A w samochodzie mamy benzynę…. Współczesne problemy nauki i edukacji Zwiększenie stopnia sprężania gazu

Silnik wysokoprężny zasilany w pełni metanem pozwoli zaoszczędzić nawet do 60% od kwoty zwykłych kosztów i oczywiście znacznie zmniejszają zanieczyszczenie środowiska.

Niemal każdy silnik wysokoprężny możemy przerobić na metan jako paliwo do silników gazowych.

Nie czekaj jutro, zacznij oszczędzać już dziś!

Jak silnik wysokoprężny może pracować na metanie?

Silnik wysokoprężny to silnik, w którym paliwo jest zapalane przez ogrzewanie w wyniku sprężania. Standardowy silnik wysokoprężny nie może pracować na paliwie gazowym, ponieważ metan ma znacznie wyższą temperaturę zapłonu niż olej napędowy (olej napędowy - 300-330 C, metan - 650 C), czego nie można osiągnąć przy stopniach sprężania stosowanych w silnikach wysokoprężnych.

Drugim powodem, dla którego silnik wysokoprężny nie może pracować na paliwie gazowym, jest zjawisko stuków, tj. niestandardowy (wybuchowe spalanie paliwa, które występuje przy zbyt wysokim stopniu sprężania. W przypadku silników Diesla stopień sprężania mieszanki paliwowo-powietrznej wynosi 14-22 razy, silnik na metan może mieć stopień sprężania nawet 12-16 razy.

Dlatego, aby przenieść silnik wysokoprężny w tryb silnika gazowego, musisz zrobić dwie główne rzeczy:

• Zmniejsz współczynnik kompresji silnika

• Zainstaluj układ zapłonu iskrowego

Po tych modyfikacjach silnik będzie działał tylko na metanie. Powrót do trybu diesla jest możliwy tylko po wykonaniu specjalnych prac.

Więcej informacji na temat istoty wykonanej pracy można znaleźć w rozdziale „Jak dokładnie przebiega konwersja silnika wysokoprężnego na metan”

Ile oszczędności mogę uzyskać?

Kwota Twoich oszczędności jest obliczana jako różnica między kosztem za 100 km przebiegu dla oleju napędowego przed konwersją silnika a kosztem zakupu paliwa gazowego.

Na przykład dla ciężarówki Freigtleiner Cascadia średnie zużycie oleju napędowego wynosiło 35 litrów na 100 km, a po przejściu na metan - 42 Nm3. metan. Następnie kosztem oleju napędowego za 31 rubli 100 km. przebieg początkowo kosztował 1085 rubli, a po przeliczeniu metanu kosztem 11 rubli za normalny metr sześcienny (nm3), 100 km przebiegu kosztowało 462 rubli.

Oszczędności wyniosły 623 rubli za 100 km, czyli 57%. Biorąc pod uwagę roczny przebieg 100 000 km, roczne oszczędności wyniosły 623 000 rubli. Koszt instalacji propanu na tej maszynie wyniósł 600 000 rubli. Tym samym okres zwrotu z inwestycji wyniósł około 11 miesięcy.

Dodatkową zaletą metanu jako paliwa do silników gazowych jest to, że niezwykle trudno go ukraść i praktycznie niemożliwe do „spuszczenia”, ponieważ w normalnych warunkach jest to gaz. Z tych samych powodów nie można go sprzedać.

Zużycie metanu po przestawieniu silnika wysokoprężnego na gazowy może wahać się od 1,05 do 1,25 nm3 metanu na litr zużycia oleju napędowego (w zależności od konstrukcji silnika wysokoprężnego, jego zużycia itp.).

Możesz przeczytać przykłady z naszego doświadczenia dotyczące zużycia metanu przez przerobione silniki Diesla.

Możesz uzyskać konkretne wartości oszczędności dla swojego samochodu, wypełniając wniosek o konwersję, klikając czerwony przycisk na końcu tej strony.

Gdzie mogę dostać metan?

W krajach WNP jest ich ponad 500 stacji CNGponadto Rosja ma ponad 240 stacji tankowania CNG.

Aktualne informacje o lokalizacji i godzinach otwarcia stacji CNG można znaleźć na interaktywnej mapie poniżej. Mapa dzięki uprzejmości gazmap.ru

A jeśli obok Twojej floty pojazdów znajduje się rura gazowa, warto rozważyć opcje budowy własnej stacji paliw CNG.

Po prostu zadzwoń do nas, a my z przyjemnością doradzimy Ci we wszystkich możliwościach.

Jaki jest przebieg jednego tankowania metanem?

Metan jest przechowywany na pokładzie samochodu w stanie gazowym pod wysokim ciśnieniem 200 atmosfer w specjalnych butlach. Duży ciężar i rozmiar tych butli jest istotnym negatywnym czynnikiem ograniczającym wykorzystanie metanu jako paliwa do silników gazowych.

Sp. Z oo „RAGSK” stosuje w swojej pracy wysokiej jakości butle kompozytowe metalowo-plastikowe (Typ-2), certyfikowane do użytku w Federacji Rosyjskiej.

Wewnętrzna część tych cylindrów wykonana jest z wysokowytrzymałej stali chromowo-molibdenowej, natomiast część zewnętrzna jest owinięta włóknem szklanym i wypełniona żywicą epoksydową.

Do przechowywania 1 nm3 metanu potrzeba 5 litrów hydraulicznej objętości cylindra, tj. na przykład butla o pojemności 100 litrów pozwala na zmagazynowanie około 20 nm3 metanu (właściwie trochę więcej, bo metan nie jest gazem idealnym i jest lepiej skompresowany). Waga 1 litra agregatu hydraulicznego to około 0,85 kg, tj. waga układu do przechowywania 20 nm3 metanu wyniesie około 100 kg (85 kg to waga butli, a 15 kg to waga samego metanu).

