A teljes egészében metánnal működő dízelmotor akár 60% a hagyományos költségek összegéből és természetesen jelentősen csökkenti a környezetszennyezést.

Gyakorlatilag bármilyen dízelmotort át tudunk alakítani metánnal gázmotor üzemanyagként.

Ne várj holnapra, kezdj el spórolni még ma!

Hogyan működhet metánnal egy dízelmotor?

A dízelmotor olyan motor, amelyben az üzemanyag-gyújtást kompressziós fűtéssel hajtják végre. A normál dízelmotor nem tud földgázzal működni, mert a metán lobbanáspontja lényegesen magasabb, mint a dízel üzemanyagé (DF - 300-330 C, metán - 650 C), ami a dízelmotoroknál alkalmazott sűrítési arányoknál nem érhető el.

A második ok, amiért egy dízelmotor nem tud gázüzemanyaggal működni, a detonációs jelenség, i.e. nem szabványos (a tüzelőanyag robbanásszerű égése, amely túlzott kompressziós aránnyal lép fel. Dízelmotoroknál az üzemanyag-levegő keverék sűrítési aránya 14-22-szeres, egy metánmotor kompressziós aránya akár 12-16-szoros is lehet. .

Ezért a dízelmotor gázmotoros üzemmódba való áthelyezéséhez két fő dolgot kell tenni:

• Csökkentse a motor kompresszióját

• Szerelje be a szikragyújtás rendszert

Ezen módosítások után a motor csak metánnal fog működni. A dízel üzemmódba való visszatérés csak speciális munka elvégzése után lehetséges.

Az elvégzett munka lényegéről bővebben a "Hogyan történik pontosan a gázolaj metánná történő átalakítása" című fejezetben.

Milyen megtakarításokat kaphatok?

A megtakarított összeg a 100 km-re lefutott dízel üzemanyag motorátalakítás előtti költsége és a gázüzemanyag vásárlási költsége közötti különbségként kerül kiszámításra.

Például egy Freigtleiner Cascadia teherautó esetében az átlagos dízel üzemanyag-fogyasztás 35 liter volt 100 km-en, és metánra átalakítás után a gázüzemanyag-fogyasztás 42 Nm3 volt. metán. Ezután a dízel üzemanyag költsége 31 rubel 100 km. A futásteljesítmény kezdetben 1085 rubelbe került, majd az átalakítás után, a metán költsége 11 rubel normál köbméterenként (nm3), 100 km futás 462 rubelbe kezdett.

A megtakarítás 623 rubelt tett ki 100 kilométerenként, vagyis 57%. Az éves 100 000 km-es futásteljesítményt figyelembe véve az éves megtakarítás 623 000 rubelt tett ki. A propán felszerelésének költsége erre az autóra 600 000 rubel volt. Így a rendszer megtérülési ideje körülbelül 11 hónap volt.

A metán, mint gázmotor-üzemanyag további előnye, hogy rendkívül nehéz ellopni, és gyakorlatilag lehetetlen „leereszteni”, mivel normál körülmények között gáz. Ugyanezen okok miatt nem lehet eladni.

A metánfogyasztás a dízelmotor gázmotoros üzemmódra átalakítása után 1,05-1,25 Nm3 metán/liter dízel üzemanyag-fogyasztás között változhat (a dízelmotor kialakításától, kopásától, stb. függően).

Tapasztalatainkból példákat olvashat az általunk átalakított dízelek metánfogyasztásáról.

Az előzetes számítások szerint a metánnal működő dízelmotor átlagosan 1 liter dízel üzemanyag-fogyasztást vesz fel dízel üzemmódban = 1,2 Nm3 metán gázmotor üzemmódban.

Konkrét megtakarítást érhet el autójára, ha kitölti az átalakítási kérelmet az oldal végén található piros gombra kattintva.

Hol lehet feltölteni metánt?

A FÁK-országokban több mint 500 CNG állomás Oroszországban pedig több mint 240 CNG-töltőállomás működik.

A CNG-töltőállomások elhelyezkedéséről és nyitvatartási idejéről az alábbi interaktív térképen tekintheti meg az aktuális információkat. A térkép a gazmap.ru jóvoltából

És ha van egy gázcső a járműparkja mellett, akkor érdemes megfontolni a saját CNG-töltőállomás építésének lehetőségeit.

Csak hívjon minket, és szívesen adunk tanácsot minden lehetőségről.

Mennyi a futásteljesítmény egy benzinkútnál metánnal?

A jármű fedélzetén lévő metánt gáz halmazállapotban, 200 atmoszféra magas nyomáson, speciális hengerekben tárolják. E hengerek nagy tömege és mérete jelentős negatív tényező, amely korlátozza a metán gázüzemanyagként való felhasználását.

A RAGSK LLC munkája során kiváló minőségű fém-műanyag kompozit hengereket (2-es típus) használ, amelyek az Orosz Föderációban való használatra engedélyezettek.

Ezeknek a hengereknek a belső része nagy szilárdságú króm-molibdén acélból készül, a külső része pedig üvegszállal van bevonva és epoxigyantával van kitöltve.

1 Nm3 metán tárolásához 5 liter hengerhidraulika térfogatra van szükség, i.e. például egy 100 literes henger körülbelül 20 Nm3 metán tárolását teszi lehetővé (sőt, kicsit több, mivel a metán nem ideális gáz és jobban összenyomódik). 1 liter hidraulikaolaj tömege hozzávetőlegesen 0,85 kg, i.e. a tárolórendszer tömege 20 Nm3 metánhoz körülbelül 100 kg lesz (85 kg a henger tömege és 15 kg magának a metánnak a tömege).

A 2-es típusú metántároló palackok így néznek ki:

Az összeszerelt metántároló rendszer így néz ki:

A gyakorlatban általában a következő futásteljesítmény értékeket lehet elérni:

• 200-250 km - kisbuszokhoz. Tárolórendszer súlya - 250 kg
• 250-300 km - közepes méretű városi buszokhoz. Tárolórendszer súlya - 450 kg
• 500 km - teherautó-traktorokhoz. A tárolórendszer súlya - 900 kg

Konkrét metán futásteljesítményt kaphat autójához, ha kitölti az átalakítási kérelmet az oldal végén található piros gombra kattintva.

Hogyan történik pontosan a gázolaj metánná történő átalakítása?

A dízelmotor gázüzemre való átalakítása komoly beavatkozást igényel magában a motorban.

Először a sűrítési arányt kell módosítanunk (miért? lásd a "Hogyan működhet a dízelmotor metánnal?" fejezetet) Ehhez többféle módszert alkalmazunk, kiválasztva a legjobbat az Ön motorjához:

• Dugattyús marás
• Tömítés a hengerfej alatt

• Új dugattyúk beszerelése
• Összekötő rúd rövidítés

A legtöbb esetben dugattyús marást alkalmazunk (lásd a fenti ábrát).

A dugattyúk marás után valahogy így néznek ki:

Számos további érzékelőt és eszközt is beépítünk (elektronikus gázpedál, főtengely helyzetérzékelő, oxigénmennyiség érzékelő, kopogásérzékelő stb.).

Minden rendszerelemet elektronikus vezérlőegység (ECU) vezérel.

A motorra szerelhető alkatrészek készlete így fog kinézni:

Változnak-e a motor jellemzői metánnal üzemelve?

Teljesítmény Az általános vélemény szerint metán hatására a motor akár 25%-ot is veszít teljesítményéből. Ez a vélemény igaz a kettős üzemanyagú "benzin-gáz" motorokra, részben pedig a szívó dízelmotorokra.

A modern feltöltött motorok esetében ez a vélemény téves.

A 16-22-szeres kompressziós aránnyal való működésre tervezett eredeti dízelmotor nagy szilárdságú élettartama és a gázüzemanyag magas oktánszáma 12-14-szeres sűrítési arány alkalmazását teszi lehetővé. Ez a nagy tömörítési arány lehetővé teszi a megszerzését azonos (és még nagyobb) teljesítménysűrűség, sztöchiometrikus üzemanyag-keverékeken dolgozva.Az EURO-3-nál magasabb toxicitási szabványok teljesítése azonban nem lehetséges, és az átalakított motor hőterhelése is megnő.

A modern felfújható dízelmotorok (különösen közhűtött levegővel) lehetővé teszik, hogy jelentősen sovány keverékeken dolgozzon, miközben megőrzi az eredeti dízelmotor teljesítményét, a hőszabályozást azonos határokon belül tartja, és megfelel az EURO-4 toxicitási szabványoknak.

