Газовые двигатели особенности работы газового двигателя - Авто журнал "Гараж"
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Газовые двигатели особенности работы газового двигателя

Газовый двигатель

О достоинствах газомоторного топлива, в частности метана, сказано немало, но напомним о них еще раз.

Это экологичный выхлоп, удовлетворяющий текущие и даже будущие законодательные требования к токсичности. В рамках культа глобального потепления это важное преимущество, поскольку нормы Euro 5, Euro 6 и все последующие будут насаждаться в обязательном порядке и проблему с выхлопом так или иначе придется решать. К 2020 г. в Евросоюзе новым транспортным средствам будет разрешено производить в среднем не более 95 г СО2 на километр. К 2025 г. этот допустимый предел могут еще опустить. Двигатели на метане способны удовлетворить эти нормы токсичности, и не только благодаря меньшему выбросу СО2. Показатели выбросов твердых частиц в газовых двигателях также ниже, чем у бензиновых или дизельных аналогов.

Далее, газомоторное топливо не смывает масло со стенок цилиндра, что замедляет их износ. Как утверждают пропагандисты газомоторного топлива, ресурс двигателя волшебным образом вырастает в разы. При этом они скромно умалчивают о теплонапряженности работающего на газе двигателя.

И главное преимущество газомоторного топлива – это цена. Цена и только цена покрывает все недостатки газа как моторного топлива. Если мы говорим о метане, то это неразвитая сеть АГНКС, которая буквально привязывает газовый автомобиль к заправке. Количество заправок сжиженным природным газом ничтожно, этот вид газомоторного топлива сегодня представляет собой нишевой, узкоспециальный продукт. Далее, газобаллонное оборудование занимает часть полезной грузоподъемности и полезного пространства, ГБО хлопотно и накладно в обслуживании.

Технический прогресс породил такой вид двигателя, как газодизель, живущий в двух мирах: дизельном и газовом. Но как универсальное средство газодизель не реализует в полном объеме возможности ни того, ни другого мира. Нельзя оптимизировать ни процесс сгорания, ни показатели КПД, ни образование выбросов для двух видов топлива на одном двигателе. Для оптимизации газовоздушного цикла нужно специализированное средство – газовый двигатель.

Сегодня все газовые двигатели используют внешнее образование газовоздушной смеси и воспламенение от свечи зажигания, как в карбюраторном бензиновом двигателе. Альтернативные варианты – в стадии разработки. Газовоздушная смесь образуется во впускном коллекторе путем инжекции газа. Чем ближе к цилиндру происходит этот процесс, тем быстрее реакция двигателя. В идеале газ должен впрыскиваться прямо в камеру сгорания, о чем речь пойдет ниже. Сложность управления не единственный недостаток внешнего смесеобразования.

Инжекция газа управляется электронным блоком, который также регулирует угол опережения зажигания. Метан горит медленнее дизельного топлива, то есть газовоздушная смесь должна воспламеняться раньше, угол опережения также регулируется в зависимости от нагрузки. Кроме того, метану нужна меньшая степень сжатия, нежели дизельному топливу. Так, в атмосферном двигателе степень сжатия снижают до 12–14. Для атмо­сферных двигателей характерен стехиометрический состав газовоздушной смеси, то есть коэффициент избытка воздуха a равен 1, что в какой-то степени компенсирует потерю мощности от снижения степени сжатия. КПД атмосферного газового двигателя на уровне 35%, тогда как у атмосферного же дизеля КПД на уровне 40%.

Автопроизводители рекомендуют использовать в газовых двигателях специальные моторные масла, отличающиеся водостойкостью, пониженной сульфатной зольностью и одновременно высоким значением щелочного числа, но не возбраняются и всесезонные масла для дизельных двигателей классов SAE 15W-40 и 10W-40, которые на практике применяются в девяти случаях из десяти.

Турбокомпрессор позволяет снизить степень сжатия до 10–12 в зависимости от размерности двигателя и давления во впускном тракте, а коэффициент избытка воздуха увеличить до 1,4–1,5. При этом КПД достигает 37%, но одновременно значительно возрастает теплонапряженность двигателя. Для сравнения: КПД турбированного дизельного двигателя достигает 50%.

