Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Газовый двигатель внутреннего сгорания

Газовый двигатель внутреннего сгорания

Немного истории:

Самый первый двигатель внутреннего сгорания изобрёл инженер-бельгиец Ж.Ж. Этьен Ленуар в середине 19 века, это был двухтактный электрический двигатель с искровым зажиганием, топливом для этого устройства был каменноугольный газ, но ресурс работы такого изобретения был очень мал, так как изобретатель не учёл необходимость в смазке и охлаждения двигателя. Через несколько лет Ленуар преобразовал свой двигатель с учётом потребностей, и в качестве топлива стал использовать керосин. И всё равно устройство было безупречным, хотя некоторые трёхколёсные автомобили ездили на таком двигателе.

К концу 19 века произошли большие изменения в создании двигателя внутреннего сгорания. Немецкий изобретатель Николаус Аугуст Отто был первым изобретателем, открывший миру технически сложно устройство, преобразовывающее энергию топлива в механическую энергию, он создал газовый двигатель внутреннего сгорания. Суть работы газового двигателя была в том, что горючая смесь сначала подвергалась сильному сжатию в верхней точке положения поршня.

Первый двигатель изобретателя был довольно низкооборотным и имел достаточно большую массу, в следствии чего при увеличении оборотов вала до 180 об/мин появлялись проблемы в его работе, и быстрее изнашивался золотник. Для хранения газа использовался огромная ёмкость, что делало невозможным установить его на автомобиль, зато он нашёл своё огромное применение на различных фабриках и заводах

Изобретателю потребовалось 15 лет, чтобы создать экономичный двигатель, который в свою очередь получил название четырёхтактного двигателя, так как рабочий цикл протекал в нём за четыре хода поршня.

Что же такое газовый двигатель внутреннего сгорания?

Общее определение двигателя внутреннего сгорания таково, что это такой тип двигателя, где химическая энергия жидкого или газообразного углеводородного топлива, которое сгорает в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу. Главным недостатком двигателя внутреннего сгорания является производимая им высокая мощность в исключительно узком диапазоне оборотов, поэтому главными элементами двигателя становится стартер и трансмиссия.

Нынешние двигатели подобного типа работают на природном газе, сниженном пропан-бутане и других. Большим плюсом таких двигателей является то, что в них меньше изнашиваются основные узлы и детали, что происходит из-за создания качественной горючей смеси и её результативного сжигания, а также преимущество ещё и в том, что в выхлопах практически не обнаруживается вредных примесей.

Коэффициент полезного действия (КПД) двигателей на таком топливе приближается к 42 процентам.

Что такое система питания газовых двигателей?

Системой питания газовых двигателей внутреннего сгорания, называют систему, устанавливающуюся на автомобили и позволяющую использовать вместо бензина сниженный газ. Состоит такая система из следующих элементов:

  • топливный баллон, который может различаться формами;
  • газовый клапан, позволяющий перекрывать подачу топлива во время стоянки машины;
  • переключатель на определённый вид топлива, который монтируется в салон автомобиля;
  • электромагнитный бензиновый клапан для автомобилей с бензиновым двигателем или эмулятор форсунок для дизельных двигателей, который служит для того, чтобы перекрывать подачу бензина в процессе использования газового топлива;
  • выносное устройство для заправки газом;
  • редуктор-испаритель, предназначающийся для подогрева и испарения сжиженного топлива;
  • мультиклапан, предотвращающий утечку газа.

Суть работы такой системы почти идентично бензиновой, то есть в начале сжиженное топливо поступает в клапан-фильтр по магистрали, где проходит начальную чистку от различных смол, затем очищенное топливо направляется в редуктор-испаритель, где давление его понижается до одной атмосферы и после этого через дозатор топливо уже подаётся в смеситель.

Что касается инжекторных двигателей, то в подобном оборудование бензиновый клапан не применяется, вместо него устанавливают эмулятор форсунок

Плюсы и минусы газового двигателя:

Как ни странно, но такое оборудование не идеальное, оно имеет и достоинства и недостатки. Достоинства такого оборудования в том, что вы можете без особых трудностей создать газовый двигатель самостоятельно, а именно, смонтировать установку на автомобиль своими силами, также не маловажным плюсом является низкая стоимость такого топлива, а также высокое октановое число. Помимо этого, как было сказано выше, такое топливо не производит вредных выбросов. Двигатель на таком топливе работает более качественно, а также значительно увеличивается ресурс двигателя.