Szívó dízelmotorokhoz 2 alternatívát kínálunk: vagy az üzemi teljesítmény 10-15%-os csökkentését, vagy vízbefecskendező rendszer használatát a szívócsőben az elfogadható üzemi hőmérséklet fenntartása és az EURO-4 károsanyag-kibocsátási normák elérése érdekében.

A teljesítmény motor fordulatszámtól való tipikus függésének típusai tüzelőanyag-típusonként:

Nyomaték A maximális nyomaték értéke nem változik, sőt kismértékben meg is nőhet. A maximális nyomaték elérésének pontja azonban a nagyobb sebesség felé tolódik el. Ez természetesen nem kellemes, de a gyakorlatban a járművezetők gyakorlatilag nem panaszkodnak, és gyorsan megszokják, különösen, ha van tartalék a motor teljesítményére.

A gázmotorok nyomatékcsúcsának eltolási problémájának radikális megoldása a turbina cseréje egy speciális típusú túlméretezett turbinára, amely nagy fordulatszámon megkerülő mágnesszeleppel rendelkezik. Egy ilyen megoldás magas költsége azonban nem teszi lehetővé, hogy egyedi átalakításra használjuk.

Megbízhatóság A motor élettartama jelentősen megnő. Mivel a gáz égése egyenletesebben megy végbe, mint a dízel üzemanyagé, a gázmotor kompressziós aránya kisebb, mint a gázolajé, és a gáz a dízel üzemanyaggal ellentétben nem tartalmaz idegen szennyeződéseket. Az olajgáz-motorok nagyobb követelményeket támasztanak az olaj minőségével szemben. Javasoljuk, hogy használjon kiváló minőségű, minden időjárásra alkalmas SAE 15W-40, 10W-40 osztályú olajokat, és legalább 10 000 km-en keresztül cserélje ki az olajat.

Lehetőség szerint célszerű speciális olajokat használni, például LUKOIL EFFORSE 4004 vagy Shell Mysella LA SAE 40. Ez nem szükséges, de a motor nagyon sokáig bírja velük.

A gázmotorokban a gáz-levegő keverékek égéstermékeinek magasabb víztartalma miatt a motorolajok vízállóságával kapcsolatos problémák léphetnek fel, illetve a gázmotorok érzékenyebbek az égéstérben kialakuló hamulerakódásokra is. Emiatt a gázmotorokhoz használt olajok szulfáthamu-tartalma alacsonyabb értékekre korlátozódik, és az olajok hidrofóbságára vonatkozó követelmények nőnek.

Zaj Nagyon meg fogsz lepődni! A gázmotor nagyon csendes gép a dízelmotorhoz képest. A zajszint 10-15 dB-lel csökken a műszereken, ami a szubjektív érzetek alapján 2-3 halkabb működésnek felel meg.

Természetesen senkit nem érdekel a környezet. De egyébként is… ?

A metángázmotor minden környezetvédelmi jellemzőt tekintve lényegesen felülmúlja a hasonló teljesítményű, dízel üzemanyaggal működő motorokat, károsanyag-kibocsátását tekintve pedig csak az elektromos és hidrogénmotorokat.

Ez különösen észrevehető a nagyvárosok olyan fontos mutatójában, mint a füst. Minden városlakót eléggé idegesítenek a füstös farok a LIAZ-ok mögött.Ez metánon nem fog megtörténni,így nincs koromképződés a gázégés során!

A metánmotor környezetvédelmi osztálya általában Euro-4 (karbamid vagy gáz-visszavezető rendszer használata nélkül). Egy további katalizátor beszerelésekor azonban lehetőség van a környezetvédelmi osztály Euro-5-re történő emelésére.

1

1 Az Orosz Föderáció Állami Tudományos Központja - Szövetségi Állami Egységes Vállalat "A Munkaügyi Vörös Zászló Központi Rendje Gépjármű- és Gépjárműipari Intézet (NAMI)"

A dízelmotor gázmotorra átalakításakor a teljesítménycsökkenés kompenzálására kompresszort alkalmaznak. A detonáció megelőzése érdekében a geometriai tömörítési arány csökken, ami az indikátor hatékonyságának csökkenését okozza. Elemezzük a geometriai és a tényleges tömörítési arányok közötti különbségeket. A szívószelep azonos mértékű zárása a BDC előtt vagy után a tényleges kompressziós arányban ugyanolyan csökkenést okoz a geometriai tömörítési arányhoz képest. Megadjuk a töltési folyamat paramétereinek összehasonlítását egy standard és rövidített beviteli fázissal. Kimutatták, hogy a szívószelep korai zárása lehetővé teszi a tényleges kompressziós arány csökkentését, csökkentve a kopogási küszöböt, miközben fenntartja a magas geometriai tömörítési arányt és a magas indikátor hatékonyságot. A rövidített bemenet növeli a mechanikai hatékonyságot a szivattyúzási veszteségek nyomásának csökkentésével.

gázmotor

geometriai tömörítési arány

tényleges tömörítési arány

szelep időzítés

mutató hatékonysága

mechanikai hatékonyság

robbanás

szivattyúzási veszteségek

1. Kamenev V.F. A 3,5 tonnánál nagyobb tömegű járművek dízelmotorjainak mérgező teljesítményének javításának kilátásai / V.F. Kamenev, A.A. Demidov, P.A. Shcheglov // Proceedings of NAMI: Szo. tudományos Művészet. - M., 2014. - Szám. 256. szám - P. 5–24.

2. Nikitin A.A. A szelep állítható működtetője a munkaközegnek a motor hengerébe történő bevezetéséhez: Pat. 2476691 Orosz Föderáció, IPC F01L1/34 / A.A. Nikitin, G.E. Sedykh, G.G. Ter-Mkrtichyan; bejelentő és szabadalom jogosultja SSC RF FSUE "NAMI", köz. 2013.02.27.

3. Ter-Mkrtichyan G.G. Motor kvantitatív fojtószelep nélküli teljesítményszabályozással // Autóipar. - 2014. - 3. szám - P. 4-12.

4. Ter-Mkrtichyan G.G. Tudományos alapja szabályozott sűrítési arányú motorok létrehozásának: disz. doc. … tech. Tudományok. - M., 2004. - 323 p.

5. Ter-Mkrtichyan G.G. Dugattyúmozgás szabályozás belső égésű motorokban. - M. : Metallurgizdat, 2011. - 304 p.

6. Ter-Mkrtichyan G.G. A nagy dízelmotorok akkumulátor-üzemanyag-rendszereinek fejlesztési trendjei / G.G. Ter-Mkrtichyan, E.E. Starkov // Proceedings of NAMI: Szo. tudományos Művészet. - M., 2013. - Szám. No. 255. - S. 22-47.

A közelmúltban a dízelmotorokból átalakított gázmotorokat széles körben alkalmazzák teherautókban és buszokban a hengerfej módosításával a fúvóka gyújtógyertyával történő cseréjével, és a motort olyan berendezéssel látták el, amely a bemeneti csővezetékbe vagy a bemeneti csatornákba gázt szállít. A detonáció megelőzése érdekében a kompressziós arányt általában a dugattyú módosításával csökkentik.

A gázmotor eleve kisebb teljesítménnyel és rosszabb üzemanyag-hatékonysággal rendelkezik, mint az alapdízel. A gázmotor teljesítményének csökkenését a hengerek levegő-üzemanyag keverékkel való feltöltésének csökkenése magyarázza, amely a levegő egy részének a folyékony üzemanyaghoz képest nagyobb térfogatú gázzal való helyettesítése miatt következik be. A teljesítménycsökkenés kompenzálására szupertöltést alkalmaznak, amely a kompressziós arány további csökkentését igényli. Ugyanakkor a motor indikátor hatásfoka csökken, ami az üzemanyag-hatékonyság romlásával jár együtt.

A gázátalakítás alapmotorjaként a YaMZ-536 (6CHN10.5/12.8) család geometriai sűrítési arányú dízelmotorját választották. ε \u003d 17,5 és 180 kW névleges teljesítmény 2300 min -1 főtengely-fordulatszám mellett.

1. ábra. A gázmotor maximális teljesítményének függősége a sűrítés mértékétől (robbanási határ).

