовых систем в эксплуатации. Оба источника информации страдают недостатком в части объективности, из-за специфики «гаражной» сборки при установке систем и существующих условий эксплуатации газобаллонных автомобилей в России: первый даёт целый букет неисправностей, непозволяющий объективно систематизировать причины отказов, а второй — добавляет проблемы, связанные с «особенностями» самого газового топлива, качество которого оставляет желать лучшего. Проводить же полноценные испытания автомобилей и двигателей при использовании газа в качестве моторного топлива заводы не в состоянии из-за дефицита средств и времени.

Проанализируем принятые заводами решения в отношении хотя бы двух аспектов:

– соответствия системы управления двигателем двухтопливного автомобиля требованиям нормативных документов;

– привлекательности двухтопливных автомобилей с «подчинённой системой» заводской сборки для рынка.

Анализ конструкции предлагаемых систем показывает их несоответствие требованиям действующего законодательства (Правила № 83-5 ЕЭК ООН, Приложение 11) в отношении реализации бортовой диагностики (далее — БД), а именно:

– п. 3.1.1 — в отношении доступа к БД-системе управления газом;

– пп. 3.5, 3.6, 3.7 — в отношении действия индикатора неисправности ЕОБД;

– п. 3.9 — в отношении общих требований о БД для транспортных средств, работающих на двух видах топлива;

– п. 3.9.2 — в отношении независимой процедуры диагностики при работе на бензине либо газе;

– п. 3.9.3 — в отношении передачи диагностических сигналов с транспортных средств, работающих на двух видах топлива;

– п. 3.9.4 — в отношении информации о коде состояния при используемом топливе;

– п. 6.5.1.1 — в отношении зарегистрированных неисправностей и занесения в «стоп-кадр»;

– п. 6.5.1.2 — в отношении требуемой информации в «стоп-кадре» о давлении топлива в топливной магистрали;

– пп. 6.5.3, 6.5.3.1-6.5.3.5 — в отношении стандартного и неограниченного доступа к БД — системе управления газом и соответствия стандартам ISO и/или спецификациям SAE.

Подобные газовые системы, в связи с принятием Постановления Правительства РФ № 720 от 10 сентября 2009 «Об утверждении технического регламента о безопасности колёсных транспортных средств», не могут быть сертифицированы и как установочные газовые комплекты для автомобилей экологического класса 3 и выше. В отношении технических требований к газовой системе упомянутый регламент (Приложение 7, п. 6.7) отсылает к Правилам № 115 ЕЭК ООН (добавление № 114: Правила № 115, Поправка 2, Дополнение 2, дата вступления в силу 18 января 2006 года). Регламент о безопасности (Приложение 2, п. 10 и Приложение 5, раздел 4, п. 4.1) также предусматривает необходимость соответствия автомобилей, находящихся в эксплуатации, требованиям специального технического регламента «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации вредных (загрязняющих) веществ» (утверждённого постановлением Правительства Российской Федерации 12 октября 2005 г. № 609).

Кроме того, следует отметить, что требования к функционированию системы управления в условиях сертификационных испытаний на двух эталонных газовых топливах, сильно различающихся по плотности (до 18%), диктуют необходимость учитывать и использовать в расчётах подачи газа параметры долговременной коррекции топливоподачи бензинового блока, но при работе двигателя только на газе. Эта функция реализована лишь в современных системах, имеющих информационный обмен между блоками. Анализируемые нами системы, планируемые к выпуску в составе серийных автомобилей УАЗ и ГАЗ, в настоящий момент таких функций не имеют.

Таким образом, для сертификации современного двухтопливного автомобиля или установочного комплекта в составе автомобиля экологического класса 3 и выше, требуется проведение дополнительных мероприятий по изменению конструкции и программного обеспечения, по меньшей мере, электронного «газового» блока.

Благодаря чему же газобаллонный автомобиль с дополнительной газовой системой, собранный на автозаводе, будет конкурентоспособным переоборудованному в эксплуатации? Очевидно, конкурентоспособность будет заключаться в гарантийной поддержке автопроизводителя и, возможно, в более низкой цене автомобиля. Рассмотрим подробнее этот аспект.

