Автомобильные газовые топливные системы
В конце 40-х и начале 50-х годов в СССР было освоено производство газобаллонных автомобилей, использовавших сжатый природный газ. Несколько тысяч таких автомобилей в течение нескольких лет эксплуатировались в Украине и Поволжье – районах, достаточно обеспеченных в то время природным газом.
Однако начальный уровень газоснабжения и относительно малый в то время объем добычи газа не позволили расширить применение газобаллонных автомобилей, а возросшая потребность других отраслей промышленности (например, по производству удобрений), не обеспеченных приростом добычи, привела, в конечном итоге, к прекращению выпуска таких машин и изъятия их из эксплуатации.
В настоящее время положение в корне изменилось. Отдельные магистральные газопроводы давно объединены в Единую Систему Газоснабжения, которая густой сетью покрывает всю европейскую часть России, Среднюю Азию, Приморский край и остров Сахалин. И газификация продолжается бурными темпами.
Таким образом, имеется комплекс факторов – от высоких качеств природного газа, как моторного топлива, до эффективного уровня развития Единой Системы Газоснабжения – определяющих широкие перспективы применения газового топлива на транспорте.
Косвенным подтверждением целесообразности использования природного газа в качестве топлива для ДВС служит широкое использование его в Италии, США, Японии, ФРГ, Канаде, Нидерландах и т. д. Горючие газы, применяемые в качестве моторного топлива для автомобилей, можно условно разделить на три основных вида по условиям специфики содержания, влияющей на возможность использования на разных классах автомобилей (легковых, грузовых, автобусов):
|
|
1. Сжиженные нефтяные газы (СНГ).
2. Компримированные (сжатые) природные газы (КПГ).
3. Сжиженные природные газы (СПГ).
С жиженные нефтяные газы при нормальных температурах (в диапазоне от –20 °C до +20 °C) и относительно небольших давлениях (1,0...2,0 МПа – 10...20 кгс/см2) находятся в жидком состоянии. Их основные компоненты – этан, пропан, бутан и весьма близкие к ним непредельные углеводороды – этилен, пропилен, бутилен и их изомер. Эти газы получаются при добыче и переработке нефти и поэтому их называют сжиженные нефтяные газы (СНГ). Комплект газового оборудования для СНГ вместе с баллоном весит от 40 до 60 кг и вполне подходит для установки на легковых автомобилях. Объем баллона обеспечивает пробег около 300 км, что вполне соизмеримо с расчетным пробегом 400 км для автомобиля, работающего на бензине.
Компримированные (сжатые) природные газы (КПГ) при нормальных температурах и любых высоких давлениях находятся в газообразном состоянии. К таким газам относятся метан, водород и др. Наибольший интерес для использования в качестве горючего на автомобильном транспорте представляет метан. Он является основной частью добываемых природных газов и составной частью биогаза, получаемого в результате брожения различных канализационных отходов.
Главным недостатком природного газа, как моторного топлива, является очень низкая объемная концентрация энергии. Если теплота сгорания одного литра жидкого топлива равна, примерно, 31 426, то у природного газа при нормальных условиях она равна 33,52–35,62 кДж, т. е. почти в 1000 раз меньше. По этой причине для использования газа в качестве моторного топлива на транспортном средстве его надо предварительно сжать до высоких давлений 20–25 МПа и более и заполнить им специальные баллоны.
|
|
Сжиженные природные газы (СПГ) имеют такое же происхождение и состав, как и компримированные природные газы. Они получаются охлаждением метана до минус 162 °C. Хранятся в теплоизолированных емкостях.
Независимо от качества теплоизоляции газосодержащих емкостей (сосуды Дюара), температура в них повышается, а следовательно, этот способ содержания газового топлива может быть использован при интенсивной эксплуатации транспортного средства и его безгаражном хранении, так как периодически требуется сброс давления, т. е. выпуск порции газа.
При переводе автотранспорта на СПГ его низкую температуру возможно использовать для компенсации потерь мощности или кондиционирования воздуха в салоне автомобиля.
Переоборудование автомобиля для работы на СПГ заключается в установке специальной криогенной емкости, небольшого испарителя, использующего тепло выпускных газов, и монтаже газовой топливной аппаратуры, которая аналогична применяемой на газобаллонных автомобилях при работе на КПГ. Затраты на получение СПГ в 2–3 раза больше, чем на получение КПГ. Поэтому сжиженный природный газ целесообразно применять на автомобилях-рефрижераторах, где он может выполнять дополнительные функции хладагента для холодильников и кондиционеров.
Опровержение доводов противников газового топлива
У многих автомобилистов, да и у некоторых работников государственного общественного транспорта бытует мнение, что выбрасываемый в воздух газ особо опасен для здоровья. Но опасаться этого не стоит. Паровая фаза сжиженного газа менее токсична, чем пары бензина, а специфический его запах – это результат одозорации (добавления небольшого количества газообразного вещества с сильным запахом – этилмеркаптана).
|
|
Существует также мнение, что велика вероятность взрыва газового баллона. Автомобилист, прежде чем решиться перевести свой автомобиль на газовое топливо, обычно задумывается: не грозит ли этот переход высокой пожаро– и взрывоопасностью?
Опыт эксплуатации газобаллонных автомобилей, как у нас, так и за рубежом, показывает, что автомобили, работающие на газе, менее пожаро– и взрывоопасны, чем бензиновые. В любом случае газ или пары бензина могут взорваться только в смеси с воздухом при определенной концентрации в единице объема, что исключено, в связи с невозможностью присутствия воздуха в газовом баллоне.
В среде транспортников-консерваторов сформировалась своеобразная установка на неприятие газа. Они все еще мыслят старыми категориями, не могут преодолеть психологического барьера, да и решительности подчас не хватает. Сознание автомобильных консерваторов, образно говоря, насквозь пропитано парами бензина.
Попробуем аргументированно опровергнуть доводы противников применения газовых установок.
1. Неприятный запах в салоне. В местах соединения трубопроводов часто происходит утечка газа. Ежедневная проверка герметичности системы отнимает много времени и практически произвести полную проверку оборудования методом омыления очень трудно.
Утечка газа возможна, если не уделять должного внимания установленной на автомобиле системе. Но ведь и прочие энергетические системы требуют внимания. И если такое случилось – запах газа в салоне, а автомобилист сам не может его устранить, то всегда можно обратиться за помощью в специализированный пункт проверки.
Запах газа может ощущаться только при заправке автомобиля на газораздаточной станции, да и то в момент отключения наконечника заправочного шланга. В автомобиле взрывоопасная концентрация смеси возникнуть не может. Осторожность надо проявлять на стоянках. Бесспорно, газ опасен, но если водитель почувствовал специфичный запах, то он должен остановить машину, закрутить вентили на баллоне и спокойно продолжать путь на бензине, а по прибытии на место ремонта устранить неисправность. Утечку же бензина можно не почувствовать. А причиной его возгорания может стать подтекающая канистра. Газ же позволяет отказаться от перевозки канистр с бензином, и этот фактор также говорит в пользу газобаллонного оборудования. А вот владельцы хэтчбеков и универсалов вместо «съедающей» площадь канистры с бензином могут воспользоваться газовым баллоном тороидальной формы, который без труда устанавливается на место запаски.
Процесс горения в двигателе затянут из-за неполного сгорания газа. Снижаются динамические характеристики автомобиля. В карбюраторе при работе на газе поплавок из-за отсутствия бензина ударяется о дно камеры, и в нем может образоваться трещина, через которую при смене топлива в него проникает бензин. Да и сам карбюратор повреждается.
Мнение о неполном сгорании газа в цилиндрах двигателя ошибочно. Газовые топлива, используемые в автомобильных двигателях, имеют меньшие, чем жидкие топлива, скорости сгорания, но более широкие пределы воспламеняемости, поэтому этот незначительный недостаток легко компенсируют увеличением угла опережения зажигания. Теперь о поплавке. О возможности появления в нем трещины. Да, это нежелательное явление иногда встречается на автомобилях «Волга», но его возникновение можно легко предупредить, поместив на дно поплавковой камеры пластинку сепаратора от старого аккумулятора, вырезанную по его (дна) конфигурации. Поплавки же карбюраторов «Жигулей» и иномарок не разрушаются, и необходимость в подобной защите поплавка отпадает. Случаи разрушения карбюратора крайне редки, о чем свидетельствует практика. Раз в месяц рекомендуется смазывать WD-40 в блоке дроссельных заслонок оси, так как при работе на газе эти оси не омываются бензином. Если их не смазывать, то они быстрее изнашиваются. Сейчас на многих модификациях карбюраторов оси дроссельных заслонок устанавливают на подшипниках скольжения, которые не требуют смазки. Для промывки каналов карбюратора пускать и прогревать двигатель следует на бензине. В общем, как сказал классик: «Есть многое на свете, друг Гораций, что и не снилось нашим мудрецам» При ремонте «газового» двигателя не бывает лопнувших поршневых колец и перемычек. Октановое число 95–110 дает возможность избежать детонации даже на двигателях со степенью сжатия 10–12. Однако двигатели отечественных машин имеют степень сжатия только 8,2–9,5, из-за чего температура сгорания газовоздушной смеси ниже, чем бензовоздушной. К тому же в двигателе, работающем на газе, не происходит дополнительного охлаждения деталей в камере сгорания от испарения капелек бензина. В результате повышается теплонапряженность выпускных клапанов и их седел. Отсюда следует, что некоторое увеличение (на 3–5°) угла опережения зажигания будет весьма оправдано, только придется чаще проверять его. Не лишним будет увеличить на 0,05–0,07 тепловые зазоры клапанов. Расход газа, на 12 % превышающий расход бензина, – результат сгорания при низкой температуре и недостаточном наполнении цилиндров рабочей смесью. При этом мощность двигателя немного снижается, хотя скорость движения остается практически без изменений.
Но так ли уж важны вам высокие скорости? Ведь далеко не все дороги, избороздившие просторы нашей страны, дают возможность автомобилю разогнаться до больших скоростей. К сожалению, качество российских дорог все еще оставляет желать лучшего.
3. У автомобилей, оснащенных газобаллонным оборудованием, большой расход топлива. Сегодня много «прожорливых» автомобилей. Это особенно чувствуется сейчас, в условиях сильного роста цен на бензин. Ездить на автомобиле стало накладно. Но есть выход из положения – перевести автомобиль на газ. Даже при расходе, превышающем расход жидкого топлива на 12 %, финансовые затраты на использование газового топлива остаются меньше. Ниже приведен расчет затрат на топливо в городе при езде со скоростью 30–50 км/ч.Вряд ли можно оспорить такой плюс газификации для общественного автотранспорта, как экономия жидкого топлива. Экономия бензина особенно существенна там, где велик его расход. У грузовиков и автобусов, например, расход жидкого топлива в несколько раз больше, чем у легковых автомобилей. А потому так важно в целях экономии перевести эти виды транспорта на газ.