Butle typu 2 do magazynowania metanu wyglądają następująco:

Cały system magazynowania metanu wygląda następująco:

W praktyce przeważnie możliwe jest osiągnięcie następujących wartości przebiegu:

• 200-250 km - dla minibusów. Waga systemu magazynowego - 250 kg
• 250-300 km - dla średniej wielkości autobusów miejskich. Waga systemu przechowywania - 450 kg
• 500 km - dla ciągników siodłowych. Waga systemu magazynowego - 900 kg

Możesz uzyskać szczegółowe wartości przebiegu na metan dla swojego samochodu, wypełniając wniosek o konwersję, naciskając czerwony przycisk na końcu tej strony.

Jak dokładnie przebiega konwersja oleju napędowego na metan?

Przestawienie silnika wysokoprężnego na tryb gazowy będzie wymagało poważnej ingerencji w sam silnik.

Najpierw musimy zmienić stopień sprężania (dlaczego? Zobacz rozdział „W jaki sposób silnik wysokoprężny może pracować na metanie?”). Stosujemy do tego różne metody, wybierając najlepszą dla Twojego silnika:

• Frezowanie tłoków
• Uszczelka głowicy cylindra

• Instalowanie nowych tłoków
• Skracanie korbowodu

W większości przypadków stosujemy frezowanie tłoków (patrz ilustracja powyżej).

Tak będą wyglądały tłoki po frezowaniu:

Instalujemy również szereg dodatkowych czujników i urządzeń (elektroniczny pedał gazu, czujnik położenia wału korbowego, czujnik ilości tlenu, czujnik spalania stukowego itp.).

Wszystkie elementy systemu są kontrolowane przez elektroniczną jednostkę sterującą (ECU).

Zestaw komponentów do montażu w silniku będzie wyglądał następująco:

Czy osiągi silnika ulegną zmianie podczas pracy na metanie?

W przypadku nowoczesnych silników z doładowaniem ta opinia jest błędna.

Wysoka wytrzymałość oryginalnego silnika wysokoprężnego, zaprojektowana do pracy przy 16-22-krotnym stopniu sprężania i wysokiej liczbie oktanowej paliwa gazowego, pozwala nam zastosować stopień sprężania 12-14 razy. Tak wysoki stopień kompresji pozwala na uzyskanie taką samą (a nawet dużą) gęstość mocypracuje na stechiometrycznych mieszankach paliwowych, jednak jednocześnie nie jest możliwe spełnienie norm toksyczności wyższych niż EURO-3, a także zwiększa się naprężenie termiczne przebudowywanego silnika.

Nowoczesne pompowane silniki wysokoprężne (szczególnie te z chłodnicą międzystopniową) umożliwiają pracę na znacznie ubogich mieszankach przy zachowaniu mocy oryginalnego silnika Diesla, przy zachowaniu reżimu termicznego w dotychczasowych granicach i przy zachowaniu norm toksyczności EURO-4.

W przypadku wolnossących silników wysokoprężnych oferujemy 2 alternatywy: albo zmniejszenie mocy roboczej o 10-15%, albo zastosowanie układu wtrysku wody w kolektorze dolotowym w celu utrzymania dopuszczalnej temperatury roboczej i spełnienia norm emisji EURO-4

Typowe zależności mocy od prędkości obrotowej silnika według rodzaju paliwa:

Radykalnym rozwiązaniem problemu przesunięcia szczytowego momentu obrotowego silnika gazowego jest zastąpienie turbiny specjalnym typem nadwymiarowej turbiny z elektrozaworem obejściowym przy dużych prędkościach. Jednak wysoki koszt takiego rozwiązania nie pozwala nam wykorzystać go do indywidualnej konwersji.

Jeśli to możliwe, zaleca się stosowanie specjalnych olejów, takich jak LUKOIL EFFORSE 4004 lub Shell Mysella LA SAE 40. Nie jest to konieczne, ale przy nich silnik będzie służył bardzo długo.

Ze względu na wyższą zawartość wody w produktach spalania mieszanin gazowo-powietrznych w silnikach gazowych mogą wystąpić problemy z wodoodpornością olejów silnikowych, a silniki gazowe są bardziej wrażliwe na tworzenie się osadów popiołu w komorze spalania. Dlatego zawartość popiołu siarczanowego w olejach do silników gazowych jest ograniczona do niższych wartości, a wymagania dotyczące hydrofobowości oleju są podwyższone.

Oczywiście nikt nie dba o środowisko. Ale w każdym razie… ?

Silnik na gaz metanowy jest znacznie lepszy pod względem wszystkich właściwości środowiskowych niż silnik wysokoprężny o tej samej mocy i ustępuje tylko silnikom elektrycznym i wodorowym pod względem emisji.

Jest to szczególnie widoczne w przypadku tak ważnego wskaźnika dla dużych miast, jak dym. Wszyscy mieszkańcy miasta są dość poirytowani dymnymi ogonami za LIAZ-ami.Nie zdarzy się to na metanie, więc podczas spalania gazu nie dochodzi do tworzenia się sadzy!

Z reguły klasa środowiskowa silnika na metan to Euro-4 (bez użycia mocznika lub układu recyrkulacji gazu). Jednak dzięki zamontowaniu dodatkowego katalizatora klasę środowiskową można podnieść do poziomu Euro-5.

INŻYNIERIA

UDC 62l. 43.052

TECHNICZNE WYKONANIE ZMIANY STOPNIA SPRĘŻANIA MAŁEGO SILNIKA NA GAZ ZIEMNY

F.I. Abramczuk, profesor, doktor nauk technicznych, A.N. Kabanov, profesor nadzwyczajny, kandydat nauk technicznych,

A.P. Kuzmenko, doktorant, KhNADU

Adnotacja. Przedstawiono wyniki realizacji technicznej zmiany stopnia sprężania silnika MeMZ-307, który został przystosowany do pracy na gazie ziemnym.

Słowa kluczowe: stopień sprężania, silnik samochodowy, gaz ziemny.

REALIZACJA TECHNICZNA ZMINI ETAP STISKANNYA MAŁEGO SILNIKA SAMOCHODOWEGO,

SCHO PRATSYUЄ NA GAZIE ZIEMNYM

F.І. Abramczuk, profesor, doktor nauk technicznych, O.M. Kabanov, profesor nadzwyczajny, kandydat nauk technicznych,

A.P. Kuzmenko, doktorant, KhNADU

Adnotacja. Przedstawiono wyniki technicznej realizacji zmiany skokowej silnika MeMZ-307, przezbrojenia dla robota na gaz ziemny.

Słowa kluczowe: stopnie, pojazd silnikowy, gaz ziemny.

TECHNICZNA REALIZACJA WSPÓŁCZYNNIKA SPRĘŻANIA ZMIANY W SAMOCHODOWYM SILNIKU ZASILANY GAZEM ZIEMNYM O MAŁEJ POJEMNOŚCI

F. Abramchuk, profesor, doktor nauk technicznych, A. Kabanov, profesor nadzwyczajny, doktor nauk technicznych, A. Kuzmenko, doktorant, KhNAHU

Abstrakcyjny. Podano wyniki technicznej realizacji zmiany stopnia sprężania silnika MeMZ-3Q7 przerobionego na gaz ziemny.

Słowa kluczowe: stopień sprężania, silnik samochodowy, gaz ziemny.

Wprowadzenie

Stworzenie i pomyślna eksploatacja silników na gaz czysty, zasilanych gazem ziemnym zależy od prawidłowego doboru głównych parametrów procesu pracy, które determinują ich właściwości techniczne, ekonomiczne i środowiskowe. Przede wszystkim dotyczy to wyboru stopnia kompresji.

Gaz ziemny o wysokiej liczbie oktanowej (110-130) umożliwia zwiększenie stopnia sprężania. Maksymalna wartość stopnia

kompresję, z wyłączeniem detonacji, można wybrać w pierwszym przybliżeniu na podstawie obliczeń. Możliwe jest jednak sprawdzenie i doprecyzowanie obliczonych danych tylko eksperymentalnie.

Analiza publikacji

Podczas konwersji silnika benzynowego (Vh \u003d 1 l) VW POLO na gaz ziemny uproszczono kształt powierzchni ognia tłoka. Zmniejszenie objętości komory sprężania zwiększyło stopień sprężania z 10,7 do 13,5.

W silniku D21A, aby zmniejszyć stopień sprężania z 16,5 do 9,5, przerobiono tłok. Komora spalania typu półkulistego dla silnika wysokoprężnego została przystosowana do procesu pracy silnika gazowego o zapłonie iskrowym.

Podczas konwersji silnika wysokoprężnego YaMZ-236 na silnik gazowy, stopień sprężania z 16,2 do 12 został również zmniejszony z powodu dodatkowej obróbki tłoka.

Cel i określenie problemu

Celem pracy jest opracowanie konstrukcji części komory spalania silnika MeMZ-307, która zapewni stopień sprężania e \u003d 12 ie \u003d 14 do badań eksperymentalnych.

Wybór podejścia do zmiany współczynnika kompresji

W przypadku silnika benzynowego o małej pojemności skokowej, który można zamienić na gaz, zmiana stopnia sprężania oznacza wzrost w porównaniu z podstawowym ICE. Jest kilka sposobów wykonania tego zadania.

W idealnym przypadku pożądane jest zainstalowanie systemu zmiany stopnia sprężania w silniku, który umożliwia wykonywanie tego zadania w czasie rzeczywistym, w tym bez przerywania pracy silnika. Jednak takie układy są bardzo drogie i skomplikowane w konstrukcji i eksploatacji, wymagają znacznych zmian konstrukcyjnych, a także są elementem zawodności silnika.

Możesz również zmienić stopień sprężania, zwiększając liczbę lub grubość uszczelek między głowicą a blokiem cylindrów. Ta metoda jest tania, ale zwiększa prawdopodobieństwo wypalenia uszczelek w przypadku zakłócenia normalnego procesu spalania. Ponadto ta metoda regulacji stopnia sprężania charakteryzuje się małą dokładnością, ponieważ wartość e będzie zależała od siły dokręcania nakrętek na kołkach rozporowych oraz jakości uszczelek. Najczęściej ta metoda służy do obniżenia współczynnika kompresji.

Stosowanie okładzin do tłoków jest technicznie trudne, ponieważ występuje problem z niezawodnym mocowaniem stosunkowo cienkiej tulei (około 1 mm) do tłoka i niezawodnym działaniem tego mocowania w komorze spalania.

Najlepszą opcją jest wykonanie kompletów tłoków, z których każdy zapewnia określony stopień sprężania. Metoda ta wymaga częściowego demontażu silnika w celu zmiany stopnia sprężania, jednak zapewnia dostatecznie dużą dokładność wartości e w eksperymencie oraz niezawodność silnika przy zmienionym stopniu sprężania (wytrzymałość i niezawodność elementów konstrukcyjnych silnika nie zmniejsza się). Co więcej, ta metoda jest stosunkowo tania.

Winiki wyszukiwania

Istota problemu polegała na tym, że wykorzystując pozytywne właściwości gazu ziemnego (wysoka liczba oktanowa) i osobliwości tworzenia mieszanki, kompensować utratę mocy podczas pracy silnika na tym paliwie. Aby zrealizować to zadanie, zdecydowano się zmienić stopień kompresji.

Zgodnie z planem eksperymentalnym stopień sprężania powinien zmieniać się od e \u003d 9,8 (wyposażenie standardowe) do e \u003d 14. Wskazane jest wybranie wartości pośredniej stopnia sprężania e \u003d 12 (jako średnia arytmetyczna skrajnych wartości e). W razie potrzeby istnieje możliwość wykonania kompletów tłoków podających inne pośrednie wartości stopnia sprężania.

W celu technicznej realizacji zadanych stopni sprężania wykonano obliczenia, opracowania projektowe oraz sprawdzone eksperymentalnie objętości komór sprężania metodą zalewania. Wyniki wycieku przedstawiono w tabelach 1 i 2.

Tabela 1 Wyniki zalania komory spalania w głowicy cylindra

1 cyl. 2-cyl. 3-cyl. 4-cyl.

22,78 22,81 22,79 22,79

Tabela 2 Wyniki zalania komory spalania w tłokach (tłok jest zamontowany w cylindrze)

1 cyl. 2-cyl. 3-cyl. 4-cyl.

9,7 9,68 9,71 9,69

Grubość uszczelki po ściśnięciu wynosi 1 mm. Opadanie tłoka względem płaszczyzny bloku cylindrów wynosi 0,5 mm, co określono na podstawie pomiarów.

Odpowiednio, objętość komory spalania Vs będzie składać się z objętości w głowicy cylindra Vn, objętości w tłoku Vn i objętości szczeliny między tłokiem a głowicą cylindrów (cofnięcie tłoka względem płaszczyzny bloku cylindrów + grubość uszczelki) Vv \u003d 6,6 cm

Us \u003d 22,79 + 9,7 + 4,4 \u003d 36,89 (cm3).

Zdecydowano się na zmianę stopnia sprężania poprzez zmianę objętości komory spalania poprzez zmianę geometrii głowicy tłoka, gdyż metoda ta pozwala na realizację wszystkich wariantów stopnia sprężania, a jednocześnie możliwy jest powrót do konfiguracji szeregowej.

Na rys. 1 przedstawia seryjny kompletny zestaw części komory spalania o objętości w tłoku Yn \u003d 7,5 cm3.

Postać: 1. Seryjny komplet części komory spalania Us \u003d 36,9 cm3 (e \u003d 9,8)

Aby uzyskać stopień sprężania e \u003d 12 wystarczy uzupełnić komorę spalania tłokiem z płaskim dnem, w którym wykonuje się dwie małe próbki o łącznej objętości

0,1 cm3, zapobiegając zetknięciu się zaworów dolotowych i wydechowych z tłokiem podczas

zakładka. W tym przypadku objętość komory sprężania wynosi

Us \u003d 36,9 - 7,4 \u003d 29,5 (cm3).

W tym przypadku szczelina między tłokiem a głowicą cylindrów pozostaje 8 \u003d 1,5 mm. Konstrukcję komory spalania zapewniającej є \u003d 12 przedstawiono na rys. 2.

Postać: 2. Wykonanie części komory spalania silnika gazowego w celu uzyskania stopnia sprężania є \u003d 12 (Us \u003d 29,5 m3)

Przyjmuje się realizację stopnia sprężania счет \u003d 14 przez zwiększenie wysokości tłoka z płaskim dnem o I \u003d 1 mm. W tym przypadku tłok ma również dwa wgłębienia zaworowe o łącznej objętości 0,2 cm3. Objętość komory sprężania zostaje zmniejszona o

ДУ \u003d - И \u003d. 0,1 \u003d 4,42 (cm3).

Taki kompletny zestaw części komory spalania daje objętość

Us \u003d 29,4 - 4,22 \u003d 25,18 (cm3).

Na rys. 3 przedstawia konfigurację komory spalania, zapewniającą stopień sprężania є \u003d 13,9.

Prześwit między powierzchnią ognia tłoka a głowicą cylindra wynosi 0,5 mm, co jest wystarczające do normalnej pracy części.

Postać: 3. Kompletacja części komory spalania silnika gazowego przy e \u003d 13,9 (Us \u003d 25,18 cm3)

1. Uproszczenie geometrycznego kształtu powierzchni ognia tłoka (płaska głowica z dwoma małymi wgłębieniami) umożliwiło zwiększenie stopnia sprężania z 9,8 do 12.

2. Zmniejszenie prześwitu do 5 \u003d 0,5 mm między głowicą cylindra a tłokiem w GMP i uproszczenie geometrycznego kształtu ognia

powierzchnia tłoka zwiększyła się o є do 13,9 jednostki.

Literatura

1. Na podstawie materiałów ze strony: www.empa.ch

2. Bgantsev V.N. Oparty na silniku gazowym

czterosuwowego silnika wysokoprężnego ogólnego przeznaczenia / V.N. Bgantsev, A.M. Lewterow,

B.P. Marakhovsky // Świat technologii i technologii. - 2003. - nr 10. - S. 74-75.

3. Zakharchuk V.I. Rozrakhunkovo-eksperimen-

bardziej zaawansowany silnik gazowy, ponownie wyposażony silnik wysokoprężny / V.I. Zacharczuk, O. V. Sitovskiy, I.S. Kozachuk // Transport samochodowy: zbiór artykułów. naukowy. tr. -Charkov: HNADU. - 2005. - Emisja. szesnaście. -

4. Bogomolov V.A. Cechy konstrukcyjne

stanowisko doświadczalne do badania silnika gazowego 64 13/14 z zapłonem iskrowym / V.A. Bogomolov, F.I. Abramczuk, V.M. Ma-noylo et al. // Biuletyn KhNADU: zbiór artykułów. naukowy. tr. - Charków: HNADU. -2007. - nr 37. - S. 43-47.

Recenzent: M. A. Podrigalo, profesor, doktor nauk technicznych, KhNADU.

Jewgienij Konstantinow

Podczas gdy ceny benzyny i oleju napędowego nieuchronnie rosną, a wszelkiego rodzaju alternatywne elektrownie dla pojazdów pozostają bardzo daleko od ludzi, tracąc na cenie, autonomii i kosztach operacyjnych na rzecz tradycyjnych silników spalinowych, najbardziej realistycznym sposobem na zaoszczędzenie pieniędzy na tankowaniu jest przestawienie samochodu na „dietę gazową”. Na pierwszy rzut oka jest to korzystne: koszt konwersji auta wkrótce się zwróci ze względu na różnicę w cenie paliwa, zwłaszcza przy regularnym ruchu handlowym i osobowym. Nie bez powodu w Moskwie i wielu innych miastach znaczna część pojazdów komunalnych od dawna przechodzi na gaz. Ale tu pojawia się logiczne pytanie: dlaczego w takim razie udział pojazdów z butlami gazowymi w ruchu zarówno w naszym kraju, jak i za granicą nie przekracza kilku procent? Jaka jest tylna strona butli gazowej?

Nauka i życie // Ilustracje

Ostrzeżenia na stacjach benzynowych są nie bez powodu: każde podłączenie gazu procesowego to potencjalny wyciek łatwopalnego gazu.

Butle na gaz skroplony są lżejsze, tańsze i bardziej zróżnicowane pod względem kształtu niż na gaz sprężony, dzięki czemu łatwiej je złożyć w oparciu o wolną przestrzeń w samochodzie i wymagany zasięg.

Zwróć uwagę na różnicę cen między paliwami płynnymi i gazowymi.

Butle ze sprężonym metanem w tylnej części plandeki „Gazela”.

Reduktor-parownik w instalacji propanowej wymaga ogrzewania. Na zdjęciu wyraźnie widać wąż łączący płynny wymiennik ciepła skrzyni biegów z układem chłodzenia silnika.

Schemat ideowy działania sprzętu gazowego na silniku gaźnika.

Schemat działania urządzenia na gaz skroplony bez przeniesienia go do fazy gazowej w silniku spalinowym z wtryskiem wielopunktowym.

Propan-butan jest magazynowany i transportowany w cysternach (na zdjęciu - za niebieską bramą). Dzięki takiej mobilności stację benzynową można ustawić w dowolnym dogodnym miejscu, aw razie potrzeby szybko przenieść w inne.

Kolumna propanowa służy do tankowania nie tylko samochodów, ale także butli domowych.

Kolumna na gaz płynny wygląda inaczej niż na benzynę, ale proces napełniania jest podobny. Wlane paliwo liczy się w litrach.

Pojęcie „gazowego paliwa samochodowego” obejmuje dwie zupełnie różne mieszanki: gaz ziemny, w którym do 98% stanowi metan, oraz propan-butan wytwarzany z towarzyszącego mu gazu ropopochodnego. Oprócz bezwarunkowej palności mają one również wspólny stan skupienia przy ciśnieniu atmosferycznym i temperaturach komfortowych przez całe życie. Jednak w niskich temperaturach właściwości fizyczne tych dwóch zestawów lekkich węglowodorów są bardzo różne. Z tego powodu wymagają zupełnie innego sprzętu do przechowywania na pokładzie i zasilania silnika, a podczas pracy samochody z różnymi systemami zasilania gazem mają kilka istotnych różnic.

Gaz skroplony

Mieszanka propan-butan jest dobrze znana turystom i mieszkańcom lata: to właśnie ją napełnia się do domowych butli gazowych. Stanowi również większość gazu, który jest marnowany w pochodniach przedsiębiorstw produkujących i przetwarzających ropę. Proporcjonalny skład mieszanki paliwowej propan-butan może się zmieniać. Chodzi nie tyle o początkowy skład gazu ropnego, co o właściwości temperaturowe powstającego paliwa. Czysty butan (C 4 H 10) jest dobry jako paliwo silnikowe pod każdym względem, z wyjątkiem tego, że przechodzi w stan ciekły już przy 0,5 ° C pod ciśnieniem atmosferycznym. Dlatego dodaje się do niego mniej kaloryczny, ale bardziej odporny na zimno propan (C 2 H 8) o temperaturze wrzenia –43 ° C. Stosunek tych gazów w mieszance wyznacza dolną granicę temperatury dla zużycia paliwa, która z tego samego powodu to „lato” i „zima”.

Stosunkowo wysoka temperatura wrzenia propanu-butanu, nawet w wersji „zimowej”, umożliwia magazynowanie go w cylindrach w postaci cieczy: już pod niskim ciśnieniem przechodzi w fazę ciekłą. Stąd inna nazwa paliwa propan-butan - gaz skroplony. Jest wygodny i ekonomiczny: duża gęstość fazy ciekłej pozwala zmieścić dużą ilość paliwa w małej objętości. Wolną przestrzeń nad cieczą w cylindrze zajmuje para nasycona. Gdy gaz jest zużywany, ciśnienie w butli pozostaje stałe aż do jej opróżnienia. Kierowcy samochodów na „propan” powinni podczas tankowania napełnić butelkę maksymalnie do 90%, aby zostawić miejsce na wewnętrzną poduszkę parową.

Ciśnienie wewnątrz butli zależy przede wszystkim od temperatury otoczenia. W ujemnych temperaturach spada poniżej jednej atmosfery, ale nawet to wystarczy do utrzymania wydajności systemu. Ale wraz z ociepleniem szybko rośnie. Przy 20 ° C ciśnienie w cylindrze wynosi już 3-4 atmosfery, a przy 50 ° C osiąga 15-16 atmosfer. W przypadku większości butli z gazem do samochodów wartości te są bliskie limitowi. A to oznacza, że \u200b\u200bjeśli przegrzeje się w upalne popołudnie w południowym słońcu, ciemny samochód z butelką skroplonego gazu na pokładzie ... Nie, nie wybuchnie, jak w hollywoodzkim filmie akcji, ale zacznie zrzucać do atmosfery nadmiar propanu-butanu przez zawór bezpieczeństwa przeznaczony właśnie do takiego przypadku ... Wieczorem, gdy znowu zrobi się zimniej, paliwa w cylindrze będzie zauważalnie mniej, ale nikt i nic nie ucierpi. To prawda, jak pokazują statystyki, niektórzy ludzie, którzy lubią oszczędzać pieniądze na zaworze bezpieczeństwa od czasu do czasu, dodają do kroniki incydentów.

Sprężony gaz

Inne zasady leżą u podstaw działania wyposażenia butli gazowych w maszynach, które zużywają gaz ziemny jako paliwo, w życiu codziennym zwykle nazywany metanem ze względu na jego główny składnik. To ten sam gaz, który jest doprowadzany do mieszkań miejskich. W przeciwieństwie do gazu ropopochodnego metan (CH 4) ma niską gęstość (1,6 razy lżejszą od powietrza) i, co najważniejsze, niską temperaturę wrzenia. Przechodzi w stan ciekły dopiero przy –164 ° С. Obecność niewielkiego odsetka zanieczyszczeń innych węglowodorów w gazie ziemnym nie zmienia w znacznym stopniu właściwości czystego metanu. To sprawia, że \u200b\u200bniezwykle trudno jest zamienić ten gaz w ciecz do użytku w samochodzie. W ostatnim dziesięcioleciu aktywnie prowadzono prace nad stworzeniem tzw. Zbiorników kriogenicznych, które umożliwiają magazynowanie skroplonego metanu w samochodzie w temperaturach –150 ° C i niższych oraz ciśnieniu do 6 atmosfer. Dla tej opcji paliwowej stworzono prototypy stacji transportowych i paliwowych. Ale do tej pory ta technologia nie otrzymała praktycznej dystrybucji.

Dlatego w przeważającej większości przypadków metan do wykorzystania jako paliwo silnikowe jest po prostu sprężany, podnosząc ciśnienie w cylindrze do 200 atmosfer. W rezultacie wytrzymałość i odpowiednio masa takiego cylindra powinna być zauważalnie większa niż w przypadku propanu. I jest umieszczony w tej samej objętości sprężonego gazu znacznie mniej niż skroplony (pod względem moli). A to zmniejszenie autonomii samochodu. Kolejną wadą jest cena. Znacznie większy współczynnik bezpieczeństwa zastosowany w metanowych urządzeniach powoduje, że cena zestawu do samochodu jest prawie dziesięciokrotnie wyższa od ceny zestawu na propan tej samej klasy.

Butle na metan występują w trzech standardowych rozmiarach, z których tylko najmniejsze, 33 litry, można umieścić w samochodzie osobowym. Aby jednak zapewnić gwarantowany zasięg przelotu wynoszący trzysta kilometrów, potrzeba pięciu takich cylindrów o łącznej masie 150 kg. Oczywiste jest, że w kompaktowym mieście o runabout nie ma sensu nosić takiego ładunku zamiast użytecznego bagażu. Dlatego jest powód, aby przekształcać metan tylko w duże samochody. Przede wszystkim ciężarówki i autobusy.

Przy tym wszystkim metan ma dwie istotne zalety w porównaniu z gazem naftowym. Po pierwsze, jest jeszcze tańszy i nie jest powiązany z cenami ropy. Po drugie, sprzęt metanowy jest strukturalnie ubezpieczony od problemów z eksploatacją zimą i pozwala, jeśli jest to pożądane, w ogóle obejść się bez benzyny. W przypadku propanu-butanu w naszych warunkach klimatycznych takie skupienie się nie sprawdzi. Samochód faktycznie pozostanie dwupaliwowy. Powodem jest właśnie skraplanie gazu. Dokładniej, w procesie aktywnego parowania gaz jest ostro chłodzony. W efekcie temperatura w butli, a zwłaszcza w reduktorze gazu gwałtownie spada. Aby zapobiec zamarznięciu sprzętu, skrzynia biegów jest podgrzewana poprzez zabudowę wymiennika ciepła podłączonego do układu chłodzenia silnika. Ale aby ten system zaczął działać, ciecz w linii musi zostać wstępnie podgrzana. Dlatego zaleca się uruchamianie i rozgrzewanie silnika w temperaturze otoczenia poniżej 10 ° C wyłącznie na benzynie. I dopiero wtedy, gdy silnik osiągnie temperaturę roboczą, przełącz na gaz. Jednak nowoczesne układy elektroniczne wyłączają wszystko samodzielnie, bez pomocy sterownika, automatycznie kontrolując temperaturę i zapobiegając zamarzaniu sprzętu. To prawda, że \u200b\u200baby zachować prawidłowe działanie elektroniki w tych systemach, nie wolno opróżniać zbiornika gazu na sucho nawet podczas upałów. Tryb rozruchu na gaz jest awaryjny dla takiego sprzętu, a przełączenie na niego systemu można wymusić tylko w przypadku zagrożenia.

Sprzęt metanowy nie ma trudności z zimowym rozruchem. Wręcz przeciwnie, uruchomienie silnika na tym gazie jest jeszcze łatwiejsze w zimne dni niż na benzynie. Brak fazy ciekłej nie wymaga podgrzania reduktora, co jedynie obniża ciśnienie w układzie z 200 transportowych atmosfer do jednej atmosfery roboczej.

Cuda bezpośredniego wtrysku

Najtrudniejszą rzeczą jest przejście na nowoczesne silniki gazowe z bezpośrednim wtryskiem paliwa do cylindrów. Powodem jest to, że wtryskiwacze gazu są tradycyjnie umieszczane w przewodzie dolotowym, gdzie mieszanka występuje we wszystkich innych typach silników spalinowych bez wtrysku bezpośredniego. Ale obecność takich całkowicie neguje możliwość tak łatwego i technologicznego dodania energii gazowej. Po pierwsze, idealnie gaz powinien być podawany bezpośrednio do cylindra, a po drugie, co ważniejsze, paliwo płynne służy do chłodzenia własnych wtryskiwaczy z wtryskiem bezpośrednim. Bez tego bardzo szybko nie przegrzewają się.

Istnieją opcje rozwiązania tego problemu i co najmniej dwie. Pierwsza zmienia silnik w dwupaliwowy. Został wynaleziony dość dawno temu, jeszcze przed pojawieniem się bezpośredniego wtrysku w silnikach benzynowych i zaproponowano dostosowanie silników wysokoprężnych do pracy na metanie. Gaz nie zapala się w wyniku sprężania, dlatego „gazowany olej napędowy” uruchamia się na oleju napędowym i kontynuuje jego pracę na biegu jałowym i przy minimalnym obciążeniu. A potem do gry wchodzi gaz. To dzięki zasilaniu kontrolowana jest prędkość obrotowa wału korbowego w trybie średniej i dużej prędkości. W tym celu pompa paliwowa wysokiego ciśnienia (pompa paliwowa wysokiego ciśnienia) jest ograniczona do dostarczania paliwa ciekłego do 25-30% wartości nominalnej. Metan dostaje się do silnika własną linią, omijając wysokociśnieniową pompę paliwową. Nie ma problemów z jego smarowaniem ze względu na zmniejszenie podaży oleju napędowego przy dużych prędkościach. Wtryskiwacze diesla są nadal chłodzone przez przepływające przez nie paliwo. To prawda, że \u200b\u200bobciążenie cieplne w trybie wysokiej prędkości nadal pozostaje zwiększone.

Podobny schemat zasilania zaczął być stosowany w silnikach benzynowych z bezpośrednim wtryskiem. Ponadto współpracuje zarówno z urządzeniami do metanu, jak i propanu-butanu. Ale w tym drugim przypadku alternatywne rozwiązanie, które pojawiło się całkiem niedawno, jest uważane za bardziej obiecujące. Wszystko zaczęło się od pomysłu rezygnacji z tradycyjnej skrzyni biegów z parownikiem i doprowadzenia propanu-butanu do silnika pod ciśnieniem w fazie ciekłej. Kolejnym krokiem była rezygnacja z wtryskiwaczy gazowych i dostarczanie skroplonego gazu przez standardowe wtryskiwacze benzynowe. Do obwodu dodano elektroniczny moduł dopasowujący, podłączający linię gazową lub benzynową w zależności od sytuacji. Jednocześnie nowy system utracił tradycyjne problemy z zimnym rozruchem na gazie: brak parowania - brak chłodzenia. To prawda, że \u200b\u200bkoszt wyposażenia do silników z bezpośrednim wtryskiem w obu przypadkach jest taki, że opłaca się tylko przy bardzo dużym przebiegu.

Nawiasem mówiąc, ekonomiczna wykonalność ogranicza użycie wyposażenia LPG w silnikach wysokoprężnych. Z powodów korzystnych do silników o zapłonie samoczynnym stosuje się tylko sprzęt metanowy, a ponadto pod względem charakterystyk nadaje się tylko do silników ciężkiego sprzętu wyposażonych w tradycyjne wysokociśnieniowe pompy paliwowe. Faktem jest, że przejście małych ekonomicznych silników pasażerskich z diesla na gaz nie opłaca się, a rozwój i techniczne wdrożenie wyposażenia butli gazowych do najnowszych silników z Common Rail (Common Rail) są dziś uważane za ekonomicznie nieuzasadnione.

Prawdą jest, że istnieje inny, alternatywny sposób zamiany silnika wysokoprężnego na gaz - poprzez całkowite przekształcenie go w silnik gazowy z zapłonem iskrowym. W takim silniku stopień sprężania spada do 10-11 jednostek, pojawiają się świece i elektryka wysokiego napięcia i żegna się na zawsze z olejem napędowym. Ale zaczyna bezboleśnie zużywać benzynę.

Warunki pracy

Stare radzieckie wytyczne dotyczące konwersji pojazdów benzynowych na gaz wymagały oszlifowania głowicy cylindrów (głowicy cylindrów) w celu zwiększenia stopnia sprężania. Jest to zrozumiałe: przedmiotem zgazowania w nich były jednostki napędowe pojazdów użytkowych napędzanych benzyną o liczbie oktanowej 76 i poniżej. Metan ma liczbę oktanową 117, a mieszaniny propanu i butanu około stu. Zatem oba rodzaje paliwa gazowego są znacznie mniej podatne na stukanie niż benzyna i pozwalają na zwiększenie stopnia sprężania silnika w celu optymalizacji procesu spalania.

Ponadto w przypadku archaicznych silników gaźnikowych wyposażonych w mechaniczne układy zasilania gazem wzrost stopnia sprężania pozwolił skompensować utratę mocy występującą przy przejściu na gaz. Faktem jest, że benzyna i gazy mieszają się z powietrzem w przewodzie dolotowym w zupełnie innych proporcjach, dlatego przy stosowaniu propanu-butanu, a zwłaszcza metanu, silnik musi pracować na znacznie uboższej mieszance. Rezultatem jest spadek momentu obrotowego silnika, prowadzący do spadku mocy o 5-7% w pierwszym przypadku i 18-20% w drugim. Jednocześnie na wykresie zewnętrznej charakterystyki prędkości kształt krzywej momentu obrotowego dla każdego konkretnego silnika pozostaje niezmieniony. Po prostu przesuwa się w dół wzdłuż „osi niutonometrów”.

Jednak w przypadku silników z elektronicznymi układami wtrysku wyposażonymi w nowoczesne układy zasilania gazem wszystkie te zalecenia i liczby nie mają prawie żadnej wartości praktycznej. Bo po pierwsze ich stopień sprężania jest już wystarczający i nawet przy przejściu na metan, praca nad szlifowaniem głowicy cylindrów jest całkowicie nieuzasadniona ekonomicznie. Po drugie, procesor sprzętu gazowego, skoordynowany z elektroniką samochodową, organizuje dopływ paliwa w taki sposób, że kompensuje co najmniej połowę wspomnianej awarii momentu obrotowego. W układach z wtryskiem bezpośrednim oraz w silnikach gazowo-wysokoprężnych paliwo gazowe w pewnych zakresach prędkości może nawet zwiększyć moment obrotowy.

Ponadto elektronika wyraźnie monitoruje wymagany czas zapłonu, który przy przełączaniu na gaz powinien być większy niż w przypadku benzyny, przy czym wszystkie inne parametry są równe. Paliwo gazowe spala się wolniej, co oznacza, że \u200b\u200bnależy je wcześniej zapalić. Z tego samego powodu wzrasta obciążenie cieplne zaworów i ich gniazd. Z drugiej strony zmniejsza się obciążenie uderzeniowe grupy cylinder-tłok. Ponadto zimowy rozruch na metanie jest dla niego znacznie bardziej przydatny niż na benzynie: gaz nie zmywa oleju ze ścianek cylindra. Ogólnie rzecz biorąc, paliwo gazowe nie zawiera katalizatorów starzenia metali; pełniejsze spalanie paliwa zmniejsza toksyczność spalin i osady węgla w cylindrach.

Pływanie autonomiczne

Być może najbardziej zauważalną wadą samochodu na gaz jest jego ograniczona autonomia. Po pierwsze, zużycie paliwa gazowego, jeśli policzyć objętościowo, okazuje się większe niż benzyny i jeszcze więcej oleju napędowego. Po drugie, silnik gazowy jest powiązany z odpowiednimi stacjami benzynowymi. W przeciwnym razie znaczenie jego przeniesienia na paliwo alternatywne zaczyna zmierzać do zera. Szczególnie trudne dla tych, którzy używają metanu. Stacji metanu jest bardzo niewiele i wszystkie są podłączone do głównych gazociągów. To tylko małe tłocznie na odgałęzieniach głównego rurociągu. Na przełomie lat 80-tych i 90-tych XX wieku nasz kraj starał się aktywnie przestawiać transport na metan w ramach programu państwowego. Wtedy pojawiła się większość stacji metanu. Do 1993 roku zbudowano 368 i od tego czasu liczba ta, jeśli wzrosła, jest znikoma. Większość stacji benzynowych znajduje się w europejskiej części kraju w pobliżu federalnych autostrad i miast. Ale jednocześnie ich lokalizacja została określona nie tyle z punktu widzenia wygody kierowców, co z punktu widzenia pracowników gazowych. Dlatego tylko w bardzo rzadkich przypadkach stacje benzynowe kierowały się bezpośrednio na autostrady i prawie nigdy w obrębie megalopoli. Niemal wszędzie, aby zatankować metanem, trzeba zrobić kilkanaście kilometrów objazdów do jakiejś strefy przemysłowej. Dlatego przy planowaniu długodystansowej trasy takie stacje benzynowe należy wcześniej wyszukać i zapamiętać. Jedyne, co jest wygodne w takiej sytuacji, to niezmiennie wysoka jakość paliwa na każdej ze stacji metanowych. Bardzo trudno jest rozcieńczyć lub zepsuć gaz z głównego gazociągu. Chyba że filtr lub system suszenia na jednej z tych stacji paliw może nagle ulec awarii.

Propan-butan można przewozić w cysternach, a dzięki tej właściwości geografia tankowania do niego jest znacznie szersza. W niektórych regionach można je zatankować nawet w najdalszych ostępach. Nie zaszkodzi jednak zbadanie obecności stacji propanu na najbliższej trasie, aby ich nagła nieobecność na autostradzie nie stała się przykrym zaskoczeniem. Jednocześnie skroplony gaz zawsze pozostawia ułamek ryzyka, że \u200b\u200bpaliwo zostanie zużyte poza sezonem lub po prostu złej jakości.