Az 1. ábra egy gázmotor maximális teljesítményének a sűrítési aránytól (robbanási határtól) való függését mutatja. Szabványos szelepvezérlésű átalakított motorban a megadott 180 kW-os robbanás nélküli névleges teljesítmény csak a geometriai sűrítési arány jelentős, 17,5-ről 10-re történő csökkentésével érhető el, ami a jelzett hatásfok észrevehető csökkenését okozza.

A szívószelep korai zárásával járó ciklus végrehajtásával a detonáció elkerülhető a geometriai kompressziós arány csökkenése vagy minimális csökkentése mellett, és ezáltal az indikátor hatékonyságának minimális csökkenése. Ebben a ciklusban a szívószelep zár, mielőtt a dugattyú elérné a BDC-t. A szívószelep zárása után, amikor a dugattyú a BDC felé mozog, a gáz-levegő keverék először kitágul és lehűl, és csak miután a dugattyú áthalad a BDC-n, és a TDC-be mozog, akkor kezd összenyomni. A hengerek töltési veszteségét a töltőnyomás növelése kompenzálja.

A kutatás fő célja annak feltárása volt, hogy egy korszerű dízelmotor külső keverékképzéssel és mennyiségi szabályozással rendelkező gázmotorrá alakítható-e az alap dízelmotor nagy teljesítménye és üzemanyag-hatékonysága mellett. Tekintsünk néhány kulcsfontosságú mozzanatát a kilátásba helyezett feladatok eldöntésének megközelítésében.

Geometriai és tényleges tömörítési arányok

A kompressziós folyamat kezdete egybeesik a szívószelep φ zárási pillanatával a. Ha ez LDC-n történik, akkor a tényleges tömörítési arány ε f egyenlő az ε geometriai tömörítési aránnyal. A munkafolyamat hagyományos megszervezésével a bemeneti szelep a BDC után 20-40°-kal zár, hogy javítsa a feltöltést az újratöltés miatt. Egy rövid szívóciklus alatt a szívószelep bezárul a BDC-re. Ezért a valódi motorokban a tényleges sűrítési arány mindig kisebb, mint a geometriai tömörítési arány.

A szívószelep azonos mértékű zárása akár a BDC előtt, akár után a tényleges kompressziós arányban ugyanolyan csökkenést okoz a geometriai tömörítési arányhoz képest. Így például a φ megváltoztatásakor a 30°-kal a BDC előtt vagy után, a tényleges tömörítési arány körülbelül 5%-kal csökken.

A munkatest paramétereinek megváltoztatása töltés közben

A kutatás során a standard kipufogófázisokat megtartottuk, a beszívási fázisokat pedig a szívószelep zárási szögének φ változtatásával változtattuk. a. Ebben az esetben a szívószelep korai zárásával (BDC-ig) és a normál beszívási időtartam megtartásával (Δφ) vp=230°), a bemeneti szelepet jóval a TDC előtt ki kell nyitni, ami a szelepek nagy átfedése miatt elkerülhetetlenül a maradék gázok arányának túlzott növekedéséhez és a munkafolyamat áramlási zavarához vezet. . Ezért a szívószelep korai zárása a beszívás időtartamának jelentős, 180°-ra történő csökkentését tette szükségessé.

A 2. ábra a töltés alatti töltőnyomás diagramját mutatja a bemeneti szelep BDC-hez viszonyított zárószögének függvényében. Nyomás a töltés végén p a alacsonyabb, mint a nyomás a szívócsonkban, és minél nagyobb a nyomáscsökkenés, annál hamarabb zár a szívószelep a BDC-hez.

Ha a szívószelep TDC-n zárva van, a töltési hőmérséklet a töltés végén T a valamivel magasabb, mint a bemeneti csővezeték hőmérséklete T k. Amikor a szívószelep korábban zár, a hőmérsékletek közelednek egymáshoz, és mikor φ a>35...40° PCV töltés nem melegszik fel töltés közben, hanem lehűl.

1 - φ a=0°; 2 - φ a=30°; 3 - φ a=60°.

2. ábra A bemeneti szelep zárószögének hatása a nyomásváltozásra a töltési folyamat során.

A szívófázis optimalizálása névleges teljesítményen

Ceteris paribus, a kompressziós arány fokozását vagy növelését a külső keverékképződéssel rendelkező motorokban ugyanaz a jelenség – a detonáció előfordulása – korlátozza. Nyilvánvaló, hogy azonos légtöbblet-tényezővel és azonos gyújtási időzítéssel a detonáció kezdetének feltételei megfelelnek bizonyos nyomásértékeknek pcés hőmérséklet T c töltse fel a tömörítés végén, a tényleges tömörítési aránytól függően.

Ugyanazon geometriai tömörítési arány és ennek következtében azonos tömörítési térfogat esetén az arány pc/ T c egyedileg határozza meg a hengerben lévő friss töltet mennyiségét. A munkaközeg nyomásának és hőmérsékletének aránya arányos a sűrűséggel. Ezért a tényleges kompressziós arány megmutatja, hogy a munkafolyadék sűrűsége mennyivel növekszik a tömörítési folyamat során. A sűrítés végén a munkaközeg paramétereit a tényleges sűrítési fokon túl jelentősen befolyásolja a töltés végén a töltet nyomása és hőmérséklete, amelyet elsősorban a gázcsere folyamatok lefolyása határoz meg. a töltési folyamat.

Fontolja meg az azonos geometriai sűrítési arányú és azonos átlagos jelzőnyomású motorokat, amelyek közül az egyik szabványos szívótartamú ( Δφ vp=230°), a másikban pedig a bemenet le van rövidítve ( Δφ vp\u003d 180 °), amelynek paramétereit az 1. táblázat mutatja be. Az első változatban a bemeneti szelep a TDC után 30 ° -kal zár, a második változatban pedig a bemeneti szelep 30 ° -kal a TDC előtt. Ezért a tényleges tömörítési arány ε f a két változat a szívószelep késői és korai zárásával megegyezik.

Asztal 1

A munkaközeg paraméterei a töltés végén szabványos és rövidített bemenethez

Δφ vp, °	φ a, °	P k, MPa		Pa, MPa		ρ a, kg / m 3

Az átlagos indikátornyomás a többletlevegő együttható állandó értékénél arányos az indikátor hatásfokának és a töltés végén a töltés mennyiségének szorzatával. A mutató hatásfokát – egyéb tényezők azonossága mellett – a geometriai tömörítési arány határozza meg, amely a vizsgált opciókban megegyezik. Ezért a mutató hatékonysága is azonosnak tekinthető.

A töltés végén a töltet mennyiségét a bemeneti töltéssűrűség és a töltési tényező szorzata határozza meg ρ kηv. A hatékony töltőlevegő-hűtők alkalmazása lehetővé teszi a szívócső töltési hőmérsékletének megközelítőleg állandó szinten tartását, függetlenül a kompresszor nyomásnövekedésének mértékétől. Ezért első közelítésként feltételezzük, hogy a szívócső töltéssűrűsége egyenesen arányos a töltőnyomással.

A szabványos szívótartamú és BDC után záródó beömlőszelepes változatban a töltési arány 50%-kal magasabb, mint a rövid BDC-be záródó szívó- és beömlőszelepes változatban.

A töltési arány csökkenésével az átlagos indikátornyomás adott szinten tartása érdekében arányosan, pl. ugyanilyen 50%-kal növelje a töltőnyomást. Ebben az esetben a bemeneti szelep korai zárásával rendelkező változatban a töltés végén a töltés nyomása és hőmérséklete 12%-kal alacsonyabb lesz, mint a megfelelő nyomás és hőmérséklet abban a változatban, amelyben a bemeneti szelep BDC után záródik. . Tekintettel arra, hogy a szóban forgó változatokban a tényleges sűrítési arány megegyezik, a szívószelep korai zárásával járó változatban a kompresszió végének nyomása és hőmérséklete is 12%-kal alacsonyabb lesz, mint a szívószelep zárása után. BDC.

Így egy lerövidített szívónyílású és a szívószelepet BDC-re záró motorban, az átlagos indikátornyomás megtartása mellett, a detonáció valószínűsége jelentősen csökkenthető egy normál szívótartamú és a szívószelepet BDC után záródó motorhoz képest.

A 2. táblázat összehasonlítja a gázmotor opcióinak paramétereit névleges üzemmódban.

2. táblázat

A gázmotor opciók paraméterei

opció számát
Sűrítési arány ε
Bemeneti szelep nyitása φ s, ° PCV
Bemeneti szelep zárása φ a, ° PCV
A kompresszor nyomásviszonya pk
Szivattyúzási veszteségnyomás pnp, MPa
Mechanikai veszteségnyomás pm, MPa
Töltési arány η v
A mutató hatásfoka η én
Mechanikai hatékonyság η m
Hatékony hatékonyság η e
Kompressziós indítónyomás p a, MPa
Kompresszió indulási hőmérséklete T a, K

A 3. ábra a gázcsere diagramokat mutatja különböző szívószelep zárási szögekhez és azonos töltési időhöz, míg a 4. ábra azonos tényleges kompressziós arány és különböző töltési idők gázcsere diagramjait mutatja be.

Névleges teljesítményű üzemmódban a bemeneti szelep zárási szöge φ a=30° a BDC tényleges tömörítési arányához ε f=14,2 és a nyomásnövekedés mértéke a kompresszorban π k=2,41. Ez biztosítja a szivattyúzási veszteségek minimális szintjét. A szívószelep korábbi zárásakor a töltési arány csökkenése miatt a töltőnyomást jelentősen, 43%-kal kell növelni (π k=3,44), ami a szivattyúzási veszteség nyomásának jelentős növekedésével jár együtt.

A szívószelep korai zárásával a töltéshőmérséklet a T a kompressziós löket elején az előtágulása miatt 42 K-vel alacsonyabb, mint egy szabványos szívófázisú motornál.

A munkafolyadék belső hűtése, amelyet az égéstér legforróbb elemeiből a hő egy részének eltávolítanak, csökkenti a detonáció és az izzás gyulladásának kockázatát. A kitöltési tényező harmadára csökken. Lehetővé válik, hogy robbanás nélkül dolgozzunk 15-ös kompressziós arány mellett, szemben a 10-es normál beviteli idővel.

1 - φ a=0°; 2 - φ a=30°; 3 - φ a=60°.

Rizs. 3. A gázcsere diagramjai különböző szívószelep zárási szögeknél.

1-φ a=30° a TDC előtt; 2-φ a\u003d 30 ° a TDC mögött.

4. ábra. A gázcsere diagramjai azonos tényleges kompressziós arány mellett.

A motor szívószelepeinek időszelvénye emelkedési magasságuk beállításával változtatható. Az egyik lehetséges műszaki megoldás az SSC NAMI-nál kifejlesztett szívószelep-emelés vezérlő mechanizmus. A nyitó és záró szelepek független elektronikus vezérlésére hidraulikus hajtású berendezések fejlesztése a dízel tároló üzemanyagrendszerekben iparilag megvalósított elvek alapján nagy kilátásokat rejt magában.

Annak ellenére, hogy a szívószelep korai zárása és ezáltal a kisebb kompressziós indítónyomás miatt a rövid szívómotornál megnőtt a töltőnyomás és a nagyobb kompressziós arány, az átlagos nyomás a hengerben nem növekszik. Ezért a súrlódási nyomás sem növekszik. Másrészt rövidített bemenet esetén a szivattyúzási veszteségek nyomása jelentősen (21%-kal) csökken, ami a mechanikai hatásfok növekedéséhez vezet.

A nagyobb sűrítési arány bevezetése egy rövid szívóteljesítményű motorban a jelzett hatásfok növekedését okozza, és a mechanikai hatásfok enyhe növekedésével kombinálva a hatásfok 8%-os növekedésével jár együtt.

Következtetés

Az elvégzett vizsgálatok eredményei azt mutatják, hogy a szívószelep korai zárása lehetővé teszi a töltési arány és a tényleges kompressziós arány széles tartományban történő manipulálását, csökkentve a kopogási küszöböt anélkül, hogy csökkentené az indikátor hatásfokát. A rövidített bemenet növeli a mechanikai hatékonyságot a szivattyúzási veszteségek nyomásának csökkentésével.

Ellenőrzők:

Kamenev V.F., a műszaki tudományok doktora, professzor, vezető szakértő, az Orosz Föderáció Állami Tudományos Központja FSUE "NAMI", Moszkva.

Saikin A.M., a műszaki tudományok doktora, osztályvezető, SSC RF FSUE "NAMI", Moszkva.

Bibliográfiai link

Ter-Mkrtichyan G.G. DÍZEL ÁTALAKÍTÁSA GÁZMOTORRA A TÉNYLEGES sűrítési sebesség CSÖKKENTÉSÉVEL // A tudomány és az oktatás modern problémái. - 2014. - 5. sz.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=14894 (elérés dátuma: 2020.02.01.). Felhívjuk figyelmüket a Természettudományi Akadémia kiadója által kiadott folyóiratokra.

A gáz előnyei az autók üzemanyagaként a következő mutatók:

Üzemanyag gazdaság

Üzemanyag gazdaság gázmotor- a motor legfontosabb mutatója - az üzemanyag oktánszáma és a levegő-üzemanyag keverék gyújtási határa határozza meg. Az oktánszám az üzemanyag kopogásállóságának mértéke, amely korlátozza az üzemanyag nagy teljesítményű, üzemanyag-hatékony, nagy sűrítési arányú motorokban való felhasználását. A modern technológiában az oktánszám az üzemanyag-minőség fő mutatója: minél magasabb, annál jobb és drágább az üzemanyag. Az SPBT (technikai propán-bután keverék) oktánszáma 100-110 egység, így a detonáció egyetlen motor üzemmódban sem történik.

A tüzelőanyag és éghető keveréke termofizikai tulajdonságainak (fűtőértéke és az éghető keverék fűtőértéke) elemzése azt mutatja, hogy fűtőértékben minden gáz jobb a benzinnél, azonban levegővel keveredve energiateljesítményük csökken, ami a motorteljesítmény csökkenésének egyik oka. A teljesítménycsökkenés cseppfolyósított üzemanyaggal történő üzemelés esetén akár 7%. Egy hasonló motor sűrített (sűrített) metánnal üzemelve teljesítményének akár 20%-át is elveszíti.

Ugyanakkor a magas oktánszámok lehetővé teszik a tömörítési arány növelését. gázmotorokés emelni a teljesítményt, de ezt a munkát csak az autógyárak tudják olcsón elvégezni. A telepítés helyének körülményei között ezt a felülvizsgálatot túl drága elvégezni, és gyakran egyszerűen lehetetlen.

Magas oktánszám esetén a gyújtási időzítést 5 ° ... 7 ° -kal kell növelni. A korai gyújtás azonban a motor alkatrészeinek túlmelegedéséhez vezethet. A gázmotorok üzemeltetésének gyakorlatában előfordultak olyan esetek, amikor a dugattyúfejek és a szelepek túl korai gyújtáskor és nagyon sovány keverékeken történő üzemeltetéskor kiégtek.

Minél kisebb a motor fajlagos üzemanyag-fogyasztása, annál gyengébb a levegő-üzemanyag keverék, amelyen a motor működik, vagyis annál kevesebb üzemanyag jut a motorba 1 kg levegőre. A nagyon sovány keverékek azonban, ahol túl kevés az üzemanyag, egyszerűen nem gyulladnak meg szikrától. Ez korlátot szab az üzemanyag-hatékonyság javításának. Benzin és levegő keverékében a maximális üzemanyag-tartalom 1 kg levegőben, amelynél a gyulladás lehetséges, 54 g. Egy rendkívül sovány gáz-levegő keverékben ez a tartalom mindössze 40 g. A földgáz sokkal gazdaságosabb, mint benzin. Kísérletek kimutatták, hogy a 100 km-enkénti üzemanyag-fogyasztás 25 és 50 km/h közötti sebességgel gázüzemű autóval kétszer kisebb, mint ugyanazon autóé, azonos körülmények között benzinnel. A gáznemű tüzelőanyag-komponensek gyújtási határai jelentősen eltolódnak a sovány keverékek felé, ami további lehetőségeket kínál az üzemanyag-fogyasztás javítására.

Gázmotorok környezetbiztonsága

A gáznemű szénhidrogén üzemanyagok a leginkább környezetbarát motor-üzemanyagok közé tartoznak. A mérgező anyagok kipufogógázokkal történő kibocsátása 3-5-ször kisebb, mint a benzinüzemű emisszió.
A benzinmotorok a sovány határérték magas értéke (54 g üzemanyag/1 kg levegő) miatt dús keverékekre kényszerülnek, ami oxigénhiányhoz vezet a keverékben és az üzemanyag tökéletlen égéséhez. Ennek eredményeként egy ilyen motor kipufogógáza jelentős mennyiségű szén-monoxidot (CO) tartalmazhat, amely mindig oxigénhiány esetén képződik. Abban az esetben, ha elegendő oxigén van, az égés során magas hőmérséklet alakul ki a motorban (több mint 1800 fok), amelynél a levegő nitrogénje oxigénfelesleggel oxidálódik, és nitrogén-oxidok keletkeznek, amelyek toxicitása 41-szerese a toxicitásnak. a CO.

A benzinmotorok kipufogógáza ezen komponenseken kívül szénhidrogéneket és azok tökéletlen oxidációjának termékeit is tartalmazza, amelyek az égéstér falközeli rétegében képződnek, ahol a vízhűtéses falak nem teszik lehetővé a folyékony üzemanyag rövid időn belüli elpárolgását. motorciklus idejét, és korlátozza az oxigén hozzáférését az üzemanyaghoz. A gáznemű tüzelőanyagok alkalmazása esetén mindezek a tényezők jóval gyengébbek, elsősorban a gyengébb keverékek miatt. A tökéletlen égés termékei gyakorlatilag nem képződnek, mivel mindig oxigénfelesleg van. A nitrogén-oxidok kisebb mennyiségben képződnek, mivel a sovány keverékeknél sokkal alacsonyabb az égési hőmérséklet. Az égéstér falhoz közeli rétege gyenge gáz-levegő keverékekkel kevesebb tüzelőanyagot tartalmaz, mint gazdagabb benzin-levegő keverékeknél. Így megfelelően beállított gázzal motor a szén-monoxid légkörbe történő kibocsátása 5-10-szer kisebb, mint a benziné, a nitrogén-oxidok 1,5-2,0-szer, a szénhidrogének pedig 2-3-szor kisebbek. Ez lehetővé teszi az ígéretes járműtoxicitási szabványok ("Euro-2" és esetleg "Euro-3") betartását megfelelő motorfejlesztéssel.

A gáz üzemanyagként való felhasználása azon kevés környezetvédelmi intézkedések közé tartozik, amelyek költségeit az üzemanyag és a kenőanyagok költségének csökkenése formájában jelentkező közvetlen gazdasági hatás megtéríti. Az egyéb környezetvédelmi tevékenységek túlnyomó többsége rendkívül költséges.

Egy millió motoros városban a gáz üzemanyagként való felhasználása jelentősen csökkentheti a környezetszennyezést. Sok országban külön környezetvédelmi programok célozzák ezt a problémát, ösztönözve a motorok benzinről gázra való átalakítását. A moszkvai környezetvédelmi programok minden évben szigorítják a járműtulajdonosokkal szemben támasztott követelményeket a kipufogógáz-kibocsátással kapcsolatban. A gázhasználatra való átállás gazdasági hatással párosuló környezeti probléma megoldása.

A gázmotor kopásállósága és biztonsága

A motor kopásállósága szorosan összefügg az üzemanyag és a motorolaj kölcsönhatásával. A benzinmotorok egyik kellemetlen jelensége, hogy a motorhengerek belső felületéről a benzin lemosja az olajfilmet hidegindításkor, amikor az üzemanyag elpárolgás nélkül kerül a hengerekbe. Továbbá a folyékony formájú benzin belép az olajba, feloldódik benne és felhígítja, rontva a kenési tulajdonságokat. Mindkét hatás felgyorsítja a motor kopását. A HOS a motor hőmérsékletétől függetlenül mindig gázfázisban marad, ami teljesen kiküszöböli a megjelölt tényezőket. Az LPG (folyékony kőolajgáz) nem tud bejutni a hengerbe, mint a hagyományos folyékony üzemanyagok esetében, így nincs szükség a motor öblítésére. A blokkfej és a hengerblokk kevésbé kopik, ami növeli a motor élettartamát.

Az üzemeltetési és karbantartási szabályok be nem tartása esetén bármely műszaki termék bizonyos veszélyt jelent. Ez alól a gázszerelés sem kivétel. Ugyanakkor a lehetséges kockázatok meghatározásakor figyelembe kell venni a gázok olyan objektív fizikai-kémiai tulajdonságait, mint az öngyulladás hőmérséklete és koncentrációs határa. A robbanáshoz vagy gyulladáshoz levegő-üzemanyag keverék képződése szükséges, vagyis a gáz és a levegő térfogati keverése. A nyomás alatt lévő hengerben lévő gáz kizárja a levegő behatolását, míg a benzines vagy gázolajos tartályokban ezek gőzei mindig levegővel keverednek.

Általában az autó legkevésbé sérülékeny és statisztikailag legkevésbé sérült területeire szerelik fel. A tényleges adatok alapján kiszámították a karosszéria sérülésének és szerkezeti tönkremenetelének valószínűségét. A számítások eredményei azt mutatják, hogy a karosszéria tönkremenetelének valószínűsége a hengerek területén 1-5%.
A gázmotorok üzemeltetésének tapasztalatai itthon és külföldön egyaránt azt mutatják, hogy a gázmotorok vészhelyzetekben kevésbé gyúlékonyak és robbanásveszélyesek.

Az alkalmazás gazdasági megvalósíthatósága

Egy autó üzemeltetése a GOS-en körülbelül 40% megtakarítást jelent. Mivel jellemzőit tekintve a propán és a bután keveréke áll a legközelebb a benzinhez, használatához nincs szükség nagy változtatásokra a motorberendezésen. Az univerzális motorteljesítmény-rendszer megtartja a teljes értékű benzines üzemanyag-rendszert, és megkönnyíti a benzinről a gázra való váltást és fordítva. Az univerzális rendszerrel felszerelt motor benzinnel vagy gázüzemanyaggal is működhet. A benzinüzemű autó propán-bután keverékre való átalakításának költsége a kiválasztott berendezéstől függően 4-12 ezer rubel között mozog.

Gáz keletkezésekor a motor nem áll le azonnal, hanem 2-4 km futás után leáll. Kombinált üzemanyagrendszer "gáz plusz benzin" - 1000 km mindkét üzemanyagrendszer egy benzinkútján. Ezen üzemanyagok jellemzőiben azonban még mindig vannak bizonyos különbségek. Tehát cseppfolyósított gáz használatakor nagyobb feszültségre van szükség a gyújtógyertyában a szikra megjelenéséhez. 10-15%-kal meghaladhatja a feszültséget, ha a gép benzinnel működik.

A motor gázüzemanyagra váltása 1,5-2-szeresére növeli az élettartamát. A gyújtórendszer működése javul, a gyertyák élettartama 40%-kal nő, a gáz-levegő keverék teljesebben ég, mint benzinnel üzemelve. Csökkenti a szén felhalmozódását az égéstérben, a hengerfejben és a dugattyúkban, mivel csökken a szénlerakódás.

Az SPBT motorüzemanyagként való felhasználásának gazdasági megvalósíthatóságának másik szempontja, hogy a gáz használata lehetővé teszi az illetéktelen tüzelőanyag-kibocsátás lehetőségének minimalizálását.

A gázberendezéssel felszerelt üzemanyag-befecskendező rendszerrel felszerelt autókat könnyebben lehet lopás ellen védeni, mint a benzinmotoros autókat: egy könnyen eltávolítható kapcsoló leválasztásával és magával vitelével megbízhatóan blokkolhatja az üzemanyag-ellátást, és ezzel megelőzheti a lopást. Az ilyen "blokkolót" nehéz felismerni, amely komoly lopásgátló eszközként szolgál a motor jogosulatlan indításához.

Így általában véve a gáz üzemanyagként való felhasználása költséghatékony, környezetbarát és meglehetősen biztonságos.

Sok szó esett a gázüzemanyag, különösen a metán előnyeiről, de emlékezzünk rájuk még egyszer.

Ez egy környezetbarát kipufogó, amely megfelel a jelenlegi, sőt a jövőbeni károsanyag-kibocsátási előírásoknak. A globális felmelegedés kultuszának részeként ez fontos előny, hiszen az Euro 5, Euro 6 és az összes későbbi szabvány hibátlanul érvényesül, és a kipufogóproblémát így vagy úgy meg kell oldani. 2020-ra az EU lehetővé teszi, hogy az új járművek átlagosan legfeljebb 95 g CO2-t termeljenek kilométerenként. 2025-re ez a megengedett határ még csökkenhet. A földgázmotorok képesek megfelelni ezeknek a kibocsátási normáknak, és nem csak az alacsonyabb CO2-kibocsátásuk miatt. A gázmotorok részecskekibocsátása is alacsonyabb, mint benzin- vagy dízelmotoroké.

