Scientific and analytical journal «Vestnik Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia» Scientific and analytical journal «Vestnik Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia» Научно-аналитический журнал "Вестник Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России" 2218-130X 112104 10.61260/2218-130X-2025-4-143-155 ТРУДЫ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ WORKS OF YOUNG SCIENTISTS ТРУДЫ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ A COMPREHENSIVE APPROACH TO ENSURING ENVIRONMENTAL AND FIRE SAFETY OF FIRE TRUCK POWER UNITS КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ОБЕСПЕЧЕНИЮ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ И ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК ПОЖАРНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ https://orcid.org/0009-0000-9465-6278 Сацук Иван Владимирович Satsuk Ivan V. kviteren@gmail.com Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России Россия Siberian fire and rescue academy of EMERCOM of Russia Russian Federation 24 12 2025 24 12 2025 2025 4 143 155 08 11 2025 13 12 2025 https://journals.igps.ru/en/nauka/article/112104/view

Рассмотрена проблема обеспечения экологической и пожарной безопасности силовых установок пожарных автомобилей, оснащённых сложными системами нейтрализации отработавших газов. Цель исследования – разработка комплексного подхода к оценке и обеспечению безопасности силовых установок пожарных автомобилей на основе анализа реальных эксплуатационных режимов и адаптации методов диагностики. В исследовании использованы методы теоретического моделирования, натурного эксперимента и статистического анализа. Формализованы два критических режима эксплуатации: длительная работа на холостом ходу (R1) и работа со значительным уровнем форсирования при неподвижном пожарном автомобиле для привода насоса (R2). При прогнозировании тепловых режимов адаптирована одномерная нестационарная модель каталитического нейтрализатора. Результаты показали, что режим R2 создаёт экстремальную тепловую нагрузку на топливно-каталитическую систему. Моделирование выявило, что при обогащении смеси температура керамического субстрата в осевой зоне каталитического нейтрализатора может достигать 950–980 °C, что ведёт к термическому разрушению. Экспериментально доказана недостаточность стандартных методов контроля: в режиме R2 зафиксированы критические превышения по выбросам поллютантов, углеводородов и температуре корпуса каталитического нейтрализатора (до 845 °C), не выявляемые на холостом ходу. Установлена прямая связь между использованием некачественного топлива (повышенное содержание серы, ароматических углеводородов, воды) и деградацией топливно-каталитической системы, сопровождаемой ее перегревом. Научная новизна заключается в выявлении закономерной связи между нагрузочно-скоростными циклами пожарных автомобилей, тепловым состоянием топливно-каталитических систем и риском возникновения пожара, а также получении информации о его исправности с помощью тестирования дизеля в режиме свободного ускорения. Практическая значимость состоит в рекомендациях для пожарных подразделений, включающих внедрение метода свободного ускорения для диагностирования пожарной и экологической безопасности топливных систем пожарных автомобилей с контролем температуры каталитического нейтрализатора; установке пороговых температурных значений для обеспечения пожаробезопасной работы каталитического нейтрализатора; ужесточении контроля качества топлива; корректировке регламентов технического обслуживания с учётом наработки в экстремальных режимах.

This article examines the environmental and fire safety aspects of fire engine powertrains equipped with sophisticated exhaust gas aftertreatment systems. The objective of this study is to develop a comprehensive approach to assessing and ensuring the safety of fire engine powertrains based on an analysis of actual operating conditions and the adaptation of diagnostic methods. The study utilizes theoretical modeling, a full-scale experiment, and statistical analysis. Two critical operating modes are formalized: prolonged idling (R1) and operation with a significant boost level with the fire engine stationary to drive the pump (R2). A one-dimensional non-stationary model of the catalytic converter is adapted to predict thermal conditions. The results demonstrate that the R2 mode creates an extreme thermal load on the fuel-catalytic system. Modeling reveals that when the mixture is enriched, the temperature of the ceramic substrate in the axial zone of the catalytic converter can reach 950–980 °C, leading to thermal failure. The inadequacy of standard control methods has been experimentally proven: in the R2 mode, critical excesses in pollutant and hydrocarbon emissions and the temperature of the catalytic converter housing (up to 845 °C) were recorded, undetectable at idle. A direct link was established between the use of low-quality fuel (increased content of sulfur, aromatic hydrocarbons, water) and the degradation of the fuel-catalytic system, accompanied by its overheating. Scientific novelty lies in the identification of a consistent relationship between the load-speed cycles of fire trucks, the thermal state of the fuel-catalytic systems and the risk of fire, as well as obtaining information on its serviceability by testing the diesel engine in free acceleration mode. The practical significance lies in recommendations for fire departments, including the implementation of the free acceleration method for diagnosing the fire and environmental safety of the fuel systems of fire trucks with monitoring the temperature of the catalytic converter; setting temperature thresholds to ensure fire-safe operation of the catalytic converter; tightening fuel quality control; adjusting maintenance schedules to account for operating time under extreme conditions.