Повышенная теплонапряженность газового двигателя связана с невозможностью продувки камеры сгорания при перекрытии клапанов, когда в конце такта выпуска одновременно открыты выпускные и впускные клапаны. Поток свежего воздуха, особенно в наддувном двигателе, мог бы охлаждать поверхности камеры сгорания, снижая таким образом теплонапряженность двигателя, а также снижая нагрев свежего заряда, это увеличило бы коэффициент наполнения, но для газового двигателя перекрытие клапанов недопустимо. Из-за внешнего образования газовоздушной смеси воздух всегда подается в цилиндр вместе с метаном, и выпускные клапаны в это время должны быть закрыты во избежание попадания метана в выпускной тракт и взрыва.

Уменьшенная степень сжатия, повышенная теплонапряженность и особенности газовоздушного цикла требуют соответствующих изменений, в частности, в системе охлаждения, в конструкции распредвала и деталей ЦПГ, а также в применяемых для них материалах для сохранения работоспособности и ресурса. Таким образом, стоимость газового двигателя не так уж отличается от стоимости дизельного аналога, а то и выше. Плюс к этому стоимость газобаллонного оборудования.

Флагман отечественного автомобилестроения ПАО «КАМАЗ» серийно выпускает газовые 8-цилиндровые V-образные двигатели серий КамАЗ-820.60 и КамАЗ-820.70 размерностью 120х130 и рабочим объ­емом 11,762 л. Для газовых двигателей используют ЦПГ, обеспечивающую степень сжатия 12 (у дизельного КамАЗ-740 степень сжатия 17). В цилиндре газовоздушная смесь воспламеняется искровой свечой зажигания, установленной вместо форсунки.

Для большегрузных автомобилей с газовыми двигателями используют специальные свечи зажигания. Так, Federal-Mogul поставляет на рынок свечи с иридиевым центральным электродом и боковым электродом, выполненным из иридия или платины. Конструкция, материалы и характеристики электродов и самих свечей учитывают температурный режим работы большегрузного автомобиля, характерный широким диапазоном нагрузок, и сравнительно высокую степень сжатия.

Читать еще:  Что за двигатель на лачети

Двигатели КамАЗ-820 оборудуют системой распределенного впрыска метана во впускной трубопровод через форсунки с электромагнитным дозирующим устройством. Газ инжектируется во впускной тракт каждого цилиндра индивидуально, что позволяет корректировать состав газовоздушной смеси для каждого цилиндра с целью получения минимальных выбросов вредных веществ. Расход газа регулируется микропроцессорной системой в зависимости от давления перед инжектором, подача воздуха регулируется дроссельной заслонкой с приводом от электронной педали акселератора. Микропроцесорная система управляет углом опережения зажигания, обеспечивает защиту от воспламенения метана во впускном трубопроводе при сбое в системе зажигания или неисправности клапанов, а также защиту двигателя от аварийных режимов, поддерживает заданную скорость автомобиля, обеспечивает ограничение крутящего момента на ведущих колесах автомобиля и самодиагностику при включении системы.

«КАМАЗ» в значительной степени унифицировал детали газовых и дизельных двигателей, но далеко не все, и многие внешне схожие детали для дизеля – коленвал, распредвал, поршни с шатунами и кольцами, головки блока цилиндров, турбокомпрессор, водяной насос, масляный насос, впускной трубопровод, поддон картера, картер маховика – не подходят для газового двигателя.

В апреле 2015 г. «КАМАЗ» запустил корпус газовых автомобилей мощностью 8 тыс. единиц техники в год. Производство размещено в бывшем газодизельном корпусе автозавода. Технология сборки следующая: шасси собирают и устанавливают на него газовый двигатель на главном сборочном конвейере автомобильного завода. Потом шасси буксируют в корпус газовых автомобилей для монтажа газобаллонного оборудования и проведения всего цикла испытаний, а также для обкатки автотехники и шасси. При этом газовые двигатели КАМАЗ (в том числе модернизированные с компонентной базой «БОШ»), собираемые на моторном производстве, также проходят испытания и обкатку в полном объеме.