Ezenkívül a gázüzemanyag nem mossa le az olajat a hengerfalakról, ami lassítja a kopást. A gázüzemanyag propagandistái szerint a motor erőforrása varázslatosan jelentősen megnő. Ugyanakkor szerényen hallgatnak a gázzal működő motor hőterheléséről.

A gázüzemanyag fő előnye pedig az ár. Az ár és csak az ár fedezi a gáz, mint motorüzemanyag minden hiányosságát. Ha a metánról beszélünk, akkor ez egy kiépítetlen CNG-töltőállomás-hálózat, amely a szó szoros értelmében a benzines autót egy benzinkúthoz köti. A cseppfolyósított földgázt töltő töltőállomások száma elenyésző, ma már ez a típusú gázmotor-üzemanyag egy niche, erősen specializált termék. Ezenkívül az LPG-berendezések elfoglalják a hasznos teherbírás és a hasznos terület egy részét, az HBO-t pedig problémás és költséges a karbantartása.

A technológiai fejlődés egy olyan típusú motort hozott létre, mint a gázdízel, amely két világban él: a dízel és a gáz. De mint univerzális eszköz, a gáz-dízel nem valósítja meg teljesen sem az egyik, sem a másik világ lehetőségeit. Nem lehet optimalizálni az égési folyamatot, a hatékonyságot vagy a károsanyag-kibocsátást két üzemanyag esetében ugyanazon a motoron. A gáz-levegő ciklus optimalizálásához speciális szerszámra van szükség - gázmotorra.

Ma minden gázmotor külső gáz/levegő keverék képzést és gyújtógyertya-gyújtást alkalmaz, mint a karburátoros benzinmotoroknál. Alternatív lehetőségek fejlesztés alatt állnak. A gáz-levegő keverék a szívócsőben 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. A vezérlés bonyolultsága nem az egyetlen hátránya a külső keverésnek.

A gázbefecskendezést egy elektronikus egység vezérli, amely a gyújtás időzítését is vezérli. A metán lassabban ég, mint a gázolaj, vagyis a gáz-levegő keveréknek korábban kell begyulladnia, az előretolási szög is a terhelés függvényében szabályozott. Ezenkívül a metánnak alacsonyabb kompressziós arányra van szüksége, mint a dízel üzemanyagnak. Tehát egy szívómotorban a kompressziós arány 12-14-re csökken. Az atmoszférikus motorok esetében a gáz-levegő keverék sztöchiometrikus összetétele jellemző, vagyis a levegőfelesleg együtthatója a 1, ami bizonyos mértékig kompenzálja a kompressziós arány csökkenéséből eredő teljesítményveszteséget. Az atmoszférikus gázmotor hatásfoka 35%, míg az atmoszférikus dízelmotor hatásfoka 40%.

Az autógyártók speciális motorolajok használatát javasolják a gázmotorokban, amelyek vízállóak, alacsony szulfáthamutartalmúak és ugyanakkor magas alapszámúak, de többfokozatú olajokat SAE 15W-40 és 10W-40 osztályú dízelmotorokhoz. 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 növelje a felesleges levegő arányát 1,4–1,5-re. Ebben az esetben a hatásfok eléri a 37%-ot, ugyanakkor a motor hőterhelése jelentősen megnő. Összehasonlításképpen: a turbófeltöltős dízelmotor hatásfoka eléri az 50%-ot.

A gázmotor megnövekedett hőterhelése azzal jár, hogy a szelepek zárt állapotában az égésteret nem lehet kiöblíteni, amikor a kipufogó- és szívószelepek a kipufogólöket végén egyidejűleg nyitva vannak. A friss levegő áramlása, különösen a feltöltött motorban, hűtheti az égéstér felületeit, ezáltal csökkentheti a motor hősűrűségét, és csökkenti a friss töltet melegedését is, ez növelné a feltöltési arányt, de a 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 ciklus jellemzői megfelelő változtatásokat igényelnek, különösen a hűtőrendszerben, a vezérműtengely és a CPG-alkatrészek kialakításában, valamint az ezekhez használt anyagokban a teljesítmény fenntartása érdekében. és erőforrás. Így a gázmotor költsége nem különbözik annyira a dízelmotorétól, vagy még magasabb sem. Plusz a gázberendezés költsége.

A hazai autóipar zászlóshajója, a PJSC KAMAZ sorozatban gyártja a KamAZ-820.60 és KamAZ-820.70 sorozatú 8 hengeres V alakú gázmotorokat, amelyek mérete 120x130, üzemi térfogata 11,762 liter. Gázmotorokhoz olyan CPG-t használnak, amely 12-es sűrítési arányt biztosít (a KamAZ-740 dízelmotorhoz 17-es sűrítési arányt). A hengerben a gáz-levegő keveréket a fúvóka helyett beépített gyújtógyertya gyújtja meg.

A gázmotoros nehéz járművekhez speciális gyújtógyertyákat használnak. Például a Federal-Mogul irídium központi elektródával és irídiumból vagy platinából készült földelő elektródával rendelkező gyújtógyertyákat forgalmaz. Az elektródák és maguk a gyújtógyertyák kialakítása, anyagai és jellemzői figyelembe veszik a nagy teherbírású járművek hőmérsékleti rendszerét, amelyet széles terhelési tartomány és viszonylag magas kompressziós arány jellemez.

A KamAZ-820 motorok elosztott metán befecskendező rendszerrel vannak felszerelve a szívócsőbe elektromágneses adagolókészülékkel ellátott fúvókákon keresztül. A gázt minden egyes henger szívócsatornájába külön-külön fecskendezik be, ami lehetővé teszi a gáz-levegő keverék összetételének beállítását az egyes hengerekhez 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 szívócsőben lévő metán begyulladása ellen a gyújtásrendszer meghibásodása vagy a szelep meghibásodása esetén, valamint megvédi a motort a vészüzemmódoktól, fenntartja a jármű adott sebességét, gondoskodik nyomatékkorlátozás a jármű hajtott kerekein és öndiagnózis a rendszer bekapcsolásakor.

A KAMAZ nagyrészt egyesítette a gáz- és dízelmotorok alkatrészeit, de nem mindegyiket, és sok külsőleg hasonló alkatrészt egy dízelmotorhoz - főtengely, vezérműtengely, dugattyúk hajtókarokkal és gyűrűkkel, hengerfejek, turbófeltöltő, vízszivattyú, olajszivattyú, szívócső csővezeték, olajteknő, lendkerékház - gázmotorhoz nem alkalmas.

2015 áprilisában a KAMAZ elindította a gázüzemű járművekből álló épületet, amelynek kapacitása évi 8000 jármű. A termelés az autógyár egykori gáz-dízel épületében folyik. Az összeszerelési technológia a következő: az alváz össze van szerelve, és egy gázmotort szerelnek fel rá egy autógyár fő összeszerelő sorára. Ezután az alvázat bevontatják a gázüzemű járművek karosszériájába a gázballonos felszerelések beszereléséhez és a teljes tesztciklushoz, valamint a járművekben és az alvázban történő behajtáshoz. Ezzel egyidejűleg a motorgyártás során összeszerelt KAMAZ gázmotorokat (beleértve a BOSCH alkatrészbázissal továbbfejlesztetteket is) teljes körűen tesztelik és bejáratják.

Az Avtodizel (Jaroszlavl 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 gáz közvetlen befecskendezése az égéstérbe, de eddig a legerősebb globális gépészet nem alkotott ilyen technológiát. Németországban a Robert Bosch GmbH által vezetett Direct4Gas konzorcium végzi a kutatást a Daimler AG-vel és a Stuttgarti Autó- és Motorkutató Intézettel (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 Nagorának ki kell adnia a metán közvetlen befecskendező rendszerének ipari tervét, és – ami nem kevésbé fontos – a gyártási technológiát.

A jelenlegi rendszerekhez képest, amelyek többportos gázbefecskendezést használnak az elosztócsőbe, a jövőbeli közvetlen befecskendező rendszer képes alacsony fordulatszámon 60%-kal növelni a nyomatékot, azaz megszüntetni a gázmotor gyenge pontját. A közvetlen befecskendezés a külső karburációval együtt járó gázmotor „gyermekkori” betegségeinek egész sorát oldja meg.

A Direct4Gas projektben olyan közvetlen befecskendező rendszert fejlesztenek ki, amely megbízhatóan és tömítetten képes a befecskendezéshez szükséges gázmennyiség pontos adagolására. Magát a motort a lehető legkisebbre kell módosítani, hogy az iparág örökölt alkatrészeket használhasson. A projektcsapat a kísérleti gázmotorokat egy új fejlesztésű nagynyomású befecskendező szeleppel egészíti ki. A rendszert állítólag laboratóriumban és közvetlenül a járműveken tesztelik. A kutatók a levegő-üzemanyag keverék képződését, a gyújtásszabályozási folyamatot és a mérgező gázok képződését is tanulmányozzák. A konzorcium hosszú távú célja, hogy olyan feltételeket teremtsen, amelyek mellett a technológia piacra kerülhet.

Tehát a gázmotorok egy fiatal irány, amely még nem érte el a technológiai érettséget. Az érettség akkor jön el, amikor Bosch és társai olyan technológiát dolgoznak ki, amellyel metánt közvetlenül az égéstérbe fecskendeznek be.

Jevgenyij Konsztantyinov

Miközben a benzin és a gázolaj menthetetlenül drágul, és mindenféle alternatív járműerőmű rettenetesen távol marad az emberektől, árban, autonómiában és üzemeltetési költségekben veszít a hagyományos belső égésű motorokkal szemben, a tankoláson a legreálisabb megtakarítás. átállítani az autót „gázdiétára”. Ez első ránézésre előnyös: az üzemanyagár-különbség miatt hamar megtérül az autó újbóli felszerelésének költsége, különösen a rendszeres kereskedelmi és személyforgalomban. Nem ok nélkül Moszkvában és sok más városban az önkormányzati járművek jelentős részét már régóta átállították gázüzeműre. De itt felvetődik egy természetes kérdés: akkor miért nem haladja meg a néhány százalékot az LPG-s járművek részesedése a forgalomból mind nálunk, mind külföldön? Mi van elrejtve a gázpalack hátulján?

Tudomány és élet // Illusztrációk

A benzinkútnál a figyelmeztető jelzések nem ok nélkül vannak: a technológiai gázvezeték minden csatlakozása potenciális hely az éghető gáz szivárgásához.

A cseppfolyósított gázpalackok könnyebbek, olcsóbbak és változatosabb formájúak, mint a sűrített gázé, ezért az autóban lévő szabad hely és a szükséges hatótáv alapján könnyebben elrendezhetők.

Ügyeljen a folyékony és gáznemű üzemanyagok árának különbségére.

Hengerek sűrített metánnal egy billenő borítású Gazelle hátuljában.

A propán rendszerben lévő reduktor-párologtató fűtést igényel. A képen jól látható a tömlő, amely összeköti a sebességváltó folyékony hőcserélőjét a motor hűtőrendszerével.

Gázballonos berendezés működésének vázlata karburátoros motoron.

A cseppfolyósított gáz berendezéseinek működési sémája elosztott befecskendezésű belső égésű motorban gázfázisba való átvitel nélkül.

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.

A propánoszlopnál nemcsak az autókat töltik meg, hanem a háztartási palackokat is.

A cseppfolyósított gáz oszlopa eltér a benzintől, de a tankolási folyamat hasonló. A betöltött üzemanyag leolvasása literben van megadva.

A "gázüzemanyag" fogalma két teljesen eltérő összetételű keveréket foglal magában: a földgázt, amelynek 98%-a metán, és a kapcsolódó kőolajgázból előállított propán-butánt. A feltétlen gyúlékonyságon túlmenően az atmoszférikus nyomáson és az élet számára kényelmes hőmérsékleten is közös aggregációs állapotuk van. Alacsony hőmérsékleten azonban a könnyű szénhidrogének két halmazának fizikai tulajdonságai meglehetősen 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 keverék jól ismert a turisták és a nyári lakosok számára: ezt töltik háztartási gázpalackokba. Ez teszi ki az olajtermelő és -feldolgozó vállalkozások fáklyáiban elpazarolt gáz nagy részét is. Az üzemanyag-propán-bután keverék arányos összetétele változhat. A lényeg nem annyira a kőolajgáz kezdeti összetételében van, hanem a keletkező tüzelőanyag 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 kevesebb kalóriatartalmú, de hidegtűrőbb propánt (C 2 H 8) adnak hozzá, forráspontja -43 ° C. E gázok aránya a keverékben meghatározza az üzemanyag-felhasználás alsó hőmérsékleti határát, amely ugyanazon okból lehet "nyári" és "téli".

A propán-bután viszonylag magas forráspontja még a "téli" változatban is lehetővé teszi, hogy hengerben, folyadék formájában tároljuk: alacsony nyomáson is átmegy a folyékony fázisba. Innen származik a propán-bután üzemanyag másik neve - cseppfolyósított gáz. Kényelmes és gazdaságos: a folyékony fázis nagy sűrűsége lehetővé teszi, hogy nagy mennyiségű üzemanyagot 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. A „propános” autók sofőrjei tankoláskor legfeljebb 90%-ig töltsék fel a tankot, hogy helyet hagyjanak benne párapárnának.

A palackon belüli nyomás elsősorban a környezeti hőmérséklettől függ. Negatív hőmérsékleten egy atmoszféra alá süllyed, de még ez is elegendő a rendszer teljesítményének fenntartásához. De 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-gázpalack esetében ezek az értékek közel vannak a határértékhez. Ez pedig azt jelenti, hogy amikor túlmelegszik egy forró délutánon a déli napon, egy sötét autó egy palack cseppfolyós gázzal a fedélzetén... Nem, nem fog felrobbanni, mint egy hollywoodi akciófilmben, hanem elkezdi kiönteni a felesleges propánt. -bután a légkörbe egy speciálisan ilyen esetre tervezett biztonsági szelepen keresztül. Estére, amikor ismét lehűl, érezhetően kevesebb lesz az üzemanyag a hengerben, de senkinek és semminek nem lesz baja. Igaz, amint a statisztikák azt mutatják, egyes amatőrök emellett időről időre megtakarítanak egy biztonsági szelepet, amely feltölti az események krónikáját.

sűrített gáz

Más alapelvek támasztják alá a földgázt üzemanyagként fogyasztó járművek gázballonos berendezéseinek működését, amelyet fő alkotóeleme a mindennapi életben metánnak nevez. 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 halmazállapotba. Más szénhidrogének kis százalékos szennyeződésének jelenléte a földgázban nem változtatja meg jelentősen a tiszta metán tulajdonságait. Ez azt jelenti, hogy ezt a gázt folyadékká alakítani autóban való használatra hihetetlenül nehéz. 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 és legfeljebb 6 atmoszféra nyomáson. Ennek az üzemanyag-opciónak a szállítási 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 azonos térfogatú sűrített gázba helyezve lényegesen kevesebb, mint a cseppfolyósított (mólokban). Ez pedig az autó autonómiájának csökkenése. Egy másik hátránya az ár. A metánberendezésekbe beépített lényegesen nagyobb biztonsági résről kiderül, hogy egy autó készlet ára csaknem tízszer magasabb, mint egy hasonló osztályú propán berendezés.

A metánpalackok három standard 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 siklóban nincs értelme állandóan ilyen rakományt cipelni a 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 a kőolajgázzal szemben. Először is, még olcsóbb, és nincs kötve az olaj árához. Másodszor, a metánberendezés szerkezetileg biztosított a téli működéssel kapcsolatos problémák ellen, és lehetővé teszi, hogy szükség esetén egyáltalán ne használjon benzint. A propán-bután esetében a mi éghajlati viszonyaink között az ilyen fókuszálás nem működik. Valójában az autó kettős üzemanyagú marad. Az ok a cseppfolyósított gáz. Pontosabban abban, hogy az aktív párolgás során a gáz élesen lehűl. Ennek eredményeként a henger hőmérséklete meredeken csökken, és különösen a gázcsökkentőben. A berendezés lefagyásának megakadályozása érdekében a sebességváltót a motor hűtőrendszeréhez csatlakoztatott hőcserélő beágyazásával fűtik. De ahhoz, hogy ez a rendszer működni kezdjen, a vezetékben lévő folyadékot először fel kell melegíteni. Ezért ajánlatos a motort 10 ° C alatti környezeti hőmérsékleten indítani és felmelegíteni, szigorúan benzinnel. És csak ezután, amikor a motor elérte az üzemi hőmérsékletet, váltson gázra. A modern elektronikus rendszerek azonban mindent maguktól, sofőr segítsége nélkül kapcsolnak át, automatikusan szabályozzák a hőmérsékletet, és megakadályozzák a berendezés lefagyását. Igaz, az elektronika megfelelő működésének fenntartása érdekében ezekben a rendszerekben még melegben sem lehet szárazra üríteni a gáztartályt. Az ilyen berendezéseknél a gáz indítási üzemmódja vészhelyzet, erre csak vészhelyzetben lehet kényszerből kapcsolni.

A metános berendezéseknek nem okoz nehézséget a téli indítás. Ellenkezőleg, ezzel a gázzal még könnyebb elindítani a motort hideg időben, mint benzinnel. A folyékony fázis hiánya nem igényli a reduktor melegítését, ami csak a rendszer nyomását 200 szállítási atmoszféráról egy működőre csökkenti.

A közvetlen befecskendezés csodái

A legnehezebb a hengerekbe közvetlen üzemanyag-befecskendezéssel rendelkező modern motorok gázzá alakítása. 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 áthúzza a gázellátás olyan egyszerű és technológiai hozzáadásának lehetőségét. Először is, ideális esetben a gázt közvetlenül a hengerbe kell betáplálni, másodszor, és ami még fontosabb, a folyékony üzemanyag a saját közvetlen befecskendező fúvókák hűtésére szolgál. Enélkül nagyon gyorsan meghibásodnak a túlmelegedéstől.

Van megoldás erre a problémára, és legalább kettő. Az első a motort kettős üzemanyagúvá alakítja. Nagyon régen találták fel, még a benzinmotorok közvetlen befecskendezésének megjelenése előtt, és azt javasolták, hogy a dízelmotorokat a metánhoz igazítsák. A gáz nem gyullad meg a kompressziótól, ezért a „szénsavas dízel” dízel üzemanyaggal indul, és alapjárati és minimális terhelési üzemmódban tovább dolgozik. És akkor bejön a gáz. Tápellátásának köszönhető, hogy a főtengely forgási sebessége közepes és nagy fordulatszámú üzemmódban szabályozott. Ehhez a befecskendező szivattyú (nagynyomású üzemanyag-szivattyú) a folyékony üzemanyag-ellátásra korlátozódik a névleges érték 25-30% -ára. A metán a saját vezetékén keresztül jut be a motorba, megkerülve a befecskendező szivattyút. A kenéssel nincs probléma a dízel üzemanyag-ellátás nagy sebességnél történő csökkenése miatt. A dízel befecskendezőket továbbra is a rajtuk áthaladó üzemanyag hűti. Igaz, a nagy sebességű üzemmódban a hőterhelés továbbra is megnövekedett.

Hasonló energiaellátó rendszert kezdtek alkalmazni a közvetlen befecskendezéses benzinmotorokhoz. Sőt, metán és propán-bután berendezésekkel is működik. De ez utóbbi esetben egy egészen nemrégiben megjelent alternatív megoldás számít ígéretesebbnek. Az egész azzal az ötlettel kezdődött, hogy elhagyják a hagyományos elpárologtatós sebességváltót, és folyékony fázisban nyomás alatt propán-butánt juttatnak a motorba. A következő lépések a gázbefecskendezők visszautasítása és a cseppfolyósított gáz ellátása standard benzininjektorokon keresztül történt. Az áramkörbe egy elektronikus illesztőmodul került, amely a helyzetnek megfelelően gáz- vagy benzinvezetéket csatlakoztatott. Ugyanakkor az új rendszer 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 magas futásteljesítmény esetén térül meg.

Egyébként a gazdasági megvalósíthatóság korlátozza a gázballonos berendezések használatát a dízelmotorokban. A kompressziós gyújtású motorokhoz csak a metánberendezések használhatók, és csak a hagyományos nagynyomású üzemanyag-szivattyúkkal felszerelt nehézgépek alkalmasak jellemzőire. A helyzet az, hogy a kis gazdaságos személyszállító motorok dízelről gázra való átállása nem térül meg, a legújabb közös nyomócsöves (common rail) motorok gázballonos berendezéseinek fejlesztését és műszaki kivitelezését pedig gazdaságilag indokolatlannak tartják. jelen idő.

Igaz, van egy másik, alternatív módja is a dízel gázra cseréjének - teljesen átalakítva szikragyújtású gázmotorrá. Egy ilyen motorban 10-11 egységre csökken a sűrítési arány, megjelennek a gyertyák, 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 a hengerfejek (hengerfejek) csiszolását írták elő a kompressziós arány növeléséhez. Ez érthető: az elgázosítás tárgyát a 76-os és az alatti oktánszámú benzinüzemű haszongépjárművek erőforrásai képezték. A metán oktánszáma 117, míg a propán-bután keveréke körülbelül száz. Így mindkét gáznemű tüzelőanyag 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. Ennek eredményeként a motor nyomatéka csökken, 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 tolja a "Newton-méter tengelyét".

A modern gázellátó rendszerekkel felszerelt elektronikus befecskendező rendszerekkel rendelkező motorok esetében azonban ezeknek az ajánlásoknak és számoknak szinte nincs gyakorlati jelentősége. Mert egyrészt a sűrítési arányuk már elegendő, sőt a metánra való átálláshoz a hengerfej köszörülési munkája gazdaságilag teljesen indokolatlan. Másodsorban pedig a gázberendezés processzora az autóelektronikával egyeztetve úgy szervezi meg az üzemanyag-ellátást, hogy legalább a fele kompenzálja a fenti nyomatékhibat. Közvetlen befecskendezésű rendszerekben és gáz-dízel motorokban a gázüzemanyag bizonyos fordulatszám-tartományokban teljes mértékben képes a nyomaték növelésére.

Ezenkívül az elektronika egyértelműen felügyeli a szükséges gyújtási időzítést, amelynek gázra váltáskor nagyobbnak kell lennie, mint a benzinnél, minden más tényező változatlansága mellett. A gázüzemanyag lassabban ég, ami azt jelenti, hogy korábban kell meggyújtani. Ugyanezen okból megnövekszik a szelepek és ülékeik hőterhelése. Másrészt a henger-dugattyú csoport lökésterhelése kisebb lesz. Ráadásul a metános téli indítás sokkal hasznosabb számára, mint a benzinnél: a gáz nem mossa le az olajat a henger faláról. És általában a gázüzemanyag nem tartalmaz fémöregedési katalizátorokat, az üzemanyag teljesebb égése csökkenti a kipufogógáz toxicitását és a szénlerakódásokat a hengerekben.

Autonóm navigáció

A benzines autók talán legszembetűnőbb hátránya a korlátozott autonómia. Először is, a gázüzemanyag fogyasztása, ha térfogat alapján számol, több, mint a benziné, és még inkább a dízel üzemanyagé. Másodszor pedig kiderül, hogy a benzines autó a megfelelő benzinkutakhoz van kötve. Ellenkező esetben az alternatív üzemanyagra való áttérés értelme nullára csökken. Különösen nehéz a metánnal közlekedők számára. Nagyon kevés metán benzinkút van, és mindegyik fő gázvezetékhez van kötve. Ezek csak kis kompresszorállomások a főcső ágain. Hazánkban a 80-as évek végén - a huszadik század 90-es évek elején az állami program keretében megpróbálták aktívan átalakítani a szállítást metánná. Ekkor jelent meg a legtöbb metán benzinkút. 1993-ig 368 db épült meg belőlük, és azóta ez a szám, ha egyáltalán, 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 a benzinkutak közvetlenül az autópályán helyezkedtek el, és szinte soha nem a nagyvárosokban. Szinte mindenhol a metán tankolásához több kilométeres kitérőt kell tenni valamilyen ipari terület felé. Ezért a távolsági útvonal tervezésénél ezeket a benzinkutakat előre meg kell keresni és emlékezni kell rá. 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. Kivéve, ha az egyik benzinkút szűrője vagy szárítórendszere hirtelen meghibásodhat.

A propán-bután tartályokban szállítható, és ennek a tulajdonságának köszönhetően a benzinkutak földrajzi elhelyezkedése sokkal szélesebb. Egyes régiókban még a legtávolabbi területeken is tankolhat. De nem árt tanulmányozni a propánállomások jelenlétét a közelgő útvonalon, hogy ne legyen kellemetlen meglepetés az autópályán való hirtelen hiányuk. Ugyanakkor a cseppfolyósított gáz mindig fennáll annak a veszélye, hogy szezonon kívül vagy egyszerűen rossz minőségű üzemanyagba kerül.