GAZ-53 võidusõidumootori ümberehitus LPG gaasiseadmega sõitmiseks

Käesolevas töös käsitleti GAZ-53 võidusõidu mootori gaasiseadme paigalduse võimalikust ning selle tasuvust. Töö põhieesmärkideks oli pakkuda välja töötav lahendus GAZ-53 mootori ümberehitamiseks vedelgaasi seadmega sõitmiseks, et vähendada kulusi ja tõsta ohutust. Uurimuse tulemusel selgus, et alternatiivkütused nagu vedelgaas ja maagaas on üle-maailma populaarsed ning nende populaarsuse kasvu on statistiliselt näha ka Eestis. Samuti maagaasi ja vedelgaasi omadused kütustena ei ole halvemad kui mootoribensiinil ja diislil. Vedelgaasiseadmete paigalduste arv tõuseb iga aastaga Gaznet OÜ ettevõtte sisese statistika näitel samuti suureneb ka imporditud vedelgaasi kogus iga aastaga. Peale tänavaliikluse on alternatiivkütused kasutusel ka autospordis nagu näiteks autoralli, hobikardid ning kõrberalli Töö praktilises osas selgus, et võistlussõidukile GAZ-53 on mõistlik paigaldada teise põlvkonna gaasiseade, millel on elektrooniline juhtkontroller, et tagada täpsem kütusesegu mis tagab puhtama ja tõhusama kütuse põlemine. Elektroonilise juhtkontrolleri efektiivseks juhtimiseks on vaja erinevaid andureid. Gaasiseadme paigaldamiseks peab paigaldama karburaatori drosselklapi võllile gaasiklapi asendianduri ning väljalaskesüsteemile universaalse lambda anduri. Lambda anduri paigaldus on oluline kuna see võimaldab tagada efektiivse kütuse doseerimise kogu mootori töövahemikus ja koormusel. Alternatiivina oleks võimalik eemaldada karburaator ning teha monovalentne ainult gaasi toitel sõitev süsteem, lisades kütusesüsteemile drosseklapp ja teostada mootori õhuvõtt mootoriruumiväliselt. Majandusliku analüüsi tulemusel selgus, et võistlussõidukile paigaldatava gaasiseadme hind koos tööga on 1220€. Tasuvusaja arvutusel arvutati, et sääst vedelgaasiga sõitmisel on 49% ning ainult ülesõitudel sõites tasuks gaasiseade ära alles kuue aastaga. Kiiruskatsetel ja ülesõitudel sõites oleks gaasiseadme tasuvusaeg natukene üle kahe aasta. Lisaks seati töö eesmärgiks tagada ohutus ning vähendada põlengute arvu ning selle tõenäosust. Võistlusklassi EMV13 tehniliste reeglitega tutvudes selgus, et kütusepaagid ei pea olema auto valmistaja poolt tehtud ning need võivad olla ise valmistatud. Gaasiseadmete ohutus on selgelt reguleeritud Euroopa Komisjoni eeskirja poolt, mis määravad gaasiseadmete ohutuse liiklemiseks ning vedelgaasi paakide ohutus on kõrgem kui omavalmistatud kütusepaakidel kuna LPG paagid on sertifitseeritud Euroopa Komisjoni eeskirja ohutusstandardite järgi. Gaasiseadmetel on kohustuslik kasutada sertifitseeritud komponente, mida on testitud, et tagada inimeste ohutus. Võistlustele eelnevates tehnilistes kontrollides tuleks gaasiseadmega sõitvale sõidukile teostada lekkekontroll ja vedelgaasi paakide kinnituse tugevus. Kütusesüsteemist tuleneva ohutuse tõstmiseks tuleks kehtestada nõue FIA turvapaakidele või lisada täpsustavaid reegleid tehnilistesse nõuetesse. Välja pakutud 130 liitrise LPG paagi kinnitamiseks peab kasutama vähemalt nelja 12.9 tugevusklassiga M10 polte. Vedelgaasi paagid on ohutumad kui isevalmistatud kütusepaagid. Võistlussõidukite tehniline resurss on kallis, otsustati teostada katsemõõtmised veojõustendis ja heitgaaside analüsaatoriga katsesõidukil Chevrolet Avalanche peal. Heitgaaside mõõtmiste tulemuse põhjal on vedelgaasi toitel sõitva auto heitgaasid puhtamad, kuid see sõltub kütuse põlemise efektiivsusest ning kütusesegu peab olema korrektne. Gaasiseadme seadistamiseks tuleb kulutada rohkem aega, et saavutada efektiivne põlemine ja gaasiseadme eelised mootoribensiini ees. Keskkonnale kahjuliku süsihappegaasi kogus oli vedelgaasiga sõitva katsesõidukil väiksem. Veojõustendis teostatud mõõtmiste tulemusel selgus, et mootori maksimaalne võimsus vähenes vedelgaasi toitel 5,89% ning mootori maksimaalne pöördemoment 4,93%. EMV 13 võistlusklassi mootorite jõudlus suureneb iga aastaga ja selle kasvu piiramiseks võiks paigaldada EMV 13 võistlusklassi sõidukitele vedelgaasi seadmed. Gaasiseade tuleks paigaldada töös valitud komponentidega võistlussõidukile ning tuleks teostada mõõtmised ning analüüsida tulemused võistlussõiduki peal, et tagada süsteemi töökindlus.

The main goal for this final graduation thesis Installation of LPG device to the GAZ-53 racing engine was to analyse the possibilities to install liquid petroleum gas appliance to GAZ-53 racing engine. The main goal was to offer a working and proved solution to rebuild GAZ-53 engine to run on LPG gas. Reason for choosing LPG gas was to reduce costs and to improve safety of the competitors. According to the research, it became clear that alternative fuels like propane and methane are popular in all-over the world and the popularity is increasing. Increase in popularity of alternative fuels is also seen from the fuel statistics of Estonia. Methane and propane gas characteristics as fuels are not worse than petrol and diesel have. Liquid petrol appliences installations numbers are increasing every year by the statistics of Gaznet OÜ. Besides LPG usage in everyday traffic, the fuel is also used in autosport like rally, hobby karts and in desert rally. In the practical part of the thesis, it was found out that it is reasonable to install second generation LPG gas appliance to the vehicle which has electronical controller unit to provide effective fuel and air ratio. Electronical control unit of the LPG device needs diferent sensors to work properly. To install the second generation gas appliance it is neccesary to install throttle position sensor and universal lambda sensor to the vehicle. It is also possible to make the car to run on LPG gas only with modifications to the fuel system. According to the financial analysis the cost of the LPG gas system is 1220 euros. The payoff period calculations tell that the savings from the fuel costs are approximately 49% and the payoff period is 6 years when the car is running on LPG on liaison part of the rally in one season. When the vehicle would run on LPG gas on the special stages and on liasion both, then the payoff period would be less than 2 years. The main goal of the thesis was to provide safety to the competitors – to reduce fires and possibilities for it. When studying the technical rules for the fuel system it came out that the fuel tanks do not have to be made by the manufacturer. Safety of the LPG gas systems are clearly stated by the European Union Law. The gas system components must be tested strictly before the certifications are handed out to provide safety of the pedestrians. In the scrutineering of the competitions, leaks of gases must be tested to provide safety. To improve the safety of the original fuel system, the requirement of safety tanks with FIA homologations must be introduced. Recommended tank for the vehicle is cylindrical LPG tank with capacity of 130 litres. To fasten the tank according to the European Law and calculations it must be fastened with four 12.9 grade M10 bolts. LPG tanks are safer than self-made fuel tanks. As the techical resource of the rally engines are expensive, the tests of engine power and torque were done with test vehicle with similar technical specifications. Test vehicle was Chevrolet Avalanche which had V8 engine and rear-wheel drive and LPG gas system installed to the car. Exhaust emissions analyse was also completed with this test vehicle. According to the tests the emissions of LPG car are ecologically clearer althouh it strongly depends on the fuel trim of the engine. The results of the dynamometer tests showed that the engine maximum power reduced 5,89 % on LPG and engine maximum torque was 4,93% smaller than on petrol. Proposed LPG gas device should be installed with the correct components to the GAZ-51 racing truck. Dynamometer and emissions tests should be done to confirm the results of the thesis.