«Автодизель» (Ярославский моторный завод) в содружестве с компанией Westport разработал и выпускает линейку газовых двигателей на базе семейства 4- и 6-цилиндровых рядных двигателей ЯМЗ-530. Шестицилиндровый вариант может устанавливаться на автомобили нового поколения «Урал NEXT».

Как уже говорилось выше, идеальный вариант газового двигателя – это непосредственный впрыск газа в камеру сгорания, но до сих пор мощнейшее глобальное машиностроение не создало такой технологии. В Германии исследования ведет консорциум Direct4Gas, возглавляемый компанией Robert Bosch GmbH в партнерстве с Daimler AG и Штутгартским научно-исследовательским институтом автомобильной техники и двигателей (FKFS). Министерство экономики и энергетики Германии поддержало проект суммой в 3,8 млн евро, что на самом деле не так уж много. Проект будет работать с 2015-го до января 2017 г. На-гора должны выдать промышленный образец системы непосредственного впрыска метана и, что не менее важно, технологию ее производства.

По сравнению с нынешними системами, использующими многоточечный впрыск газа в коллектор, перспективная система непосредственного впрыска способна на 60% увеличить крутящий момент на низких оборотах, то есть ликвидировать слабое место газового двигателя. Непосредственный впрыск решает целый комплекс «детских» болезней газового двигателя, принесенных вместе с внешним смесеобразованием.

В проекте Direct4Gas разрабатывают систему непосредственного впрыска, способную быть надежной и герметичной и дозировать точное количество газа для впрыска. Модификации самого двигателя сведены к минимуму, чтобы промышленность могла использовать прежние компоненты. Команда проекта комплектует экспериментальные газовые двигатели недавно разработанным клапаном впрыска высокого давления. Систему предполагается тестировать в лаборатории и непосредственно на транспортных средствах. Исследователи также изучают образование топливно-воздушной смеси, процесс управления зажиганием и образование токсичных газов. Долгосрочная цель консорциума – это создание условий, при которых технология сможет выйти на рынок.

Итак, газовые двигатели – это молодое направление, еще не достигшее технологической зрелости. Зрелость наступит, когда Bosch со товарищи создадут технологию непосредственно впрыска метана в камеру сгорания.

Двигатели газовой промышленности

Нефтедобывающая промышленность, частью которой является газовая, требует использования качественного и надежного оборудования, а также высокой квалификации сотрудников. Двигатели газовой промышленности являются основным оборудованием для ее нормальной работы.

Отрасль газовой промышленности растет и развивается, соответственно, она требует улучшения оборудования и внедрения новых технологий производственной деятельности.

В последнее время активно обсуждается вопрос, как улучшить позиции газа и отрасли, сделать его конкурентоспособным наряду с другими видами топлива. Осуществить эту задачу можно, только используя новейшие технологии.

Однако вопрос развития отрасли затрудняет тот факт, что это может негативно сказаться на состоянии окружающей среды. Важно так работать с природным газом, чтобы он как можно меньше влиял на состояние окружающей среды. Именно над этим вопросом сегодня работает большинство экспертов отрасли.

Газовые двигатели: принцип работы и разновидности

Газовый двигатель представляет собой двигатель внутреннего сгорания, который используется в газовой отрасли промышленности. Работает такой агрегат на доменном, сжатом или природном газе, а также на любом газообразном топливе.

Классификация двигателей делит их на такие виды:

  1. Двигатели с искровым зажиганием.
  2. Двигатели с воспламенением смеси.
  3. Газодизельные двигатели.

Вид используемого газового двигателя зависит от условий и типа эксплуатации. Как правило, в металлургии для привода воздуха применяют двигатели газовой промышленности, которые работают на доменном газе. Такой тип оборудования редко применяют в нефтяной промышленности, вместо него используют двигатели, которые работают на природном газе.