Что касается недостатков, то их много меньше, но они существенны, например, снижается динамика разгона автомобиля, ощутимо возрастает нагрузка на клапаны газораспределительного механизма. Помимо этого, есть некоторые сложности с использование такого оборудования в зимнее время года, а также оно занимает довольно много места. В общем ставить или не ставить газовое оборудование решать только вам.

Как установить газовое оборудование самостоятельно?

Существует известные нам в наше время пара схем подключения оборудования – классическая, в которой газ подаётся прямо в инжектор или карбюратор и последовательная – при которой топливо поступает прямо в форсунки, которые установленны параллельно с бензиновыми.

Проще всего использовать классическую схему установки оборудования, она менее затратная и не сложная в плане работы, но имеет один достаточно весомый недостаток – при переключении режимов начинает образовываться смесь довольно низкого качества, в следствии чего двигатель быстрее изнашивается. Поэтому, пусть последовательная система затратнее, но качество подачи газа у неё намного лучше.

Обычно газобаллонное оборудование, которое можно самостоятельно встроить в уже существующую систему автомобиля, можно приобрести на рынке, и к каждой модели двигателя подбирается соответствующая модель газобаллонного оборудования. Чаще всего заправочный баллон с комплектующими крепится в месте для запасного колеса, но может крепится и в нише багажника.

После того как вы закрепили баллон присоединяем выносное заправочное устройство, отверстие которого должно выходить на внешнюю сторону кузова, после этого, на двигателе устанавливаются клапаны против утечки газа, для перекрывания бензина при подаче газа. Обычно переключатель с бензина на газ монтируется в салоне автомобиля.

Но, если вы не уверены в своих знаниях по устройству мотора и способностях, то лучше всего обратиться к специалистам и не рисковать присоединять ГБО самостоятельно. С газом не шутят!

Почему моторы авто, работающие на газе, греются сильнее, чем бензиновые

Считается, что ключевым моментом при переводе автомобиля на газ является экономический аспект. Что вполне объяснимо, поскольку газ практически в два раза дешевле высокооктанового бензина и его, что очень важно, можно использовать даже в самых современных автомобилях.

В ряде европейских стран (например, в Бельгии и Германии) переоборудование автомобилей под газомоторное топливо является весьма распространенным способом сэкономить на эксплуатации автотранспорта, причем без какого-либо вреда для экологии. А в Южной Корее практически все «таксишные» авто и вовсе сходят конвейера уже с топливной аппаратурой, приспособленной для работы на газе-бензине.

Что касается нашей страны, то последний принятый у нас техрегламент заставляет автовладельцев регистрировать газовое оборудование в машине, что несколько сдерживает рост газифицированного автопарка. Однако, с другой стороны, российское правительство с лета нынешнего года запустило государственную программу льготного субсидирования при переводе бензиновых авто на метан.

Напомним, что в ходе реализации этой программы, владельцу машины вроде как обязаны компенсировать до 90% стоимости установленного газового оборудования. Правда, программа действует не во всех регионах, да и получение самой компенсации потребует определенных моральных и временных затрат, связанных с хождением по инстанциям.

Впрочем, купить автомобиль с метановым ГБО в России уже можно непосредственно с завода (через дилера), однако применительно к легковушкам выбор тут весьма ограничен. Например, сегодня это может быть продукция АВТОВАЗа, например, LADA Largus CNG или Vesta CNG. Кроме того, готовятся к выпуску «газовые» модификации Renaul Logan, и есть сведения, что сейчас «обкатку» проходит заводская газовая версия KIA Rio.

Но, все равно, считают эксперты, этого явно недостаточно. И потом, к сожалению, ценники на заводские версии не радуют. Так, например, Vesta с фирменным ГБО стоит почти на 180 000 рублей дороже бензинового аналога.