 пожарные автомобили силовая установка экологическая безопасность пожарная безопасность каталитический нейтрализатор эксплуатационный режим диагностика температурный режим качество топлива техническое обслуживание fire trucks power unit environmental safety fire safety catalytic converter operating mode diagnostics thermal regime fuel quality maintenance

Olabi A.G., Maizak D., Wilberforce T. Review of the regulations and techniques to eliminate toxic emissions from diesel engine cars // Science of the Total Environment. 2020. Vol. 748. P. 141249. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.141249. Olabi A.G., Maizak D., Wilberforce T. Review of the regulations and techniques to eliminate toxic emissions from diesel engine cars // Science of the Total Environment. 2020. Vol. 748. P. 141249. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.141249. Сацук И.В. Теоретическая модель диагностирования силовых установок пожарных автомобилей по критериям конструктивной (пожарной) безопасности // Сибирский пожарно-спасательный вестник. 2024. Т. 32. № 1. С. 160–168. DOI: 10.34987/vestnik.sibpsa.2024.66.36.017. Sacuk I.V. Teoreticheskaya model' diagnostirovaniya silovyh ustanovok pozharnyh avtomobilej po kriteriyam konstruktivnoj (pozharnoj) bezopasnosti // Sibirskij pozharno-spasatel'nyj vestnik. 2024. T. 32. № 1. S. 160–168. DOI: 10.34987/vestnik.sibpsa.2024.66.36.017. Ложкин В.Н., Лакеев Д.А., Саратов Д.Н. Диагностирование топливных и экологических показателей двигателей пожарных автомобилей применительно к условиям эксплуатации // Научно-аналитический журнал «Вестник Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России». 2013. № 3. С. 44–51. Lozhkin V.N., Lakeev D.A., Saratov D.N. Diagnostirovanie toplivnyh i ekologicheskih pokazatelej dvigatelej pozharnyh avtomobilej primenitel'no k usloviyam ekspluatacii // Nauchno-analiticheskij zhurnal «Vestnik Sankt-Peterburgskogo universiteta Gosudarstvennoj protivopozharnoj sluzhby MCHS Rossii». 2013. № 3. S. 44–51. A comprehensive review on water-emulsified diesel fuel: chemistry, engine performance and exhaust emissions / A. Jhalani [et al.] // Environmental Science and Pollution Research. 2019. Vol. 26. P. 4570–4587. DOI: 10.1007/s11356-018-3958-y. A comprehensive review on water-emulsified diesel fuel: chemistry, engine performance and exhaust emissions / A. Jhalani [et al.] // Environmental Science and Pollution Research. 2019. Vol. 26. P. 4570–4587. DOI: 10.1007/s11356-018-3958-y. Гребенников А.С., Гребенников С.А., Косарева А.В. Неравномерность и цикличность изменения затрат на обеспечение работоспособности автомобиля // Вестник машиностроения. 2017. № 9. С. 3–11. Grebennikov A.S., Grebennikov S.A., Kosareva A.V. Neravnomernost' i ciklichnost' izmeneniya zatrat na obespechenie rabotosposobnosti avtomobilya // Vestnik mashinostroeniya. 2017. № 9. S. 3–11. Гавкалюк Б.В., Ложкин В.Н. Повышение эффективности окислительного катализа нейтрализатора пожарной автоцистерны на режимах подачи воды/пены // Проблемы управления рисками в техносфере. 2025. № 2 (74). С. 130–138. DOI: 10.61260/1998-8990-2025-2-130-138. Gavkalyuk B.V., Lozhkin V.N. Povyshenie effektivnosti okislitel'nogo kataliza nejtralizatora pozharnoj avtocisterny na rezhimah podachi vody/peny // Problemy upravleniya riskami v tekhnosfere. 2025. № 2 (74). S. 130–138. DOI: 10.61260/1998-8990-2025-2-130-138. El-Seesy A. I., He Z., Kosaka H. Combustion and emission characteristics of a common rail diesel engine run with n-heptanol-methyl oleate mixtures // Energy. 2021. Vol. 214. P. 118972. DOI: 10.1016/j.energy.2020.118972. El-Seesy A. I., He Z., Kosaka H. Combustion and emission characteristics of a common rail diesel engine run with n-heptanol-methyl oleate mixtures // Energy. 2021. Vol. 214. P. 118972. DOI: 10.1016/j.energy.2020.118972. Девянина А.С. Оценка влияния неравномерности подачи топлива на показатели дизеля // Тракторы и сельхозмашины. 2017. № 5. С. 5–10. Devyanina A.S. Ocenka vliyaniya neravnomernosti podachi topliva na pokazateli dizelya // Traktory i sel'hozmashiny. 2017. № 5. S. 5–10. Повышение эффективности технической эксплуатации автотранспортных средств по результатам исследования их эксплуатационных показателей / Е.В. Кондрашова [и др.] // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2015. № 4 (47). С. 80–86. Povyshenie effektivnosti tekhnicheskoj ekspluatacii avtotransportnyh sredstv po rezul'tatam issledovaniya ih ekspluatacionnyh pokazatelej / E.V. Kondrashova [i dr.] // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2015. № 4 (47). S. 80–86. Гавкалюк Б.В., Ложкин В.Н., Смирнов А.С. Теория и практика обеспечения безопасности применения в условиях чрезвычайных ситуаций силовых установок пожарных автомобилей 4–5 поколений // Проблемы управления рисками в техносфере. 2023. № 2 (66). С. 8–15. Gavkalyuk B.V., Lozhkin V.N., Smirnov A.S. Teoriya i praktika obespecheniya bezopasnosti primeneniya v usloviyah chrezvychajnyh situacij silovyh ustanovok pozharnyh avtomobilej 4–5 pokolenij // Problemy upravleniya riskami v tekhnosfere. 2023. № 2 (66). S. 8–15. Лиханов В.А., Лопатин О.П., Козлов А.Н. Моделирование сажеобразования в цилиндре дизеля // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2019. Т. 25. № 1. С. 47–59. DOI: 10.18721/JEST.25105. Lihanov V.A., Lopatin O.P., Kozlov A.N. Modelirovanie sazheobrazovaniya v cilindre dizelya // Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPbPU. Estestvennye i inzhenernye nauki. 2019. T. 25. № 1. S. 47–59. DOI: 10.18721/JEST.25105. Omidvarborna H., Kumar A., Kim D.-S. Recent Studies on Soot Modeling for Diesel Combustion // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015. Vol. 48. P. 635–647. DOI: 10.1016/j.rser.2015.04.019. Omidvarborna H., Kumar A., Kim D.-S. Recent Studies on Soot Modeling for Diesel Combustion // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015. Vol. 48. P. 635–647. DOI: 10.1016/j.rser.2015.04.019. Сажеобразование в ДВС (по материалам конгресса CIMAC) // Двигателестроение. 2021. № 3 (285). С. 39–46. Sazheobrazovanie v DVS (po materialam kongressa CIMAC) // Dvigatelestroenie. 2021. № 3 (285). S. 39–46. The effect of oxygenated fuel properties on diesel spray combustion and soot formation / W. Park [et al.] // Combustion and Flame. 2016. Vol. 180. P. 276–283. DOI: 10.1016/j.combustflame.2016.02.026. The effect of oxygenated fuel properties on diesel spray combustion and soot formation / W. Park [et al.] // Combustion and Flame. 2016. Vol. 180. P. 276–283. DOI: 10.1016/j.combustflame.2016.02.026. Влияние показателей топливоподачи на рабочий процесс дизеля при достижении давления впрыскивания 250 МПа / М.Г. Шатров [и др.] // Двигателестроение. 2023. № 4 (294). С. 42–55. DOI: 10.18698/jec.2023.4.42-55. Vliyanie pokazatelej toplivopodachi na rabochij process dizelya pri dostizhenii davleniya vpryskivaniya 250 MPa / M.G. Shatrov [i dr.] // Dvigatelestroenie. 2023. № 4 (294). S. 42–55. DOI: 10.18698/jec.2023.4.42-55. О гигиенической значимости спектрального содержания шума автомобилей / В.О. Красовский [и др.] // Современные проблемы науки и образования. 2017. № 2. С. 46. O gigienicheskoj znachimosti spektral'nogo soderzhaniya shuma avtomobilej / V.O. Krasovskij [i dr.] // Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2017. № 2. S. 46. Zorin V.A., Pegachkov A.A. Reliability and Risk Assessment of Machine Building Items According to Diagnostics Results // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2020. Vol. 49. № 9. P. 811–816. DOI: 10.3103/S1052618820090149. Zorin V.A., Pegachkov A.A. Reliability and Risk Assessment of Machine Building Items According to Diagnostics Results // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2020. Vol. 49. № 9. P. 811–816. DOI: 10.3103/S1052618820090149. Опыт обеспечения экологической безопасности эксплуатации карьерного оборудования с двигателями внутреннего сгорания / С.И. Протасов [и др.] // Безопасность труда в промышленности. 2017. № 9. С. 66–70. DOI: 10.24000/0409-2961-2017-9-66-70. Opyt obespecheniya ekologicheskoj bezopasnosti ekspluatacii kar'ernogo oborudovaniya s dvigatelyami vnutrennego sgoraniya / S.I. Protasov [i dr.] // Bezopasnost' truda v promyshlennosti. 2017. № 9. S. 66–70. DOI: 10.24000/0409-2961-2017-9-66-70. Гусаков С.В., Марков В.А., Ахмадниа М. Расчетные исследования автомобильного двигателя на режимах испытательных циклов // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2016. № 1 (670). С. 57–64. Gusakov S.V., Markov V.A., Ahmadnia M. Raschetnye issledovaniya avtomobil'nogo dvigatelya na rezhimah ispytatel'nyh ciklov // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Mashinostroenie. 2016. № 1 (670). S. 57–64. Огороднов С.М., Тихомиров А.Н., Малеев С.И. Оценка возможности использования аналитических методов при исследовании топливной экономичности автомобилей // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2015. № 2 (659). С. 53–62. Ogorodnov S.M., Tihomirov A.N., Maleev S.I. Ocenka vozmozhnosti ispol'zovaniya analiticheskih metodov pri issledovanii toplivnoj ekonomichnosti avtomobilej // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Mashinostroenie. 2015. № 2 (659). S. 53–62.