Цена удорожания автомобиля зависит от стоимости комплектующих ГБО и стоимости сборки газобаллонного автомобиля. Цена комплектующих может быть снижена в случае больших объёмов потребления, т.е. гарантированного сбыта автомобилей. Себестоимость комплекта и сборки автомобиля на заводе при использовании традиционной конструкции, ориентированной не на конвейер, с заводскими накладными расходами, неконкурентоспособна себестоимости установщиков. Про надёжность такого автомобиля говорить не приходится, т.к. в условиях увеличения компонентов, количества соединений и коммуникаций без проведения специальных мероприятий надежность не может быть выше базовой. Отсюда можно прогнозировать низкий объём сбыта заводских газобаллонных автомобилей и, следовательно, не следует ожидать и больших объёмов производства. Существует и другой нюанс: дилеры предпочитают с заводов брать автомобили на реализацию в максимально дешёвой комплектации и устанавливать дополнительное оборудование у себя. Если у них есть возможность установить идентичный газовый комплект и на этом заработать — зачем тогда брать готовый газобаллонный автомобиль, собранный на заводе?

В этой ситуации у автозавода два выхода. Первый — затруднить легализацию установки «чужого» ГБО на собранные автомобили, используя «бумажные» рычаги воздействия: с одной стороны полученный заводом сертификат на газобаллонный автомобиль, позволяющий считать его безопасным на законных основаниях и дающий «зелёную улицу» при регистрации автомобиля в ГИБДД, с другой — угроза снятия автомобиля с гарантии, если это не заводская установка газового оборудования. Однако эффективность таких рычагов в условиях рынка достаточно сомнительна.

Второй выход — выпускать с конвейера двухтопливный автомобиль с лучшими техническими характеристиками и с меньшей ценой, гарантировано более привлекательный для потребителя, чем переоборудуемый в эксплуатации.


По тернистому пути разработки конкурентоспособного газобаллонного автомобиля идут АВТОВАЗ с метановой «Приорой» и Заволжский моторный завод (ЗМЗ), серийно выпускающий двигатели для автозаводов УАЗ и ГАЗ. ОАО «ЗМЗ», в контакте с инжиниринговой фирмой «НПП ЭЛКАР», завершает исследовательские и доводочные работы по битопливным модификациям двигателей с микропроцессорной системой управления Микас 12М (рис. 1) именно для серийного производства автомобилей (рис. 2 и 3), использующих в качестве топлива бензин или (и) газ.


При этом ставилась задача обеспечения их безопасности, высокой надёжности, снижения себестоимости сборки на конвейере, удобства диагностики и ремонта в эксплуатации, т.е. обеспечение высокой конкурентоспособности как в ближайшей, так и в отдалённой перспективе заводского битопливного автомобиля по сравнению с переоборудованным в эксплуатации. Необходимо особо отметить именно битопливность двигателя и системы, т.е. возможность сжигания в цилиндрах двигателя топливно-воздушного заряда заданного состава, в котором топливо присутствует в виде смеси бензина и газа (метана). Весь проект отличается комплексным подходом к решению задачи создания серийного двухтопливного автомобиля — от конструкции двигателя и системы управления до подготовки производства деталей и узлов для сборки на конвейере. Проект нацелен на снижение себестоимости и повышение надёжности автомобиля. Именно это обеспечивает привлекательность автомобиля для потребителя и успех автопроизводителя на рынке. Кроме того, применяемые технические решения позволяют решить проблему питания двигателя в долгосрочной перспективе — при использовании в качестве моторного топлива водорода или смеси водорода и метана. При внесении изменений в конструкцию двигателя и в ходе создания системы управления, учитывались, прежде всего, требования законодательства в отношении выбросов вредных веществ с отработавшими газами (включая выбросы СО2), требования к ресурсу и стабильности характеристик дозирующих устройств, а также результаты собственных исследований особенностей работы двигателя на газовом топливе. Итогом комплексных работ явилось типовое модифицирование всего ряда двигателей ЗМЗ-40524, ЗМЗ-4091, ЗМЗ-40904 для обеспечения их эффективной работы на бензине, газе и смеси газа с бензином. Последний вариант наиболее актуален и перспективен при использовании газа метана или водорода. Теперь на впускной трубе модифицированного двигателя (рис. 4) размещена, в дополнение к бензиновой, газовая рампа с форсунками и датчиком давлениятемпературы газа, причём всё это — в габаритах бензинового двигателя, что важно в условиях ограниченного объёма подкапотного пространства автомобиля. Кроме этого, такая конструкция исключает применение многочисленных резиновых шлангов, традиционно используемых для подвода газа к впускному трубопроводу: количество шлангов и хомутов только в магистрали низкого давления газа достигает обычно 7 и 14 штук соответственно.


Продолжение читайте в следующем номере