GÉPÉSZET
UDK 62l.43.052
FÖLDGÁZAL MŰKÖDŐ TELJES MOTOR SŰRÍTÉSI ARÁNY VÁLTOZTATÁSÁNAK TECHNIKAI VÉGREHAJTÁSA
F.I. Abramchuk, professzor, a műszaki tudományok doktora, A.N. Kabanov egyetemi docens, a műszaki tudományok kandidátusa,
A.P. Kuzmenko, végzős hallgató, KhNADU
Annotáció. Bemutatjuk a földgázüzemre átalakított MeMZ-307 motor kompressziós arány változtatásának műszaki megvalósításának eredményeit.
Kulcsszavak: kompressziós arány, autómotor, földgáz.
EGY KIS AUTÓMOTOR KOMPRESSZIÓS FOKOZAT-VÁLTÁSÁNAK MŰSZAKI VÉGREHAJTÁSA,
MI MŰKÖDIK FÖLDGÁZON?
F.I. Abramchuk, professzor, a műszaki tudományok doktora, O.M. Kabanov egyetemi docens, a műszaki tudományok kandidátusa,
A.P. Kuzmenko, végzős hallgató, KhNADU
Absztrakt. Beszámoltak a MeMZ-307 hajtómű kompressziós fokozatának megváltoztatása és a földgázüzemre történő újraberendezés műszaki megvalósításának eredményeiről.
Kulcsszavak: kompressziós fokozat, autómotor, földgáz.
KIS TELJESÍTMÉNYŰ AUTÓ FÖLDGÁZMŰKÖDÉSŰ MOTOR sűrítési arány VÁLTOZÁSÁNAK MŰSZAKI MEGVALÓSÍTÁSA
F. Abramchuk, professzor, a műszaki tudomány doktora, A. Kabanov, egyetemi docens, a műszaki tudomány doktora, A. Kuzmenko, posztgraduális, KhNAHU
Absztrakt. Megadjuk a földgázüzemre átalakított MeMZ-3Q7 motor kompressziós arány változtatásának műszaki megvalósításának eredményeit.
Kulcsszavak: kompressziós arány, autómotor, földgáz.
Bevezetés
A földgázzal működő tiszta gázmotorok létrehozása és sikeres működése a műszaki, gazdasági és környezetvédelmi jellemzőket meghatározó fő üzemi folyamatparaméterek helyes megválasztásától függ. Mindenekelőtt ez a tömörítési arány kiválasztására vonatkozik.
A magas oktánszámú (110-130) földgáz lehetővé teszi a kompressziós arány növelését. Maximális fokérték
A detonációt kiküszöbölő tömörítés első közelítéssel számítással választható ki. A számított adatok ellenőrzésére, pontosítására azonban csak kísérleti úton van lehetőség.
Publikációk elemzése
A VW POLO benzinmotorjának (Vh = 1 l) földgázra átalakítása során a dugattyús gyújtófelület formája egyszerűsödött. A kompressziós kamra térfogatának csökkentése a kompressziós arány 10,7-ről 13,5-re való növekedéséhez vezetett.
A D21A motornál a dugattyút tovább dolgozták fel, hogy a kompressziós arányt 16,5-ről 9,5-re csökkentsék. A dízelmotorok félgömb alakú égésterét úgy módosították, hogy megfeleljen a szikragyújtású gázmotor munkafolyamatának.
A YaMZ-236 dízelmotor gázmotorrá alakításakor a kompressziós arány 16,2-ről 12-re csökkent a dugattyú további feldolgozása miatt.
Cél és probléma megfogalmazása
A munka célja a MeMZ-307 motor égésterének alkatrészeinek kialakítása, lehetővé téve az e = 12 és e = 14 sűrítési arány biztosítását kísérleti vizsgálatokhoz.
Megközelítés kiválasztása a tömörítési arány megváltoztatására
A gázzá alakított kis lökettérfogatú benzinmotornál a sűrítési arány változása növekedést jelent az alap belső égésű motorhoz képest. Ezt a feladatot többféleképpen is elvégezheti.
Ideális esetben kívánatos egy olyan rendszert telepíteni a motorra a kompressziós arány megváltoztatására, amely lehetővé teszi ennek a feladatnak valós időben történő végrehajtását, beleértve a motor működésének megszakítását is. Az ilyen rendszerek azonban nagyon drágák és bonyolultak a tervezésben és a működésben, jelentős változtatásokat igényelnek a tervezésben, és egyben a motor megbízhatatlanságának elemei is.
A kompressziós arány a fej és a hengerblokk közötti tömítések számának vagy vastagságának növelésével is változtatható. Ez a módszer olcsó, de növeli a tömítések kiégésének valószínűségét, ha a tüzelőanyag normál égési folyamata megszakad. Ezenkívül a tömörítési arány szabályozásának ezt a módszerét alacsony pontosság jellemzi, mivel az e értéke a hengerfej csapjain lévő anyák meghúzási erejétől és a tömítések minőségétől függ. Leggyakrabban ezt a módszert a tömörítési arány csökkentésére használják.
A dugattyúbetétek használata technikailag nehéz, mivel a probléma egy viszonylag vékony (körülbelül 1 mm-es) bélés megbízható rögzítése a dugattyúhoz és ennek a rögzítésnek az égéstér körülményei között történő megbízható működése okozza.
A legjobb megoldás a dugattyúkészletek gyártása, amelyek mindegyike adott tömörítési arányt biztosít. Ez a módszer a motor részleges szétszerelését igényli a sűrítési arány megváltoztatásához, de kellően nagy pontosságot biztosít az e kísérletben, és a motor megbízható működését megváltoztatott kompressziós arány mellett (a motor szerkezeti elemeinek szilárdsága és megbízhatósága nem csökkentett). Ráadásul ez a módszer viszonylag olcsó.
Kutatási eredmények
A feladat lényege az volt, hogy a földgáz pozitív tulajdonságait (magas oktánszám) és a keverékképződés sajátosságait felhasználva kompenzáljuk a motor ezzel az üzemanyaggal járó teljesítményveszteségét. A feladat elvégzése érdekében a tömörítési arány módosítása mellett döntöttek.
A kísérleti terv szerint a tömörítési aránynak e = 9,8-tól (alapfelszereltség) e = 14-ig kell változnia. Célszerű az e = 12 tömörítési arány köztes értékét választani (a szélsőértékek számtani átlagaként e). Szükség esetén más közbenső tömörítési arányokat biztosító dugattyúkészletek is gyárthatók.
A feltüntetett tömörítési arányok műszaki megvalósításához számításokat, tervezési fejlesztéseket és öntési módszerrel kísérletileg igazolt kompressziós kamrák térfogatokat végeztünk. Az öblítés eredményeit az 1. és 2. táblázat tartalmazza.
1. táblázat A hengerfejben lévő égéstér átöblítésének eredményei
1 cil. 2 cil. 3 cil. 4 cil.
22,78 22,81 22,79 22,79
2. táblázat: A dugattyúkban lévő égéstér átöblítésének eredménye (a hengerbe szerelt dugattyú)
1 cil. 2 cil. 3 cil. 4 cil.
9,7 9,68 9,71 9,69
A tömítés összenyomott vastagsága 1 mm. A dugattyú bemélyedése a hengerblokk síkjához képest 0,5 mm, amelyet mérésekkel határoztunk meg.
Ennek megfelelően a Vc égéstér térfogata a Vg hengerfejben lévő térfogatból, a Vp dugattyú térfogatából, valamint a dugattyú és a hengerfej közötti rés térfogatából (a dugattyú süllyedése a hengerfej síkjához viszonyítva) fog állni. a hengerblokk + a tömítés vastagsága) Vj = 6,6 cm3.
Us = 22,79 + 9,7 + 4,4 = 36,89 (cm3).
Döntés született a sűrítési arány megváltoztatásáról az égéstér térfogatának megváltoztatásával a dugattyúfej geometriájának megváltoztatásával, mivel ez a módszer lehetővé teszi a sűrítési arány összes változatának megvalósítását, és egyúttal térjen vissza a soros konfigurációhoz.
ábrán. Az 1. ábra a UP = 7,5 cm3 dugattyútérfogatú égéstér-alkatrészek soros konfigurációját mutatja.
Rizs. 1. Az égéstér részeinek soros konfigurációja Ус = 36,9 cm3 (е = 9,8)
Az e = 12 kompressziós arány eléréséhez elegendő az égésteret egy lapos fenekű dugattyúval felszerelni, amelyben két kis mintát készítenek teljes térfogattal
0,1 cm3, megakadályozva, hogy közben a szívó- és kipufogószelepek találkozzanak a dugattyúval
mennyezetek Ebben az esetben a kompressziós kamra térfogata egyenlő
Us = 36,9 - 7,4 = 29,5 (cm3).
Ebben az esetben a dugattyú és a hengerfej közötti rés 8 = 1,5 mm marad. ábrán látható az égéstér kialakítása, amely є = 12-t biztosít. 2.
Rizs. 2. Komplett alkatrészkészlet gázmotor égésteréhez a є = 12 kompressziós arány eléréséhez (Uc = 29,5 m3)
A є = 14 tömörítési arányt a lapos fenékű dugattyú magasságának I = 1 mm-rel történő növelésével fogadják el. Ebben az esetben a dugattyúnak két szelepnyílása is van, amelyek össztérfogata 0,2 cm3. A kompressziós kamra térfogata csökken
DU = - ÉS = . 0,1 = 4,42 (cm3).
Az égéstér részeinek ez a konfigurációja adja a térfogatot
Us = 29,4 - 4,22 = 25,18 (cm3).
ábrán. A 3. ábra az égéstér konfigurációját mutatja, amely є = 13,9 kompressziós arányt biztosít.
A dugattyú tüzelőfelülete és a hengerfej közötti hézag 0,5 mm, ami elegendő az alkatrészek normál működéséhez.
Rizs. 3. Komplett alkatrészkészlet e = 13,9 (Uc = 25,18 cm3) gázmotor égésteréhez
1. A dugattyús kilövőfelület geometriai formájának egyszerűsítése (lapos fej két kis mélyedéssel) lehetővé tette a kompressziós arány 9,8-ról 12-re való növelését.
2. A hengerfej és a dugattyú közötti rés csökkentése 5 = 0,5 mm-re a TDC-nél, és egyszerűsítve a tüzelési felület geometriai alakját
A dugattyúfelület lehetővé tette a є 13,9 egységre való növelését.
Irodalom
1. A www.empa.ch oldal anyagai alapján
2. Bgantsev V.N. Gázmotor alapú
négyütemű általános célú dízelmotor / V.N. Bgantsev, A.M. Levterov,
B.P. Marakhovsky // A technológia és a technológia világa. - 2003. - 10. sz. - 74-75.
3. Zakharcsuk V.I. Rozrakhunkovo-kísérlet-
dízelmotorból átalakított gázmotor további vizsgálata / V.I. Zakharcsuk, O.V. Sitovsky, I.S. Kozachuk // Gépjárműszállítás: gyűjtemény. tudományos tr. -Kharkov: KHNADU. - 2005. - Kiadás. 16. -
4. Bogomolov V.A. Tervezési jellemzők
kísérleti berendezés szikragyújtású gázmotor kutatásához 64 13/14 / V.A. Bogomolov, F.I. Abramchuk, V.M. Ma-noilo és mások // Bulletin of KhNADU: gyűjtemény. tudományos tr. - Harkov: KHNADU. -2007. - No. 37. - P. 43-47.
Lektor: M. A. Podrigalo, professzor, a műszaki tudományok doktora, KhNADU.
Jevgenyij Konsztantyinov
Miközben a benzin és a gázolaj menthetetlenül drágul, és a járművek mindenféle alternatív erőműve rettenetesen távol marad az emberektől, árban, autonómiában és üzemeltetési költségekben veszít a hagyományos belső égésű motorokkal szemben, a tankoláson a legreálisabb megtakarítás. hogy az autót „gázdiétára” állítsa. Ez első ránézésre előnyös: az üzemanyag árkülönbsége miatt hamar megtérül az autó újbóli felszerelésének költsége, különösen a rendszeres kereskedelmi és személyszállítás esetén. Nem ok nélkül Moszkvában és sok más városban az önkormányzati járművek jelentős részét már régóta gázüzemre alakították át. De itt felvetődik egy logikus kérdés: akkor miért nem haladja meg a több százalékot a gázpalackos járművek részesedése a forgalomból mind nálunk, mind külföldön? Mi a gázpalack másik oldala?
Tudomány és élet // Illusztrációk
A benzinkutakra figyelmeztető táblákat nem ok nélkül szerelnek fel: a technológiai gázvezeték minden csatlakozása gyúlékony gázszivárgás lehetséges helyszíne.
A cseppfolyósított gázpalackok könnyebbek, olcsóbbak és változatosabb formájúak, mint a sűrített gázoké, ezért az autóban lévő szabad hely és a szükséges teljesítménytartalék alapján könnyebben elrendezhetők.
Kérjük, vegye figyelembe a folyékony és gáznemű üzemanyagok árkülönbségét.
Hengerek sűrített metánnal egy sátoros Gazelle hátuljában.
A propán rendszerben lévő párologtató reduktor fűtést igényel. A képen jól látható a tömlő, amely összeköti a sebességváltó folyékony hőcserélőjét a motor hűtőrendszerével.
A gázberendezés működésének vázlata a karburátoros motoron.
A cseppfolyósított gázzal működő berendezés működési diagramja gázfázissá alakítás nélkül elosztott befecskendezésű belső égésű motorban.
A propán-butánt tartályokban tárolják és szállítják (a képen - a kék kapu mögött). Ennek a mobilitásnak köszönhetően a benzinkút bármilyen kényelmes helyen elhelyezhető, és szükség esetén gyorsan áthelyezhető egy másikba.
Nemcsak az autókat, hanem a háztartási hengereket is tankolják propánszivattyúnál.
A cseppfolyósított gáz adagolója eltér a benzinadagolótól, de a tankolási folyamat hasonló. A hozzáadott üzemanyag mennyiségét literben mérik.
A „gázüzemanyag” fogalma két teljesen eltérő összetételű keveréket foglal magában: a földgázt, amelynek legfeljebb 98%-a metán, és a kapcsolódó kőolajgázból előállított propán-butánt. A feltétlen gyúlékonyság mellett közös jellemzőjük a légköri nyomáson és az élet számára kényelmes hőmérsékleten való aggregációs állapotuk is. Alacsony hőmérsékleten azonban a könnyű szénhidrogének két halmazának fizikai tulajdonságai nagyon eltérőek. Emiatt teljesen más felszerelést igényelnek a fedélzeten való tároláshoz és a motorhoz való betápláláshoz, és működés közben a különböző gázellátó rendszerű autóknál több jelentős különbség is van.
Cseppfolyósított gáz
A propán-bután keveréket jól ismerik a turisták és a nyári lakosok: ezt töltik a háztartási gázpalackokba. Ez teszi ki az olajtermelő és -feldolgozó vállalkozások fáklyáiban elpazarolt gáz nagy részét is. A propán-bután üzemanyag-keverék arányos összetétele változhat. A lényeg nem annyira a kőolajgáz kezdeti összetételében van, hanem a keletkező üzemanyag hőmérsékleti tulajdonságaiban. Motorüzemanyagként a tiszta bután (C 4 H 10) minden szempontból jó, kivéve, hogy légköri nyomáson már 0,5 °C-on folyékony halmazállapotúvá válik. Ezért kevésbé magas kalóriatartalmú, de hidegtűrőbb propánt (C 2 H 8) adnak hozzá –43 °C forráspontú. Ezen gázok aránya a keverékben meghatározza az üzemanyag-felhasználás alsó hőmérsékleti határát, amely ugyanazon okból lehet „nyári” és „tél”.
A propán-bután viszonylag magas forráspontja még a „téli” változatban is lehetővé teszi, hogy hengerben, folyadék formájában tároljuk: már alacsony nyomáson átmegy a folyékony fázisba. Innen származik a propán-bután üzemanyag másik neve - cseppfolyósított gáz. Ez kényelmes és gazdaságos: a folyékony fázis nagy sűrűsége lehetővé teszi, hogy nagy mennyiségű tüzelőanyagot helyezzen el kis térfogatban. A hengerben a folyadék feletti szabad helyet telített gőz foglalja el. Ahogy a gáz elfogy, a nyomás a palackban állandó marad, amíg ki nem ürül. Tankoláskor a propános autók sofőrjei legfeljebb 90%-ig töltsék fel a tankot, hogy hagyjanak benne helyet a párapárnának.
A palackon belüli nyomás elsősorban a környezeti hőmérséklettől függ. Nulla alatti hőmérsékleten egy atmoszféra alá süllyed, de még ez is elegendő a rendszer működőképességének fenntartásához. De a felmelegedéssel gyorsan növekszik. 20°C-on már 3-4 atmoszféra a nyomás a hengerben, 50°C-on pedig eléri a 15-16 atmoszférát. A legtöbb gépjármű gázpalacknál ezek az értékek közel vannak a maximumhoz. Ez azt jelenti, hogy ha túlmelegszik egy forró délutánon a déli napon, egy sötét autó cseppfolyósított gázpalackkal a fedélzetén... Nem, nem fog felrobbanni, mint egy hollywoodi akciófilmben, hanem elkezdi kiengedni a felesleges propánt. bután a légkörbe egy speciálisan ilyen esetre tervezett biztonsági szelepen keresztül . Estére, amikor ismét hidegebb lesz, érezhetően kevesebb lesz az üzemanyag a hengerben, de senkinek és semminek nem lesz baja. Igaz, amint a statisztikák azt mutatják, a biztonsági szelepek további megtakarításának egyéni rajongói időről időre kiegészítik az események krónikáját.
Sűrített gáz
Más elvek támasztják alá a földgázt üzemanyagként fogyasztó járművek gázpalackos berendezéseinek működését, amelyet fő alkotóeleme után metánnak neveznek. Ez ugyanaz a gáz, amelyet csöveken keresztül szállítanak a városi lakásokba. A kőolajgáztól eltérően a metán (CH 4) alacsony sűrűségű (1,6-szor könnyebb a levegőnél), és ami a legfontosabb, alacsony a forráspontja. Csak –164°C-on válik folyékony halmazállapotúvá. Más szénhidrogének kis százalékos szennyeződésének jelenléte a földgázban nem változtatja meg jelentősen a tiszta metán tulajdonságait. Ez azt jelenti, hogy ezt a gázt hihetetlenül nehéz folyadékká alakítani az autóban való használatra. Az elmúlt évtizedben aktívan dolgoztak az úgynevezett kriogén tartályok létrehozásán, amelyek lehetővé teszik a cseppfolyósított metán autóban történő tárolását –150°C és az alatti hőmérsékleten, legfeljebb 6 atmoszféra nyomáson. Ehhez az üzemanyag-opcióhoz járművek és benzinkutak prototípusai készültek. De ez a technológia eddig nem kapott gyakorlati elterjesztést.
Ezért az esetek túlnyomó többségében motorüzemanyagként való felhasználáshoz a metánt egyszerűen összenyomják, és a hengerben lévő nyomást 200 atmoszférára emelik. Ennek eredményeként egy ilyen henger szilárdságának és ennek megfelelően tömegének észrevehetően nagyobbnak kell lennie, mint a propáné. Igen, és az azonos térfogatú sűrített gáz lényegesen kevesebbet fér bele, mint a cseppfolyósított gáz (mólokban kifejezve). Ez pedig az autó autonómiájának csökkenése. Egy másik negatívum az ár. A metánberendezésekbe beépített lényegesen nagyobb biztonsági ráhagyás azt eredményezi, hogy egy autóhoz tartozó készlet ára közel tízszeresére bizonyul, mint a hasonló osztályú propán berendezés.
A metánpalackok három méretben készülnek, amelyek közül csak a legkisebb, 33 literes űrtartalommal lehet személygépkocsiban elhelyezni. De ahhoz, hogy garantáltan háromszáz kilométeres hatótávot biztosítsunk, öt ilyen hengerre van szükség, amelyek össztömege 150 kg. Nyilvánvaló, hogy egy kompakt városi körúton nincs értelme folyamatosan ilyen rakományt szállítani hasznos poggyász helyett. Ezért indokolt, hogy csak a nagy autókat alakítsák át metánra. Először is teherautók és buszok.
Mindezek mellett a metánnak két jelentős előnye van az olajgázzal szemben. Először is, még olcsóbb, és nincs kötve az olaj árához. Másodszor, a metánberendezések szerkezetileg biztosítottak a téli működéssel kapcsolatos problémák ellen, és lehetővé teszik, hogy kívánság szerint teljesen benzin nélkül végezzenek. A propán-bután esetében ez a trükk a mi éghajlati viszonyaink között nem fog működni. Az autó valójában kettős üzemanyagú marad. Ennek oka pontosan a gáz cseppfolyósított jellege. Pontosabban, a gáz élesen lehűl az aktív párolgás folyamata során. Ennek eredményeként a hőmérséklet a hengerben és különösen a gázreduktorban jelentősen csökken. A berendezés befagyásának megakadályozása érdekében a sebességváltót a motor hűtőrendszeréhez csatlakoztatott hőcserélő integrálásával fűtik. De ahhoz, hogy ez a rendszer működjön, a vezetékben lévő folyadékot elő kell melegíteni. Ezért ajánlatos a motort 10°C alatti környezeti hőmérsékleten indítani és felmelegíteni, szigorúan benzinnel. És csak ezután, amikor a motor eléri az üzemi hőmérsékletet, váltson gázra. A modern elektronikus rendszerek azonban mindent maguk kapcsolnak, vezetői segítség nélkül, automatikusan szabályozzák a hőmérsékletet, és megakadályozzák a berendezés lefagyását. Igaz, ezekben a rendszerekben az elektronika megfelelő működésének fenntartásához még meleg időben sem szabad teljesen kiüríteni a gáztartályt. A gázindítási mód az ilyen berendezéseknél vészhelyzet, erre csak vészhelyzetben lehet kényszerből kapcsolni a rendszert.
A metános berendezéseknek nem okoz nehézséget a téli indítás. Ellenkezőleg, ezzel a gázzal még könnyebb beindítani a motort hideg időben, mint benzinnel. A folyékony fázis hiánya nem igényli a reduktor melegítését, ami csak a rendszer nyomását csökkenti 200 szállítási atmoszféráról egy üzemi atmoszférára.
A közvetlen befecskendezés csodái
A legnehezebb gázzá alakítani a modern motorokat, amelyek közvetlen üzemanyag-befecskendezéssel rendelkeznek a hengerekbe. Ennek az az oka, hogy a gázbefecskendezők hagyományosan a szívócsatornában helyezkednek el, ahol a keverékképződés minden más típusú belső égésű motorban közvetlen befecskendezés nélkül történik. De az ilyenek jelenléte teljesen kizárja annak lehetőségét, hogy ilyen egyszerűen és technológiailag hozzá lehessen adni a gázt. Először is, ideális esetben a gázt közvetlenül a hengerbe is be kell vezetni, másodszor, és ez még fontosabb, a folyékony üzemanyag a saját közvetlen befecskendező befecskendező szelepeinek hűtésére szolgál. Enélkül nagyon gyorsan meghibásodnak a túlmelegedéstől.
A probléma megoldására van lehetőség, legalább kettő. Az első átalakítja a motort kettős üzemanyagú motorrá. Elég régen találták fel, még a benzinmotorok közvetlen befecskendezésének megjelenése előtt, és javasolták a dízelmotorok metánnal történő működésre való adaptálására. A gáz a kompresszió miatt nem gyullad meg, ezért a „szénsavas dízel” dízel üzemanyaggal indul, és alapjáraton és minimális terhelés mellett tovább működik. És akkor bejön a gáz. Ellátásának köszönhető, hogy a főtengely fordulatszámát közepes és nagy sebességű üzemmódban szabályozzák. Ehhez a befecskendező szivattyú (nagynyomású üzemanyag-szivattyú) a folyékony üzemanyag-ellátást a névleges érték 25-30% -ára korlátozza. A metán a saját vezetékén keresztül jut be a motorba, megkerülve a befecskendező szivattyút. Nincs probléma a kenéssel, mivel nagy sebességnél csökken a dízel üzemanyag-ellátás. A dízel befecskendezőket továbbra is a rajtuk áthaladó üzemanyag hűti. Igaz, nagy sebességnél a hőterhelés továbbra is megnövekedett.
Hasonló tápellátási sémát kezdtek alkalmazni a közvetlen befecskendezéses benzinmotorokhoz. Sőt, metán és propán-bután berendezésekkel is működik. De ez utóbbi esetben egy egészen nemrégiben megjelent alternatív megoldást tartanak ígéretesebbnek. Az egész azzal az ötlettel kezdődött, hogy elhagyják a hagyományos elpárologtatós sebességváltót, és folyékony fázisban nyomás alatt propán-butánt táplálnak a motorba. A következő lépések a gázbefecskendezők elhagyása és a cseppfolyósított gáz ellátása a szokásos benzinbefecskendezőkön keresztül volt. Az áramkörhöz egy elektronikus illesztőmodul került, amely a helyzettől függően gáz- vagy benzinvezetéket csatlakoztatott. Az új rendszer ugyanakkor elvesztette a gázon történő hidegindítással kapcsolatos hagyományos problémákat: nincs párolgás – nincs hűtés. Igaz, a közvetlen befecskendezéses motorok felszerelési költsége mindkét esetben olyan, hogy csak nagyon hosszú futásteljesítmény esetén térül meg.
Egyébként a gazdasági megvalósíthatóság korlátozza a gázberendezések használatát a dízelmotorokban. Előnyös okokból a kompressziós gyújtású motorokhoz csak metánberendezést használnak, jellemzői pedig csak a hagyományos üzemanyag-befecskendező szivattyúkkal felszerelt nehézgépmotorokhoz alkalmasak. Tény, hogy a kisméretű, gazdaságos személyszállító motorok dízelről gázra átalakítása nem térül meg, a legújabb közös nyomócsöves motorok gázhengeres berendezéseinek fejlesztése és műszaki megvalósítása pedig jelenleg gazdaságilag indokolatlannak számít.
Igaz, van egy másik, alternatív módja a dízel gázzá alakításának – a szikragyújtású gázmotorra való teljes átalakítás révén. Egy ilyen motorban 10-11 egységre csökken a sűrítési arány, megjelennek a gyújtógyertyák, a nagyfeszültségű villanyok, és örökre búcsút mond a gázolajnak. De fájdalommentesen kezdi fogyasztani a benzint.
Munkakörülmények
A régi szovjet utasítások a benzinüzemű autók gázzá alakítására megkövetelték a hengerfejek (hengerfejek) csiszolását a kompressziós arány növelése érdekében. Ez érthető: az elgázosítás tárgyai bennük a 76-os vagy annál alacsonyabb oktánszámú benzinnel üzemelő haszongépjárművek erőforrásai voltak. A metán oktánszáma 117, míg a propán-bután keverékek oktánszáma körülbelül száz. Így mindkét típusú gázüzemanyag lényegesen kevésbé hajlamos a detonációra, mint a benzin, és lehetővé teszi a motor kompressziós arányának növelését az égési folyamat optimalizálása érdekében.
Ezenkívül a mechanikus gázellátó rendszerekkel felszerelt archaikus karburátoros motorok esetében a kompressziós arány növelése lehetővé tette a gázra váltáskor fellépő teljesítményveszteség kompenzálását. A szívócsatornában ugyanis teljesen más arányban keveredik a benzin és a gázok levegővel, ezért propán-bután, és főleg metán használatakor lényegesen soványabb keveréken kell a motort járatni. Az eredmény a motor nyomatékának csökkenése, ami az első esetben 5-7%-os, a második esetben 18-20%-os teljesítménycsökkenést eredményez. Ugyanakkor a külső fordulatszám-karakterisztika grafikonján az egyes motorok nyomatékgörbéjének alakja változatlan marad. Egyszerűen lefelé mozog a „Newton-méter tengelye” mentén.
A modern gázellátó rendszerekkel felszerelt elektronikus befecskendező rendszerekkel rendelkező motorok esetében azonban ezeknek az ajánlásoknak és számoknak szinte nincs gyakorlati jelentése. Mert egyrészt a kompressziós arányuk már elegendő, és még a metánra való átálláshoz is, a hengerfej köszörülése gazdaságilag teljesen indokolatlan. Másodszor pedig a gázberendezés processzora az autó elektronikájával összehangolva úgy szervezi meg az üzemanyag-ellátást, hogy az legalább a felét kompenzálja a fent említett nyomatékkülönbséget. Közvetlen befecskendezésű rendszerekben és gáz-dízel motorokban a gázüzemanyag bizonyos fordulatszám-tartományokban még a nyomaték növelésére is képes.
Ezen túlmenően az elektronika egyértelműen felügyeli a szükséges gyújtási időzítést, amely gázra váltáskor nagyobb kell legyen, mint a benzinnél, minden más tényező változatlansága mellett. A gázüzemanyag lassabban ég, ami azt jelenti, hogy korábban meg kell gyújtani. Ugyanezen okból nő a szelepek és ülékeik hőterhelése. Másrészt a henger-dugattyú csoport lökésterhelése kisebb lesz. Ráadásul a metánnal induló tél sokkal hasznosabb neki, mint a benzinnek: a gáz nem mossa le az olajat a hengerfalakról. És általában a gázüzemanyag nem tartalmaz fémöregedési katalizátorokat, az üzemanyag teljesebb égése csökkenti a kipufogógáz toxicitását és a szénlerakódásokat a hengerekben.
Autonóm úszás
A benzines autók talán legszembetűnőbb hátránya a korlátozott autonómia. Először is, a gázüzemanyag-fogyasztás, ha térfogatra számítjuk, nagyobb, mint a benziné és különösen a gázolajé. Másodszor pedig kiderül, hogy a benzines autó a megfelelő benzinkutakhoz van kötve. Ellenkező esetben az alternatív üzemanyagra való átalakítás pontja a nullához közeledik. Különösen nehéz a metánnal közlekedők számára. Nagyon kevés metán benzinkút van, és mindegyik fő gázvezetékhez csatlakozik. Ezek egyszerűen kis kompresszorállomások a főcső ágain. A 80-as évek végén - a huszadik század 90-es évek elején országunk egy állami program részeként próbálta aktívan átalakítani a szállítást metánra. Ekkor keletkezett a legtöbb metán benzinkút. 1993-ig 368 db épült meg belőlük, azóta ez a szám, ha egyáltalán, de csak kis mértékben nőtt. A legtöbb benzinkút az ország európai részén található, szövetségi autópályák és városok közelében. De ugyanakkor nem is annyira az autósok kényelme, hanem a gázosok szempontjából határozták meg elhelyezkedésüket. Ezért csak nagyon ritka esetekben helyezkedtek el benzinkutak közvetlenül az autópálya mellett, és szinte soha nem voltak megavárosokban. Szinte mindenhol több kilométeres kitérőt kell tenni valamelyik ipari zónába ahhoz, hogy metánt tankolhasson. Ezért a távolsági útvonal megtervezésekor meg kell keresnie ezeket a benzinkutakat, és előre emlékeznie kell rájuk. Az egyetlen dolog, ami ilyen helyzetben kényelmes, az az üzemanyag állandóan magas minősége bármelyik metánállomáson. A fő gázvezetékből származó gáz felhígulása vagy megromlása nagyon problémás. Hacsak nem hibásodik meg hirtelen a szűrő vagy a szárítórendszer valamelyik benzinkútnál.
A propán-bután tartályokban szállítható, és ennek a tulajdonságnak köszönhetően a benzinkutak földrajzi elhelyezkedése lényegesen szélesebb. Egyes régiókban még a legtávolabbi külvárosban is tankolhat vele. De nem ártana utánanézni a közelgő útvonalon található propán benzinkutak elérhetőségének, hogy ne legyen kellemetlen meglepetés az autópályán való hirtelen hiányzásuk. Ugyanakkor a cseppfolyósított gáz mindig fennáll annak a veszélye, hogy szezonon kívüli vagy egyszerűen rossz minőségű üzemanyagot használnak.
Sokat beszéltek már a gázmotorok üzemanyagának előnyeiről, különösen a metánról, de hadd emlékeztessünk rájuk még egyszer.
Ez egy környezetbarát kipufogó, amely megfelel a jelenlegi, sőt a jövőbeni törvényi kibocsátási követelményeknek. A globális felmelegedés kultuszának keretein belül ez fontos előny, mivel az Euro 5, Euro 6 és az összes későbbi szabvány hibátlanul előírja, és a kipufogóproblémát így vagy úgy meg kell oldani. 2020-ra az Európai Unióban az új járművek átlagosan legfeljebb 95 g CO2-t bocsáthatnak ki kilométerenként. 2025-re ez a megengedett határérték tovább csökkenhet. A metánmotorok képesek megfelelni ezeknek a toxicitási szabványoknak, és nem csak az alacsonyabb CO2-kibocsátás miatt. A gázmotorok részecskekibocsátása is alacsonyabb, mint a benzines vagy dízelmotoroké.
Ezenkívül a gázmotor üzemanyaga nem mossa le az olajat a hengerfalakról, ami lelassítja azok kopását. A gázmotor üzemanyag propagandistái szerint a motor élettartama varázslatosan jelentősen megnő. Ugyanakkor szerényen hallgatnak a gázüzemű motor hőterheléséről.
A gázmotoros üzemanyag fő előnye pedig az ár. Az ár és csak az ár fedezi a gáz, mint motorüzemanyag minden hiányosságát. Ha a metánról beszélünk, akkor ez a CNG-töltőállomások fejletlen hálózata, amely szó szerint összeköti a benzines autót egy benzinkúttal. A cseppfolyósított földgázt töltő töltőállomások száma elenyésző, ez a fajta gázmotor-üzemanyag ma egy niche, erősen specializált termék. Ezenkívül a gázberendezések elfoglalják a hasznos teherbírás egy részét, és a gázberendezések gondos és költséges karbantartást igényelnek.
A műszaki fejlődés egy olyan típusú motort hozott létre, mint a gáz-dízel, amely két világban él: a dízelben és a gázban. De mint univerzális eszköz, a gázolaj nem valósítja meg teljesen egyik világ képességeit. Ugyanazon motoron nem lehet optimalizálni az égést, a hatásfokot vagy a károsanyag-kibocsátást két üzemanyag esetében. A gáz-levegő ciklus optimalizálásához speciális szerszámra van szüksége - egy gázmotorra.
Manapság minden gázmotor külső gáz-levegő keverékképzést és gyújtógyertyából történő gyújtást alkalmaz, mint a karburátoros benzinmotoroknál. Alternatív lehetőségek fejlesztés alatt állnak. A gáz-levegő keverék a szívócsonkban gázbefecskendezéssel jön létre. Minél közelebb megy ez a folyamat a hengerhez, annál gyorsabban reagál a motor. Ideális esetben a gázt közvetlenül az égéstérbe kell befecskendezni, az alábbiak szerint. Nem a szabályozás bonyolultsága az egyetlen hátránya a külső keverékképzésnek.
A gázbefecskendezést egy elektronikus egység vezérli, amely a gyújtás időzítését is szabályozza. A metán lassabban ég, mint a gázolaj, vagyis a gáz-levegő keveréknek korábban kell meggyulladnia, az előretolási szög is a terhelés függvényében módosul. Ezen túlmenően a metánhoz alacsonyabb kompressziós arány szükséges, mint a dízel üzemanyaghoz. Tehát egy szívómotorban a kompressziós arány 12-14-re csökken. A szívómotorokat a gáz-levegő keverék sztöchiometrikus összetétele jellemzi, vagyis a felesleges levegő együtthatója a egyenlő 1, ami bizonyos mértékig kompenzálja a kompressziós arány csökkenéséből eredő teljesítményveszteséget. Az atmoszférikus gázmotor hatásfoka 35%, míg az atmoszférikus dízelmotoré 40%.
Az autógyártók speciális motorolajok használatát javasolják a gázmotorokban, amelyeket vízállóság, alacsony szulfáthamutartalom és ugyanakkor magas alapszám jellemez, de minden évszakra használható olajokat a SAE 15W-40 és 10W-40 dízelmotorokhoz. osztályok nem tiltottak, amelyeket a gyakorlatban tízből kilenc esetben alkalmaznak.
A turbófeltöltő lehetővé teszi, hogy a kompressziós arányt 10–12-re csökkentse a motor méretétől és a szívócsatornában uralkodó nyomástól függően, és a felesleges levegő arányát 1,4–1,5-re növelje. Ebben az esetben a hatásfok eléri a 37%-ot, ugyanakkor a motor hőterhelése jelentősen megnő. Összehasonlításképpen a turbófeltöltős dízelmotor hatékonysága eléri az 50%-ot.
A gázmotor megnövekedett hőterhelése azzal jár, hogy az égésteret nem lehet kiöblíteni, amikor a szelepek zárva vannak, amikor a kipufogó- és a szívószelepek egyidejűleg nyitva vannak a kipufogólöket végén. A friss levegő áramlása, különösen a feltöltött motorban, hűtheti az égéstér felületeit, ezzel csökkentve a motor termikus igénybevételét, valamint csökkenti a friss töltés felmelegedését, ez növelné a feltöltési tényezőt, de gázmotor, a szelepek átfedése elfogadhatatlan. A gáz-levegő keverék külső képződése miatt a hengerbe mindig a metánnal együtt levegő is jut, és a kipufogószelepeket ilyenkor el kell zárni, hogy a metán ne kerüljön a kipufogócsatornába és ne okozzon robbanást.
A csökkentett kompressziós arány, a megnövekedett hőfeszültség és a gáz-levegő körfolyamat jellemzői megfelelő változtatásokat igényelnek, különösen a hűtőrendszerben, a vezérműtengely és a CPG-alkatrészek kialakításában, valamint a teljesítmény fenntartása érdekében felhasznált anyagokban. és élettartama. Így a gázmotor költsége nem különbözik annyira a dízel egyenértékétől, ha nem magasabb. Plusz a gázberendezés költsége.
A hazai autóipar zászlóshajója, a KAMAZ PJSC sorozatban gyártja a KamAZ-820.60 és KamAZ-820.70 sorozatú 8 hengeres V-alakú gázmotorokat, 120x130 méretű és 11 762 literes lökettérfogattal. Gázmotorokhoz olyan CPG-t használnak, amely 12-es kompressziós arányt biztosít (a KamAZ-740 dízel sűrítési aránya 17). A hengerben a gáz-levegő keveréket az injektor helyett beépített gyújtógyertya gyújtja meg.
A gázmotoros nehézgépjárművekhez speciális gyújtógyertyákat használnak. Így a Federal-Mogul irídium központi elektródával és irídiumból vagy platinából készült oldalelektródával ellátott gyújtógyertyákkal látja el a piacot. Az elektródák és maguk a gyújtógyertyák kialakítása, anyagai és jellemzői figyelembe veszik a nagy teherbírású jármű üzemi hőmérsékletét, amelyre a terhelések széles skálája és a viszonylag magas kompressziós arány jellemző.
A KamAZ-820 motorok elosztott metán befecskendező rendszerrel vannak felszerelve a szívócsőbe elektromágneses mérőeszközzel ellátott fúvókákon keresztül. A gázt minden egyes henger szívócsatornájába külön-külön fecskendezik be, ami lehetővé teszi a gáz-levegő keverék összetételének beállítását minden egyes hengerhez a káros anyagok minimális kibocsátása érdekében. A gázáramlás szabályozása mikroprocesszoros rendszerrel történik a befecskendező előtti nyomás függvényében, a levegőellátást elektronikus gázpedállal hajtott fojtószelep szabályozza. A mikroprocesszoros rendszer vezérli a gyújtás időzítését, védelmet nyújt a metán gyújtás ellen a szívócsonkban a gyújtásrendszer meghibásodása vagy a szelep meghibásodása esetén, valamint a motor védelmet a vészüzemmódokkal szemben, fenntartja a jármű adott sebességét, nyomatékkorlátozást biztosít a a jármű meghajtó kerekei és az öndiagnózis a rendszer bekapcsolásakor.
A KAMAZ nagyrészt egyesítette a gáz- és dízelmotorok alkatrészeit, de nem az összeset, és sok külsőleg hasonló alkatrészt dízelmotorokhoz - főtengely, vezérműtengely, dugattyúk hajtókarokkal és gyűrűkkel, hengerfejek, turbófeltöltő, vízszivattyú, olajszivattyú, szívócső, olajteknő, lendkerékház - gázmotorokhoz nem alkalmas.
2015 áprilisában a KAMAZ elindított egy gázüzemű járműcsoportot, amelynek kapacitása évi 8 ezer egység. A termelés az autógyár egykori gáz-dízel épületében található. Az összeszerelési technológia a következő: az alváz össze van szerelve, és egy gázmotort szerelnek fel rá az autógyár fő összeszerelő sorára. Ezután az alvázat a gázüzemű járművek karosszériájába vontatják a gázberendezés felszereléséhez és a teljes vizsgálati ciklus lefolytatásához, valamint a járművek és az alváz bejáratásához. Ezzel egyidejűleg a motorgyártó üzemben összeszerelt KAMAZ gázmotorokat (beleértve a BOSCH alkatrészekkel korszerűsítetteket is) teljes körűen tesztelik és bejáratják.
Az Avtodiesel (Jaroszlavli Motorgyár) a Westporttal együttműködve egy sor gázmotort fejlesztett ki és gyárt a YaMZ-530 4- és 6-hengeres soros motorcsalád alapján. A hathengeres változat felszerelhető az új generációs Ural NEXT járművekre.
Mint fentebb említettük, a gázmotor ideális változata a közvetlen gázbefecskendezés az égéstérbe, de eddig a legerősebb globális gépészet nem alkotott ilyen technológiát. Németországban a Direct4Gas konzorcium végzi a kutatást, amelyet Robert Bosch GmbH vezet a Daimler AG-vel és a Stuttgarti Autótechnológiai és Motorok Kutatóintézettel (FKFS) együttműködve. A német Gazdasági és Energiaügyi Minisztérium 3,8 millió euróval támogatta a projektet, ami valójában nem is olyan sok. A projekt 2015-től 2017 januárjáig tart. A Na-gorának egy közvetlen metánbefecskendező rendszer ipari tervezését és – ami nem kevésbé fontos – a gyártási technológiát kell biztosítania.
A többpontos elosztós gázbefecskendezést használó jelenlegi rendszerekhez képest a fejlett közvetlen befecskendező rendszer 60%-kal tudja növelni a nyomatékot az alacsony végpontokon, kiküszöbölve a gázmotor gyenge pontját. A közvetlen befecskendezés a gázmotor „gyermekkori” betegségeinek egész komplexét oldja meg, külső keverékképzéssel együtt.
A Direct4Gas projekt egy olyan közvetlen befecskendező rendszert fejleszt, amely megbízható és tömített lehet, és pontosan a befecskendezendő gázmennyiséget tudja adagolni. Magát a motort a lehető legkisebbre kell módosítani, hogy az iparág ugyanazokat az alkatrészeket tudja használni. A projektcsapat a kísérleti gázmotorokat új fejlesztésű, nagynyomású befecskendező szeleppel szereli fel. A rendszert állítólag laboratóriumban és közvetlenül a járműveken tesztelik. A kutatók az üzemanyag-levegő keverék kialakulását, a gyújtásszabályozás folyamatát és a mérgező gázok képződését is vizsgálják. A konzorcium hosszú távú célja, hogy olyan feltételeket teremtsen, amelyek mellett a technológia piacra kerülhet.
Tehát a gázmotorok egy fiatal terület, amely még nem érte el a technológiai érettséget. Az érettség akkor jön el, amikor a Bosch és barátai olyan technológiát dolgoznak ki, amellyel metánt közvetlenül az égéstérbe fecskendeznek be.