Двигатели на природном газе гораздо лучше показали себя в технологии перекачки и транспортировки нефтепродуктов.

В отдельных случаях используют двигатели, в которых в качестве топлива – сжиженный газ. Это оптимальное оборудование, так как в процессе работы оно оказывает минимальное воздействие на окружающую среду, такие двигатели обеспечивают практически полную безвредность и бездымность выхлопных газов. Этот вид оборудования также называют жидкотопливным.

Читать еще:  Давление в картере двигателя причины ваз

Газовые двигатели перед жидкотопливными имеют несколько неоспоримых преимуществ – они обладают большим сроком эксплуатации, так как имеют меньший износ основных деталей, они обладают совершенным смесеобразованием и более эффективным сгоранием. Двигатели жидкотопливного типа имеют такие преимущества, как высокая степень сжатия топлива, малое количество вредных примесей в выхлопных газах.

Самыми распространенным двигателями в данной отрасли промышленности являются те, которые работают по циклу дизеля.

Газотурбинные двигатели в промышленности

При нефтедобыче и переработке активно используются также газотурбинные двигатели. Газотурбинный двигатель представляет собой сложную установку – это тепловое оборудование, внутри которого газ сжимается, затем нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа создает вращение турбины. Такие двигатели лучше поршневых, так как все процессы в них более эффективны благодаря тому, что они происходят в потоке движущегося газа.

Принцип действия газотурбинного двигателя сводится к тому, что из компрессора воздух подается в камеру сгорания, затем туда же подается топливо. В камере сгорания образуются газообразные продукты разного вида, находятся они под давлением. После этого в турбине двигателя энергия газообразных продуктов создает механическую работу, и турбина начинает вращаться. Полезной работой двигателя считается работа, которая выполняется приводимым агрегатом.

Преимуществом газотурбинного двигателя можно назвать то, что он обладает самой большой мощностью, она может достигать 6 кВт/час. Это наибольший показатель среди аналогов. Кроме того, такой агрегат способен работать с разными видами топлива – бензином, керосином, мазутом, природным газом, спиртом или измельченным углем. Данное оборудование широко применяется в сфере нефте- и газодобычи.

Двигатели газовой промышленности на выставке

В Москве каждый год проходит выставка «Нефтегаз». Мероприятие посвящено отрасли нефтедобывающей промышленности, это крупнейшая выставка данной сферы.

На экспозиции будут представлены новейшие разработки и технологии ведущих инженеров нефтегазовой отрасли, а также инновационное оборудование, в частности двигатели газовой промышленности.

Новое оборудование позволит существенно улучшить работу отрасли, сделать ее более эффективной, снизить потери полезных веществ и не навредить окружающей среде.

Выставка традиционно пройдет в ЦВК «Экспоцентр».

Виды газового топлива для автомобилей: преимущества и недостатки каждого из них.

Для многих автомобилистов бензин – слишком дорогое удовольствие. Приходится экономить и отказывать себе в возможности использовать личный транспорт без ограничений. Переход на газовое топливо является хорошей альтернативой бензину, позволяет ощутимо экономить на заправках автомобиля. Рассмотрим, какие еще преимущества дает водителю работающий на газу двигатель.

Виды газ-топлива

Двигатели современных автомобилей могут функционировать на двух разновидностях газа:

  • пропан-бутан – сжиженный газ, побочный нефтепродукт, полученный в результате переработки нефти;
  • метан – природный газ, который не подвергается сжижению.

Существует мнение, что двигатель, работающий на газовом топливе, быстрее портится и выходит из строя, но мнение это ошибочное и ничем не подтверждается. Напротив, специалисты-инженеры утверждают, что мотор автомобиля на газовом топливе работает без капитального ремонта в среднем в 1,5 – 2 раза дольше, чем на бензине. Это обусловлено тем, что газ – более однородная смесь, чем бензин, при работе двигателя происходит его полное сгорание. Кроме того, газ следующим образом влияет на работу мотора:

  • газовая смесь снижает до минимума расход смазочных материалов в системе цилиндры – кольца;
  • снижает нагарообразование на деталях блока двигателя – головке и поршнях;
  • не загрязняет моторное масло;
  • за счет более ровного сгорания топлива двигатель работает более бесшумно и мягче.

