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 lassítja a kopást. 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.

Ma minden gázmotor külső gáz-levegő keverék képzését és gyújtógyertyából történő gyújtását alkalmazza, 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. 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 a SAE 15W-40 és 10W-40 osztályú dízelmotorokhoz az évszakos olajok nem tiltott, 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 ára 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 CPG-t használnak, amely 12-es sűrítési 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 palack 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 járműegységet, 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 gáz befecskendezése 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 olyan közvetlen befecskendező rendszert fejleszt, amely megbízható és tömített lehet, és pontosan a befecskendezéshez szükséges gázmennyiséget adagolja. 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 a levegő-üzemanyag 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 fog eljönni, amikor a Bosch és barátai olyan technológiát dolgoznak ki, amellyel a metán közvetlenül az égéstérbe fecskendezhető.

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.

Propánszivattyúnál nemcsak az autókat, hanem a háztartási hengereket is tankolják.

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 azt a statisztikák mutatják, a biztonsági szelepeken történő további megtakarítások egyéni rajongói időről időre kiegészítik az események krónikáját.

Sűrített gáz

Más elvek támasztják alá a földgázt üzemanyagként fogyasztó járművek gázpalackos berendezéseinek működését, amelyet fő összetevője miatt a köznyelvben 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 metános berendezésekbe épített lényegesen nagyobb biztonsági ráhagyás azt eredményezi, hogy egy autó komplett készletének ára közel tízszer magasabb, 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 lehet 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 elindítani 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 dolog 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. Ám az 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 juttatnak 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 gázhengeres berendezések használatát a dízelmotorokban. Előnyös okokból a kompressziós gyújtású motorokhoz csak metánberendezést használnak, jellemzői pedig csak a hagyományos üzemanyag-befecskendező szivattyúkkal felszerelt nehézgépmotorokhoz alkalmasak. A helyzet az, hogy a kisméretű, gazdaságos személyszállító motorok dízelről gázra átalakítása nem térül meg, és a legújabb, közös üzemanyag-elosztó rendszerű (common rail) motorok gázhengeres berendezéseinek fejlesztését és műszaki megvalósítását gazdaságilag indokolatlannak tartják. jelen idő.

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 megpróbálta aktívan átalakítani a szállítást metánra. Ekkor keletkezett a legtöbb metán benzinkút. 1993-ig 368-at építettek 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 nagyvárosokban. 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.

1

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

Amikor egy dízelmotort gázmotorra alakítanak át, a teljesítménycsökkenés kompenzálására boostot használnak. 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 ugyanazt a csökkenést okozza a tényleges kompressziós arányban a geometriai tömörítési arányhoz képest. Megadjuk a töltési folyamat paramétereinek összehasonlítását a standard és a rövidített beviteli fázisokkal. Kimutatták, hogy a szívószelep korai zárása csökkenti a tényleges kompressziós arányt, csökkenti a robbanási küszöböt, miközben fenntartja a magas geometriai kompressziós arányt és a magas indikátor hatékonyságot. A rövidített bemenet a szivattyúzási veszteségek nyomásának csökkentésével biztosítja a mechanikai hatásfok növekedését.

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 toxikus mutatóinak javításának kilátásai / V.F. Kamenev, A.A. Demidov, P.A. Shcheglov // Proceedings of NAMI: gyűjtemény. tudományos Művészet. – M., 2014. – Szám. 256. szám – P. 5–24.

2. Nikitin A.A. A szelep állítható meghajtása a munkaközeg motorhengerbe való befecskendezéséhez: Pat. 2476691 Orosz Föderáció, IPC F01L1/34 / A.A. Nikitin, G.E. Sedykh, G.G. Ter-Mkrtichyan; bejelentő és szabadalom tulajdonosa az Orosz Föderáció Állami Tudományos Központjának FSUE "NAMI", kiad. 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. Ellenőrzött sűrítési arányú motorok létrehozásának tudományos alapjai: disz. doc. ... tech. Sci. - M., 2004. – 323 p.

5. Ter-Mkrtichyan G.G. A dugattyú mozgásának szabályozása 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: gyűjtemény. tudományos Művészet. – M., 2013. – Szám. 255. szám – 22–47.

A közelmúltban a dízelmotorokból átalakított gázmotorok a hengerfej módosításával a befecskendező szelep gyújtógyertyával történő cseréjével és a motornak a szívócsonkba vagy a szívócsatornákba történő gázellátására szolgáló berendezéssel történő felszerelésével meglehetősen széles körben elterjedtek teherautókban és buszokban. A detonáció megelőzése érdekében a kompressziós arányt általában a dugattyú módosításával csökkentik.

A gázmotor eleve kisebb teljesítménnyel és rosszabb üzemanyag-hatékonysággal rendelkezik, mint az alap dízelmotor. A gázmotor teljesítményének csökkenését a hengerek levegő-üzemanyag keverékkel való feltöltésének csökkenése magyarázza, mivel a levegő egy része gázzal cserélődik, amelynek térfogata nagyobb a folyékony üzemanyaghoz képest. A teljesítménycsökkenés kompenzálására boost-ot használnak, amely a tömörítési arány további csökkentését igényli. Ugyanakkor a motor indikátor hatásfoka csökken, ami az üzemanyag-hatékonyság romlásával jár együtt.

A YaMZ-536 családba tartozó dízelmotort (6ChN10.5/12.8) geometriai sűrítési aránnyal választották gázzá alakítás alapmotorjaként. ε =17,5 és 180 kW névleges teljesítmény 2300 min -1 főtengely-fordulatszám mellett.

1. ábra. A gázmotor maximális teljesítményének függősége a sűrítési aránytól (robbanási határ).

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

A detonáció elkerülése a geometriai kompressziós arány csökkentése nélkül vagy minimális csökkentésével, és ezáltal az indikátor hatékonyságának minimális csökkenése lehetséges a szívószelep korai zárásával járó ciklus végrehajtásával. Ebben a ciklusban a szívószelep zár, mielőtt a dugattyú elérné a BDC-t. A szívószelep zárása után, amikor a dugattyú a BDC-be mozog, a gáz-levegő keverék először kitágul és lehűl, és csak azután kezd összenyomni, hogy a dugattyú áthalad a BDC-n, és a TDC-be mozog. A hengertöltési veszteségeket a töltőnyomás növelése kompenzálja.

A kutatás fő célkitűzései az volt, hogy egy korszerű dízelmotor külső keverékképzéssel és mennyiségi szabályozással rendelkező gázmotorra való átalakításának lehetőségét azonosítsa az alap dízelmotor nagy teljesítményének és üzemanyag-hatékonyságának megőrzése mellett. Nézzünk meg néhány kulcsfontosságú pontot a problémák megoldásához.

Geometriai és tényleges tömörítési arány

A kompressziós folyamat kezdete egybeesik a szívószelep φ zárásának pillanatával a. Ha ez a BDC-n történik, akkor a tényleges tömörítési arány ε f egyenlő a geometriai tömörítési arány ε. A munkafolyamat hagyományos megszervezésével a bemeneti szelep a BDC után 20-40°-ban zár, hogy a póttöltés miatt javuljon a töltés. Rövid szívóciklus végrehajtásakor a szívószelep a BDC-re zár. Ezért a valódi motorokban a tényleges kompressziós arány mindig kisebb, mint a geometriai sűrítési arány.

A szívószelep azonos mértékű zárása akár a BDC előtt, akár után a tényleges kompressziós arány ugyanolyan csökkenését okozza 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 munkafolyadék paramétereinek megváltoztatása a töltési folyamat során

A kutatás során a szabványos kipufogófázisokat megtartottuk, a beszívási fázisokat pedig a szívószelep zárási szögének φ változtatásával változtattuk. a. Ebben az esetben, amikor a szívószelep korán zár (a BDC előtt) és fenntartja a normál beszívási időtartamot (Δφ VP=230°), a szívószelepet jóval a TDC előtt ki kell nyitni, ami a nagy szelep-átfedés miatt elkerülhetetlenül a maradékgáz-együttható túlzott növekedéséhez és a munkafolyamat megzavarásához vezetne. Ezért a szívószelep korai zárása a beszívás időtartamának jelentős, 180°-ra történő csökkentését tette szükségessé.

A 2. ábra a töltési nyomás diagramját mutatja be a töltési folyamat során a szívószelep BDC-hez viszonyított zárási szögétől függően. Nyomás a töltés végén p a alacsonyabb, mint a nyomás a szívócsőben, és a nyomáscsökkenés annál nagyobb, minél korábban zár a szívószelep a BDC előtt.

Amikor a szívószelep TDC-n zár, a töltési hőmérséklet a töltés végén T a valamivel magasabb, mint a szívócső hőmérséklete Tk. Ha a szívószelep korábban zár, a hőmérsékletek közelebb kerülnek és 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 bemeneti fázis optimalizálása névleges teljesítmény üzemmódban

Ha minden más körülmény azonos, a kompressziós arány növelését vagy növelését a külső keverékképződéssel rendelkező motorokban ugyanaz a jelenség – a detonáció – korlátozza. Nyilvánvaló, hogy azonos légtöbblet-tényezővel és azonos gyújtási időzítési szögekkel a detonáció előfordulásának feltételei megfelelnek bizonyos nyomásértékeknek p cés hőmérséklet Tc töltse fel a tömörítés végén, a tényleges tömörítési aránytól függően.

Ugyanazon geometriai tömörítési arány és ezért azonos tömörítési térfogat esetén az arány p c/ Tc egyedileg határozza meg a hengerben lévő friss töltés 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 töltet nyomása és hőmérséklete a töltés végén, amelyet a gázcsere folyamatok, elsősorban a töltés bekövetkezése határoz meg. folyamat.

Tekintsük az azonos geometriai sűrítési arányú és átlagos jelzőnyomású motoropciókat, amelyek közül az egyik szabványos szívótartamú ( Δφ VP=230°), a másikban pedig lerövidül a beszívás ( Δφ VP=180°), melynek paramétereit az 1. táblázat mutatja be. Az első opciónál a szívószelep a TDC után 30°-kal, a második opciónál pedig a szívószelep a TDC előtt 30°-kal zár. 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 standard és rövidített bemenethez

Δφ VP, °	φ a, °	Pk, MPa		P a, 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 minden más tényező változatlansága 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 kη v. A hatékony töltőlevegő-hűtők alkalmazása lehetővé teszi, hogy a szívócsőben a töltőhőmérséklet megközelítőleg állandó maradjon, függetlenül a kompresszor nyomásnövekedésének mértékétől. Ezért első közelítésként feltételezzük, hogy a szívócső töltéssűrűsége egyenesen arányos a töltőnyomással.

A szabványos szívótartamú és a szívószelepet BDC után záró változatban a töltési tényező 50%-kal magasabb, mint a rövidített szívónyílású és a BDC előtt záródó szívószelepes változatban.

A töltési együttható csökkenésekor az átlagos indikátornyomás adott szinten tartásához arányosan, pl. ugyanilyen 50%-kal növelje a töltőnyomást. Ezenkívül a szívószelep 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 szívószelep BDC után záródik. Tekintettel arra, hogy a figyelembe vett opciókban a tényleges kompressziós arány megegyezik, a szívószelep korai zárásával járó opciónál a kompresszió végének nyomása és hőmérséklete is 12%-kal alacsonyabb lesz, mint a szívószelep BDC utáni zárásakor. .

Így egy rövidített szívónyílású és a szívószelepet a BDC előtt záró motorban, az átlagos indikátornyomás megőrzése 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 opcióinak paraméterei

Opció sz.
Sűrítési arány ε
Bemeneti szelep nyitása φ s, ° PKV
Bemeneti szelep zárása φ a, ° PKV
A kompresszor nyomásviszonya pk
A szivattyúzási veszteség nyomása pnp, MPa
Mechanikai veszteségnyomás pm, MPa
Kitöltési tényező 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 szögek és azonos töltési időtartam mellett, a 4. ábra pedig gázcsere diagramokat mutat be azonos tényleges kompressziós arány és különböző töltési időtartamok mellett.

Névleges teljesítmény üzemmódban a szívószelep zárószöge φ a=30° a BDC tényleges tömörítési aránya előtt ε f=14,2 és a nyomásnövekedés mértéke a kompresszorban π k=2,41. Ez biztosítja a szivattyúzási veszteségek minimális szintjét. Ha a szívószelep korábban zár a töltési arány csökkenése miatt, akkor a töltőnyomást jelentősen, 43%-kal kell növelni (π k=3,44), ami a szivattyúzási veszteség nyomásának jelentős növekedésével jár együtt.

A szívószelep korai zárásakor a töltéshőmérséklet a T a kompressziós löket elején az előzetes tágulása miatt 42 K-vel alacsonyabb, mint egy normál 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 a szívószelep különböző zárási szögeiben.

1 -φ a= 30° a TDC-hez képest; 2 -φ a=30° a TDC-n túl.

4. ábra. Gázcsere diagramok azonos tényleges sűrítési arány mellett.

A motor szívószelepeinek időzítése emelési magasságuk beállításával módosítható. Az egyik lehetséges műszaki megoldás az SSC NAMI-nál kifejlesztett szívószelep-emelési magasság szabályozó mechanizmus. A szelepek nyitásának és zárásának független elektronikus vezérlésére szolgáló hidraulikus hajtóművek fejlesztése a dízel akkumulátoros üzemanyagrendszerekben iparilag megvalósított elvek alapján nagy ígéretet jelent.

Annak ellenére, hogy a szívószelep korábbi zárása és ezért alacsonyabb kompressziós indítási nyomás miatt rövid szívóerejű motornál megnövekszik a töltőnyomás és magasabb a kompressziós arány, a hengerben az átlagos nyomás 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

A vizsgálatok eredményei azt mutatják, hogy a szívószelep korai zárása lehetővé teszi a töltési arány és a tényleges kompressziós arány széles körű manipulálását, csökkentve a kopogási küszöböt anélkül, hogy csökkentené a mutató hatékonyságát. A rövidített bemenet a szivattyúzási veszteségek nyomásának csökkentésével biztosítja a mechanikai hatásfok növekedését.

Ellenőrzők:

Kamenev V.F., a műszaki tudományok doktora, professzor, vezető szakértő, az Orosz Föderáció Állami Tudományos Központja „NAMI Szövetségi Állami Egységes Vállalat”, Moszkva.

Saikin A.M., a műszaki tudományok doktora, az Orosz Föderáció Állami Tudományos Központja, a „NAMI Szövetségi Állami Egységes Vállalat” osztályvezetője, Moszkva.

Bibliográfiai link

Ter-Mkrtichyan G.G. DÍZEL ÁTALAKÍTÁSA GÁZMOTORRA A VALÓS TÖRÖSÍTÉS ARÁNY CSÖKKENTÉSÉVEL // A tudomány és az oktatás modern problémái. – 2014. – 5. sz.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=14894 (Hozzáférés dátuma: 2020.02.01.). Figyelmébe ajánljuk a Természettudományi Akadémia kiadója által kiadott folyóiratokat

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

Szinte 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 kompresszióból felmelegedve gyullad meg. A normál dízelmotor nem tud gázüzemanyaggal működni, mert a metánnak lényegesen magasabb a gyulladási hőmérséklete, mint a gázolajé (dízel üzemanyag - 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 detonáció jelensége, pl. nem szabványos (az üzemanyag robbanásszerű égése, amely túlzott sűrítési arány esetén következik be. Dízelmotoroknál az üzemanyag-levegő keverék sűrítési aránya 14-22-szeres, egy metánmotor kompressziós aránya akár 12- is lehet. 16 alkalommal.

Ezért a dízelmotor gázmotoros üzemmódra való átalakításához két fő dolgot kell tennie:

• Csökkentse a motor kompressziós arányát

• Szereljen be 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 a gázolaj metánná történő átalakítása” című fejezetben bővebben?

Mennyi megtakarítást érhetek el?

A megtakarított összeg a dízel üzemanyaggal a motor átalakítás előtti 100 km-re eső futásteljesítménye és a gázüzemanyag vásárlási költsége közötti különbségként kerül kiszámításra.

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

A megtakarítás 623 rubelt tett ki 100 km-enként, 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.

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

A metánfogyasztás a dízelmotor gázmotoros üzemmódba állítása után 1,05-1,25 nm3 metán/liter dízel üzemanyag-fogyasztás között változhat (a dízelmotor kialakításától, kopásától stb. függően).

Példákat olvashat az általunk átalakított dízelmotorok metánfogyasztásával kapcsolatos tapasztalatainkból.

Az előzetes számítások szerint a dízelmotor metánnal üzemelve átlagosan 1 liter dízel üzemanyagot fogyaszt dízel üzemmódban = 1,2 nm3 metán gázmotor üzemmódban.

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

Hol lehet metánt tankolni?

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

Az alábbi interaktív térképen megtekintheti az aktuális információkat a CNG-töltőállomások elhelyezkedéséről és nyitvatartásáról. A térkép a gazmap.ru jóvoltából

És ha a járműpark mellett gázvezeték is fut, akkor érdemes megfontolni a saját CNG-töltőállomás építésének lehetőségeit.

Csak hívjon minket, és szívesen adunk tanácsot minden lehetőségről.

Mekkora lesz a futásteljesítmény egy metántöltő állomáson?

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 gázmotor-üzemanyagként való felhasználását.

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

Ezeknek a hengereknek a belseje nagy szilárdságú króm-molibdén acélból készül, a külsejük pedig üvegszálba van burkolva és epoxigyantával töltve.

1 nm3 metán tárolásához 5 liter hidraulikus hengertérfogat szükséges, i.e. például egy 100 literes palackban körülbelül 20 nm3 metán tárolható (valójában valamivel több, mivel a metán nem ideális gáz, és jobban összenyomható). 1 liter hidraulika tömege hozzávetőlegesen 0,85 kg, i.e. egy 20 nm3-es metántároló rendszer tömege megközelítőleg 100 kg lesz (85 kg a henger tömege, 15 kg pedig magának a metánnak a tömege).

A metán tárolására szolgáló 2-es típusú hengerek 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. A tárolórendszer súlya - 450 kg
• 500 km - teherautó-traktorokhoz. Tárolórendszer súlya - 900 kg

Konkrét futásteljesítmény-értékeket kaphat autója metánjára vonatkozóan, ha kitölti az átalakítási kérelmet az oldal végén található piros gombra kattintva.

Pontosan hogyan alakítják át a gázolajat metánná?

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

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

• Dugattyús marás
• Hengerfej tömítés

• Új dugattyúk beszerelése
• A hajtórúd lerövidítése

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

Így fognak kinézni a dugattyúk marás után:

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:

Változik-e a motor teljesítménye metán használatakor?

Teljesítmény Közkeletű vélekedés szerint a metánt tartalmazó motor akár 25%-ot is veszít teljesítményéből. Ez a vélemény igaz a kettős üzemű benzin-gáz motorokra, részben pedig a szívó dízelmotorokra.

A feltöltéssel felszerelt modern motorok esetében ez a vélemény téves.

Az eredeti, 16-22-szeres kompressziós aránnyal való működésre tervezett dízelmotor nagy szilárdságú élettartama és a gázüzemanyag magas oktánszáma lehetővé teszi, hogy 12-14-szeres sűrítési arányt alkalmazzunk. Ez a magas tömörítési arány lehetővé teszi, hogy ugyanazok (és még nagyobb) teljesítménysűrűségek, sztöcheometrikus üzemanyag-keverékekkel üzemelve azonban az EURO-3-nál magasabb toxicitási szabványok teljesítése nem lehetséges, és az átalakított motor hőterhelése is megnő.

A modern felfújható dízelmotorok (különösen a felfújható levegő közbenső hűtésével) lehetővé teszik az eredeti dízelmotor teljesítményének megőrzése mellett a jelentősen sovány keverékekkel történő üzemeltetést, a termikus rezsim azonos határokon belül tartását és az EURO-4 toxicitási szabványok teljesítését.

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

A teljesítmény motor fordulatszámtól való tipikus függésének típusa, tüzelőanyag-típusonként:

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

A gázmotorok nyomatékcsúcsának eltolási problémájának radikális megoldása a turbina cseréje egy speciális típusú túlméretezett turbinára, amelyen nagy sebességű szelepmozgató mágnesszelep található. Egy ilyen megoldás magas költsége azonban nem ad lehetőséget arra, 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 dízelmotoroké, és a gáz a dízel üzemanyaggal ellentétben nem tartalmaz idegen szennyeződéseket. Az olajgáz-motorok nagyobb követelményeket támasztanak az olaj minőségével szemben. Javasoljuk, hogy kiváló minőségű, SAE 15W-40, 10W-40 osztályú, évszakos olajokat használjon, 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 ezekkel a motor nagyon sokáig bírja.

A gázmotorokban a gáz-levegő keverékek égéstermékeinek magasabb víztartalma miatt a motorolajok vízállóságával kapcsolatos problémák merülhetnek fel, illetve a gázmotorok érzékenyebbek az égéstérben történő hamulerakódásokra is. Emiatt a gázmotorokhoz használt olajok szulfáthamu-tartalmát alacsonyabb értékekre korlátozzák, és megemelkednek az olajok hidrofóbságára vonatkozó követelmények.

Zaj Nagyon meg fogsz lepődni! A gázmotor nagyon csendes autó a dízelmotorhoz képest. A zajszint műszerek szerint 10-15 dB-lel csökken, ami szubjektív érzetek alapján 2-3-szor 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, és a károsanyag-kibocsátás tekintetében a második az elektromos és hidrogénmotorok mögött.

Ez különösen észrevehető a nagyvárosok olyan fontos mutatójában, mint a füst. Minden városlakót eléggé idegesítenek a füstös farok a LIAZ-ok mögött. Ez a metánon nem fog megtörténni, mivel a gáz égésekor nem keletkezik korom!

A metánmotorok környezetvédelmi osztálya általában Euro 4 (karbamid vagy gáz-visszavezető rendszer használata nélkül). Egy további katalizátor beépítésével azonban a környezetvédelmi osztály Euro 5-ös szintre emelhető.

A gáz előnyei az autók üzemanyagaként a következő mutatók:

Üzemanyag gazdaság

Üzemanyag gazdaság gázmotor- a legfontosabb motorjelző - az üzemanyag oktánszáma és a levegő-üzemanyag keverék gyulladási határa határozza meg. Az oktánszám az üzemanyag kopogásállóságának mutatója, amely korlátozza az üzemanyag nagy sűrítési arányú, nagy teljesítményű és gazdaságos 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 (égéshője és az éghető keverék fűtőértéke) elemzése azt mutatja, hogy fűtőértékben minden gáz jobb a benzinnél, de levegővel keverve energiamutatóik csökkennek, ami ez az egyik oka a motorteljesítmény csökkenésének. A teljesítmény csökkenése cseppfolyósított tüzelőanyaggal történő működés esetén akár 7%. Egy hasonló motor sűrített metánnal üzemelve akár 20%-ot is veszít teljesítményéből.

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 telepítési hely körülményei között ez a módosítás túl drága 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 dugattyúk koronája és a szelepek kiégtek a túl korai gyújtás és a nagyon sovány keverékeken történő üzemeltetés miatt.

Minél alacsonyabb a motor fajlagos üzemanyag-fogyasztása, annál gyengébb az üzemanyag-levegő keverék, amelyen a motor működik, vagyis annál kevesebb üzemanyag jut a motorba belépő 1 kg levegőre. A nagyon sovány keverékek azonban, ahol túl kevés az üzemanyag, egyszerűen nem gyulladnak meg szikrától. Ez szab határt az üzemanyag-hatékonyság javításának. A benzin és a levegő keverékében a maximális tüzelőanyag-tartalom 1 kg levegőben, amelynél a gyulladás lehetséges, 54 g. Rendkívül sovány gáz-levegő keverékben ez a tartalom tehát csak 40 g nem szükséges a maximális teljesítmény fejlesztéséhez, a földgázzal működő motor sokkal gazdaságosabb, mint a benzin. Kísérletek kimutatták, hogy a 100 km-enkénti üzemanyag-fogyasztás egy gázüzemű autóval 25-50 km/h sebességgel kétszer kisebb, mint ugyanazon autóé, azonos körülmények között benzinnel. A gázüzemanyag-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 kipufogógázokból származó mérgező anyagok kibocsátása 3-5-ször kisebb, mint a benzinnel való üzemeléskor.
A benzinmotorok a szegénységi határ magas értéke (54 g üzemanyag/1 kg levegő) miatt kénytelenek alkalmazkodni a gazdag keverékekhez, ami a keverék oxigénhiányához és az üzemanyag tökéletlen égéséhez vezet. 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 a motorban magas hőmérséklet (több mint 1800 fok) alakul ki, amelynél a levegő nitrogénje a felesleges oxigén hatására nitrogén-oxidokká oxidálódik, 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 engedik a folyékony üzemanyagot rövid idő alatt elpárologni. a motor működési ciklusát, és korlátozzák az oxigén hozzáférését az üzemanyaghoz. Gázüzemanyag használata esetén mindezek a tényezők sokkal gyengébbek, elsősorban a soványabb keverékek miatt. A tökéletlen égés termékei gyakorlatilag nem képződnek, mivel mindig oxigénfelesleg van. A nitrogén-oxidok kisebb mennyiségben képződnek, mivel a sovány keverékeknél az égési hőmérséklet sokkal alacsonyabb. Az égéstér falrétege sovány gáz-levegő keverékekkel kevesebb tüzelőanyagot tartalmaz, mint gazdagabb benzin-levegő keverékeknél. Így helyesen beállított gázzal motor A légkörbe kerülő szén-monoxid-kibocsátás 5-10-szer kisebb, mint a benzin, a nitrogén-oxidok 1,5-2,0-szer, a szénhidrogének pedig 2-3-szor kisebbek. Ez lehetővé teszi a jövőbeli járművek toxicitási szabványainak („Euro-2” és esetleg „Euro-3”) való megfelelést megfelelő motorteszttel.

A gáz üzemanyagként való felhasználása azon kevés környezetvédelmi intézkedések közé tartozik, amelyek költségeit közvetlen gazdasági hatás megtéríti az üzemanyagok és kenőanyagok költségeinek csökkenése formájában. 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-kibocsátás tekintetében. 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 benzinmotoroknál az egyik kellemetlen jelenség, hogy a benzin lemossa az olajfilmet a motorhengerek belső felületéről hidegindításkor, amikor az üzemanyag párolgás nélkül kerül a hengerekbe. Ezután a folyékony formájú benzin belép az olajba, feloldódik benne és felhígítja, rontva kenési tulajdonságait. Mindkét hatás felgyorsítja a motor kopását. A GOS a motor hőmérsékletétől függetlenül mindig gázfázisban marad, ami teljesen kiküszöböli a megjelölt tényezőket. Az LPG (folyékony kőolajgáz) nem tud behatolni a hengerbe, mint a hagyományos folyékony üzemanyagok használatakor, így nincs szükség a motor öblítésére. A hengerfej és a hengerblokk kevésbé kopik, ami megnöveli a motor élettartamát.

Az üzemeltetési és karbantartási szabályok be nem tartása esetén bármely műszaki termék bizonyos veszélyt jelent. Ez alól a gázpalackok telepítése sem kivétel. Ugyanakkor a lehetséges kockázatok meghatározásakor figyelembe kell venni a gázok olyan objektív fizikai és kémiai tulajdonságait, mint az öngyulladás hőmérsékleti és koncentrációs határai. Robbanáshoz vagy gyulladáshoz tüzelőanyag-levegő keverék kialakítása szükséges, vagyis a gáz térfogati keverése levegővel. A nyomás alatt lévő hengerben lévő gáz kizárja a levegő bejutását, míg a benzines vagy gázolajos tartályokban mindig gőzök és levegő keveréke van.

Általában az autó legkevésbé sérülékeny és statisztikailag ritkábban sérült részeire vannak felszerelve. A tényleges adatok alapján kiszámították a karosszéria sérülésének és szerkezeti meghibásodásának valószínűségét. A számítási eredmények azt mutatják, hogy a karosszéria tönkremenetelének valószínűsége azon a területen, ahol a hengerek találhatók, 1-5%.
A gázmotorok üzemeltetésével kapcsolatos hazai és külföldi tapasztalatok azt mutatják, hogy a gázüzemű motorok vészhelyzetekben kevésbé tűz- és robbanásveszélyesek.

Az alkalmazás gazdasági megvalósíthatósága

A jármű GOS használatával történő üzemeltetése körülbelül 40%-os megtakarítást eredményez. Mivel a propán-bután keverék jellemzőiben a legközelebb áll a benzinhez, használata nem igényel jelentős változtatásokat a motor kialakításában. Az univerzális motorteljesítmény-rendszer teljes értékű benzin-üzemanyag-rendszert tart fenn, és lehetővé teszi a benzinről a gázra és vissza történő könnyű váltást. 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 után leáll. A kombinált energiaellátó rendszer „gáz plusz benzin” 1000 km-t tesz meg mindkét üzemanyagrendszer egy tankolásakor. Az ilyen típusú üzemanyagok jellemzőiben azonban még mindig vannak bizonyos különbségek. Így cseppfolyósított gáz használatakor nagyobb feszültségre van szükség a gyújtógyertyában a szikra keletkezéséhez. 10-15%-kal meghaladhatja a feszültségértéket, ha az autó benzinnel működik.

A motor gázüzemanyagra való átalakítása 1,5-2-szeresére növeli az élettartamát. A gyújtásrendszer működése javul, a gyújtógyertyák élettartama 40%-kal nő, és a gáz-levegő keverék teljesebben ég, mint benzinnel üzemelve. Az égéstérben, a hengerfejben és a dugattyúkban a szénlerakódások a szénlerakódások mennyiségének csökkenésével csökkennek.

Az SPBT motorüzemanyagként való felhasználásának gazdasági megvalósíthatóságának másik szempontja, hogy a gáz használata lehetővé teszi számunkra, hogy minimalizáljuk az illetéktelen üzemanyag-lerakás lehetőségét.

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.