Хитрости при замене моторного масла, о которых мало, кто знает

Как быстрее всего зарядить сильно разряженный аккумулятор в машине

Еще одно важное преимущество газа — экологичность. Сгорание газа оказывается значительно более чистым, значит и двигатель всегда в чистоте. При этом износ его деталей снижается раза в полтора и, стало быть, ресурс увеличивается примерно на столько же. Уменьшается нагрузка на катализатор, чище выхлоп и, соответственно, воздух на улицах. В общем, плюсы в части экологии и экономии значительные, однако достигнуты они могут быть лишь при соблюдении ряда условий.

Первое — это повышенный контроль за температурой движка. Дело в том, что газ при сгорании выделяет несколько меньше энергии, чем бензин. Значит, его расход будет на 7—10% больше, при тех же нагрузках. А вот температура в цилиндрах при сгорании газа выше, чем при горении бензина.

Это приводит к большему нагреву седел клапанов, самих клапанов и головки блока. Что на двигателях старой классической конструкции зачастую вызывало трещины в тарелках клапанов, «выгорание» седел и повреждения верхней части цилиндров. На современных моторах используются более термостойкие материалы, и такие проблемы хотя и сведены до минимума, но до сих пор полностью не изжиты.

Второй момент — выбор моторного масла. Долгое время считалось, что двигатели, переоборудованные под газ, не нуждаются в специальных маслах. Но современный очищенный газ содержит малое количество серы, влияющей на скорость старения моторного масла. А стало быть, нет необходимости в нейтрализации большого количества агрессивных веществ, образующихся в процессе сгорания.

Для таких случаев подходят масла с низкой щелочностью, а бонусом является то, что низкощелочные масла обладают еще и малой зольностью. То есть дают малое количество абразивных частиц при сгорании и дополнительно уменьшают износ двигателя.

Поэтому для двигателя, переоборудованного под газ, прекрасно подходят масла классов Low SAPS&Mid SAPS, изготовленные на базе термически устойчивого современного гидрокрекинга (НС-синтетические). К таковым, например, следует отнести современные продукты линейки Тор Тес, выпускаемые фирмой Liqui Moly. Они уже поставляются и в Россию, а на их «газовую» спецификацию указывает специальный стикер CNG/LPG.

Готовим машину к зиме: какие расходники надо поменять в первую очередь и не разориться

5 «дырочек» в автомобиле, которые обязательно нужно смазать перед наступлением холодов

Следующий момент — бензин. Именно на нем производится запуск и прогрев двигателя, после чего ГБО переключается на газ. Иначе говоря, бензин расходуется крайне медленно, отчего он застаивается в форсунках, топливной рампе и в баке. В итоге там создаются условия для термической деградации горючего с образованием смол и шламов, а в баке и вовсе может произойти расслоение топлива.

Чтобы не допускать этого, следует регулярно пользоваться очистителями системы впрыска, а в бак добавлять присадку, препятствующую расслоению горючего. Такими средствами, например, могут служить очиститель инжектора Langzeit Injection Reiniger, а также стабилизатор бензина от уже упомянутой выше Liqui Moly.

Наконец, еще один важный нюанс — утечки газа, отчего любой автовладелец сразу же впадает в беспокойство. Проблема эта решаема, главное тут — понять, откуда именно идет утечка. А быстро определить место дефекта поможет спрей Leck-Such-Spray. Выяснив это, водитель может сам подтянуть нужные соединения и ликвидировать утечку. Поэтому такой баллончик надо обязательно иметь в багажнике любого «газового» авто.

Газовый двигатель

Газовый двигатель работает по тепловому циклу Отто, когда теплота подводится к рабочему телу при постоянном объёме. Отличие от бензиновых двигателей, работающих по этому циклу — более высокая степень сжатия (около 17-ти). Объясняется это тем, что используемые газы имеют более высокое октановое число, чем бензин.

В 1930-е—1940-е годы в связи с нехваткой бензина широкое распространение получили газогенераторные автомобили. На автомобиль устанавливался Газогенератор, из древесных чурок производился генераторный газ. В связи с низкой калорийностью газа (состав: окись углерода и водород) эти типы двигателей ушли в прошлое.

Как правило, газовые двигатели редко выпускаются серийно, за исключением применения их для специализированных задач в науке и технике.

Для работы на транспорте используются газовые двигатели, переоборудованные из традиционных бензиновых, а с недавнего времени — после развития в Европе соответствующих технологий — и из традиционных дизельных.

По причине более высокой степени сжатия дизельные двигатели более полно раскрывают потенциал газового двигателя по сравнению с бензиновыми «собратьями». Однако, переоборудование дизелей под использование газа имеет свои особенности. По причине того, что газ не воспламеняется, подобно дизельному топливу, при увеличении давления в цилиндре на такте сжатия, необходимо дооборудование дизелей системой зажигания (подобно бензиновым вариантам), либо использование в топливо-воздушной смеси части дизельного топлива в виде т. н. «запальной дозы» (от 30 до 50 % от всего количества топлива). В остальном, применение газа на дизельных двигателях все больше приобретает популярность, и обещает в ближайшие годы получить широкое распространение, как в виде газовых двигателей в «чистом виде», так и в универсальных газодизелях.

В целом, переоборудование двигателей внутреннего сгорания на транспорте под газовый двигатель существенно экономит средства их владельцам по причине более низкой отпускной цены на такой вид топлива.

Устройство и принцип работы газобалонного автомобиля

На автомобиле сжиженная пропан—бутановая смесь находится в стальных цельнотянутых (без сварных швов) баллонах, установленных на раме, под полом салона автобуса или в багажнике легкового автомобиля. Сжиженный газ находится в баллоне под давлением 16 атмосфер (балон рассчитан на максимальное давление 25 атмосфер).

Баллоны для сжиженного газа имеют унифицированный заправочный вентиль, предохранительный клапан (стравливает газ при высоком давлении, например при перегреве баллона), также имеется пробка из легкоплавкого сплава (не допустить взрыва баллона при пожаре, сбросить газ в атмосферу, чтобы он просто сгорел) вентиль контроля наполнения (баллон заполняется жидкой фазой только на 90 %, 10 % должна составлять паровая подушка) и два расходных вентиля — отбор в двигатель паровой фазы при запуске холодного двигателя и отбор жидкого топлива на прогретом двигателе. В баллоне установлен датчик уровня, устроенный аналогично датчику уровня в бензобаке (поплавок на рычаге и переменный резистор).

Баллоны для сжатого природного газа находятся на раме, под полом салона автобуса или на его крыше (на легковых автомобилях сжатый газ не применяется — очень мало места для громоздких и тяжёлых баллонов). Сжатый метан находится под давлением до 150 атмосфер. Несколько баллонов объединены в общую магистраль, имеется общий заправочный вентиль, каждый баллон также имеет собственный вентиль.

Газ из общей магистрали поступает в испаритель (подогреватель) — теплообменник, включен в систему жидкостного охлаждения, после прогрева двигателя газ подогревается (сжиженный газ испаряется) до температуры ≈75 °C. Далее газ проходит через магистральный фильтр.

Затем газ поступает в двухступенчатый газовый редуктор, где его давление снижается до рабочего.

Далее, газ поступает в смеситель (или в карбюратор-смеситель или в смесительную проставку под штатным карбюратором, определяется конструкцией топливной аппаратуры). Смесители устроены аналогично карбюраторам, имеют дроссельную и воздушную заслонку, систему холостого хода, систему работы на полной мощности и др.

Двигатели разделяются на:

  • специальные (или модифицированные), предназначенные только для работы на газе, бензин используется краткосрочно при неисправности газовой аппаратуры, когда нет возможности произвести ремонт на месте;
  • универсальные, рассчитанные на длительную работу как на газе, так и на бензине.

Бензобак и топливный насос на автомобилях с газовыми двигателями сохраняются.

В холодное время года запуск двигателя, работающего на сжиженном газе производится путём отбора паровой фазы, после прогрева испарителя происходит переключение на жидкую фазу.

