Двигуни, що працюють на газовому паливі

Система харчування двигуна від газобалонної установки

газобалонні автомобілі

Газові двигуни - двигуни, що працюють на газоподібних паливах, широко застосовуються на сучасному автомобільному транспорті. При цьому використовується зріджений нафтовий газ (СНД), що складається в основному з пропану і бутану, а також стиснений природний газ (СПГ) метан або стиснений природний газ. Запас стисненого або скрапленого газу зберігають в спеціальних балонах, тому і автомобілі, що працюють на газі, називають газобалонними.

Двигуни, що працюють на газовому паливі, відносяться до теплових двигунів з примусовим займанням робочої суміші, т. Е. Використовують іскрове запалювання, як і бензинові двигуни, тому оцінювати достоїнства і недоліки газоподібного палива об'єктивніше в порівнянні з бензином.

Для дизельних двигунів газове паливо не набуло широкого поширення в силу того, що газ фізично не може займатися при тій температурі, яку має стиснене повітря в циліндрах дизеля з нормальною ступенем стиснення. Просто підвести газ до камер згоряння недостатньо. Газ не запалюється сам по собі від стиснення, так як його температура самозаймання (460. 480 ˚С) приблизно в півтора рази вище ніж у дизельного палива (300. 320 ˚С). Тому при перекладі дизеля на газ навіть теоретично неможливо використовувати одне тільки газове паливо без примусового його займання.

Проте, ця проблема виявилася переборною, і ще за часів СРСР було знайдено її технічне рішення: вводити в камеру згоряння спільно газ і дизельне паливо. Зокрема, таке рішення застосовувалося для деяких моделей автомобілів марки «КАМАЗ».
Принцип дії газодизельного двигуна ґрунтувався на тому, що в циліндри подається запальний доза дизельного палива (20% -30%), а решта порція палива (70% -80%) заміщалася подачею природного газу.
При цьому вигідніше подавати в циліндри спочатку газ, щоб він добре перемішався з повітрям, а потім впорснути запальний порцію дизельного палива.

Технічно будь-який дизельний двигун можна переобладнати для роботи з газобалонним обладнанням - як на нафтовій пропан-бутанової суміші, так і на природному метані, без використання запальної порції дизельного палива.
Однак, на відміну від перекладу бензинових двигунів на газ, модернізація дизельного двигуна для роботи на одному лише газовому паливі потребують радикальних змін штатної системи живлення дизеля і використання системи запалювання.
Необхідно демонтувати паливну апаратуру, і замість неї встановити систему запалювання. Форсунки змінюються на свічки запалювання, і після цього монтується газобалонне обладнання. Газ за допомогою дозатора надходить у впускний колектор і двигун буде працювати на газовому паливі.
Звичайно ж, після таких переробок багато переваг дизеля губляться.

Вимоги, що пред'являються до газоподібним палив

Вимоги, що пред'являються до газових палив мало відрізняються від вимог до інших видів палива для двигунів:

забезпечення гарного сумішоутворення;
висока калорійність горючої суміші;
відсутність корозії та корозійних зносів;
мінімальне утворення відкладень у впускному і випускному трактах;
збереження якості при зберіганні і транспортуванні;
низька вартість виробництва і транспортування.

Переваги використання газоподібного палива

Октанове число газового палива вище, ніж бензину (середнє значення октанового числа - 105), тому детонаційна стійкість зрідженого газу більше, ніж бензину навіть найвищої якості.

Це дозволяє домогтися більшої економічності використання палива в двигуні з підвищеним ступенем стиснення. При цьому швидкість згоряння газу трохи менше, ніж у бензину. В результаті знижуються навантаження на стінки циліндрів, поршневу групу і колінчастий вал, що дозволяє двигуну працювати рівно і тихо.

Газ легко змішується з повітрям і рівномірніше наповнює циліндри однорідною сумішшю, тому двигун працює рівніше і тихіше.
Газова суміш згорає повністю, тому не утворюється нагар на поршнях, клапанах і свічках запалювання.

Газове паливо не змиває масляну плівку зі стінок циліндрів, а також не змішується з маслом в картері, не погіршуючи, таким чином, мастильні властивості масла. В результаті циліндри і поршні зношуються менше, а періодичність заміни моторного масла збільшується.

У порівнянні з бензином скраплений газ має такі переваги:

в півтора-два рази менша собівартість;
більш висока детонаційна стійкість (октанове число 105);
двигун на газі працює м'якше, а термін його служби збільшується приблизно в півтора рази;
збільшується періодичність заміни моторного масла в півтора-два рази, оскільки зменшується термін його старіння;
збільшується на 40% термін служби свічок запалювання;
газ практично не містить сірки, яка викликає корозію металів і їх зношування;
знижується токсичність відпрацьованих газів (СО в два рази, СН на 50 ... 100%. NOx на 20 ... 30%);
на відміну від бензину газова суміш більш однорідна за складом;
не накопичуються смолисті відкладення на деталях і приладах системи харчування, так як нафтовий газ розчиняє їх;
значно зменшується нагароутворення на деталях двигуна.

Стиснутий газ також вживається в якості пального, оскільки природні запаси метану колосальні, і складно знайти більш дешеве паливо для автомобільного двигуна.

Стиснений природний газ у порівнянні зі зрідженим нафтовим газом має такі переваги:

бόльшая безпеку, так як він легший за повітря і при витоках випаровується;
дешевше;
великі природні запаси;
відпрацьовані гази екологічно чистіші.

Недоліки газоподібного палива:

більш низька швидкість згоряння в порівнянні з бензином, в результаті чого потужність двигуна знижується приблизно на 7 ... 12% (до 20%);
утруднений пуск двигуна при низьких температурах;
збільшення металоємності автомобіля на 25 ... 30 кг при зрідженому газі і на 700 ... 800 кг при стислому;
застосування додаткового дорогого обладнання призводить до збільшення вартості автомобіля на 20..27%;
підвищена витрата газу в порівнянні з бензином;
необхідність періодичного огляду балонів для зберігання газу на випробувальних станціях;
трудомісткість ТО і ремонту двигуна зростає на 3. 5%. (Ці витрати перекриваються економією від збільшення міжремонтного ресурсу двигунів);
дальність поїздки на одній заправці не перевищує 200. 250 км;
підвищені вимоги техніки безпеки при використанні газобалонних установок.

Зріджений газ зазвичай використовується в системах живлення двигунів легкових автомобілів. Переобладнати автомобіль для роботи на зрідженому газі простіше і дешевше, ніж для роботи на стиснутому. Крім того, скраплений газ знаходиться в балоні під відносно невеликим тиском (приблизно 1,6 МПа), а високий ступінь розрідженості стисненого газу вимагає збільшити цей показник в 12-15 разів.

Тому для використання стисненого газу необхідні більш громіздкі і важкі заправні балони з більш товстими стінками, які значно підвищують вагу автомобіля. І якщо для вантажних автомобілів і автобусів з цим неприємним фактом ще можна миритися, то для легкових автомобілів, де кожен кілограм ваги на обліку, використання стисненого газу менш привабливо. Крім того, пробіг між заправками для автомобіля, що працює на зрідженому газі вдвічі більше, ніж для працюючого на газоподібному паливі.
Виходячи з цього системи харчування з газовим паливом поки не знайшли достатньо широкого застосування, і використовуються на автомобілях, що здійснюють поїздки в межах міст і передмість, т. Е. На невеликі відстані.

Марки газових автомобільних палив

ГОСТ 20448-90 передбачає випуск скрапленого газу двох марок: ХарьковТЗ (суміш пропан-бутанової технічна зимова) і ХарьковТЛ (суміш пропан-бутанової технічна річна).
Застарілий стандарт (ГОСТ 27578-87) також передбачав дві марки скрапленого газу: зимову - ПА (пропан автомобільний) і річну - ПБА (пропан-бутанової суміш автомобільна).

Основними компонентами зрідженого газового палива є пропан (С3 Н8) і бутан (С4 Н10). У зріджених газах, що поставляються для автомобільного транспорту, з технічних причин може міститися деяка кількість масла, що надходить з компресорів і насосів.