Plne metánový dieselový motor ušetrí až 60% z výšky bežných nákladov a samozrejme výrazne znížiť znečisťovanie životného prostredia.

Takmer každý dieselový motor dokážeme premeniť na metán ako plynové motorové palivo.

Nečakajte zajtra, začnite šetriť už dnes!

Ako môže dieselový motor bežať na metán?

Dieselový motor je motor, v ktorom sa palivo zapáli zahrievaním z kompresie. Štandardný dieselový motor nemôže bežať na plynné palivo, pretože metán má výrazne vyšší bod vzplanutia ako motorová nafta (nafta - 300-330 C, metán - 650 C), čo sa nedá dosiahnuť s kompresnými pomermi používanými v dieselových motoroch.

Druhým dôvodom, prečo naftový motor nebude môcť jazdiť na plynné palivo, je detonačný jav, t.j. neštandardné (výbušné spaľovanie paliva, ku ktorému dochádza pri nadmernom kompresnom pomere. U dieselových motorov je kompresný pomer zmesi paliva a vzduchu 14-22-násobok, metánový motor môže mať kompresný pomer až 12- 16 krát.

Preto, aby ste preniesli naftový motor do režimu plynového motora, musíte urobiť dve hlavné veci:

• Znížte kompresný pomer motora

• Nainštalujte systém zapaľovania

Po týchto úpravách bude váš motor bežať iba na metán. Návrat do dieselového režimu je možný až po vykonaní špeciálnych prác.

Viac podrobností o podstate vykonaných prác nájdete v časti „Ako presne prebieha premena nafty na metán“

Koľko môžem ušetriť?

Výška vašej úspory sa vypočíta ako rozdiel medzi nákladmi na 100 km jazdy na motorovú naftu pred prestavbou motora a nákladmi na nákup plynového paliva.

Napríklad pre nákladné auto Freigtleiner Cascadia bola priemerná spotreba nafty 35 litrov na 100 km a po prestavbe na metán spotreba plynu 42 Nm3. metán. Potom s nákladmi na motorovú naftu 31 rubľov, 100 km. najazdené kilometre spočiatku stáli 1085 rubľov a po prepočte za cenu metánu 11 rubľov za bežný meter kubický (nm3) stálo 100 km jazdy 462 rubľov.

Úspory dosiahli 623 rubľov na 100 kilometrov, teda 57 %. Ak vezmeme do úvahy ročný počet najazdených kilometrov 100 000 km, ročné úspory dosiahli 623 000 rubľov. Náklady na inštaláciu propánu na tomto stroji boli 600 000 rubľov. Doba návratnosti systému bola teda približne 11 mesiacov.

Ďalšou výhodou metánu ako paliva pre plynové motory je aj to, že je mimoriadne ťažké ho ukradnúť a prakticky nemožné ho „vypustiť“, keďže za normálnych podmienok je to plyn. Z rovnakých dôvodov sa nemôže predať.

Spotreba metánu po prestavbe naftového motora na plynový motor sa môže pohybovať od 1,05 do 1,25 nm3 metánu na liter spotreby nafty (v závislosti od konštrukcie naftového motora, jeho opotrebenia a pod.).

Príklady z našich skúseností o spotrebe metánu našimi prerobenými dieselmi si môžete prečítať.

V priemere, pre predbežné výpočty, dieselový motor na metán spotrebuje palivo plynového motora rýchlosťou 1 litra spotreby nafty v dieselovom režime = 1,2 nm3 metánu v režime plynového motora.

Konkrétne hodnoty úspor pre svoje auto môžete získať vyplnením žiadosti o konverziu kliknutím na červené tlačidlo na konci tejto stránky.

Kde môžem získať metánový plyn?

V krajinách SNŠ je ich viac 500 CNG staníc a Rusko má viac ako 240 čerpacích staníc CNG.

Aktuálne informácie o polohe a otváracích hodinách čerpacej stanice CNG si môžete pozrieť na interaktívnej mape nižšie. Mapa s láskavým dovolením gazmap.ru

A ak sa vedľa vášho vozového parku nachádza plynové potrubie, potom má zmysel zvážiť možnosti výstavby vlastnej čerpacej stanice CNG.

Stačí nám zavolať a my vám radi poradíme so všetkými možnosťami.

Aký je dojazd na jednu metánovú náplň?

Metán je uložený na palube auta v plynnom stave pod vysokým tlakom 200 atmosfér v špeciálnych tlakových fľašiach. Veľká hmotnosť a veľkosť týchto valcov je významným negatívnym faktorom obmedzujúcim použitie metánu ako plynového motorového paliva.

LLC "RAGSK" používa vo svojej práci vysokokvalitné kov-plastové kompozitné valce (Typ-2), certifikované pre použitie v Ruskej federácii.

Vnútro týchto valcov je vyrobené z vysoko pevnej chróm-molybdénovej ocele, zatiaľ čo vonkajšok je obalený sklolaminátom a vyplnený epoxidovou živicou.

Na uskladnenie 1 Nm3 metánu je potrebných 5 litrov hydraulického objemu valca, t.j. napríklad 100 litrová fľaša umožňuje uskladniť asi 20 nm3 metánu (v skutočnosti o niečo viac, pretože metán nie je ideálny plyn a je lepšie stlačený). Hmotnosť 1 litra hydraulického agregátu je približne 0,85 kg, t.j. hmotnosť skladovacieho systému pre 20 nm3 metánu bude približne 100 kg (85 kg je hmotnosť valca a 15 kg je hmotnosť samotného metánu).

Fľaše typu 2 na skladovanie metánu vyzerajú takto:

Kompletný systém skladovania metánu vyzerá takto:

V praxi je zvyčajne možné dosiahnuť nasledujúce hodnoty najazdených kilometrov:

• 200-250 km - pre mikrobusy. Hmotnosť úložného systému - 250 kg
• 250-300 km - pre stredne veľké mestské autobusy. Hmotnosť úložného systému - 450 kg
• 500 km - pre ťahače. Hmotnosť úložného systému - 900 kg

Konkrétne hodnoty najazdených kilometrov po metáne pre svoje auto môžete získať vyplnením žiadosti o konverziu stlačením červeného tlačidla na konci tejto stránky.

Ako presne prebieha premena nafty na metán?

Premena naftového motora na plynový režim si vyžiada vážny zásah do samotného motora.

Najprv musíme zmeniť kompresný pomer (prečo? Pozrite si časť „Ako môže dieselový motor bežať na metán?“) Používame na to rôzne metódy, pričom vyberieme ten najlepší pre váš motor:

• Frézovanie piestov
• Tesnenie hlavy valcov

• Inštalácia nových piestov
• Skrátenie ojnice

Vo väčšine prípadov používame piestové frézovanie (pozri obrázok vyššie).

Takto budú piesty vyzerať po frézovaní:

Inštalujeme aj množstvo doplnkových snímačov a zariadení (elektronický plynový pedál, snímač polohy kľukového hriadeľa, snímač množstva kyslíka, snímač klepania atď.).

Všetky komponenty systému sú riadené elektronickou riadiacou jednotkou (ECU).

Niečo také bude vyzerať ako súprava komponentov na inštaláciu na motor:

Zmení sa výkon motora pri jazde na metán?

Výkon Je rozšírený názor, že motor stráca na metáne výkon až 25 %. Tento názor platí pre dvojpalivové „benzín-plynové“ motory a čiastočne platí pre naftové motory s prirodzeným nasávaním.

Pri moderných preplňovaných motoroch je tento názor mylný.

Zdroj vysokej pevnosti pôvodného dieselového motora, navrhnutý pre prácu s kompresným pomerom 16-22-krát a vysokým oktánovým číslom plynového paliva, nám umožňuje použiť kompresný pomer 12-14-krát. Takýto vysoký kompresný pomer umožňuje získanie rovnakú (a dokonca veľkú) hustotu výkonu pracujúce na stechiometrických palivových zmesiach. Zároveň však nie je možné splniť normy toxicity vyššie ako EURO-3 a zvyšuje sa aj tepelné namáhanie prerobeného motora.

Moderné nafukovacie dieselové motory (najmä tie s medzichladením nafukovacieho vzduchu) umožňujú prevádzku aj na výrazne chudobné zmesi pri zachovaní výkonu pôvodného dieselového motora, dodržaní tepelného režimu v predchádzajúcich limitoch a dodržaní noriem toxicity EURO-4.

Pre naftové motory s prirodzeným nasávaním ponúkame 2 alternatívy: buď zníženie prevádzkového výkonu o 10-15% alebo použitie systému vstrekovania vody v sacom potrubí s cieľom udržať prijateľnú prevádzkovú teplotu a dosiahnuť emisné normy EURO-4

Typické závislosti výkonu od otáčok motora podľa typu paliva:

Krútiaci moment Maximálna hodnota krútiaceho momentu sa nezmení a môže sa dokonca mierne zvýšiť. Bod dosiahnutia maximálneho krútiaceho momentu sa však posunie smerom k vyšším otáčkam. To určite nie je príjemné, ale v praxi sa vodiči prakticky nesťažujú a rýchlo si na to zvyknú, najmä ak existuje rezerva výkonu motora.

Radikálnym riešením problému vytesňovania špičkového krútiaceho momentu pre plynový motor je výmena turbíny za predimenzovanú turbínu špeciálneho typu s obtokovým solenoidovým ventilom pri vysokých otáčkach. Vysoká cena takéhoto riešenia nám však nedáva možnosť využiť ho na individuálnu konverziu.

Spoľahlivosť Životnosť motora sa výrazne zvýši. Keďže k spaľovaniu plynu dochádza rovnomernejšie ako pri motorovej nafte, kompresný pomer plynového motora je nižší ako u naftového motora a plyn na rozdiel od motorovej nafty neobsahuje cudzie nečistoty. Motory na olej a plyn sú náročnejšie na kvalitu oleja. Odporúčame používať kvalitné viacrozsahové oleje tried SAE 15W-40, 10W-40 a výmenu oleja minimálne 10 000 km.

Ak je to možné, je vhodné použiť špeciálne oleje, napríklad LUKOIL EFFORSE 4004 alebo Shell Mysella LA SAE 40. Nie je to potrebné, ale s nimi motor vydrží veľmi dlho.

V dôsledku vysokého obsahu vody v splodinách spaľovania zmesí plynu a vzduchu v plynových motoroch môžu vzniknúť problémy s vodeodolnosťou motorových olejov a plynové motory sú tiež citlivejšie na tvorbu usadenín popola v spaľovacej komore. Preto je obsah sulfátového popola v olejoch pre plynové motory obmedzený na nižšie hodnoty a zvyšujú sa požiadavky na hydrofóbnosť oleja.

Hluk Budete veľmi prekvapení! Plynový motor je v porovnaní s naftovým veľmi tichý stroj. Hlučnosť nástrojov sa zníži o 10-15 dB, čo zodpovedá 2-3 tichšiemu chodu pre subjektívne vnemy.

Samozrejme, nikto sa nestará o životné prostredie. Ale aj tak…?

Motor na metánový plyn je vo všetkých ekologických charakteristikách výrazne lepší ako dieselový motor s rovnakým výkonom a je na druhom mieste za elektrickými a vodíkovými motormi z hľadiska emisií.

To je obzvlášť viditeľné pre taký dôležitý ukazovateľ pre veľké mestá, akým je dymivosť. Všetkých mešťanov pekne rozčuľujú tie zadymené chvosty za LIAZmi.Toto sa pri metáne nestane, takže pri spaľovaní plynu nedochádza k tvorbe sadzí!

Environmentálna trieda pre metánový motor je spravidla Euro-4 (bez použitia močoviny alebo systému recirkulácie plynu). Inštaláciou dodatočného katalyzátora sa však environmentálna trieda môže zvýšiť na úroveň Euro-5.

O výhodách paliva pre plynové motory, najmä metánu, sa toho už popísalo veľa, ale pripomeňme si ich ešte raz.

Je to ekologický výfuk, ktorý spĺňa súčasné a dokonca budúce emisné predpisy. V rámci kultu globálneho otepľovania je to dôležitá výhoda, pretože normy Euro 5, Euro 6 a všetky nasledujúce budú bezpodmienečne zavedené a problém s výfukom bude potrebné tak či onak vyriešiť. Do roku 2020 budú môcť nové vozidlá v Európskej únii produkovať v priemere maximálne 95 gramov CO2 na kilometer. Do roku 2025 môže byť táto hranica ešte znížená. Metánové motory sú schopné splniť tieto emisné normy, a to nielen vďaka nižším emisiám CO2. Plynové motory majú tiež nižšie emisie pevných častíc ako ich benzínové alebo naftové náprotivky.

Okrem toho palivo pre plynový motor nezmýva olej zo stien valcov, čo spomaľuje ich opotrebovanie. Podľa propagátorov paliva pre plynové motory zdroj motora občas magicky rastie. O tepelnej intenzite motora na plyn zároveň skromne mlčia.

A hlavnou výhodou paliva NGV je jeho cena. Cena a len cena pokrýva všetky nevýhody plynu ako motorového paliva. Ak sa bavíme o metáne, tak ide o nerozvinutú sieť čerpacích staníc CNG, ktorá doslova priväzuje plynové auto k čerpacej stanici. Počet čerpacích staníc so skvapalneným zemným plynom je zanedbateľný, tento typ paliva pre plynové motory je dnes úzko špecializovaným produktom. Okrem toho plynové zariadenie zaberá časť užitočného zaťaženia a užitočného priestoru, údržba LPG je problematická a nákladná.

Technologický pokrok dal vzniknúť takému typu motora, akým je plyn-nafta, ktorý žije v dvoch svetoch: nafta a plyn. Ale ako univerzálny prostriedok plyn-nafta plne neuvedomuje možnosti ani jedného, ​​ani druhého sveta. Ani spaľovací proces, ani hodnoty účinnosti, ani tvorba emisií nie je možné optimalizovať pre dve palivá toho istého motora. Na optimalizáciu cyklu plyn-vzduch potrebujete špecializovaný nástroj - plynový motor.

Všetky plynové motory dnes využívajú externú tvorbu vzduchu/plynu a zapaľovanie zapaľovacích sviečok, ako v benzínovom motore s karburátorom. Alternatívy sú vo vývoji. V sacom potrubí sa vstrekovaním plynu vytvára zmes vzduchu a plynu. Čím bližšie k tomuto procesu dôjde k valcu, tým rýchlejšie motor reaguje. V ideálnom prípade by mal byť plyn vstrekovaný priamo do spaľovacej komory, o čom bude reč nižšie. Zložitosť ovládania nie je jedinou nevýhodou vonkajšej tvorby zmesi.

Vstrekovanie plynu riadi elektronická jednotka, ktorá upravuje aj časovanie zapaľovania. Metán horí pomalšie ako motorová nafta, to znamená, že zmes plynu a vzduchu sa musí zapáliť skôr, uhol predstihu je tiež regulovaný v závislosti od zaťaženia. Navyše metán potrebuje nižší kompresný pomer ako motorová nafta. Takže v atmosférickom motore je kompresný pomer znížený na 12-14. Pre atmosférické motory je charakteristické stechiometrické zloženie zmesi plynu a vzduchu, to znamená, že koeficient prebytočného vzduchu a je rovný 1, čo do určitej miery kompenzuje stratu výkonu z poklesu kompresného pomeru. Účinnosť atmosférického plynového motora je na úrovni 35 %, zatiaľ čo účinnosť atmosférického naftového motora je na úrovni 40 %.

Výrobcovia automobilov odporúčajú použitie špeciálnych motorových olejov v plynových motoroch, ktoré sú vodeodolné, s nízkym obsahom sulfátového popola a zároveň s vysokým základným číslom, ale celoročné oleje pre naftové motory tried SAE 15W-40 a 10W-40 sú nie zakázané, ktoré sa v praxi využívajú v deviatich prípadoch z desiatich.

Turbodúchadlo umožňuje znížiť kompresný pomer na 10–12 v závislosti od veľkosti motora a tlaku v sacom trakte a zvýšiť pomer prebytočného vzduchu na 1,4–1,5. V tomto prípade dosahuje účinnosť 37%, no zároveň výrazne stúpa tepelná náročnosť motora. Pre porovnanie: účinnosť preplňovaného dieselového motora dosahuje 50 %.

Zvýšená tepelná hustota plynového motora je spojená s nemožnosťou prečistenia spaľovacieho priestoru pri zatvorených ventiloch, keď sú výfukové a sacie ventily súčasne otvorené na konci výfukového zdvihu. Prúdenie čerstvého vzduchu najmä v preplňovanom motore by mohlo ochladzovať povrchy spaľovacieho priestoru, čím by sa znížila tepelná hustota motora, ako aj znížilo zahrievanie čerstvej náplne, zvýšilo by sa tým faktor plnenia, ale pre plynový motor, prekrytie ventilov je neprijateľné. V dôsledku vonkajšej tvorby zmesi plynu a vzduchu je vzduch do valca privádzaný vždy spolu s metánom a výfukové ventily musia byť v tomto čase uzavreté, aby sa zabránilo vniknutiu metánu do výfukovej cesty a výbuchu.

Znížený kompresný pomer, zvýšená hustota tepla a vlastnosti obehu plynu a vzduchu si vyžadujú zodpovedajúce zmeny, najmä v chladiacom systéme, v konštrukcii vačkového hriadeľa a častí CPG, ako aj v materiáloch použitých na aby sa zachovala ich prevádzkyschopnosť a zdroje. Náklady na plynový motor sa teda príliš nelíšia od nákladov na dieselový analóg, ak nie ešte vyššie. Plus náklady na plynové zariadenie.

Vlajková loď domáceho automobilového priemyslu, KAMAZ PJSC, sériovo vyrába plynové 8-valcové motory v tvare V série KamAZ-820.60 a KamAZ-820.70 s rozmermi 120x130 a pracovným objemom 11.762 litrov. Pre plynové motory sa používa CPG, ktorý poskytuje kompresný pomer 12 (pre dieselový KamAZ-740 kompresný pomer 17). Vo valci je zmes plynu a vzduchu zapálená zapaľovacou sviečkou inštalovanou namiesto vstrekovača.

Pre ťažké vozidlá s plynovým motorom sa používajú špeciálne zapaľovacie sviečky. Napríklad Federal-Mogul predáva zástrčky s irídiovou stredovou elektródou a bočnou elektródou vyrobenou z irídia alebo platiny. Konštrukcia, materiály a charakteristiky elektród a samotných zapaľovacích sviečok zohľadňujú teplotný režim ťažkého úžitkového vozidla, ktorý je charakteristický širokým rozsahom zaťaženia a relatívne vysokým kompresným pomerom.

Motory KamAZ-820 sú vybavené distribuovaným systémom vstrekovania metánu do sacieho potrubia cez dýzy s elektromagnetickým dávkovacím zariadením. Plyn je vstrekovaný do sacieho traktu každého valca samostatne, čo umožňuje upraviť zloženie zmesi plynu a vzduchu pre každý valec tak, aby boli dosiahnuté minimálne emisie škodlivých látok. Prietok plynu je regulovaný mikroprocesorovým systémom v závislosti od tlaku pred vstrekovačom, prívod vzduchu je regulovaný škrtiacou klapkou poháňanou elektronickým plynovým pedálom. Mikroprocesorový systém riadi časovanie zapaľovania, poskytuje ochranu proti vznieteniu metánu v sacom potrubí v prípade poruchy zapaľovacieho systému alebo poruchy ventilu, ako aj ochranu motora pred núdzovými režimami, udržiava nastavenú rýchlosť vozidla, poskytuje krútiaci moment obmedzenie hnacích kolies vozidla a autodiagnostika pri zapnutí systému ...

KAMAZ má do značnej miery unifikované časti plynových a naftových motorov, ale nie všetky a veľa navonok podobných častí pre dieselový motor - kľukový hriadeľ, vačkový hriadeľ, piesty s ojnicami a krúžkami, hlavy valcov, turbodúchadlo, vodné čerpadlo, olejové čerpadlo, sacie potrubie , olejová vaňa, skriňa zotrvačníka - nevhodné pre plynový motor.

V apríli 2015 uviedla spoločnosť KAMAZ na trh karosériu plynových vozidiel s kapacitou 8 000 jednotiek zariadenia ročne. Výroba sa nachádza v bývalej plynovo-dieselovej budove automobilky. Technológia montáže je nasledovná: podvozok je zmontovaný a na ňom je inštalovaný plynový motor na hlavnej montážnej linke automobilového závodu. Potom sa podvozok vtiahne do karosérie plynových vozidiel na inštaláciu plynového zariadenia a vykonanie celého skúšobného cyklu, ako aj na zábeh vozidiel a podvozkov. Zároveň sú plne otestované a zabehnuté aj plynové motory KAMAZ (vrátane tých, ktoré sú modernizované o komponentovú základňu BOSH) montované vo výrobe motorov.

Avtodiesel (Yaroslavl Motor Plant) v spolupráci so spoločnosťou Westport vyvinul a vyrába rad plynových motorov založených na rade 4- a 6-valcových radových motorov YMZ-530. Šesťvalcovú verziu je možné inštalovať na vozidlá novej generácie Ural NEXT.

Ako už bolo spomenuté vyššie, ideálnou verziou plynového motora je priame vstrekovanie plynu do spaľovacej komory, no doteraz najvýkonnejšie svetové strojárstvo takúto technológiu nevytvorilo. V Nemecku výskum vykonáva konzorcium Direct4Gas pod vedením Roberta Boscha GmbH v spolupráci s Daimler AG a Stuttgartským inštitútom pre výskum automobilov a motorov (FKFS). Nemecké ministerstvo hospodárstva a energetiky podporilo projekt sumou 3,8 milióna eur, čo v skutočnosti nie je až tak veľa. Projekt bude fungovať od roku 2015 do januára 2017. Na-Gora by mala vydať priemyselný návrh systému priameho vstrekovania metánu a nemenej dôležitú technológiu na jeho výrobu.

V porovnaní so súčasnými systémami využívajúcimi viacbodové vstrekovanie plynu do rozdeľovacieho potrubia je sľubný systém priameho vstrekovania schopný zvýšiť krútiaci moment o 60 % pri nízkych otáčkach, čiže eliminovať slabé miesto plynového motora. Priame vstrekovanie rieši celý komplex „detských“ chorôb plynového motora, ktoré prináša vonkajšia tvorba zmesi.

Projekt Direct4Gas vyvíja systém priameho vstrekovania, ktorý je spoľahlivý a utesnený a dokáže odmerať presné množstvo plynu, ktoré sa má vstreknúť. Úpravy na samotnom motore sú obmedzené na minimum, aby priemysel mohol použiť staré komponenty. Projektový tím vybavuje experimentálne plynové motory novovyvinutým vysokotlakovým vstrekovacím ventilom. Systém sa má testovať v laboratóriu a priamo na vozidlách. Výskumníci tiež študujú tvorbu zmesi paliva a vzduchu, proces riadenia zapaľovania a tvorbu toxických plynov. Dlhodobým cieľom konzorcia je vytvárať podmienky, za ktorých môže technológia vstúpiť na trh.

Plynové motory sú teda mladým smerom, ktorý ešte nedosiahol technologickú zrelosť. Vyspelosť príde, keď Bosch a jeho súdruhovia vyvinú technológiu na priame vstrekovanie metánu do spaľovacej komory.

1

1 Štátne výskumné centrum Ruskej federácie - Federálny štátny jednotný podnik "Ústredný rád Červeného praporu pracovného výskumného inštitútu pre automobilový a automobilový priemysel (NAMI)"

Pri prestavbe naftového na plynový motor sa na kompenzáciu poklesu výkonu používa preplňovanie. Aby sa zabránilo detonácii, geometrický kompresný pomer sa zníži, čo spôsobí zníženie indikovanej účinnosti. Analyzujú sa rozdiely medzi geometrickými a skutočnými rýchlosťami kompresie. Uzavretie sacieho ventilu o rovnakú hodnotu pred alebo po BDC spôsobí rovnaké zníženie skutočného kompresného pomeru v porovnaní s geometrickým kompresným pomerom. Uvádza sa porovnanie parametrov procesu plnenia pre štandardnú a skrátenú fázu nasávania. Ukázalo sa, že skoré zatvorenie sacieho ventilu umožňuje zníženie skutočného kompresného pomeru, čím sa zníži prah klepania pri zachovaní vysokého geometrického kompresného pomeru a vysokej účinnosti indikátora. Kratší prívod poskytuje zvýšenie mechanickej účinnosti znížením tlaku čerpacích strát.

plynový motor

geometrický kompresný pomer

skutočný kompresný pomer

časovanie ventilov

efektívnosť ukazovateľa

mechanická účinnosť

detonácia

čerpacie straty

1. Kamenev V.F. Vyhliadky na zlepšenie toxických ukazovateľov dieselových motorov motorových vozidiel s hmotnosťou nad 3,5 tony / V.F. Kamenev, A.A. Demidov, P.A. Shcheglov // Zborník NAMI: So. vedecký. čl. - M., 2014. - Vydanie. č. 256. - S. 5–24.

2. Nikitin A.A. Variabilný pohon ventilov pre vstup pracovného média do valca motora: Pat. 2476691 Ruská federácia, IPC F01L1 / 34 / A.A. Nikitin, G.E. Sedykh, G.G. Ter-Mkrtichyan; prihlasovateľ a majiteľ patentu SSC RF FSUE "NAMI", publ. 27.02.2013.

3. Ter-Mkrtichyan G.G. Motor s kvantitatívnou reguláciou výkonu bez škrtiacej klapky // Automobilový priemysel. - 2014. - č. 3. - S. 4-12.

4. Ter-Mkrtichyan G.G. Vedecké základy pre vytváranie motorov s riadeným kompresným pomerom: dis. dokt. ... tech. vedy. - M., 2004 .-- 323 s.

5. Ter-Mkrtichyan G.G. Riadenie pohybu piestov v spaľovacích motoroch. - M.: Metallurgizdat, 2011 .-- 304 s.

6. Ter-Mkrtichyan G.G. Trendy vo vývoji akumulačných palivových systémov pre veľké diesely / G.G. Ter-Mkrtichyan, E.E. Starkov // Zborník NAMI: So. vedecký. čl. - M., 2013. - Vydanie. č. 255. - S. 22–47.

Plynové motory, premeniteľné z dieselových motorov, sú v poslednej dobe široko používané v nákladných automobiloch a autobusoch úpravou hlavy valcov výmenou trysky za zapaľovaciu sviečku a vybavením motora zariadením na prívod plynu do sacieho potrubia alebo do sacích potrubí. Aby sa zabránilo detonácii, kompresný pomer sa spravidla znižuje úpravou piestu.

Plynový motor má a priori nižší výkon a horšiu spotrebu paliva v porovnaní so základným dieselovým motorom. Pokles výkonu plynového motora sa vysvetľuje znížením plnenia valcov zmesou paliva a vzduchu v dôsledku nahradenia časti vzduchu plynom, ktorý má v porovnaní s kvapalným palivom väčší objem. Na kompenzáciu poklesu výkonu sa používa preplňovanie, ktoré si vyžaduje dodatočné zníženie kompresného pomeru. V tomto prípade sa znižuje účinnosť indikátora motora, čo je sprevádzané zhoršením palivovej účinnosti.

Ako základný motor na premenu na plyn bol zvolený dieselový motor rodiny YaMZ-536 (6ChN10,5 / 12,8) s geometrickým kompresným pomerom. ε = 17,5 a menovitý výkon 180 kW pri otáčkach kľukového hriadeľa 2300 min -1.

Obr. Závislosť maximálneho výkonu plynového motora od kompresného pomeru (medza klepania).

Na obrázku 1 je znázornená závislosť maximálneho výkonu plynového motora od kompresného pomeru (hranica klepania). V prerobenom motore so štandardným časovaním ventilov je možné dosiahnuť udávaný menovitý výkon 180 kW bez detonácie len pri výraznom poklese geometrického kompresného pomeru zo 17,5 na 10, čo spôsobuje citeľný pokles udávanej účinnosti.

Zabránenie výbuchu bez zníženia alebo s minimálnym poklesom geometrického kompresného pomeru, a teda minimálny pokles účinnosti indikátora, je umožnený realizáciou cyklu s predčasným uzavretím sacieho ventilu. V tomto cykle sa sací ventil zatvára skôr, ako piest dosiahne BDC. Po zatvorení sacieho ventilu, keď sa piest dostane do BDC, sa zmes plynu a vzduchu najskôr roztiahne a ochladí a až potom, čo piest prejde BDC a presunie sa do BDC, sa začne stláčať. Straty pri plnení valcov sú kompenzované zvýšením plniaceho tlaku.

Hlavnými cieľmi výskumu bolo identifikovať možnosť prestavby moderného dieselového motora na plynový motor s vonkajšou tvorbou zmesi a kvantitatívnou reguláciou pri zachovaní vysokého výkonu a palivovej účinnosti základného dieselového motora. Uvažujme o niektorých kľúčových bodoch prístupov k riešeniu zadaných úloh.

Geometrické a skutočné kompresné pomery

Začiatok procesu kompresie sa zhoduje s momentom uzavretia sacieho ventilu φ a... Ak sa to stane pri BDC, potom skutočný kompresný pomer ε f sa rovná geometrickému kompresnému pomeru ε. Pri tradičnej organizácii pracovného procesu sa vstupný ventil zatvára o 20-40 ° po BDC, aby sa zlepšilo plnenie v dôsledku dobíjania. V krátkom vstupnom cykle sa vstupný ventil zatvára do BDC. Preto je v skutočných motoroch skutočný kompresný pomer vždy menší ako geometrický kompresný pomer.

Uzavretie sacieho ventilu o rovnakú hodnotu pred alebo po BDC spôsobí rovnaký pokles skutočného kompresného pomeru v porovnaní s geometrickým kompresným pomerom. Takže napríklad so zmenou φ a 30 ° pred alebo po BDC sa skutočný kompresný pomer zníži asi o 5%.

Zmena parametrov pracovnej tekutiny počas plnenia

Počas výskumu boli zachované štandardné výfukové fázy a zmenené sacie fázy v dôsledku zmeny uhla zatvárania sacieho ventilu φ a... V tomto prípade pri predčasnom uzavretí sacieho ventilu (pred BDC) a zachovaní štandardného trvania nasávania (Δφ vp= 230°), sací ventil by musel byť otvorený dlho pred TDC, čo by v dôsledku veľkého prekrytia ventilov nevyhnutne viedlo k nadmernému zvýšeniu pomeru zvyškového plynu a poruchám v priebehu pracovného procesu. Preto skoré uzavretie sacieho ventilu vyžadovalo výrazné skrátenie trvania nasávania na 180°.

Obrázok 2 ukazuje diagram plniaceho tlaku počas plnenia v závislosti od uhla uzavretia sacieho ventilu voči BDC. Koniec tlaku p ačím nižší je tlak v sacom potrubí a pokles tlaku je tým väčší, tým skôr sa sací ventil zatvára pred BDC.

Pri zatváraní sacieho ventilu pri TDC, teplota plnenia na konci plnenia T a mierne vyššia teplota v sacom potrubí T k... Keď sa sací ventil zatvorí skôr, teploty sa priblížia a kedy φ a> 35 ... 40 ° PCV, náplň počas plnenia sa nezohrieva, ale chladí.

1 - φ a= 0°; 2 - φ a= 30 °; 3 - φ a= 60°.

2 Vplyv uzatváracieho uhla sacieho ventilu na zmenu tlaku pri plnení Obr.

Optimalizácia nasávacej fázy v režime menovitého výkonu

Ak sú všetky ostatné veci rovnaké, zvýšenie alebo zvýšenie kompresného pomeru v motoroch s vonkajšou tvorbou zmesi je obmedzené rovnakým javom - výskytom detonácie. Je zrejmé, že pri rovnakom pomere prebytočného vzduchu a rovnakom načasovaní zapaľovania zodpovedajú podmienky pre výskyt detonácie určitým hodnotám tlaku p c a teplotu T c nabitie na konci kompresie v závislosti od skutočného kompresného pomeru.

S rovnakým geometrickým kompresným pomerom, a teda rovnakým kompresným objemom, pomer p c/ T c jednoznačne určuje množstvo čerstvej náplne vo valci. Pomer tlaku pracovnej tekutiny k jej teplote je úmerný hustote. Preto skutočný kompresný pomer ukazuje, ako veľmi sa zvyšuje hustota pracovnej tekutiny počas procesu kompresie. Parametre pracovnej tekutiny na konci kompresie sú okrem skutočného kompresného pomeru výrazne ovplyvnené aj tlakom a teplotou vsádzky na konci plnenia, ktoré sú determinované priebehom procesov výmeny plynov, predovšetkým proces plnenia.

Zvážte možnosti motora s rovnakým geometrickým kompresným pomerom a rovnakým priemerným indikovaným tlakom, z ktorých jeden má štandardné trvanie nasávania ( Δφ vp= 230 °) a v druhom je vstup skrátený ( Δφ vp= 180 °), ktorého parametre sú uvedené v tabuľke 1. V prvej verzii sa vstupný ventil zatvára 30 ° po TDC av druhej verzii sa vstupný ventil zatvára 30 ° pred TDC. Preto je skutočný kompresný pomer ε f dva varianty s neskorým a skorým uzatváraním sacieho ventilu sú rovnaké.

stôl 1

Parametre pracovnej kvapaliny na konci plnenia pre štandardný a krátky prívod

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

Priemerný indikovaný tlak pri konštantnej hodnote pomeru prebytočného vzduchu je úmerný súčinu indikovanej účinnosti množstvom náplne na konci plnenia. Účinnosť ukazovateľa, ak sú ostatné veci rovnaké, je určená geometrickým kompresným pomerom, ktorý je v uvažovaných variantoch rovnaký. Preto možno predpokladať, že účinnosť ukazovateľa je rovnaká.

Množstvo náplne na konci plnenia je určené súčinom hustoty náplne na vstupe a faktora plnenia ρ kη v... Použitie účinných chladičov plniaceho vzduchu umožňuje udržiavať teplotu plniva v sacom potrubí približne konštantnú, bez ohľadu na stupeň zvýšenia tlaku v kompresore. Preto predpokladajme ako prvú aproximáciu, že hustota náplne v sacom potrubí je priamo úmerná plniacemu tlaku.

Vo verzii so štandardnou dobou prívodu a uzavretím prívodného ventilu po BDC je plniaci pomer o 50% vyšší ako pri verzii s krátkym prívodom a uzavretím prívodného ventilu pred BDC.

Pri poklese plniaceho pomeru je pre udržanie priemerného tlaku indikátora na danej úrovni potrebné proporcionálne, t.j. o rovnakých 50 %, zvýšte plniaci tlak. V tomto prípade vo variante s predčasným uzavretím vstupného ventilu bude tlak aj teplota náplne na konci plnenia o 12% nižšia ako zodpovedajúci tlak a teplota vo variante s uzavretím vstupného ventilu. po BDC. Vzhľadom na to, že v uvažovaných variantoch je skutočný kompresný pomer rovnaký, bude aj tlak a teplota konca kompresie vo variante s predčasným uzavretím sacieho ventilu o 12 % nižšia ako pri uzavretí sacieho ventilu po BDC.

V motore so skráteným nasávaním a uzatvorením sacieho ventilu pred BDC sa teda pri zachovaní rovnakého priemerného indikovaného tlaku môže výrazne znížiť pravdepodobnosť klepania v porovnaní s motorom so štandardnou dobou nasávania a uzavretím sacieho ventilu po BDC. .

Tabuľka 2 ukazuje porovnanie parametrov možností plynového motora pri prevádzke v nominálnom režime.

tabuľka 2

Parametre možností plynového motora

Možnosť č.
Kompresný pomer ε
Otvor sacieho ventilu φ s, ° PKV
Uzavretie sacieho ventilu φ a, ° PKV
Tlakový pomer kompresora pk
Stratový tlak čerpania pnp, MPa
Mechanický stratový tlak pm, MPa
Faktor plnenia η v
Účinnosť ukazovateľa η i
Mechanická účinnosť η m
Efektívna účinnosť η e
Štartovací tlak kompresie p a, MPa
Počiatočná teplota kompresie T a, K

Obrázok 3 ukazuje diagramy výmeny plynov pre rôzne uhly uzavretia sacieho ventilu a rovnakú dobu plnenia a Obrázok 4 zobrazuje diagramy výmeny plynov pre rovnaký skutočný kompresný pomer a rôzne trvanie plnenia.

V režime menovitého výkonu uzatvárací uhol sacieho ventilu φ a= 30 ° k BDC skutočný kompresný pomer ε f= 14,2 a tlakový pomer kompresora π k= 2,41. To zaisťuje minimálnu úroveň čerpacích strát. Pri skoršom uzavretí sacieho ventilu v dôsledku poklesu plniaceho pomeru je potrebné výrazne zvýšiť plniaci tlak o 43 % (π k= 3,44), čo je sprevádzané výrazným zvýšením tlaku čerpacích strát.

Pri predčasnom zatvorení sacieho ventilu je teplota plnenia na začiatku kompresného zdvihu T a v dôsledku jeho predexpanzie o 42 K nižšia v porovnaní s motorom so štandardnými sacími fázami.

Vnútorné ochladzovanie pracovnej tekutiny, sprevádzané odvádzaním časti tepla z najhorúcejších prvkov spaľovacej komory, znižuje riziko detonácie a zapálenia žiarou. Faktor plnenia sa zníži o jednu tretinu. Je možné pracovať bez detonácie s kompresným pomerom 15 oproti 10 so štandardným trvaním nasávania.

1 - φ a= 0°; 2 - φ a= 30 °; 3 - φ a= 60°.

Ryža. 3. Schémy výmeny plynov pri rôznych uhloch uzavretia sacieho ventilu.

1 -φ a= 30° k TDC; 2 -φ a= 30 ° za TDC.

Obr. Diagramy výmeny plynu pri rovnakom skutočnom kompresnom pomere.

Časový úsek sacích ventilov motora je možné meniť nastavením výšky ich zdvihu. Jedným z možných technických riešení je mechanizmus ovládania zdvihu sacieho ventilu vyvinutý v SSC NAMI. Veľkú perspektívu má vývoj hydraulických pohonných zariadení pre nezávislé elektronické ovládanie otvárania a zatvárania ventilov, založených na princípoch priemyselne implementovaných v akumulátorových palivových systémoch dieselových motorov.

Napriek zvýšeniu plniaceho tlaku a vyššiemu kompresnému pomeru v motore s krátkym nasávaním sa v dôsledku skorého uzatvorenia sacieho ventilu a tým nižšieho štartovacieho tlaku kompresie priemerný tlak vo valci nezvýši. Preto sa tiež nezvýši trecí tlak. Na druhej strane pri skrátenom odbere výrazne klesá tlak čerpacích strát (o 21 %), čo vedie k zvýšeniu mechanickej účinnosti.

Implementácia vyššieho kompresného pomeru do motora so skráteným nasávaním spôsobuje zvýšenie udávanej účinnosti a v kombinácii s miernym zvýšením mechanickej účinnosti je sprevádzané zvýšením efektívnej účinnosti o 8 %.

Záver

Výsledky vykonaných štúdií naznačujú, že skoré zatvorenie sacieho ventilu umožňuje manipulovať s plniacim pomerom a skutočným kompresným pomerom v širokom rozsahu, čím sa znižuje prah klepania bez zníženia indikovanej účinnosti. Kratší prívod poskytuje zvýšenie mechanickej účinnosti znížením tlaku čerpacích strát.

Recenzenti:

VF Kamenev, doktor technických vied, profesor, vedúci expert, Štátne vedecké centrum Ruskej federácie FSUE "NAMI", Moskva.

Saykin A.M., doktor technických vied, vedúci katedry Štátneho vedeckého centra Ruskej federácie FSUE „NAMI“, Moskva.

Bibliografický odkaz

Ter-Mkrtichyan G.G. PREMENA NAFTY NA PLYNOVÝ MOTOR SO ZNÍŽENÍM SKUTOČNÉHO STUPŇA KOMPRESIE // Moderné problémy vedy a školstva. - 2014. - č. 5 .;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=14894 (dátum prístupu: 02/01/2020). Dávame do pozornosti časopisy vydávané "Akadémiou prírodných vied"

Jevgenij Konstantinov

Zatiaľ čo benzín a nafta neúprosne zdražujú a všetky druhy alternatívnych elektrární pre vozidlá zostávajú ľuďom strašne vzdialené, pričom tradičné spaľovacie motory strácajú v cene, autonómii a prevádzkových nákladoch, najrealistickejší spôsob, ako ušetriť na tankovaní, je prepnúť auto na „plynovú diétu“. Na prvý pohľad je to výhodné: náklady na prestavbu auta sa vďaka rozdielu v cene paliva čoskoro vyplatia, najmä pri bežnej komerčnej a osobnej doprave. Nie je bez dôvodu, že v Moskve a mnohých ďalších mestách sa značná časť komunálnych vozidiel už dlho prepínala na plyn. Tu však vyvstáva logická otázka: prečo teda podiel vozidiel s plynovými fľašami v premávke u nás aj v zahraničí nepresahuje niekoľko percent? Aká je zadná strana plynovej fľaše?

Veda a život // Ilustrácie

Upozornenia na čerpacie stanice majú svoj dôvod: každá prípojka procesného plynu je potenciálnym miestom pre únik horľavého plynu.

Nádrže na skvapalnený plyn sú ľahšie, lacnejšie a tvarovo rozmanitejšie ako na stlačený plyn, a preto sa ľahšie montujú na základe voľného priestoru v aute a požadovaného dojazdu.

Pozor na rozdiel v cene kvapalných a plynných palív.

Valce so stlačeným metánom v zadnej časti výklopnej "Gazelle".

Reduktor-výparník v propánovom systéme vyžaduje ohrev. Na fotografii je jasne znázornená hadica spájajúca kvapalinový výmenník tepla prevodovky s chladiacim systémom motora.

Schematický diagram činnosti plynového zariadenia na karburátorovom motore.

Schéma činnosti zariadenia na skvapalnený plyn bez jeho premeny na plynnú fázu v spaľovacom motore s viacbodovým vstrekovaním.

Propán-bután sa skladuje a prepravuje v cisternách (na foto - za modrou bránou). Vďaka takejto mobilite môže byť čerpacia stanica umiestnená na akomkoľvek vhodnom mieste av prípade potreby rýchlo prenesená na iné.

Propánový stĺp sa používa na tankovanie nielen automobilov, ale aj valcov pre domácnosť.

Stĺpec na skvapalnený plyn vyzerá inak ako benzínový, ale proces tankovania je podobný. Natankované palivo sa počíta v litroch.

Pojem „palivo pre plynové vozidlá“ zahŕňa dve úplne odlišné zmesi: zemný plyn, v ktorom až 98 % tvorí metán, a propán-bután vyrobený z pridruženého ropného plynu. Okrem bezpodmienečnej horľavosti majú aj spoločný stav agregácie pri atmosférickom tlaku a teplotách pohodlných pre život. Pri nízkych teplotách sú však fyzikálne vlastnosti týchto dvoch súborov ľahkých uhľovodíkov veľmi odlišné. Z tohto dôvodu vyžadujú úplne odlišné vybavenie na skladovanie na palube a napájanie motora a v prevádzke majú autá s rôznymi systémami dodávky plynu niekoľko významných rozdielov.

Skvapalnený plyn

Zmes propán-bután je dobre známa turistom a letným obyvateľom: plní sa do plynových fliaš pre domácnosť. Tvorí tiež podstatnú časť plynu, ktorý sa zbytočne spaľuje vo svetliciach podnikov na výrobu a rafináciu ropy. Proporcionálne zloženie palivovej zmesi propán-bután sa môže meniť. Nejde ani tak o počiatočné zloženie ropného plynu, ako o teplotné vlastnosti výsledného paliva. Ako motorové palivo je čistý bután (C 4 H 10) dobrý vo všetkých ohľadoch, okrem toho, že prechádza do kvapalného stavu už pri 0,5 ° C pri atmosférickom tlaku. Preto sa do nej pridáva menej kalorický, ale chladu odolnejší propán (C 2 H 8) s bodom varu –43 °C. Pomer týchto plynov v zmesi určuje spodnú hranicu teploty pre použitie paliva, ktorá je z rovnakého dôvodu „leto“ a „zima“.

Pomerne vysoký bod varu propán-butánu aj v „zimnej“ verzii umožňuje jeho skladovanie vo fľašiach vo forme kvapaliny: už pod nízkym tlakom prechádza do kvapalnej fázy. Odtiaľ pochádza ďalší názov pre propán-butánové palivo – skvapalnený plyn. Je to pohodlné a ekonomické: vysoká hustota kvapalnej fázy vám umožňuje umiestniť veľké množstvo paliva do malého objemu. Voľný priestor nad kvapalinou vo valci zaberá nasýtená para. Keď sa plyn spotrebuje, tlak vo fľaši zostáva konštantný, kým sa nevyprázdni. Vodiči „propánových“ áut by mali pri tankovaní naplniť fľašu maximálne na 90 %, aby vo vnútri zostalo miesto pre parný vankúš.

Tlak vo valci závisí predovšetkým od teploty okolia. Pri mínusových teplotách klesá pod jednu atmosféru, ale aj to stačí na udržanie výkonu systému. Ale s otepľovaním rýchlo rastie. Pri 20 ° C je tlak vo valci už 3 až 4 atmosféry a pri 50 ° C dosahuje 15 až 16 atmosfér. Pre väčšinu automobilových plynových fliaš sú tieto hodnoty blízko limitu. A to znamená, že ak sa v horúce popoludnie na južnom slnku prehreje, tmavé auto s fľašou skvapalneného plynu na palube... Nie, nevybuchne, ako v hollywoodskom akčnom filme, ale začne vypúšťať prebytočný propán -bután do atmosféry cez poistný ventil určený práve pre takýto prípad... K večeru, keď sa opäť ochladí, bude paliva vo valci citeľne menej, ale nikto a nič neutrpí. Pravda, ako ukazujú štatistiky, jednotliví milovníci dodatočných úspor na poistnom ventile z času na čas pridajú do kroniky incidentov.

Stlačený plyn

Iné princípy sú základom fungovania zariadení plynových fliaš pre stroje, ktoré spotrebúvajú ako palivo zemný plyn, v každodennom živote zvyčajne označovaný ako metán kvôli svojej hlavnej zložke. Ide o ten istý plyn, ktorý sa vedie potrubím do mestských bytov. Na rozdiel od ropných plynov má metán (CH 4) nízku hustotu (1,6-krát ľahší ako vzduch), a čo je najdôležitejšie, nízky bod varu. Do kvapalného stavu sa mení až pri –164 ° С. Prítomnosť malého percenta nečistôt iných uhľovodíkov v zemnom plyne veľmi nemení vlastnosti čistého metánu. Vďaka tomu je neuveriteľne ťažké premeniť tento plyn na kvapalinu na použitie v aute. V poslednom desaťročí sa aktívne pracuje na vytvorení takzvaných kryogénnych nádrží, ktoré umožňujú skladovať skvapalnený metán v automobile pri teplotách –150 °C a nižších a tlakoch do 6 atmosfér. Pre túto možnosť paliva boli vytvorené prototypy dopravných a čerpacích staníc. Táto technológia však zatiaľ nedostala praktickú distribúciu.

Preto sa v drvivej väčšine prípadov na použitie ako motorové palivo metán jednoducho stlačí, čím sa tlak vo valci zvýši na 200 atmosfér. V dôsledku toho by sila a teda aj hmotnosť takéhoto valca mala byť výrazne vyššia ako u propánového. A je umiestnený v rovnakom objeme stlačeného plynu podstatne menej ako skvapalneného plynu (v móloch). A to je zníženie autonómie auta. Ďalšou nevýhodou je cena. Výrazne väčší bezpečnostný faktor zakomponovaný do metánovej výbavy má za následok, že cena súpravy do auta je takmer desaťkrát vyššia ako cena propánovej výbavy podobnej triedy.

Metánové fľaše sa dodávajú v troch štandardných veľkostiach, z ktorých len najmenšiu, 33 litrovú, možno umiestniť do osobného auta. Aby sa však dosiahol garantovaný dojazd tristo kilometrov, je potrebných päť takýchto valcov s celkovou hmotnosťou 150 kg. Je jasné, že v kompaktnom mestskom kolotoči nemá zmysel voziť takýto náklad namiesto užitočnej batožiny. Preto je dôvod prerábať na metán len veľké autá. V prvom rade kamióny a autobusy.

Pri tom všetkom má metán oproti ropnému plynu dve významné výhody. Po prvé, je ešte lacnejší a nie je viazaný na cenu ropy. A po druhé, metánové zariadenie je konštrukčne poistené proti problémom so zimnou prevádzkou a umožňuje, ak je to žiaduce, úplne bez benzínu. V prípade propán-butánu v našich klimatických podmienkach takéto zameranie neobstojí. Auto fakticky zostane dvojpalivové. Dôvodom je práve skvapalňovanie plynu. Presnejšie povedané, v procese aktívneho odparovania sa plyn prudko ochladí. V dôsledku toho teplota vo valci a najmä v reduktore plynu prudko klesá. Aby sa zabránilo zamrznutiu zariadenia, je prevodovka vyhrievaná zabudovaním výmenníka tepla napojeného na chladiaci systém motora. Aby však tento systém začal fungovať, musí byť kvapalina v potrubí predhriata. Preto sa odporúča naštartovať a zahriať motor pri okolitej teplote pod 10 ° C výlučne na benzín. A až potom, keď motor dosiahne prevádzkovú teplotu, prepnúť na plyn. Moderné elektronické systémy však spínajú všetko samé, bez pomoci vodiča, automaticky riadia teplotu a bránia zamrznutiu zariadenia. Je pravda, že na udržanie správnej činnosti elektroniky v týchto systémoch nemôžete vyprázdniť plynovú nádrž nasucho ani v horúcom počasí. Štartovací režim na plyn je pre takéto zariadenia núdzový a systém je možné doňho prepnúť iba násilne v prípade núdze.

Metánové zariadenie nemá problémy so zimným štartovaním. Naopak, na tento plyn je v chladnom počasí ešte jednoduchšie naštartovať motor ako na benzín. Neprítomnosť kvapalnej fázy si nevyžaduje zahrievanie reduktora, čo len znižuje tlak v systéme z 200 transportných atmosfér na jednu pracovnú atmosféru.

Zázraky priameho vstrekovania

Najťažšie je prerobiť na plynové moderné motory s priamym vstrekovaním paliva do valcov. Dôvodom je, že plynové vstrekovače sú tradične umiestnené v sacom trakte, kde dochádza k tvorbe zmesi u všetkých ostatných typov spaľovacích motorov bez priameho vstrekovania. Ale prítomnosť takých úplne neguje možnosť pridania plynu tak ľahko a technologicky. Po prvé, v ideálnom prípade by mal byť plyn privádzaný aj priamo do valca, a po druhé, čo je dôležitejšie, kvapalné palivo slúži na chladenie vlastných vstrekovačov s priamym vstrekovaním. Bez nej veľmi rýchlo zlyhávajú z prehriatia.

Existujú možnosti riešenia tohto problému, a to aspoň dve. Prvý premení motor na dvojpalivový. Bol vynájdený pomerne dávno, ešte pred príchodom priameho vstrekovania na benzínové motory a bol navrhnutý na prispôsobenie dieselových motorov práci na metán. Plyn sa od kompresie nezapáli, a preto sa „sýtená nafta“ rozbehne na motorovú naftu a ďalej na nej pracuje pri voľnobežných otáčkach a minimálnom zaťažení. A potom príde na rad plyn. Vďaka jeho zásobovaniu je rýchlosť otáčania kľukového hriadeľa regulovaná v režime stredných a vysokých otáčok. Na tento účel je vysokotlakové palivové čerpadlo (vysokotlakové palivové čerpadlo) obmedzené prívodom kvapalného paliva na 25-30% menovitej hodnoty. Metán vstupuje do motora vlastným potrubím, ktoré obchádza vysokotlakové palivové čerpadlo. Neexistujú žiadne problémy s jeho mazaním v dôsledku zníženia dodávky motorovej nafty pri vysokých rýchlostiach. V tomto prípade sú vstrekovače nafty naďalej chladené palivom, ktoré cez ne prechádza. Je pravda, že tepelné zaťaženie na nich vo vysokorýchlostnom režime zostáva stále zvýšené.

Podobná schéma napájania sa začala používať pre benzínové motory s priamym vstrekovaním. Navyše pracuje s metánovými aj propán-butánovými zariadeniami. Ale v druhom prípade sa alternatívne riešenie, ktoré sa objavilo pomerne nedávno, považuje za sľubnejšie. Všetko to začalo myšlienkou opustiť tradičnú prevodovku s výparníkom a dodávať do motora propán-bután pod tlakom v kvapalnej fáze. Ďalšími krokmi bolo upustenie od plynových vstrekovačov a dodávka skvapalneného plynu cez štandardné benzínové vstrekovače. Do okruhu bol pridaný elektronický párovací modul, ktorý podľa situácie pripája plynové alebo benzínové vedenie. Nový systém zároveň stratil tradičné problémy so studeným štartom na plyn: žiadne vyparovanie – žiadne chladenie. Je pravda, že cena vybavenia motorov s priamym vstrekovaním je v oboch prípadoch taká, že sa oplatí len pri veľmi vysokom nájazde kilometrov.

Mimochodom, ekonomická realizovateľnosť obmedzuje použitie LPG zariadení v dieselových motoroch. Z výhodných dôvodov sa pre vznetové motory používa iba metánové zariadenie, navyše z hľadiska charakteristík vhodné len pre motory ťažkých zariadení vybavené tradičnými vysokotlakovými palivovými čerpadlami. Faktom je, že prechod malých ekonomických osobných motorov z nafty na plyn sa nevypláca a vývoj a technická realizácia plynových zariadení pre najnovšie motory common rail sa dnes považuje za ekonomicky neopodstatnené.

Pravda, existuje aj iný, alternatívny spôsob prestavby naftového motora na plyn – jeho úplnou premenou na zážihový plynový motor. V takomto motore sa kompresný pomer zníži na 10-11 jednotiek, objavia sa sviečky a vysokonapäťová elektrika a navždy sa rozlúči s naftou. Ale začne bezbolestne požierať benzín.

Pracovné podmienky

Staré sovietske smernice na premenu benzínových vozidiel na plyn vyžadovali brúsenie hláv valcov (hlavy valcov), aby sa zvýšil kompresný pomer. Je to pochopiteľné: predmetom splyňovania v nich boli pohonné jednotky úžitkových vozidiel poháňaných benzínom s oktánovým číslom 76 a nižším. Metán má oktánové číslo 117, propán-butánové zmesi približne sto. Obidve plynové palivá sú teda podstatne menej náchylné na klepanie ako benzín a umožňujú zvýšiť kompresný pomer motora, aby sa optimalizoval proces spaľovania.

Okrem toho v prípade archaických karburátorových motorov vybavených mechanickými systémami prívodu plynu umožnilo zvýšenie kompresného pomeru kompenzovať stratu výkonu, ku ktorej došlo pri prechode na plyn. Benzín a plyny sa totiž miešajú so vzduchom v sacom trakte v úplne odlišných pomeroch, a preto pri použití propán-butánu a najmä metánu musí motor bežať na oveľa chudobnejšiu zmes. V dôsledku toho - zníženie krútiaceho momentu motora, čo vedie k poklesu výkonu o 5-7% v prvom prípade a o 18-20% v druhom prípade. Zároveň na grafe vonkajšej rýchlostnej charakteristiky zostáva tvar krivky krútiaceho momentu pre každý konkrétny motor nezmenený. Jednoducho sa posúva nadol pozdĺž „osi newtonmetrov“.

Pre motory s elektronickými vstrekovacími systémami vybavenými modernými systémami prívodu plynu však všetky tieto odporúčania a čísla nemajú takmer žiadny praktický význam. Pretože po prvé ich kompresný pomer je už dostatočný a aj na prechod na metán je práca na brúsení hlavy valcov ekonomicky úplne neopodstatnená. A po druhé, procesor plynového zariadenia, koordinovaný s elektronikou auta, organizuje dodávku paliva tak, aby kompenzoval aspoň polovicu spomínaného výpadku krútiaceho momentu. V systémoch s priamym vstrekovaním a v plynových dieselových motoroch je plynové palivo v určitých rozsahoch otáčok dokonca schopné zvýšiť krútiaci moment.

Okrem toho elektronika zreteľne monitoruje požadované predstihovanie zapaľovania, ktoré by pri prepnutí na plyn malo byť väčšie ako pri benzíne, ostatné sú rovnaké. Plynové palivo horí pomalšie, čo znamená, že je potrebné ho zapáliť skôr. Z rovnakého dôvodu sa zvyšuje tepelné zaťaženie ventilov a ich sediel. Na druhej strane sa rázové zaťaženie skupiny valec-piest zníži. Zimný štart na metáne je pre ňu navyše oveľa užitočnejší ako na benzín: plyn nezmýva olej zo stien valcov. A vo všeobecnosti plynové palivo neobsahuje katalyzátory starnúcich kovov, dokonalejšie spaľovanie paliva znižuje toxicitu výfukových plynov a karbónových usadenín vo valcoch.

Autonómne plávanie

Azda najvýraznejšou nevýhodou plynového auta je jeho obmedzená autonómia. Po prvé, spotreba plynového paliva, ak počítame podľa objemu, sa ukáže byť väčšia ako benzín a ešte viac nafty. A po druhé, plynové auto je viazané na zodpovedajúce čerpacie stanice. V opačnom prípade sa význam jeho prechodu na alternatívne palivo začína prikláňať k nule. Obzvlášť ťažké pre tých, ktorí používajú metánový plyn. Metánových čerpacích staníc je veľmi málo a všetky sú napojené na hlavné plynovody. Sú to len malé kompresorové stanice na vetvách hlavného potrubia. Koncom 80-tych - začiatkom 90-tych rokov dvadsiateho storočia sa naša krajina v rámci štátneho programu snažila aktívne premieňať dopravu na metán. Vtedy sa objavila väčšina metánových čerpacích staníc. Do roku 1993 sa ich postavilo 368 a odvtedy je tento počet, ak ešte narástol, celkom zanedbateľný. Väčšina čerpacích staníc sa nachádza v európskej časti krajiny v blízkosti federálnych diaľnic a miest. Zároveň však ich umiestnenie nebolo určené ani tak z hľadiska pohodlia motoristov, ako z hľadiska pracovníkov plynu. Preto len vo veľmi ojedinelých prípadoch vychádzali čerpacie stanice priamo na diaľnice a takmer vôbec do megalopolov. Takmer všade na natankovanie metánu treba urobiť niekoľkokilometrovú obchádzku do nejakej priemyselnej zóny. Preto pri plánovaní diaľkovej trasy treba tieto čerpacie stanice vopred vyhľadať a zapamätať si ich. Jediné, čo je v takejto situácii výhodné, je trvalo vysoká kvalita paliva na ktorejkoľvek z metánových staníc. Plyn z hlavného plynovodu je veľmi problematické riediť alebo kaziť. Pokiaľ na jednej z týchto čerpacích staníc nemôže náhle zlyhať filter alebo sušiaci systém.

Propán-bután je možné prepravovať v cisternách a vďaka tejto vlastnosti je geografia tankovania oveľa širšia. V niektorých regiónoch sa dajú natankovať aj v najvzdialenejších lesoch. Nebude však na škodu preštudovať si prítomnosť propánových čerpacích staníc na nadchádzajúcej trase, aby sa ich náhla absencia na diaľnici nestala nepríjemným prekvapením. Skvapalnený plyn zároveň vždy zanecháva zlomok rizika, že sa dostane na palivo mimo sezóny alebo jednoducho nekvalitné.

INŽENÝRSTVO

MDT 62l.43.052

TECHNICKÁ REALIZÁCIA ZMENY RYCHLOSTI KOMPRESIE MALÉHO MOTORA NA ZEMNÝ PLYN

F.I. Abramchuk, profesor, doktor technických vied, A.N. Kabanov, docent, kandidát technických vied,

A.P. Kuzmenko, postgraduálny študent, KhNADU

Anotácia. Prezentované sú výsledky technickej realizácie zmeny kompresného pomeru na motore MeMZ-307, ktorý bol prerobený na pohon na zemný plyn.

Kľúčové slová: kompresný pomer, automobilový motor, zemný plyn.

TECHNICKÁ REALIZÁCIA KROKU ZMINI MALÉHO AUTOMOBILOVÉHO MOTORA STISKANNYA,

SCHO PRATSYUЄ NA PRÍRODNÝ PLYN

F.І. Abramchuk, profesor, doktor technických vied, O.M. Kabanov, docent, kandidát technických vied,

A.P. Kuzmenko, postgraduálny študent, KhNADU

Abstraktné. Boli predstavené výsledky technickej implementácie skokovej zmeny pre motor MeMZ-307, prevybavenie robota na zemný plyn.

Kľúčové slová: kroky stláčania, motorové vozidlo, zemný plyn.

TECHNICKÁ REALIZÁCIA VARIÁCIE KOMPRESNÉHO POMERU MALOKAPACITNÉHO AUTOMOBILOVÉHO MOTORA NA ZEMNÝ PLYN

F. Abramchuk, profesor, doktor technických vied, A. Kabanov, docent, doktor technických vied, A. Kuzmenko, postgraduál, KhNAHU

Abstraktné. Uvádzajú sa výsledky technickej realizácie zmeny kompresného pomeru motora MeMZ-3Q7 prerobeného na pohon na zemný plyn.

Kľúčové slová: kompresný pomer, automobilový motor, zemný plyn.

Úvod

Vytvorenie a úspešná prevádzka motorov na čistý plyn, ktoré poháňajú zemný plyn, závisí od správnej voľby hlavných parametrov pracovného procesu, ktoré určujú ich technické, ekonomické a environmentálne charakteristiky. V prvom rade ide o výber kompresného pomeru.

Zemný plyn s vysokým oktánovým číslom (110-130) umožňuje zvýšenie kompresného pomeru. Maximálna hodnota stupňa

kompresiu, s výnimkou detonácie, možno zvoliť v prvej aproximácii výpočtom. Vypočítané údaje je však možné kontrolovať a spresňovať len experimentálne.

Analýza publikácií

Pri prestavbe benzínového motora (Vh = 1 l) automobilu VW POLO na zemný plyn sa zjednodušil tvar požiarnej plochy piestu. Zmenšením objemu kompresnej komory sa kompresný pomer zvýšil z 10,7 na 13,5.

Na motore D21A bol piest prepracovaný, aby sa znížil kompresný pomer z 16,5 na 9,5. Spaľovacia komora pologuľového typu pre dieselový motor je upravená pre pracovný proces zážihového plynového motora.

Pri prestavbe naftového motora YaMZ-236 na plynový motor sa v dôsledku dodatočného spracovania piestu znížil aj kompresný pomer z 16,2 na 12.

Stanovenie účelu a problému

Cieľom práce je vypracovať návrh častí spaľovacej komory motora MeMZ-307, ktoré zabezpečia kompresný pomer e = 12 a e = 14 pre experimentálny výskum.

Výber prístupu k zmene kompresného pomeru

Pre maloobjemový benzínový motor premeniteľný na plyn znamená zmena kompresného pomeru zvýšenie v porovnaní so základným ICE. Existuje niekoľko spôsobov, ako splniť túto úlohu.

V ideálnom prípade je žiaduce nainštalovať systém na zmenu kompresného pomeru na motore, ktorý umožňuje vykonávať túto úlohu v reálnom čase, a to aj bez prerušenia prevádzky motora. Takéto systémy sú však veľmi drahé a zložité z hľadiska konštrukcie a prevádzky, vyžadujú značné konštrukčné zmeny a sú tiež prvkom nespoľahlivosti motora.

Kompresný pomer môžete zmeniť aj zvýšením počtu alebo hrúbky tesnení medzi hlavou a blokom valca. Táto metóda je lacná, ale zvyšuje pravdepodobnosť vyhorenia tesnení, ak je narušený normálny proces spaľovania. Okrem toho sa tento spôsob regulácie kompresného pomeru vyznačuje nízkou presnosťou, pretože hodnota e bude závisieť od sily utiahnutia matíc na čapoch hlavy a kvality tesnení. Najčastejšie sa táto metóda používa na zníženie kompresného pomeru.

Použitie vložiek pre piesty je technicky náročné, pretože je problém spoľahlivého pripevnenia relatívne tenkej vložky (asi 1 mm) k piestu a spoľahlivého fungovania tohto nástavca v spaľovacej komore.

Najlepšou možnosťou je vyrábať súpravy piestov, z ktorých každý poskytuje daný kompresný pomer. Táto metóda vyžaduje čiastočnú demontáž motora na zmenu kompresného pomeru, poskytuje však dostatočne vysokú presnosť hodnoty e v experimente a spoľahlivosť motora so zmeneným kompresným pomerom (pevnosť a spoľahlivosť konštrukcie motora prvkov neklesá). Okrem toho je táto metóda relatívne lacná.

Výsledky výskumu

Podstata problému spočívala v tom, že s využitím pozitívnych vlastností zemného plynu (vysoké oktánové číslo) a zvláštností tvorby zmesi kompenzovali stratu výkonu pri chode motora na toto palivo. Na splnenie tejto úlohy bolo rozhodnuté zmeniť kompresný pomer.

Podľa experimentálneho plánu by sa mal kompresný pomer meniť od e = 9,8 (štandardná výbava) do e = 14. Je vhodné zvoliť medzihodnotu kompresného pomeru e = 12 (ako aritmetický priemer extrémnych hodnôt z e). V prípade potreby je možné vyrobiť sady piestov poskytujúce iné stredné hodnoty kompresného pomeru.

Pre technickú realizáciu zadaných kompresných pomerov boli uskutočnené výpočty, konštrukčný vývoj a experimentálne overené objemy kompresných komôr metódou liatia. Výsledky úniku sú uvedené v tabuľkách 1 a 2.

Tabuľka 1 Výsledky nalievania spaľovacej komory v hlave valcov

1 cylindr. 2 cyl. 3 cyl. 4 val.

22,78 22,81 22,79 22,79

Tabuľka 2 Výsledky nalievania spaľovacej komory do piestov (piest je inštalovaný vo valci)

1 cylindr. 2 cyl. 3 cyl. 4 val.

9,7 9,68 9,71 9,69

Stlačená hrúbka tesnenia je 1 mm. Ponorenie piesta vzhľadom na rovinu bloku valcov je 0,5 mm, čo bolo zistené meraním.

V súlade s tým bude objem spaľovacej komory Vs pozostávať z objemu v hlave valca Vn, objemu v pieste Vn a objemu medzery medzi piestom a hlavou valca (zatiahnutie piestu vzhľadom na rovinu bloku valca + hrúbka tesnenia) Vv = 6,6 cm3.

Us = 22,79 + 9,7 + 4,4 = 36,89 (cm3).

Bolo rozhodnuté zmeniť kompresný pomer zmenou objemu spaľovacieho priestoru zmenou geometrie hlavy piestu, keďže tento spôsob umožňuje realizovať všetky varianty kompresného pomeru a zároveň je možné vrátiť sa štandardná konfigurácia.

Na obr. 1 je znázornená sériová kompletná zostava dielov spaľovacej komory s objemami v pieste Yn = 7,5 cm3.

Ryža. 1. Sériová kompletná sada dielov spaľovacej komory Us = 36,9 cm3 (e = 9,8)

Na získanie kompresného pomeru e = 12 stačí doplniť spaľovaciu komoru piestom s plochým dnom, v ktorom sú vyrobené dve malé vzorky s celkovým objemom

0,1 cm3, čím sa zabráni stretnutiu sacích a výfukových ventilov s piestom počas

prekrývať. V tomto prípade je objem kompresnej komory

Us = 36,9 - 7,4 = 29,5 (cm3).

V tomto prípade zostáva vôľa medzi piestom a hlavou valca 8 = 1,5 mm. Konštrukcia spaľovacej komory poskytujúca є = 12 je znázornená na obr. 2.

Ryža. 2. Kompletizácia častí spaľovacej komory plynového motora na získanie kompresného pomeru є = 12 (Us = 29,5 m3)

Kompresný pomer є = 14 je možné realizovať zvýšením výšky piesta s plochým dnom o I = 1 mm. V tomto prípade má piest aj dve ventilové vybrania s celkovým objemom 0,2 cm3. Objem kompresnej komory sa zmenší o

ДУ = - И =. 0,1 = 4,42 (cm3).

Takáto kompletná sada častí spaľovacej komory dáva objem

Us = 29,4 - 4,22 = 25,18 (cm3).

Na obr. 3 je znázornené usporiadanie spaľovacej komory s kompresným pomerom є = 13,9.

Vôľa medzi požiarnou plochou piestu a hlavou valca je 0,5 mm, čo je dostatočné pre normálnu prevádzku dielov.

Ryža. 3. Komponenty spaľovacej komory plynového motora s e = 13,9 (Us = 25,18 cm3)

1. Zjednodušenie geometrického tvaru požiarnej plochy piestu (plochá hlava s dvoma malými vybraniami) umožnilo zvýšiť kompresný pomer z 9,8 na 12.

2. Zníženie vôle na 5 = 0,5 mm medzi hlavou valca a piestom v TDC a zjednodušenie geometrického tvaru ohňa

povrch piestu umožnil zväčšiť є na 13,9 jednotiek.

Literatúra

1. Na základe materiálov zo stránky: www.empa.ch

2. Bgantsev V.N. Na báze plynového motora

štvortaktného dieselového motora na všeobecné použitie / V.N. Bgantsev, A.M. Levterov,

B.P. Marakhovsky // Svet techniky a techniky. - 2003. - Č. 10. - S. 74-75.

3. Zacharčuk V.I. Rozrakhunkovo-eksperimen-

aktuálnejší plynový motor, prevybavený naftovým motorom / V.I. Zacharčuk, O. V. Sitovský, I.S. Kozachuk // Automobilová doprava: zbierka článkov. vedecký. tr. -Charkov: HNADU. - 2005. - Vydanie. šestnásť. -

4. Bogomolov V.A. Dizajnové prvky

experimentálne usporiadanie na výskum plynového motora 64 13/14 so zážihovým zapaľovaním / V.A. Bogomolov, F.I. Abramchuk, V.M. Ma-noylo a kol. // Bulletin KhNADU: zbierka článkov. vedecký. tr. - Charkov: HNADU. -2007. - č. 37. - S. 43-47.

Recenzent: M. A. Podrigalo, profesor, doktor technických vied, KhNADU.