Цена газа значительно ниже, чем бензина, но расход на 10-20% больше за счет различной температуры сгорания топлива.

Преимущества и недостатки пропан-бутана

Жидкий газ имеет ряд преимуществ по сравнению с бензином:

  • цена на 50% ниже, чем бензина;
  • объем баллонов соответствует объему емкости бензина;
  • бюджетная стоимость газовой установки;
  • возможность заправки в широкой сети заправочных станций;
  • мощность двигателя практически не меняется.

К минусам можно отнести лишь то, что расход газа выше, чем бензина на 10 %. Особенность функционирования: двигатель прогревается на бензине, потом переключается на газ.

Свойства, достоинства и минусы метана

К числу плюсов природного газа относят:

  • самое экономичное топливо – в 3 раза дешевле бензина;
  • расход газового топлива при работе двигателя намного ниже, чем расход бензина.
  • двигатель, функционирующий на газу, теряет мощность на 10%;
  • число заправок ограничено;
  • слишком громоздкие баллоны.

Для легковых автомобилей наиболее приемлемое топливо, альтернативное бензину – газ пропан-бутан. Метан, хотя и более экономичный, но из-за громоздкости баллонов использование на легковых машинах невозможно.

Статьи –
«Газовый двигатель внутреннего сгорания»

Первые работы над созданием двигателя внутреннего сгорания на базе газовых смесей велись под руководством известного инженера Отто в Германии. На то время, первичная основа его функционирования состояла в заблаговременном сильном сжатии смеси горючего вещества в пиковой точке нахождения поршня.

И только после полутора десятка лет упорных и непростых исследований и переработок, инженеру все же удалось собрать инновационный экономичный двигатель. КПД данной модели приравнивался к показателю 15%. Этот двигатель уже был четырехтактным, и рабочий цикл происходил как следствие четырех ходов поршня.

Агрегаты современных моделей подобного принципа приводятся в движение на природном либо попутном видах газа, а также на пропан-бутане сжиженного вида или доменном газе. Преимущественно, подобные установки имеют положительные стороны, заключающиеся в меньшей степени стирания ключевых деталей и элементов. Это достигается благодаря получению оптимальной комбинации сжигающей субстанции и правильного ее сгорания. Плюс ко всему, отработанные газы фактически не содержат токсичных добавок.

Читать еще:  Porsche cayenne какой двигатель лучше

КПД агрегатов нового поколения на данном виде топлива уже равно приблизительно 42 %. Широкое использование они получили в секторе производства сырья для нефтяной и газовой промышленности. Кроме того, ее применяют в приводных аппаратах на газоперекачивающих сооружениях. Начиная с недавнего времени, они перестали быть новшеством и в колесных транспортных средствах.

В отличие от современных моделей, первый двигатель Отто характеризовался достаточно низким количеством оборотов и был через чур массивным. Как только обороты вала увеличивались до 180 об/мин, часто наблюдались неполадки в его работе. Кроме этого, золотник подвергался слишком быстрому износу. Емкостью для хранения газа служил большой бак, поэтому монтаж его на средства передвижения был практически невозможным. Но его начали широко применять на заводах и фабриках разной специализации.

Принцип работы газовых двигателей

Система питания газовых двигателей внутреннего сгорания, предназначенная для установки на автомобили представляет собой дозирующую систему, использующую вместо бензина сжиженный газ. Ее комплектация предусматривает:

1. Баллон для топлива, который может иметь различную форму.
2. Переключатель с разных топливных жидкостей, установленный в автомобильном салоне.
3. Редуктор-испаритель, выполняет функцию подогрева и испарения сжиженного топлива.
4. Электромагнитный газовый клапан – перекрывает поступление топлива, когда автомобиль не находится в движении.
5. Электромагнитный бензиновый клапан — перекрывает поступление бензина, когда агрегат работает на газе.
6. Устройство для заправки.
7. Специальный клапан, не позволяющий случится утечке газа.

Принцип работы такого оборудования не отличается от нюансов работы бензиновой установки. На начальной стадии, сжиженный газ, через топливные трубки, проходят в клапанный фильтр. Здесь происходит предварительная фильтрация и очищение от всех видов тяжелых веществ и смол. И только, когда газ чистый, он поступает в испарительный редуктор, где давление снижается до уровня 1 атмосферы. Есть специальный дозатор, через который газ поступает в смеситель.

В установках для инжекторных агрегатов не предусмотрен монтаж бензинового клапана. Вместо него используют эмулятор форсунок.

Типы газовых установок

Как известно, есть две широко используемых разновидности газовых установок:

1. для метана (сжатого газа);
2. для пропан-бутана (сжиженного газа).

Они различаются разве в способе накопления и сбережения топливной смеси. В двух видах оборудования установлены баллоны. Вот только для метана необходимы толстостенные емкости, рассчитанные на высокое давление, достигающее показателя 200 кГс. Они более габаритны, чем баллоны с тонкими стенками для пропан-бутана, рассчитанные на давление всего до 10 кГс.

Вопрос точной настройки оборудования актуален для всех видов топливных смесей. Слаженная работа всех узлов позволяет повысить ресурс двигателя. Вот только есть важное различие параметров сгорания газа и бензина. Газ известен большей детонационной стойкостью, чем у бензина с самым высоким октановым числом. Вообще-то для улучшения работы на газовом топливе неплохо бы уменьшить камеру сгорания и тем самым увеличить степень сжатия. Но тогда мотор уже не сможет нормально работать на бензине.

Современные разработки автомобильных систем подачи горючего предусматривают две варианта установки газового оборудования:

1. Классическая схема предусматривает собой подачу газа напрямую в карбюратор или инжектор.
2. Последовательная схема позволяет топливу подаваться в форсунки, находящиеся на уровне, параллельном с бензиновыми силовыми агрегатами.

Первый принцип подачи популярен, как более экономичный. К его преимуществам относится несложная установка на автомобиль. Правда, существует один важный нюанс – во время перехода между режимами потребления разных видов топлива, смесь выходит неудовлетворительного качества. Как результат, некоторые части двигателя подвергаются быстрому износу. Специалисты поэтому и утверждают, что последовательная схема хоть и требует больше затрат, но характеризуется высшим качеством подачи газового топлива.

Преимущественные стороны установки газового оборудования на автомобиль:

1. Установить газовый двигатель можно собственноручно – это совсем не сложно. Достаточно лишь собрать данную установку на автомобиле самостоятельно.
2. Экономия средств на более дешевом виде топлива.
3. Желаемое качество, основанное на высоком октановом числе.
4. Относительная экологичность – выбросы переработанного газа не содержат токсичных веществ.
5. Повышения мощности двигателя и качества его работы.
6. Использование газа в качестве сжигаемой смеси, увеличивает ресурс силового агрегата.

Нюансы:

1. На автомобиле наблюдается снижение динамики разгона.
2. Клапаны газораспределительного механизма подвергаются повышенной нагрузке.
3. Газовая установка является габаритной, и занимает много пространства.
4. В холодное время года водитель может столкнуться с трудностями запуска аппаратуры.
5. Газобаллонное оборудование можно установить собственноручно и дополнительно подсоединить к заводской топливной системе автомобиля. Его зачастую покупают на рынке. А к определенной модели силового агрегата необходимо подбирать соответствующий вид аппаратуры.

Емкость для топлива с дополнительными деталями, такими, как клапан и испаритель, занимают место «запаски».

Затем, нужно установить внешнюю заправочною емкость. Ее отверстие следует вывести на внешнюю сторону кузова. После чего на двигателе устанавливаются клапаны против утечки газа, для перекрывания бензина при включении газа. А в салоне автомобиля располагается переключатель бензин-газ. Если вы сомневаетесь в своих знаниях о традиционном устройстве мотора, то не рискуйте к нему присоединять газовую аппаратуру, лучше обратитесь в специализированную компанию.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector