Как продлить ресурс гидромолота
Советы по эксплуатации сменного инструмента гидромолота
 1
Лизинг автотранспортных средств и спецтехники (ч.2)
Если предмет лизинга на балансе лизингополучателя
Как продлить ресурс дорожно-строительных машин и их компонентов (ч. 1)
 1
Нормы Евросоюза по токсичности отработавших газов легких грузовиков
Комбайны для открытых горных работ
Обзор фрезерных комбайнов Surface Miner («майнеров»)
Современные фильтры для тяжелой техники (ч. 4)
Фильтры гидравлической жидкости
Мониторинг надежности тракторов высокой мощности для села
Ковши «обратная лопата»
Сменное рабочее оборудование гидравлических экскаваторов
 1
Регуляторы расхода рабочей жидкости для гидроприводов мобильных машин (ч.2)
 1
Российские тракторы для села
Мониторинг технического уровня
Сравнительные испытания магистральных седельных тягачей
MAN TG 460 A, Mercedes Actros 1846 LS, Scania R 124 LA 470 и Volvo FH 12-460
 1
Снижение токсичности отработавших газов современных дизелей

Голубое топливо для коммерческой техники. Газовые двигатели

А. Дмитриевский, канд. техн. наук, ГНЦ РФ «НАМИ»

В связи с постоянным ростом цен на дизельное топливо проявляется повышенный интерес к переводу на газ не только автомобильных двигателей, но и двигателей для сельхозтехники. На прошедшей в июле 2007 г. выставке «День российского поля» золотой медалью награжден ГНЦ «НАМИ» за внедрение инфраструктуры по переводу сельхозтехники на газовое топливо и разработку передвижного газозаправщика.

При использовании газового топлива на автопогрузчиках баллоны разместить не проблема

История газовых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с принудительным воспламенением начинается задолго до появления бензиновых двигателей. Еще в 1801 г. Филипп Бонне предложил проект двигателя, в котором газовоздушная смесь под давлением из компрессора подавалась в цилиндр и воспламенялась электрической искрой. В настоящее время основной целью применения газовых и других альтернативных видов топлива для ДВС является сохранение нефтяных ресурсов и снижение затрат на топливо, особенно в районах, куда затруднена доставка жидких видов топлива.

К преимуществам газового топлива по сравнению с бензином относятся высокое октановое число (двигатель меньше повреждается от детонации), а также более широкие пределы воспламеняемости смеси. Преимущества по сравнению с дизельным топливом – снижение уровня шума. При работе на газе снижается токсичность отработавших газов (ОГ), что особенно важно для крупных городов. При правильно спроектированной топливной аппаратуре применение газов в качестве моторного топлива позволяет снизить выброс СО в 2...3 раза, NOx – на 20...30% и СН – в 1,5...2 раза.

Классификация газовых систем питания

По принципу работы применяемые в настоящее время газовые системы можно разделить на четыре поколения:

I поколение. Механические системы с вакуумным управлением, которые устанавливают на бензиновые карбюраторные автомобили.

В маршрутных городских автобусах газовые баллоны удобно размещать на крыше

II поколение. Механические системы, дополненные электронным дозирующим устройством, работающим по принципу обратной связи с датчиком содержания кислорода (лямбда-зонд). Они устанавливаются на автомобили, оснащенные инжекторным двигателем и каталитическим нейтрализатором отработавших газов.

III поколение. Системы, обеспечивающие распределенный синхронный впрыск газа с дозатором-распределителем, который управляется электронным блоком. Газ подается во впускной коллектор с помощью механических форсунок, которые открываются за счет избыточного давления в магистрали подачи газа.

IV поколение. Системы распределенного последовательного впрыска газа с электромагнитными форсунками, которые управляются более совершенным электронным блоком. Как и в системе предыдущего поколения, газовые форсунки устанавливаются на коллекторе непосредственно у впускного клапана каждого цилиндра.

Системы I и II поколений имеют ряд недостатков и не отвечают действующим в настоящее время стандартам ЕЭК ООН. Механические системы с вакуумным управлением широко распространены в России. Токсичность отработавших газов автомобилей, оснащенных такими системами, как правило, находится на уровне норм Еuro 1, которые действовали в Европе до 1996 г., и лишь в отдельных случаях приближаются к нормам Еuro 2. Новые, современные системы III и IV поколений адаптированы к двигателям, оснащенным электронной системой управления и трехкомпонентным нейтрализатором отработавших газов, и имеют лучшие экологические характеристики.

Газ позволяет снизить эксплуатационные расходы для сельхозтехники

Применение видов газового топлива обеспечивает улучшение и других эксплуатационных показателей: увеличивается пробег до замены моторного масла (в 1,5...2 раза, так как газ не разжижает масло), предотвращается забрасывание свечей конденсатом при пуске и прогреве. Благодаря лучшему смесеобразованию двигатель ровней и мягче работает на холостом ходу. После пуска можно меньше прогревать двигатель и быстрей начинать движение, чем на бензине.

Преимущества применения диметилэфира (ДМЭ): обеспечивается практически бездымный выхлоп (0,1 г/кВт•ч) за счет лучшего испарения топливовоздушной смеси, высокий к.п.д., высокое цетановое число (55 и выше), низкая температура кипения (–25 °С), обеспечивающая мгновенное испарение и не требующая интенсивного вихревого движения заряда, уменьшение периода задержки воспламенения, хорошие пусковые качества, меньшая жесткость работы (снижение уровня шума на 15 дБ (А), снижение температуры и давления сгорания, нет фотохимического смога, отсутствие серы, снижение выброса оксидов азота до 25%. Наряду с преимуществами в использовании разных видов газового топлива имеются и недостатки: снижение мощности ДВС, для компенсации этого требуется увеличивать рабочий объем двигателя и степень сжатия или применять наддув; увеличение массы и габаритов топливной аппаратуры, из-за чего уменьшается объем багажника, снижается грузоподъемность автомобиля, затруднен пуск двигателя при низких температурах окружающей среды. Кроме того, при применении газового топлива увеличивается выброс СН на режимах холостого хода и малых нагрузок. Для работы на ДМЭ необходимо изменение формы камеры сгорания дизельного двигателя. При этом возникают проблемы в связи с низкой вязкостью и соответственно ухудшением смазывающих свойств.

Последнее обстоятельство определило необходимость введения в ГОСТ Р 17.2.02.06–99 относительно высоких норм на выброс СН и СО при проверке токсичности отработавших газов в эксплуатационных условиях. Проверка и регулировка системы питания проводится аналогично бензиновым двигателям на холостом ходу при двух скоростных режимах: минимальная частота вращения (800±50) мин-1 и повышенная (3000±50) мин-1. При этом в отличие от бензиновых двигателей для газовых двигателей с нейтрализаторами отдельных норм пока нет.

На грузовых автомобилях баллоны могут быть от 50 л до 200 л – все зависит от возможности установки на то или иное место в автомобиле. На пассажирскую или грузопассажирскую «ГАЗель» можно установить сдвоенный баллон «Спарка» 95 л. Монтируется баллон вместо запасного колеса, внизу в задней части

При эксплуатации должны выполняться требования, связанные с обеспечением противопожарных мер (при необходимости пуска двигателя и движения автомобиля на бензине, при хранении его в закрытом помещении, требования по регулярной проверке утечки газа и др.). Газовые баллоны должны отвечать требованиям государственных стандартов и Правилам устройства и безопасности эксплуатации сосудов, работающих под давлением. Максимально допустимое рабочее давление сжиженного газа (СНГ) – 1,6 МПа, минимальное – 0,2 МПа, расчетное максимальное давление газа – 4,8 МПа. В процессе эксплуатации баллоны подвергают пневматическим испытаниям под давлением 1,6 МПа и гидравлическим испытаниям под давлением 2,5 МПа. Герметичность баллона, топливной аппаратуры, трубопроводов проверяется погружением их в воду или обмыливанием. Пропан-бутановые смеси хранят в баллонах при температуре от –40 до +40 °С. Баллон заполняют на 80...90% геометрического объема и устанавливают предохранительный клапан на давление 1,6 МПа. Шланги высокого давления в сборе испытывают на герметичность при давлении 1,6 МПа и на разрушение при 4,8 МПа. Запас прочности – 2,6. На баллонах должна быть табличка с указанием первого и последующих освидетельствований (обычно через 5 лет для баллонов из легированной стали и 3 года – из углеродистой стали).

В системах питания на природном компримированном (сжатом) газе (метане) используют баллоны высокого давления в пределах от 19,6 МПа (максимальное начальное давление) до 0,5 МПа (конечное давление). Существуют системы питания на природном газе, находящемся в сжиженном состоянии, что позволяет использовать баллоны низкого и среднего давления (1,2...5,0 МПа).

Переоборудование автомобилей для работы на газовом топливе производится в соответствии с технической документацией заводов-изготовителей и техническими условиями. После сборки газовой аппаратуры систему проверяют на герметичность воздухом или инертным газом. Запрещается ремонтировать аппаратуру при работающем двигателе, пускать двигатель при утечке газа, выпускать газ в помещениях, проверять герметичность открытым пламенем. Перед выпуском на линию и по возвращении из рейса проверяют герметичность газовой системы. Для проведения регулировочных работ используют специальные стационарные пневматические стенды. Для двигателей с микропроцессорной системой управления существует специальная диагностическая аппаратура для проверки и проведения регулировочных работ на соответствие нормам токсичности ОГ и обеспечение необходимых мощностных и экономических показателей.

Вариант автобуса НефАЗ, работающего на газе

В настоящее время широко используются (в сжиженном и сжатом виде) следующие виды газового топлива, достаточно полно удовлетворяющие техническим требованиям транспортных средств: пропан-бутановые смеси, природный газ (метан), диметилэфир (ДМЭ). Возможно применение одновременно двух видов топлива – газа и бензина или газа и дизельного топлива. Существует две марки пропан-бутанового топлива: зимняя марка содержит (90±10)% пропана, а летняя марка – (50±10)% бутана (остальное – бутан и не более 1% непредельных углеводородов).

Диметилэфир в настоящее время является единственным синтетическим топливом, обеспечивающим замену дизельному топливу. ДМЭ получается путем дегидратации метанола из угля, остатков нефти, биомассы, природного газа. Сегодня стоимость его получения в среднем на 4...5% выше, чем дизельного топлива, но ниже стоимости бензина. При 20 °С ДМЭ находится в сжиженном состоянии при 0,5 МПа. Его транспортируют и хранят, как обычный нефтяной газ. Впрыск сжиженного ДМЭ производится топливной аппаратурой аналогичной дизельной при избыточном давлении 1...1,5 МПа. Чтобы исключить образование паровых пробок, в линии низкого давления предусматривается прокачка отсечного топлива и повышение давления насыщения ДМЭ. Пары ДМЭ из картера топливного насоса высокого давления отводятся во впускной трубопровод. Подача ДМЭ может производиться и в газообразном виде.

(Окончание следует)


А. Дмитриевский, канд. техн. наук, ГНЦ РФ «НАМИ» Основные Средства 10'2007 27 марта 2008

Комментарии (0)