Жми на газ

Как в России развиваются силовые установки на альтернативном топливе

Последние несколько лет в России и за рубежом все большей популярностью пользуются автономные электростанции с газопоршневыми двигателями. Такие установки просты в обслуживании и расходуют меньше топлива, чем традиционные дизельные агрегаты. Кроме того, на основе газопоршневого двигателя можно собрать комбинированную станцию, одновременно вырабатывающую тепло и электричество. О том, чем газопоршневая установка отличается от бензинового или дизельного двигателя и можно ли ее поставить на обыкновенный автомобиль, мы поговорили с разработчиками из «Трансмашхолдинга», генерального партнера фестиваля «Политех 360». На наши вопросы отвечали Александр Терехин — руководитель управления по развитию дизелестроения АО «Трансмашхолдинг» и Игорь Овчинников — руководитель проектов по развитию дизелестроения АО «Трансмашхолдинг».

N + 1: В составе каких установок используются газопоршневые двигатели и зачем?

Газопоршневые двигатели используются в силовых установках практически всех применений: стационарные двигатель-генераторы и электростанции, локомотивные, автомобильные, транспортно-технологические (для тракторов, карьерной техники) и другие.

Запасы природного газа в нашей стране и в мире существенно превышают запасы жидкого углеводородного топлива всех видов. Естественно, и стоимость газового топлива существенно ниже, чем у жидкого углеводородного. В нашей стране многие поколения смогут пользоваться этим видом топлива.

На чем работают такие двигатели?

Для них используется газовое топливо двух видов. Во-первых, это природный газ (в нем большая часть метана), который мы сжигаем, в частности, у себя на кухне. И, во-вторых, нефтяной газ, получаемый при переработке нефти (в нем большая часть пропана и бутана). Именно последний в сжиженном состоянии в большей степени используется в качестве моторного топлива для автомобилей или в баллонах для газовых дачных плит.

Промышленные двигатели, двигатели грузовых автомобилей и автобусов по большей части используют природный сжатый или сжиженный газ. В последнее время появились предложения по переоборудованию легковых автомобилей для использования природного газа.

А чем вообще такой двигатель отличается от двигателя внутреннего сгорания?

Газопоршневой двигатель — тот же двигатель внутреннего сгорания, но с некоторыми конструктивными особенностями, касающимися применения другого вида топлива.

В первую очередь, на конечном изделии (автомобиле, тепловозе и прочем) должны быть смонтированы система хранения газа и газовое оборудование для изменения параметров газа (давление, температура) и подачи его к двигателю.

Изменения в самом двигателе можно разделить на две части. Те, что относятся к первой из них, носят конструктивный характер и касаются изменения степени сжатия, конструкции деталей цилиндро-поршневой группы, настроек воздухоснабжения и турбокомпрессора и других элементов. Вторые связаны с оборудованием двигателя устройствами подачи газа во впускной коллектор или камеру сгорания.

Можно ли поставить газопоршневой двигатель на обычный автомобиль?

Можно. Многие ставят и с успехом ездят. Такие решения используются в автомобилях, тракторах, на локомотивах, коммерческих судах малого дедвейта и других транспортных средствах.

Трансмашхолдинг и газовые двигатели

В 2013 году на заводе Трансмашхолдинга в Брянске был выпущен маневровый тепловоз ТЭМ19. Это первый в мире тепловоз, чей поршневой двигатель работает на природном газе, автономный запас которого хранится в жидком виде, в криогенной емкости.

В настоящее время ТМХ приступил к проекту создания нового газового маневрового тепловоза ТЭМ29 повышенной мощности. В основу его конструкции будет заложен принцип модульности основного оборудования. Он нацелен на снижение затрат привлекаемых ресурсов при проведении технического обслуживания и ремонта в процессе эксплуатации благодаря использованию агрегатированного ремонта.

На своем предприятии в Коломне ТМХ реализует ряд проектов с использованием альтернативных видов топлива, осваивает производство принципиально нового вида продукции — газовых моторов, предназначенных для выработки электрической и тепловой энергии в электростанциях базового, резервного и аварийного назначения.

В настоящее время на Коломенском заводе в стадии создания находится газовый двигатель-генератор 9ГМГ для маневрового тепловоза ТЭМ29.

Двигатели, создаваемые на Коломенском заводе ТМХ, будут использовать в качестве основного топлива дизельное топливо, природный топливный или нефтяной попутный газ, а также сырую нефть в мощностном диапазоне от 1000 до 3500 киловатт.

ТМХ также намерен разработать газовые модификации новых дизелей, созданных при реализации подпрограммы развития дизелестроения ФЦП «Национальная технологическая база».

А почему эти двигатели не используются повсеместно?

Просто исторически сложилось так, что в качестве моторного топлива в основном используются разные виды жидкого углеводородного топлива. Под них создана широкая инфраструктура. Соответственно, для расширения использования газа необходимо расширить инфраструктуру, связанную с его доставкой к месту заправки и, в конечном итоге, к месту сжигания. Этим сейчас активно занимаются.

На настоящий момент наиболее перспективным для эксплуатации локомотивов, работающих на газомоторном топливе, является неэлектрифицированный северный полигон Свердловской железной дороги. В этом регионе имеются все необходимые условия: равнинный профиль, большие объемы грузов, наличие дешевого природного газа, а также производственные мощности, на базе которых можно развернуть производство сжиженного природного газа.

Вообще же применение газа в качестве моторного топлива на всех видах транспорта и создание отечественной газовой транспортной и стационарной техники имеют сегодня большое значение для обновления парка подвижного состава, который должен отвечать международным стандартам безопасности, экологичности и надежности.

По какой причине их часто используют в составе небольших электростанций?

Это выгодно и экономично. Важными вопросами для владельца станции являются расход топлива и эксплуатационные затраты. У газопоршневой установки удельный расход топлива на выработанный киловатт в час при любом нагрузочном режиме меньше, чем у газотурбинной. Это объясняется тем, что КПД поршневых машин составляет 36-45 процентов, а у турбин — лишь 25-34 процентов.

Основное преимущество газопоршневых двигателей перед дизельными — более дешевое топливо. Даже при использовании в качестве резервного топлива газовой смеси пропан-бутан стоимость единицы электрической энергии, произведенной на газопоршневой установке, в 1,3 раза меньше, чем на дизельной.

Для эксплуатации и технического обслуживания газопоршневого агрегата, в отличие от газотурбинного, не требуются высококвалифицированные инженерные кадры. Регламентное обслуживание, промежуточные и капитальные ремонты газопоршневого двигателя могут быть проведены на месте эксплуатации без перемещения агрегата на площадку завода-изготовителя или специализированного предприятия.

Чем обусловлен рост популярности газопоршневых установок в последнее время, при том что сама технология существует уже давно?

Анализ рынка потребителей электрической и тепловой энергии выявил, что около 30 процентов потребителей не нуждаются в десятках и сотнях мегаватт мощности и, следовательно, в обязательном централизованном энергоснабжении, общие потери которого при транспортировке по сетям до потребителя составляют до 25–30 процентов.

Кроме того, пользователей не устраивает высокая цена на подключение к централизованным сетям, и вообще либерализация энергетического рынка в России привела к кризису в эксплуатации крупных систем централизованного энергоснабжения.

Газопоршневые же технологии хорошо подходят для малой энергетики, очень эффективно реализуют концепции «экономной» энергетики с минимальными потерями вырабатываемой тепловой и электрической энергии. Локальные автономные децентрализованные источники комбинированного производства электроэнергии и тепла на базе газопоршневых установок обладают высоким КПД, полностью независимы от региональных энергосетей, а следовательно, и от роста тарифов, надежны, не требуют затрат для строительства подводящих и распределительных сетей.

Газопоршневые двигатели возможно объединять последовательно. Что дает такое объединение по сравнению с раздельным использованием установок?

Объединять в «батареи» можно не только газопоршневые двигатели, но и дизельные. Все зависит от особенностей и требований к стационарной электростанции. В частности, очень часто отдельные модули можно доставить к месту монтажа и эксплуатации только вертолетом. Но есть специальные электростанции, основным требованием к которым является максимально возможная мощность в одном агрегате.

Беседовал Василий Сычёв

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

голоса
Рейтинг статьи
Читать еще:  Что означает мощность двигателя квт
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector