ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ
UDC 62l.43.052
ΤΕΧΝΙΚΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΑΛΛΑΓΗΣ ΛΟΓΟΥ ΣΥΜΠΙΕΣΗΣ ΠΛΗΡΗΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΠΟΥ ΛΕΙΤΟΥΡΓΕΙ ΜΕ ΦΥΣΙΚΟ ΑΕΡΙΟ
F.I. Abramchuk, καθηγητής, διδάκτωρ τεχνικών επιστημών, A.N. Kabanov, αναπληρωτής καθηγητής, υποψήφιος τεχνικών επιστημών,
Ο Α.Π. Kuzmenko, μεταπτυχιακός φοιτητής, KhNADU
Σχόλιο. Παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της τεχνικής υλοποίησης της αλλαγής της σχέσης συμπίεσης στον κινητήρα MeMZ-307, ο οποίος μετατράπηκε σε λειτουργία με φυσικό αέριο.
Λέξεις κλειδιά: αναλογία συμπίεσης, κινητήρας αυτοκινήτου, φυσικό αέριο.
ΤΕΧΝΙΚΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΤΑΔΙΟΥ ΣΥΜΠΙΕΣΗΣ ΑΛΛΑΓΗ ΜΙΚΡΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ,
ΤΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΕΙ ΣΤΟ ΦΥΣΙΚΟ ΑΕΡΙΟ;
F.I. Abramchuk, καθηγητής, διδάκτωρ τεχνικών επιστημών, O.M. Kabanov, αναπληρωτής καθηγητής, υποψήφιος τεχνικών επιστημών,
Ο Α.Π. Kuzmenko, μεταπτυχιακός φοιτητής, KhNADU
Αφηρημένη. Έχουν αναφερθεί τα αποτελέσματα της τεχνικής υλοποίησης της αλλαγής του σταδίου συμπίεσης του κινητήρα MeMZ-307 και του επανεξοπλισμού για λειτουργία με φυσικό αέριο.
Λέξεις κλειδιά: στάδιο συμπίεσης, κινητήρας αυτοκινήτου, φυσικό αέριο.
ΤΕΧΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΤΟΠΟΙΗΣΗ ΠΑΡΑΛΛΑΓΗΣ ΛΟΓΟΥ ΣΥΜΠΙΕΣΗΣ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ ΜΙΚΡΟΥ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ ΜΕ ΦΥΣΙΚΟ ΑΕΡΙΟ
F. Abramchuk, Καθηγητής, Διδάκτωρ Τεχνικής Επιστήμης, A. Kabanov, Αναπληρωτής Καθηγητής, Διδάκτωρ Τεχνικής Επιστήμης, A. Kuzmenko, μεταπτυχιακός, KhNAHU
Αφηρημένη. Δίνονται τα αποτελέσματα της τεχνικής εφαρμογής της μεταβολής του λόγου συμπίεσης του κινητήρα MeMZ-3Q7 που μετατράπηκε για λειτουργία φυσικού αερίου.
Λέξεις κλειδιά: αναλογία συμπίεσης, κινητήρας αυτοκινήτων, φυσικό αέριο.
Εισαγωγή
Η δημιουργία και η επιτυχής λειτουργία κινητήρων καθαρού αερίου που λειτουργούν με φυσικό αέριο εξαρτάται από τη σωστή επιλογή των κύριων παραμέτρων της διαδικασίας λειτουργίας που καθορίζουν τα τεχνικά, οικονομικά και περιβαλλοντικά χαρακτηριστικά τους. Πρώτα απ 'όλα, αυτό αφορά την επιλογή της αναλογίας συμπίεσης.
Το φυσικό αέριο, με υψηλό αριθμό οκτανίων (110-130), σας επιτρέπει να αυξήσετε την αναλογία συμπίεσης. Μέγιστη τιμή πτυχίου
Η συμπίεση που εξαλείφει την έκρηξη μπορεί να επιλεγεί, με μια πρώτη προσέγγιση, με υπολογισμό. Ωστόσο, είναι δυνατή μόνο πειραματικά η επαλήθευση και η αποσαφήνιση των υπολογισμένων δεδομένων.
Ανάλυση δημοσιεύσεων
Στην εργασία κατά τη μετατροπή του βενζινοκινητήρα (Vh = 1 l) του αυτοκινήτου VW POLO σε φυσικό αέριο, το σχήμα της επιφάνειας πυροδότησης του εμβόλου απλοποιήθηκε. Η μείωση του όγκου του θαλάμου συμπίεσης οδήγησε σε αύξηση του λόγου συμπίεσης από 10,7 σε 13,5.
Στον κινητήρα D21A, το έμβολο υποβλήθηκε σε περαιτέρω επεξεργασία για να μειωθεί ο λόγος συμπίεσης από 16,5 σε 9,5. Ο ημισφαιρικός θάλαμος καύσης για έναν κινητήρα ντίζελ έχει τροποποιηθεί για να ταιριάζει στη διαδικασία εργασίας ενός κινητήρα αερίου με ανάφλεξη με σπινθήρα.
Κατά τη μετατροπή του κινητήρα ντίζελ YaMZ-236 σε κινητήρα αερίου, ο λόγος συμπίεσης μειώθηκε επίσης από 16,2 σε 12 λόγω πρόσθετης επεξεργασίας του εμβόλου.
Δήλωση στόχου και προβλήματος
Σκοπός της εργασίας είναι η ανάπτυξη του σχεδιασμού τμημάτων του θαλάμου καύσης του κινητήρα MeMZ-307, επιτρέποντας την παροχή αναλογίας συμπίεσης e = 12 και e = 14 για πειραματικές μελέτες.
Επιλέγοντας μια προσέγγιση για την αλλαγή του λόγου συμπίεσης
Για έναν βενζινοκινητήρα μικρού κυβισμού που μετατρέπεται σε αέριο, μια αλλαγή στη σχέση συμπίεσης σημαίνει αύξηση σε σύγκριση με τον βασικό κινητήρα εσωτερικής καύσης. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να ολοκληρώσετε αυτήν την εργασία.
Στην ιδανική περίπτωση, είναι επιθυμητό να εγκαταστήσετε ένα σύστημα για την αλλαγή της αναλογίας συμπίεσης στον κινητήρα, επιτρέποντας την εκτέλεση αυτής της εργασίας σε πραγματικό χρόνο, μεταξύ άλλων χωρίς διακοπή της λειτουργίας του κινητήρα. Ωστόσο, τέτοια συστήματα είναι πολύ ακριβά και πολύπλοκα σε σχεδιασμό και λειτουργία, απαιτούν σημαντικές αλλαγές στη σχεδίαση και αποτελούν επίσης στοιχείο αναξιοπιστίας του κινητήρα.
Ο λόγος συμπίεσης μπορεί επίσης να αλλάξει αυξάνοντας τον αριθμό ή το πάχος των παρεμβυσμάτων μεταξύ της κεφαλής και του μπλοκ κυλίνδρων. Αυτή η μέθοδος είναι φθηνή, αλλά αυξάνει την πιθανότητα καύσης των παρεμβυσμάτων εάν διαταραχθεί η κανονική διαδικασία καύσης καυσίμου. Επιπλέον, αυτή η μέθοδος ρύθμισης του λόγου συμπίεσης χαρακτηρίζεται από χαμηλή ακρίβεια, καθώς η τιμή του e θα εξαρτηθεί από τη δύναμη σύσφιξης των παξιμαδιών στα μπουλόνια της κυλινδροκεφαλής και την ποιότητα των παρεμβυσμάτων. Τις περισσότερες φορές, αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται για τη μείωση του λόγου συμπίεσης.
Η χρήση επενδύσεων εμβόλου είναι τεχνικά δύσκολη, καθώς το πρόβλημα προκύπτει από την αξιόπιστη στερέωση μιας σχετικά λεπτής επένδυσης (περίπου 1 mm) στο έμβολο και την αξιόπιστη λειτουργία αυτής της στερέωσης υπό συνθήκες θαλάμου καύσης.
Η καλύτερη επιλογή είναι η κατασκευή σετ εμβόλων, καθένα από τα οποία παρέχει μια δεδομένη αναλογία συμπίεσης. Αυτή η μέθοδος απαιτεί μερική αποσυναρμολόγηση του κινητήρα για αλλαγή της σχέσης συμπίεσης, αλλά παρέχει αρκετά υψηλή ακρίβεια της τιμής του e στο πείραμα και αξιόπιστη λειτουργία του κινητήρα με αλλαγμένο λόγο συμπίεσης (η αντοχή και η αξιοπιστία των δομικών στοιχείων του κινητήρα είναι δεν μειώνεται). Επιπλέον, αυτή η μέθοδος είναι σχετικά φθηνή.
Αποτελέσματα έρευνας
Η ουσία του έργου ήταν να χρησιμοποιηθούν οι θετικές ιδιότητες του φυσικού αερίου (υψηλός αριθμός οκτανίων) και οι ιδιαιτερότητες του σχηματισμού μείγματος για να αντισταθμιστεί η απώλεια ισχύος όταν ο κινητήρας λειτουργεί με αυτό το καύσιμο. Για να ολοκληρωθεί η εργασία, αποφασίστηκε να αλλάξει η αναλογία συμπίεσης.
Σύμφωνα με το πειραματικό σχέδιο, ο λόγος συμπίεσης πρέπει να κυμαίνεται από e = 9,8 (τυπικός εξοπλισμός) έως e = 14. Συνιστάται να επιλέξετε μια ενδιάμεση τιμή του λόγου συμπίεσης e = 12 (ως ο αριθμητικός μέσος όρος των ακραίων τιμών του ε). Εάν είναι απαραίτητο, είναι δυνατή η κατασκευή σετ εμβόλων που παρέχουν άλλες ενδιάμεσες αναλογίες συμπίεσης.
Για την τεχνική υλοποίηση των ενδεικνυόμενων αναλογιών συμπίεσης, πραγματοποιήθηκαν υπολογισμοί, σχεδιαστικές εξελίξεις και πειραματικά επαληθευμένοι όγκοι θαλάμων συμπίεσης με τη μέθοδο έκχυσης. Τα αποτελέσματα της έκπλυσης φαίνονται στους πίνακες 1 και 2.
Πίνακας 1 Αποτελέσματα έκπλυσης του θαλάμου καύσης στην κυλινδροκεφαλή
1 κύλ. 2 κυλ. 3 κυλ. 4 κύλινδρο.
22,78 22,81 22,79 22,79
Πίνακας 2 Αποτελέσματα έκπλυσης του θαλάμου καύσης στα έμβολα (έμβολο τοποθετημένο στον κύλινδρο)
1 κύλ. 2 κυλ. 3 κυλ. 4 κύλινδρο.
9,7 9,68 9,71 9,69
Το συμπιεσμένο πάχος της φλάντζας είναι 1 mm. Η εσοχή του εμβόλου σε σχέση με το επίπεδο του μπλοκ κυλίνδρων είναι 0,5 mm, η οποία καθορίστηκε με μετρήσεις.
Συνεπώς, ο όγκος του θαλάμου καύσης V θα αποτελείται από τον όγκο στην κυλινδροκεφαλή V, τον όγκο στο έμβολο V και τον όγκο του διακένου μεταξύ του εμβόλου και της κυλινδροκεφαλής (η βύθιση του εμβόλου σε σχέση με το επίπεδο μπλοκ κυλίνδρων + πάχος φλάντζας) V = 6,6 cm3.
Us = 22,79 + 9,7 + 4,4 = 36,89 (cm3).
Λήφθηκε απόφαση να αλλάξει ο λόγος συμπίεσης αλλάζοντας τον όγκο του θαλάμου καύσης αλλάζοντας τη γεωμετρία της κεφαλής του εμβόλου, καθώς αυτή η μέθοδος καθιστά δυνατή την εφαρμογή όλων των παραλλαγών του λόγου συμπίεσης και ταυτόχρονα είναι δυνατή η επιστρέψτε στη σειριακή διαμόρφωση.
Στο Σχ. Το 1 δείχνει τη σειριακή διαμόρφωση των εξαρτημάτων του θαλάμου καύσης με όγκους εμβόλου UP = 7,5 cm3.
Ρύζι. 1. Σειριακή διαμόρφωση εξαρτημάτων θαλάμου καύσης Ус = 36,9 cm3 (е = 9,8)
Για να ληφθεί λόγος συμπίεσης e = 12, αρκεί να εξοπλίσουμε τον θάλαμο καύσης με ένα έμβολο με επίπεδο πυθμένα, στο οποίο γίνονται δύο μικρά δείγματα με συνολικό όγκο
0,1 cm3, εμποδίζοντας τις βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής να συναντήσουν το έμβολο κατά τη διάρκεια
οροφές Στην περίπτωση αυτή, ο όγκος του θαλάμου συμπίεσης είναι ίσος με
Us = 36,9 - 7,4 = 29,5 (cm3).
Σε αυτή την περίπτωση, το διάκενο μεταξύ του εμβόλου και της κυλινδροκεφαλής παραμένει 8 = 1,5 mm. Ο σχεδιασμός του θαλάμου καύσης, παρέχοντας є = 12, φαίνεται στο Σχ. 2.
Ρύζι. 2. Πλήρες σύνολο εξαρτημάτων για τον θάλαμο καύσης ενός κινητήρα αερίου για να ληφθεί λόγος συμπίεσης є = 12 (Uc = 29,5 m3)
Είναι αποδεκτό να πραγματοποιηθεί ο λόγος συμπίεσης є = 14 αυξάνοντας το ύψος του εμβόλου με επίπεδο πυθμένα κατά I = 1 mm. Σε αυτή την περίπτωση, το έμβολο έχει επίσης δύο ανοίγματα βαλβίδων συνολικού όγκου 0,2 cm3. Ο όγκος του θαλάμου συμπίεσης μειώνεται κατά
DU = - ΚΑΙ = . 0,1 = 4,42 (cm3).
Αυτή η διαμόρφωση των μερών του θαλάμου καύσης δίνει τον όγκο
Us = 29,4 - 4,22 = 25,18 (cm3).
Στο Σχ. Το σχήμα 3 δείχνει τη διαμόρφωση του θαλάμου καύσης, παρέχοντας λόγο συμπίεσης є = 13,9.
Το κενό μεταξύ της επιφάνειας πυροδότησης του εμβόλου και της κυλινδροκεφαλής είναι 0,5 mm, το οποίο είναι αρκετό για την κανονική λειτουργία των εξαρτημάτων.
Ρύζι. 3. Πλήρες σετ εξαρτημάτων για τον θάλαμο καύσης κινητήρα αερίου με e = 13,9 (Uc = 25,18 cm3)
1. Η απλοποίηση του γεωμετρικού σχήματος της επιφάνειας πυροδότησης του εμβόλου (επίπεδη κεφαλή με δύο μικρές εσοχές) επέτρεψε την αύξηση του λόγου συμπίεσης από 9,8 σε 12.
2. Μείωση του διακένου στα 5 = 0,5 mm μεταξύ της κυλινδροκεφαλής και του εμβόλου στο TDC και απλοποίηση του γεωμετρικού σχήματος της επιφάνειας πυροδότησης
Η επιφάνεια του εμβόλου επέτρεψε την αύξηση є σε 13,9 μονάδες.
Βιβλιογραφία
1. Βασισμένο σε υλικό από τον ιστότοπο: www.empa.ch
2. Bgantsev V.N. Βάση κινητήρα αερίου
τετράχρονος κινητήρας ντίζελ γενικής χρήσης / V.N. Bgantsev, A.M. Λεβτέροφ,
B.P. Marakhovsky // Κόσμος τεχνολογίας και τεχνολογίας. - 2003. - Νο. 10. - σελ. 74-75.
3. Zakharchuk V.I. Rozrakhunkovo-πείραμα-
περαιτέρω διερεύνηση κινητήρα αερίου που μετατράπηκε από κινητήρα ντίζελ / V.I. Zakharchuk, O.V. Sitovsky, I.S. Kozachuk // Μεταφορά αυτοκινήτου: συλλογή. επιστημονικός tr. -Χάρκοβο: KHNADU. - 2005. - Τεύχος. 16. -
4. Bogomolov V.A. Χαρακτηριστικά σχεδίου
πειραματική εγκατάσταση για διεξαγωγή έρευνας σε κινητήρα αερίου 64 13/14 με ανάφλεξη με σπινθήρα / V.A. Bogomolov, F.I. Abramchuk, V.M. Ma-noilo και άλλοι // Δελτίο KhNADU: συλλογή. επιστημονικός tr. - Χάρκοβο: KHNADU. -2007. - Νο. 37. - Σελ. 43-47.
Κριτής: M. A. Podrigalo, καθηγητής, διδάκτωρ τεχνικών επιστημών, KhNADU.
Evgeniy Konstantinov
Ενώ η βενζίνη και το ντίζελ γίνονται αναπόφευκτα πιο ακριβά και όλα τα είδη εναλλακτικών σταθμών παραγωγής ενέργειας για οχήματα παραμένουν τρομερά μακριά από τους ανθρώπους, χάνοντας από τους παραδοσιακούς κινητήρες εσωτερικής καύσης σε τιμή, αυτονομία και κόστος λειτουργίας, ο πιο ρεαλιστικός τρόπος εξοικονόμησης στον ανεφοδιασμό είναι για να αλλάξετε το αυτοκίνητο σε μια «δίαιτα αερίου». Με την πρώτη ματιά, αυτό είναι ωφέλιμο: το κόστος του εκ νέου εξοπλισμού του αυτοκινήτου αποδίδει σύντομα λόγω της διαφοράς στην τιμή των καυσίμων, ειδικά για τακτικές εμπορικές και επιβατικές μεταφορές. Δεν είναι αδικαιολόγητο ότι στη Μόσχα και σε πολλές άλλες πόλεις ένα σημαντικό μερίδιο των δημοτικών οχημάτων έχει από καιρό στραφεί στο φυσικό αέριο. Εδώ όμως τίθεται ένα λογικό ερώτημα: γιατί τότε το μερίδιο των οχημάτων με κυλίνδρους αερίου στη ροή της κυκλοφορίας τόσο στη χώρα μας όσο και στο εξωτερικό δεν ξεπερνά το πολύ τοις εκατό; Ποια είναι η άλλη πλευρά ενός κυλίνδρου αερίου;
Επιστήμη και ζωή // Εικονογραφήσεις
Οι προειδοποιητικές πινακίδες στα πρατήρια καυσίμων εγκαθίστανται για έναν λόγο: κάθε σύνδεση ενός αγωγού αερίου διεργασίας είναι μια πιθανή τοποθεσία για διαρροές εύφλεκτου αερίου.
Οι κύλινδροι για υγροποιημένο αέριο είναι ελαφρύτεροι, φθηνότεροι και πιο ποικίλοι σε σχήμα από ό,τι για το συμπιεσμένο αέριο, και επομένως είναι ευκολότερο να τακτοποιήσουν με βάση τον ελεύθερο χώρο στο αυτοκίνητο και το απαιτούμενο απόθεμα ισχύος.
Σημειώστε τη διαφορά τιμής μεταξύ υγρών και αερίων καυσίμων.
Κύλινδροι με συμπιεσμένο μεθάνιο στο πίσω μέρος μιας τέντας Gazelle.
Ο μειωτής εξατμιστή σε ένα σύστημα προπανίου απαιτεί θέρμανση. Η φωτογραφία δείχνει καθαρά τον εύκαμπτο σωλήνα που συνδέει τον εναλλάκτη υγρού θερμότητας του κιβωτίου ταχυτήτων με το σύστημα ψύξης του κινητήρα.
Σχηματικό διάγραμμα λειτουργίας εξοπλισμού αερίου σε κινητήρα καρμπυρατέρ.
Διάγραμμα λειτουργίας εξοπλισμού υγροποιημένου αερίου χωρίς μετατροπή του σε αέρια φάση σε κινητήρα εσωτερικής καύσης με κατανεμημένη έγχυση.
Το προπάνιο-βουτάνιο αποθηκεύεται και μεταφέρεται σε δεξαμενές (στη φωτογραφία - πίσω από την μπλε πύλη). Χάρη σε αυτήν την κινητικότητα, το βενζινάδικο μπορεί να τοποθετηθεί σε οποιοδήποτε βολικό μέρος και, εάν είναι απαραίτητο, να μετακινηθεί γρήγορα σε άλλο.
Όχι μόνο τα αυτοκίνητα, αλλά και οι κύλινδροι οικιακής χρήσης ανεφοδιάζονται σε μια αντλία προπανίου.
Ο διανομέας υγροποιημένου αερίου φαίνεται διαφορετικός από τον διανομέα βενζίνης, αλλά η διαδικασία ανεφοδιασμού είναι παρόμοια. Η ποσότητα του καυσίμου που προστίθεται μετριέται σε λίτρα.
Η έννοια του «αερίου καυσίμου αυτοκινήτου» περιλαμβάνει δύο εντελώς διαφορετικά μείγματα στη σύνθεση: φυσικό αέριο, στο οποίο έως και 98% είναι μεθάνιο, και προπάνιο-βουτάνιο που παράγεται από σχετικό αέριο πετρελαίου. Εκτός από την άνευ όρων αναφλεξιμότητα, έχουν επίσης κοινό χαρακτηριστικό την κατάσταση συσσώρευσής τους σε ατμοσφαιρική πίεση και θερμοκρασίες άνετες για ζωή. Ωστόσο, σε χαμηλές θερμοκρασίες, οι φυσικές ιδιότητες αυτών των δύο ομάδων ελαφρών υδρογονανθράκων είναι πολύ διαφορετικές. Εξαιτίας αυτού, απαιτούν εντελώς διαφορετικό εξοπλισμό για αποθήκευση επί του σκάφους και παροχή στον κινητήρα και κατά τη λειτουργία, τα αυτοκίνητα με διαφορετικά συστήματα παροχής αερίου έχουν αρκετές σημαντικές διαφορές.
Υγροποιημένο αέριο
Το μείγμα προπανίου-βουτανίου είναι πολύ γνωστό στους τουρίστες και τους καλοκαιρινούς κατοίκους: είναι αυτό που γεμίζεται σε φιάλες αερίου οικιακής χρήσης. Αποτελεί επίσης το μεγαλύτερο μέρος του φυσικού αερίου που σπαταλάται στις φωτοβολίδες των επιχειρήσεων παραγωγής και επεξεργασίας πετρελαίου. Η αναλογική σύνθεση του μείγματος καυσίμου προπανίου-βουτανίου μπορεί να ποικίλλει. Το θέμα δεν είναι τόσο στην αρχική σύνθεση του πετρελαϊκού αερίου, αλλά στις θερμοκρασιακές ιδιότητες του καυσίμου που προκύπτει. Ως καύσιμο κινητήρα, το καθαρό βουτάνιο (C 4 H 10) είναι καλό από όλες τις απόψεις, εκτός από το ότι μετατρέπεται σε υγρή κατάσταση ήδη στους 0,5 ° C σε ατμοσφαιρική πίεση. Ως εκ τούτου, προστίθεται σε αυτό προπάνιο λιγότερο υψηλής θερμιδικής αξίας, αλλά πιο ανθεκτικό στο κρύο (C 2 H 8) με σημείο βρασμού -43 ° C. Η αναλογία αυτών των αερίων στο μείγμα θέτει το χαμηλότερο όριο θερμοκρασίας για τη χρήση καυσίμου, το οποίο για τον ίδιο λόγο μπορεί να είναι «καλοκαίρι» και «χειμώνας».
Το σχετικά υψηλό σημείο βρασμού του προπανίου-βουτανίου, ακόμη και στη «χειμερινή» έκδοση, του επιτρέπει να αποθηκεύεται σε κυλίνδρους με τη μορφή υγρού: ήδη υπό χαμηλή πίεση περνά στην υγρή φάση. Εξ ου και ένα άλλο όνομα για το καύσιμο προπανίου-βουτανίου - υγροποιημένο αέριο. Αυτό είναι βολικό και οικονομικό: η υψηλή πυκνότητα της υγρής φάσης σας επιτρέπει να χωρέσετε μεγάλη ποσότητα καυσίμου σε μικρό όγκο. Ο ελεύθερος χώρος πάνω από το υγρό στον κύλινδρο καταλαμβάνεται από κορεσμένο ατμό. Καθώς το αέριο καταναλώνεται, η πίεση στον κύλινδρο παραμένει σταθερή μέχρι να αδειάσει. Κατά τον ανεφοδιασμό καυσίμων, οι οδηγοί αυτοκινήτων προπανίου θα πρέπει να γεμίζουν το ρεζερβουάρ έως 90% κατ' ανώτατο όριο, προκειμένου να αφήνουν χώρο στο εσωτερικό για ένα μαξιλάρι ατμού.
Η πίεση στο εσωτερικό του κυλίνδρου εξαρτάται κυρίως από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Σε θερμοκρασίες κάτω από το μηδέν πέφτει κάτω από μια ατμόσφαιρα, αλλά ακόμη και αυτό είναι αρκετό για να διατηρήσει τη λειτουργικότητα του συστήματος. Αλλά με την θέρμανση αυξάνεται ραγδαία. Στους 20°C η πίεση στον κύλινδρο είναι ήδη 3-4 ατμόσφαιρες και στους 50°C φτάνει τις 15-16 ατμόσφαιρες. Για τους περισσότερους κυλίνδρους αερίου αυτοκινήτων, αυτές οι τιμές είναι κοντά στο μέγιστο. Αυτό σημαίνει ότι αν υπερθερμανθεί ένα ζεστό απόγευμα στον ήλιο του νότου, ένα σκοτεινό αυτοκίνητο με κύλινδρο υγραερίου στο σκάφος... Όχι, δεν θα εκραγεί, όπως σε μια ταινία δράσης του Χόλιγουντ, αλλά θα αρχίσει να απελευθερώνει περίσσεια προπάνιο- βουτάνιο στην ατμόσφαιρα μέσω μιας βαλβίδας ασφαλείας σχεδιασμένης ειδικά για μια τέτοια περίπτωση. Μέχρι το βράδυ, όταν κάνει πάλι κρύο, θα υπάρχει αισθητά λιγότερο καύσιμο στον κύλινδρο, αλλά κανείς και τίποτα δεν θα πάθει τίποτα. Είναι αλήθεια ότι, όπως δείχνουν τα στατιστικά, οι μεμονωμένοι λάτρεις της πρόσθετης εξοικονόμησης σε μια βαλβίδα ασφαλείας προσθέτουν κατά καιρούς στο χρονικό των περιστατικών.
Συμπιεσμένο αέριο
Άλλες αρχές αποτελούν τη βάση της λειτουργίας του εξοπλισμού κυλίνδρων αερίου για οχήματα που καταναλώνουν φυσικό αέριο ως καύσιμο, που συνήθως αναφέρεται στην κοινή γλώσσα ως μεθάνιο λόγω του κύριου συστατικού του. Αυτό είναι το ίδιο αέριο που τροφοδοτείται μέσω σωλήνων στα διαμερίσματα της πόλης. Σε αντίθεση με το πετρελαϊκό αέριο, το μεθάνιο (CH 4) έχει χαμηλή πυκνότητα (1,6 φορές ελαφρύτερο από τον αέρα) και το πιο σημαντικό, χαμηλό σημείο βρασμού. Μετατρέπεται σε υγρή κατάσταση μόνο στους -164°C. Η παρουσία ενός μικρού ποσοστού ακαθαρσιών άλλων υδρογονανθράκων στο φυσικό αέριο δεν αλλάζει σημαντικά τις ιδιότητες του καθαρού μεθανίου. Αυτό σημαίνει ότι είναι απίστευτα δύσκολο να μετατραπεί αυτό το αέριο σε υγρό για χρήση σε ένα αυτοκίνητο. Την τελευταία δεκαετία, έχουν γίνει ενεργά εργασίες για τη δημιουργία των λεγόμενων κρυογονικών δεξαμενών, οι οποίες καθιστούν δυνατή την αποθήκευση υγροποιημένου μεθανίου σε ένα αυτοκίνητο σε θερμοκρασίες -150°C και κάτω και πιέσεις έως και 6 ατμόσφαιρες. Δημιουργήθηκαν πρωτότυπα οχημάτων και πρατηρίων καυσίμων για αυτήν την επιλογή καυσίμου. Αλλά μέχρι στιγμής αυτή η τεχνολογία δεν έχει λάβει πρακτική διανομή.
Επομένως, στη συντριπτική πλειονότητα των περιπτώσεων, για χρήση ως καύσιμο κινητήρα, το μεθάνιο απλώς συμπιέζεται, ανεβάζοντας την πίεση στον κύλινδρο στις 200 ατμόσφαιρες. Ως αποτέλεσμα, η αντοχή και, κατά συνέπεια, η μάζα ενός τέτοιου κυλίνδρου θα πρέπει να είναι αισθητά υψηλότερη από ό,τι για ένα προπάνιο. Ναι, και ο ίδιος όγκος συμπιεσμένου αερίου χωράει σημαντικά λιγότερο από το υγροποιημένο αέριο (σε mole). Και αυτό είναι μείωση της αυτονομίας του αυτοκινήτου. Ένα άλλο αρνητικό είναι η τιμή. Το σημαντικά μεγαλύτερο περιθώριο ασφαλείας που ενσωματώνεται στον εξοπλισμό μεθανίου έχει ως αποτέλεσμα το γεγονός ότι η τιμή ενός πλήρους σετ για ένα αυτοκίνητο αποδεικνύεται σχεδόν δέκα φορές υψηλότερη από τον εξοπλισμό προπανίου παρόμοιας κατηγορίας.
Οι κύλινδροι μεθανίου διατίθενται σε τρία μεγέθη, εκ των οποίων μόνο ο μικρότερος, με όγκο 33 λίτρων, μπορεί να τοποθετηθεί σε επιβατικό αυτοκίνητο. Για να εξασφαλιστεί όμως εγγυημένη αυτονομία τριακοσίων χιλιομέτρων, χρειάζονται πέντε τέτοιοι κύλινδροι, συνολικής μάζας 150 κιλών. Είναι σαφές ότι σε μια συμπαγή πόλη δεν έχει νόημα να μεταφέρετε συνεχώς τέτοιο φορτίο αντί για χρήσιμες αποσκευές. Επομένως, υπάρχει λόγος να μετατρέπονται μόνο τα μεγάλα αυτοκίνητα σε μεθάνιο. Πρώτα από όλα, φορτηγά και λεωφορεία.
Με όλα αυτά, το μεθάνιο έχει δύο σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι του πετρελαίου. Πρώτον, είναι ακόμη φθηνότερο και δεν συνδέεται με την τιμή του πετρελαίου. Και δεύτερον, ο εξοπλισμός μεθανίου είναι δομικά ασφαλισμένος έναντι προβλημάτων με τη χειμερινή λειτουργία και επιτρέπει, εάν είναι επιθυμητό, να λειτουργεί χωρίς βενζίνη εντελώς. Στην περίπτωση του προπανίου-βουτανίου, αυτό το κόλπο δεν θα λειτουργήσει στις κλιματικές μας συνθήκες. Στην πραγματικότητα, το αυτοκίνητο θα παραμείνει διπλού καυσίμου. Ο λόγος είναι ακριβώς η υγροποιημένη φύση του αερίου. Πιο συγκεκριμένα, το αέριο ψύχεται απότομα κατά τη διαδικασία της ενεργού εξάτμισης. Ως αποτέλεσμα, η θερμοκρασία στον κύλινδρο και ειδικά στον μειωτήρα αερίου πέφτει σημαντικά. Για να αποφευχθεί το πάγωμα του εξοπλισμού, το κιβώτιο ταχυτήτων θερμαίνεται ενσωματώνοντας έναν εναλλάκτη θερμότητας συνδεδεμένο στο σύστημα ψύξης του κινητήρα. Αλλά για να αρχίσει να λειτουργεί αυτό το σύστημα, το υγρό στη γραμμή πρέπει να προθερμανθεί. Επομένως, συνιστάται η εκκίνηση και η προθέρμανση του κινητήρα σε θερμοκρασία περιβάλλοντος κάτω από 10°C αυστηρά με βενζίνη. Και μόνο τότε, όταν ο κινητήρας φτάσει σε θερμοκρασία λειτουργίας, μεταβείτε στο αέριο. Ωστόσο, τα σύγχρονα ηλεκτρονικά συστήματα αλλάζουν τα πάντα μόνα τους, χωρίς τη βοήθεια του οδηγού, ελέγχοντας αυτόματα τη θερμοκρασία και αποτρέποντας το πάγωμα του εξοπλισμού. Είναι αλήθεια ότι για να διατηρήσετε τη σωστή λειτουργία των ηλεκτρονικών σε αυτά τα συστήματα, δεν μπορείτε να αδειάσετε εντελώς τη δεξαμενή αερίου, ακόμη και σε ζεστό καιρό. Η λειτουργία εκκίνησης αερίου είναι μια κατάσταση έκτακτης ανάγκης για τέτοιο εξοπλισμό και το σύστημα μπορεί να μεταβεί σε αυτήν μόνο σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης.
Ο εξοπλισμός μεθανίου δεν αντιμετωπίζει δυσκολίες με την εκκίνηση του χειμώνα. Αντιθέτως, είναι ακόμα πιο εύκολο να εκκινήσεις τον κινητήρα με αυτό το αέριο σε κρύο καιρό παρά με βενζίνη. Η απουσία υγρής φάσης δεν απαιτεί θέρμανση του μειωτήρα, ο οποίος μειώνει μόνο την πίεση στο σύστημα από 200 ατμόσφαιρες μεταφοράς σε μία ατμόσφαιρα εργασίας.
Τα θαύματα της άμεσης έγχυσης
Το πιο δύσκολο πράγμα για μετατροπή σε αέριο είναι οι σύγχρονοι κινητήρες με άμεσο ψεκασμό καυσίμου στους κυλίνδρους. Ο λόγος είναι ότι οι εγχυτήρες αερίου βρίσκονται παραδοσιακά στην οδό εισαγωγής, όπου ο σχηματισμός μείγματος συμβαίνει σε όλους τους άλλους τύπους κινητήρων εσωτερικής καύσης χωρίς άμεση έγχυση. Αλλά η παρουσία τέτοιων αναιρεί εντελώς τη δυνατότητα προσθήκης ενέργειας φυσικού αερίου τόσο εύκολα και τεχνολογικά. Πρώτον, ιδανικά, το αέριο θα πρέπει επίσης να τροφοδοτείται απευθείας στον κύλινδρο και δεύτερον, και αυτό είναι ακόμα πιο σημαντικό, το υγρό καύσιμο χρησιμεύει για την ψύξη των δικών του μπεκ άμεσου ψεκασμού. Χωρίς αυτό, αποτυγχάνουν πολύ γρήγορα από υπερθέρμανση.
Υπάρχουν επιλογές για την επίλυση αυτού του προβλήματος, τουλάχιστον δύο. Το πρώτο μετατρέπει τον κινητήρα σε κινητήρα διπλού καυσίμου. Εφευρέθηκε πριν από πολύ καιρό, ακόμη και πριν από την εμφάνιση του άμεσου ψεκασμού σε βενζινοκινητήρες, και προτάθηκε για την προσαρμογή των κινητήρων ντίζελ ώστε να λειτουργούν με μεθάνιο. Το αέριο δεν αναφλέγεται λόγω συμπίεσης και ως εκ τούτου το «ανθρακικό ντίζελ» ξεκινά με καύσιμο ντίζελ και συνεχίζει να λειτουργεί σε αυτό με ταχύτητα ρελαντί και ελάχιστο φορτίο. Και μετά μπαίνει το αέριο στο παιχνίδι. Λόγω της παροχής του, η ταχύτητα περιστροφής του στροφαλοφόρου ελέγχεται σε λειτουργίες μέσης και υψηλής ταχύτητας. Για να γίνει αυτό, η αντλία ψεκασμού (αντλία καυσίμου υψηλής πίεσης) περιορίζει την παροχή υγρού καυσίμου στο 25-30% της ονομαστικής τιμής. Το μεθάνιο εισέρχεται στον κινητήρα μέσω της δικής του γραμμής, παρακάμπτοντας την αντλία ψεκασμού. Δεν υπάρχουν προβλήματα με τη λίπανσή του λόγω μείωσης της παροχής καυσίμου ντίζελ στις υψηλές ταχύτητες. Τα μπεκ ντίζελ συνεχίζουν να ψύχονται από το καύσιμο που διέρχεται από αυτά. Είναι αλήθεια ότι το θερμικό φορτίο σε αυτά σε υψηλές ταχύτητες παραμένει ακόμα αυξημένο.
Ένα παρόμοιο σχέδιο τροφοδοσίας άρχισε να χρησιμοποιείται για βενζινοκινητήρες με άμεση έγχυση. Επιπλέον, λειτουργεί με εξοπλισμό τόσο μεθανίου όσο και προπανίου-βουτανίου. Αλλά στην τελευταία περίπτωση, μια εναλλακτική λύση που εμφανίστηκε αρκετά πρόσφατα θεωρείται πιο υποσχόμενη. Όλα ξεκίνησαν με την ιδέα να εγκαταλείψουμε το παραδοσιακό κιβώτιο ταχυτήτων με εξατμιστή και να τροφοδοτήσουμε προπάνιο-βουτάνιο στον κινητήρα υπό πίεση στην υγρή φάση. Τα επόμενα βήματα ήταν η εγκατάλειψη των μπεκ αερίου και η παροχή υγροποιημένου αερίου μέσω τυπικών μπεκ βενζίνης. Στο κύκλωμα προστέθηκε μια ηλεκτρονική μονάδα αντιστοίχισης, η οποία συνδέει μια γραμμή αερίου ή βενζίνης ανάλογα με την κατάσταση. Ταυτόχρονα, το νέο σύστημα έχει χάσει τα παραδοσιακά προβλήματα με τις κρύες εκκινήσεις στο αέριο: χωρίς εξάτμιση - χωρίς ψύξη. Είναι αλήθεια ότι το κόστος εξοπλισμού για κινητήρες με άμεσο ψεκασμό και στις δύο περιπτώσεις είναι τέτοιο που αποδίδει μόνο με πολύ μεγάλα χιλιόμετρα.
Παρεμπιπτόντως, η οικονομική σκοπιμότητα περιορίζει τη χρήση εξοπλισμού αερίου σε κινητήρες ντίζελ. Για λόγους ωφέλειας χρησιμοποιείται μόνο εξοπλισμός μεθανίου για κινητήρες με ανάφλεξη με συμπίεση και τα χαρακτηριστικά του είναι κατάλληλα μόνο για κινητήρες βαρέως εξοπλισμού εξοπλισμένους με παραδοσιακές αντλίες έγχυσης καυσίμου. Γεγονός είναι ότι η μετατροπή μικρών, οικονομικών επιβατηγών κινητήρων από ντίζελ σε φυσικό αέριο δεν πληρώνει για τον εαυτό της, και η ανάπτυξη και η τεχνική εφαρμογή εξοπλισμού κυλίνδρων αερίου για τους πιο πρόσφατους κινητήρες με κοινή ράγα καυσίμου (common rail) θεωρείται οικονομικά αδικαιολόγητη στο αυτη τη ΣΤΙΓΜΗ.
Είναι αλήθεια ότι υπάρχει ένας άλλος, εναλλακτικός τρόπος μετατροπής του ντίζελ σε αέριο - μέσω της πλήρους μετατροπής σε κινητήρα αερίου με ανάφλεξη με σπινθήρα. Σε έναν τέτοιο κινητήρα, η σχέση συμπίεσης μειώνεται στις 10-11 μονάδες, εμφανίζονται μπουζί και ηλεκτρικά υψηλής τάσης και αποχαιρετά το καύσιμο ντίζελ για πάντα. Αρχίζει όμως να καταναλώνει ανώδυνα βενζίνη.
Συνθήκες εργασίας
Οι παλιές σοβιετικές οδηγίες για τη μετατροπή των βενζινοκίνητων αυτοκινήτων σε αέριο απαιτούσαν λείανση των κυλινδροκεφαλών (κυλινδροκεφαλές) για να αυξηθεί ο λόγος συμπίεσης. Αυτό είναι κατανοητό: τα αντικείμενα αεριοποίησης σε αυτά ήταν οι μονάδες ισχύος επαγγελματικών οχημάτων που λειτουργούσαν με βενζίνη με βαθμολογία οκτανίων 76 και κάτω. Το μεθάνιο έχει αριθμό οκτανίου 117, ενώ τα μείγματα προπανίου-βουτανίου έχουν αριθμό οκτανίου περίπου εκατό. Έτσι, και οι δύο τύποι καυσίμου αερίου είναι σημαντικά λιγότερο επιρρεπείς σε εκρήξεις από τη βενζίνη και επιτρέπουν την αύξηση της αναλογίας συμπίεσης του κινητήρα για τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας καύσης.
Επιπλέον, για αρχαϊκούς κινητήρες καρμπυρατέρ εξοπλισμένους με μηχανικά συστήματα παροχής αερίου, η αύξηση του λόγου συμπίεσης κατέστησε δυνατή την αντιστάθμιση της απώλειας ισχύος που σημειώθηκε κατά τη μετάβαση σε αέριο. Το γεγονός είναι ότι η βενζίνη και τα αέρια αναμειγνύονται με τον αέρα στην οδό εισαγωγής σε εντελώς διαφορετικές αναλογίες, γι 'αυτό όταν χρησιμοποιείτε προπάνιο-βουτάνιο και ειδικά μεθάνιο, ο κινητήρας πρέπει να λειτουργεί με ένα πολύ πιο λεπτό μείγμα. Το αποτέλεσμα είναι μείωση της ροπής του κινητήρα, οδηγώντας σε πτώση της ισχύος κατά 5-7% στην πρώτη περίπτωση και κατά 18-20% στη δεύτερη. Ταυτόχρονα, στο γράφημα του χαρακτηριστικού εξωτερικής ταχύτητας, το σχήμα της καμπύλης ροπής κάθε συγκεκριμένου κινητήρα παραμένει αμετάβλητο. Απλώς κινείται προς τα κάτω κατά μήκος του "άξονα του Νεύτωνα".
Ωστόσο, για κινητήρες με ηλεκτρονικά συστήματα έγχυσης εξοπλισμένα με σύγχρονα συστήματα παροχής αερίου, όλες αυτές οι συστάσεις και οι αριθμοί δεν έχουν σχεδόν καμία πρακτική σημασία. Επειδή, πρώτον, η αναλογία συμπίεσης τους είναι ήδη επαρκής, και ακόμη και για τη μετάβαση στο μεθάνιο, η εργασία για το τρόχισμα της κυλινδροκεφαλής είναι εντελώς αδικαιολόγητη οικονομικά. Και δεύτερον, ο επεξεργαστής εξοπλισμού αερίου, σε συντονισμό με τα ηλεκτρονικά του αυτοκινήτου, οργανώνει την παροχή καυσίμου με τέτοιο τρόπο ώστε να αντισταθμίζει τουλάχιστον το μισό για το προαναφερθέν κενό ροπής. Σε συστήματα με άμεσο ψεκασμό και σε κινητήρες αερίου-ντίζελ, το καύσιμο αερίου σε ορισμένες περιοχές στροφών μπορεί ακόμη και να αυξήσει τη ροπή.
Επιπλέον, τα ηλεκτρονικά παρακολουθούν με σαφήνεια τον απαιτούμενο χρονισμό ανάφλεξης, ο οποίος κατά τη μετάβαση σε αέριο θα πρέπει να είναι μεγαλύτερος από ό,τι για τη βενζίνη, όλα τα άλλα είναι ίσα. Το καύσιμο αερίου καίγεται πιο αργά, πράγμα που σημαίνει ότι πρέπει να αναφλεγεί νωρίτερα. Για τον ίδιο λόγο, αυξάνεται το θερμικό φορτίο στις βαλβίδες και στις έδρες τους. Από την άλλη πλευρά, το φορτίο κρούσης στην ομάδα κυλίνδρου-εμβόλου γίνεται μικρότερο. Επιπλέον, ο χειμώνας που ξεκινά με μεθάνιο είναι πολύ πιο χρήσιμος γι 'αυτό από ό, τι στη βενζίνη: το αέριο δεν ξεπλένει το λάδι από τα τοιχώματα του κυλίνδρου. Και γενικά, το καύσιμο αερίου δεν περιέχει καταλύτες γήρανσης μετάλλων· η πληρέστερη καύση του καυσίμου μειώνει την τοξικότητα των καυσαερίων και τις εναποθέσεις άνθρακα στους κυλίνδρους.
Αυτόνομη κολύμβηση
Ίσως το πιο αξιοσημείωτο μειονέκτημα ενός αυτοκινήτου βενζίνης είναι η περιορισμένη αυτονομία του. Πρώτον, η κατανάλωση καυσίμου αερίου, αν υπολογιστεί κατ' όγκο, είναι μεγαλύτερη από τη βενζίνη και, ιδιαίτερα, το καύσιμο ντίζελ. Και δεύτερον, το βενζινάδικο αποδεικνύεται δεμένο με τα αντίστοιχα πρατήρια. Διαφορετικά, το σημείο μετατροπής του σε εναλλακτικό καύσιμο αρχίζει να πλησιάζει το μηδέν. Είναι ιδιαίτερα δύσκολο για όσους οδηγούν με μεθάνιο. Υπάρχουν πολύ λίγα πρατήρια μεθανίου και είναι όλα συνδεδεμένα με κεντρικούς αγωγούς αερίου. Αυτοί είναι απλώς μικροί σταθμοί συμπίεσης σε κλάδους του κύριου σωλήνα. Στα τέλη της δεκαετίας του '80 - αρχές της δεκαετίας του '90 του εικοστού αιώνα, η χώρα μας προσπάθησε να μετατρέψει ενεργά τις μεταφορές σε μεθάνιο ως μέρος ενός κρατικού προγράμματος. Τότε ήταν που εμφανίστηκαν τα περισσότερα βενζινάδικα μεθανίου. Μέχρι το 1993, είχαν κατασκευαστεί 368 από αυτά και από τότε ο αριθμός αυτός έχει αυξηθεί, αν και καθόλου, μόνο ελαφρώς. Τα περισσότερα βενζινάδικα βρίσκονται στο ευρωπαϊκό τμήμα της χώρας κοντά σε ομοσπονδιακούς αυτοκινητόδρομους και πόλεις. Αλλά ταυτόχρονα, η τοποθεσία τους καθορίστηκε όχι τόσο από την άποψη της ευκολίας των αυτοκινητιστών, αλλά από την άποψη των εργαζομένων στο φυσικό αέριο. Επομένως, μόνο σε πολύ σπάνιες περιπτώσεις βρίσκονταν βενζινάδικα ακριβώς δίπλα στον αυτοκινητόδρομο και σχεδόν ποτέ μέσα σε μεγαλουπόλεις. Σχεδόν παντού, για να ανεφοδιαστείς με μεθάνιο, πρέπει να κάνεις μια παράκαμψη πολλών χιλιομέτρων σε κάποια βιομηχανική ζώνη. Επομένως, όταν σχεδιάζετε μια διαδρομή μεγάλων αποστάσεων, πρέπει να αναζητήσετε αυτά τα βενζινάδικα και να τα θυμάστε εκ των προτέρων. Το μόνο που βολεύει σε μια τέτοια κατάσταση είναι η σταθερά υψηλή ποιότητα καυσίμου σε οποιονδήποτε από τους σταθμούς μεθανίου. Το αέριο από τον κεντρικό αγωγό αερίου είναι πολύ προβληματικό να αραιωθεί ή να αλλοιωθεί. Εκτός και αν το φίλτρο ή το σύστημα στεγνώματος σε ένα από αυτά τα βενζινάδικα χαλάσει ξαφνικά.
Το προπάνιο-βουτάνιο μπορεί να μεταφερθεί σε δεξαμενές και χάρη σε αυτήν την ιδιότητα, η γεωγραφία των πρατηρίων καυσίμων για αυτό είναι σημαντικά ευρύτερη. Σε ορισμένες περιοχές μπορείτε να ανεφοδιάζετε με καύσιμα ακόμα και στις πιο απομακρυσμένες περιοχές. Αλλά επίσης δεν θα έβλαπτε να ερευνήσετε τη διαθεσιμότητα πρατηρίων προπανίου κατά μήκος της επερχόμενης διαδρομής σας, έτσι ώστε η ξαφνική απουσία τους στον αυτοκινητόδρομο να μην γίνει δυσάρεστη έκπληξη. Ταυτόχρονα, το υγροποιημένο αέριο αφήνει πάντα κάποιο κίνδυνο χρήσης καυσίμου εκτός εποχής ή απλώς κακής ποιότητας.
Πολλά έχουν ειπωθεί για τα πλεονεκτήματα του καυσίμου των κινητήρων αερίου, ιδιαίτερα του μεθανίου, αλλά ας σας τα θυμίσουμε ξανά.
Πρόκειται για μια φιλική προς το περιβάλλον εξάτμιση που πληροί τις τρέχουσες και ακόμη και τις μελλοντικές νομικές απαιτήσεις εκπομπών. Στο πλαίσιο της λατρείας της υπερθέρμανσης του πλανήτη, αυτό είναι ένα σημαντικό πλεονέκτημα, αφού τα Euro 5, Euro 6 και όλα τα επόμενα πρότυπα θα επιβληθούν χωρίς αποτυχία και το πρόβλημα των καυσαερίων θα πρέπει να λυθεί με τον ένα ή τον άλλο τρόπο. Μέχρι το 2020, τα νέα οχήματα στην Ευρωπαϊκή Ένωση θα επιτρέπεται να παράγουν κατά μέσο όρο όχι περισσότερα από 95 g CO2 ανά χιλιόμετρο. Μέχρι το 2025, αυτό το επιτρεπόμενο όριο μπορεί να μειωθεί περαιτέρω. Οι κινητήρες μεθανίου είναι σε θέση να πληρούν αυτά τα πρότυπα τοξικότητας, και όχι μόνο λόγω των χαμηλότερων εκπομπών CO2. Οι εκπομπές σωματιδίων από κινητήρες αερίου είναι επίσης χαμηλότερες από τους αντίστοιχους βενζίνης ή ντίζελ.
Επιπλέον, το καύσιμο του κινητήρα αερίου δεν απομακρύνει το λάδι από τα τοιχώματα του κυλίνδρου, γεγονός που επιβραδύνει τη φθορά τους. Σύμφωνα με τους προπαγανδιστές του καυσίμου κινητήρα αερίου, η διάρκεια ζωής του κινητήρα ως δια μαγείας αυξάνεται σημαντικά. Ταυτόχρονα, σιωπούν σεμνά για τη θερμική καταπόνηση ενός κινητήρα αερίου.
Και το κύριο πλεονέκτημα του καυσίμου κινητήρα αερίου είναι η τιμή. Η τιμή και μόνο η τιμή καλύπτει όλες τις ελλείψεις του φυσικού αερίου ως καυσίμου κινητήρα. Αν μιλάμε για μεθάνιο, τότε αυτό είναι ένα μη ανεπτυγμένο δίκτυο πρατηρίων ανεφοδιασμού CNG που κυριολεκτικά δένει ένα αυτοκίνητο βενζίνης με ένα βενζινάδικο. Ο αριθμός των πρατηρίων ανεφοδιασμού με υγροποιημένο φυσικό αέριο είναι αμελητέος· αυτός ο τύπος καυσίμου κινητήρων αερίου σήμερα είναι ένα εξειδικευμένο, εξαιρετικά εξειδικευμένο προϊόν. Επιπλέον, ο εξοπλισμός αερίου καταλαμβάνει μέρος της χωρητικότητας ωφέλιμου φορτίου και του χρησιμοποιήσιμου χώρου· ο εξοπλισμός αερίου είναι ενοχλητικός και δαπανηρός στη συντήρηση.
Η τεχνική πρόοδος έχει οδηγήσει σε έναν τέτοιο τύπο κινητήρα όπως το φυσικό αέριο-ντίζελ, ο οποίος ζει σε δύο κόσμους: το ντίζελ και το φυσικό αέριο. Αλλά ως καθολικό μέσο, το ντίζελ αερίου δεν αντιλαμβάνεται πλήρως τις δυνατότητες κανενός κόσμου. Δεν είναι δυνατή η βελτιστοποίηση της καύσης, της απόδοσης ή των εκπομπών για δύο καύσιμα στον ίδιο κινητήρα. Για να βελτιστοποιήσετε τον κύκλο αερίου-αέρα, χρειάζεστε ένα εξειδικευμένο εργαλείο - έναν κινητήρα αερίου.
Σήμερα, όλοι οι κινητήρες αερίου χρησιμοποιούν εξωτερικό σχηματισμό μίγματος αερίου-αέρα και ανάφλεξη από μπουζί, όπως σε έναν βενζινοκινητήρα με καρμπυρατέρ. Εναλλακτικές επιλογές βρίσκονται υπό ανάπτυξη. Το μίγμα αερίου-αέρα σχηματίζεται στην πολλαπλή εισαγωγής με έγχυση αερίου. Όσο πιο κοντά στον κύλινδρο συμβαίνει αυτή η διαδικασία, τόσο πιο γρήγορη είναι η απόκριση του κινητήρα. Στην ιδανική περίπτωση, το αέριο θα πρέπει να εγχυθεί απευθείας στον θάλαμο καύσης, όπως συζητείται παρακάτω. Η πολυπλοκότητα του ελέγχου δεν είναι το μόνο μειονέκτημα του σχηματισμού εξωτερικού μίγματος.
Η έγχυση αερίου ελέγχεται από μια ηλεκτρονική μονάδα, η οποία ρυθμίζει επίσης το χρονισμό ανάφλεξης. Το μεθάνιο καίγεται πιο αργά από το καύσιμο ντίζελ, δηλαδή το μείγμα αερίου-αέρα πρέπει να αναφλεγεί νωρίτερα, η γωνία προώθησης προσαρμόζεται επίσης ανάλογα με το φορτίο. Επιπλέον, το μεθάνιο απαιτεί χαμηλότερο λόγο συμπίεσης από το καύσιμο ντίζελ. Έτσι, σε έναν ατμοσφαιρικό κινητήρα ο λόγος συμπίεσης μειώνεται σε 12–14. Οι αναρροφούμενοι κινητήρες χαρακτηρίζονται από μια στοιχειομετρική σύνθεση του μείγματος αερίου-αέρα, δηλαδή ο συντελεστής περίσσειας αέρα a είναι ίσος με 1, ο οποίος σε κάποιο βαθμό αντισταθμίζει την απώλεια ισχύος από τη μείωση του λόγου συμπίεσης. Η απόδοση ενός ατμοσφαιρικού κινητήρα αερίου είναι 35%, ενώ του ατμοσφαιρικού κινητήρα ντίζελ είναι 40%.
Οι αυτοκινητοβιομηχανίες συνιστούν τη χρήση ειδικών λιπαντικών σε κινητήρες αερίου που χαρακτηρίζονται από αντοχή στο νερό, χαμηλή περιεκτικότητα σε θειική τέφρα και ταυτόχρονα υψηλό αριθμό βάσης, αλλά τα λάδια όλων των εποχών για κινητήρες ντίζελ των κατηγοριών SAE 15W-40 και 10W-40 είναι δεν απαγορεύονται, τα οποία στην πράξη χρησιμοποιούνται σε εννέα στις δέκα περιπτώσεις.
Ένας υπερσυμπιεστής σάς επιτρέπει να μειώσετε την αναλογία συμπίεσης σε 10–12, ανάλογα με το μέγεθος του κινητήρα και την πίεση στο σωλήνα εισαγωγής, και να αυξήσετε την αναλογία περίσσειας αέρα σε 1,4–1,5. Σε αυτή την περίπτωση, η απόδοση φτάνει το 37%, αλλά ταυτόχρονα αυξάνεται σημαντικά η θερμική καταπόνηση του κινητήρα. Για σύγκριση, η απόδοση ενός υπερτροφοδοτούμενου κινητήρα ντίζελ φτάνει το 50%.
Η αυξημένη θερμική καταπόνηση ενός κινητήρα αερίου συνδέεται με την αδυναμία καθαρισμού του θαλάμου καύσης όταν οι βαλβίδες είναι κλειστές, όταν οι βαλβίδες εξαγωγής και εισαγωγής είναι ταυτόχρονα ανοιχτές στο τέλος της διαδρομής της εξάτμισης. Η ροή φρέσκου αέρα, ειδικά σε έναν υπερτροφοδοτούμενο κινητήρα, θα μπορούσε να ψύχει τις επιφάνειες του θαλάμου καύσης, μειώνοντας έτσι τη θερμική καταπόνηση του κινητήρα και επίσης μειώνοντας τη θέρμανση του φρέσκου φορτίου, αυτό θα αυξήσει τον συντελεστή πλήρωσης, αλλά για κινητήρας αερίου, η επικάλυψη βαλβίδων είναι απαράδεκτη. Λόγω του εξωτερικού σχηματισμού του μίγματος αερίου-αέρα, τροφοδοτείται πάντα αέρας στον κύλινδρο μαζί με μεθάνιο και οι βαλβίδες εξαγωγής πρέπει να είναι κλειστές αυτή τη στιγμή για να αποτραπεί η είσοδος μεθανίου στην οδό εξάτμισης και η πρόκληση έκρηξης.
Η μειωμένη αναλογία συμπίεσης, η αυξημένη θερμική καταπόνηση και τα χαρακτηριστικά του κύκλου αερίου-αέρα απαιτούν αντίστοιχες αλλαγές, ιδίως στο σύστημα ψύξης, στη σχεδίαση των εξαρτημάτων εκκεντροφόρου άξονα και CPG, καθώς και στα υλικά που χρησιμοποιούνται για τη διατήρηση της απόδοσης και διάρκεια ζωής. Έτσι, το κόστος ενός κινητήρα αερίου δεν είναι τόσο διαφορετικό από το κόστος ενός ισοδύναμου ντίζελ, αν όχι υψηλότερο. Συν το κόστος του εξοπλισμού αερίου.
Η ναυαρχίδα της εγχώριας αυτοκινητοβιομηχανίας, η KAMAZ PJSC παράγει σειριακά 8κύλινδρους κινητήρες σε σχήμα V αερίου των σειρών KamAZ-820.60 και KamAZ-820.70 με διαστάσεις 120x130 και κυβισμό 11.762 λίτρων. Για κινητήρες αερίου, χρησιμοποιείται ένα CPG που παρέχει αναλογία συμπίεσης 12 (το diesel KamAZ-740 έχει αναλογία συμπίεσης 17). Στον κύλινδρο, το μείγμα αερίου-αέρα αναφλέγεται από ένα μπουζί που είναι εγκατεστημένο αντί για έναν εγχυτήρα.
Για βαρέα οχήματα με κινητήρες αερίου χρησιμοποιούνται ειδικά μπουζί. Έτσι, η Federal-Mogul προμηθεύει την αγορά με μπουζί με κεντρικό ηλεκτρόδιο ιριδίου και πλευρικό ηλεκτρόδιο από ιρίδιο ή πλατίνα. Ο σχεδιασμός, τα υλικά και τα χαρακτηριστικά των ηλεκτροδίων και των ίδιων των μπουζί λαμβάνουν υπόψη τη θερμοκρασία λειτουργίας ενός βαρέως τύπου οχήματος, η οποία χαρακτηρίζεται από μεγάλο εύρος φορτίων και σχετικά υψηλή αναλογία συμπίεσης.
Οι κινητήρες KamAZ-820 είναι εξοπλισμένοι με ένα κατανεμημένο σύστημα έγχυσης μεθανίου στην πολλαπλή εισαγωγής μέσω ακροφυσίων με μια ηλεκτρομαγνητική συσκευή μέτρησης. Το αέριο εγχέεται στην οδό εισαγωγής κάθε κυλίνδρου ξεχωριστά, γεγονός που καθιστά δυνατή τη ρύθμιση της σύνθεσης του μείγματος αερίου-αέρα για κάθε κύλινδρο, προκειμένου να επιτευχθούν ελάχιστες εκπομπές επιβλαβών ουσιών. Η ροή του αερίου ρυθμίζεται από ένα σύστημα μικροεπεξεργαστή ανάλογα με την πίεση μπροστά από το μπεκ, η παροχή αέρα ρυθμίζεται από μια βαλβίδα γκαζιού που κινείται από ένα ηλεκτρονικό πεντάλ γκαζιού. Το σύστημα μικροεπεξεργαστή ελέγχει το χρονισμό ανάφλεξης, παρέχει προστασία από την ανάφλεξη μεθανίου στην πολλαπλή εισαγωγής σε περίπτωση βλάβης του συστήματος ανάφλεξης ή δυσλειτουργίας της βαλβίδας, καθώς και προστασία του κινητήρα από καταστάσεις έκτακτης ανάγκης, διατηρεί μια δεδομένη ταχύτητα του οχήματος, παρέχει περιορισμό ροπής τους κινητήριους τροχούς του οχήματος και αυτοδιάγνωση όταν το σύστημα είναι ενεργοποιημένο. .
Η KAMAZ έχει ενοποιήσει σε μεγάλο βαθμό τα μέρη των κινητήρων αερίου και ντίζελ, αλλά όχι όλα, και πολλά εξωτερικά παρόμοια μέρη για κινητήρες ντίζελ - στροφαλοφόρος άξονας, εκκεντροφόρος άξονας, έμβολα με μπιέλες και δακτυλίους, κυλινδροκεφαλές, στροβιλοσυμπιεστής, αντλία νερού, αντλία λαδιού, αγωγός εισαγωγής, λεκάνη λαδιού, περίβλημα σφονδύλου - δεν είναι κατάλληλο για κινητήρες αερίου.
Τον Απρίλιο του 2015, η KAMAZ ξεκίνησε ένα σώμα οχημάτων αερίου χωρητικότητας 8 χιλιάδων μονάδων εξοπλισμού ετησίως. Η παραγωγή βρίσκεται στο πρώην κτίριο αερίου-ντίζελ του εργοστασίου αυτοκινήτων. Η τεχνολογία συναρμολόγησης έχει ως εξής: το πλαίσιο συναρμολογείται και ένας κινητήρας αερίου είναι εγκατεστημένος σε αυτό στην κύρια γραμμή συναρμολόγησης του εργοστασίου αυτοκινήτων. Στη συνέχεια, το πλαίσιο ρυμουλκείται στο αμάξωμα των οχημάτων αερίου για την εγκατάσταση εξοπλισμού αερίου και τη διεξαγωγή ολόκληρου του κύκλου δοκιμής, καθώς και για τη λειτουργία οχημάτων και σασί. Ταυτόχρονα, οι κινητήρες αερίου KAMAZ (συμπεριλαμβανομένων εκείνων που έχουν εκσυγχρονιστεί με εξαρτήματα BOSCH) που συναρμολογούνται στις εγκαταστάσεις παραγωγής κινητήρων είναι επίσης πλήρως ελεγμένοι και σε λειτουργία.
Η Avtodiesel (Yaroslavl Motor Plant), σε συνεργασία με τη Westport, έχει αναπτύξει και παράγει μια σειρά κινητήρων αερίου που βασίζονται στην οικογένεια 4- και 6-κύλινδρων κινητήρων σε σειρά YaMZ-530. Η εξακύλινδρη έκδοση μπορεί να εγκατασταθεί στα νέας γενιάς οχήματα Ural NEXT.
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η ιδανική έκδοση ενός κινητήρα αερίου είναι η απευθείας έγχυση αερίου στον θάλαμο καύσης, αλλά μέχρι στιγμής η πιο ισχυρή παγκόσμια μηχανολογία δεν έχει δημιουργήσει μια τέτοια τεχνολογία. Στη Γερμανία, η έρευνα διεξάγεται από την κοινοπραξία Direct4Gas, με επικεφαλής τον Robert Bosch GmbH σε συνεργασία με την Daimler AG και το Ερευνητικό Ινστιτούτο της Στουτγάρδης για την Τεχνολογία και τους Κινητήρες Αυτοκινήτων (FKFS). Το γερμανικό Υπουργείο Οικονομίας και Ενέργειας υποστήριξε το έργο με 3,8 εκατομμύρια ευρώ, που στην πραγματικότητα δεν είναι τόσο πολλά. Το έργο θα διαρκέσει από το 2015 έως τον Ιανουάριο του 2017. Η Na-gora πρέπει να παρέχει ένα βιομηχανικό σχέδιο συστήματος άμεσης έγχυσης μεθανίου και, εξίσου σημαντικό, την τεχνολογία για την παραγωγή του.
Σε σύγκριση με τα τρέχοντα συστήματα που χρησιμοποιούν πολλαπλή έγχυση αερίου πολλαπλών σημείων, το προηγμένο σύστημα άμεσου ψεκασμού μπορεί να αυξήσει τη ροπή χαμηλού επιπέδου κατά 60%, εξαλείφοντας το αδύναμο σημείο ενός κινητήρα αερίου. Ο άμεσος ψεκασμός επιλύει ένα ολόκληρο σύμπλεγμα «παιδικών» ασθενειών ενός κινητήρα αερίου, που συνοδεύεται από το σχηματισμό εξωτερικού μείγματος.
Το έργο Direct4Gas αναπτύσσει ένα σύστημα άμεσης έγχυσης που μπορεί να είναι αξιόπιστο και σφραγισμένο και να λαμβάνει την ακριβή ποσότητα αερίου για έγχυση. Οι τροποποιήσεις στον ίδιο τον κινητήρα περιορίζονται στο ελάχιστο, ώστε η βιομηχανία να μπορεί να χρησιμοποιεί τα ίδια εξαρτήματα. Η ομάδα του έργου εξοπλίζει πειραματικούς κινητήρες αερίου με μια πρόσφατα αναπτυγμένη βαλβίδα έγχυσης υψηλής πίεσης. Το σύστημα υποτίθεται ότι θα δοκιμαστεί στο εργαστήριο και απευθείας σε οχήματα. Οι ερευνητές μελετούν επίσης τον σχηματισμό του μείγματος καυσίμου-αέρα, τη διαδικασία ελέγχου ανάφλεξης και το σχηματισμό τοξικών αερίων. Ο μακροπρόθεσμος στόχος της κοινοπραξίας είναι να δημιουργήσει συνθήκες υπό τις οποίες η τεχνολογία μπορεί να εισέλθει στην αγορά.
Έτσι, οι κινητήρες αερίου είναι ένας νεανικός τομέας που δεν έχει ακόμη φθάσει σε τεχνολογική ωριμότητα. Η ωριμότητα θα έρθει όταν ο Bosch και οι φίλοι του δημιουργήσουν τεχνολογία για την απευθείας έγχυση μεθανίου στον θάλαμο καύσης.
