Výhody plynu na jeho použitie ako paliva pre automobily sú tieto ukazovatele:
Úspora paliva
Úspora paliva plynový motor- najdôležitejší ukazovateľ motora - je určený oktánovým číslom paliva a hranicou vznietenia zmesi vzduch-palivo. Oktánové číslo je ukazovateľom odolnosti paliva voči klepaniu, čo obmedzuje možnosť použitia paliva vo výkonných a úsporných motoroch s vysokým kompresným pomerom. V modernej technológii je oktánové číslo hlavným ukazovateľom kvality paliva: čím je vyššie, tým je palivo kvalitnejšie a drahšie. SPBT (technická zmes propán-bután) má oktánové číslo 100 až 110 jednotiek, takže k detonácii nedochádza v žiadnom režime prevádzky motora.
Analýza termofyzikálnych vlastností paliva a jeho horľavej zmesi (spalné teplo a výhrevnosť horľavej zmesi) ukazuje, že všetky plyny sú z hľadiska výhrevnosti lepšie ako benzín, ale po zmiešaní so vzduchom sa ich energetické ukazovatele znižujú, čo je jedným z dôvodov poklesu výkonu motora. Zníženie výkonu pri prevádzke na skvapalnené palivo je až o 7 %. Podobný motor pri chode na stlačený metán stráca až 20 % výkonu.
Vysoké oktánové čísla zároveň umožňujú zvýšiť kompresný pomer plynové motory a zvýšiť výkon, ale iba automobilky môžu túto prácu robiť lacno. V podmienkach miesta inštalácie je táto úprava príliš drahá a často jednoducho nemožná.
Vysoké oktánové čísla vyžadujú zvýšenie časovania zapaľovania o 5°...7°. Predčasné zapálenie však môže viesť k prehriatiu častí motora. V praxi prevádzky plynových motorov sa vyskytli prípady vyhorenia korún piestov a ventilov v dôsledku príliš skorého zapálenia a prevádzky na veľmi chudobné zmesi.
Špecifická spotreba paliva motora je nižšia, čím chudobnejšia je zmes paliva a vzduchu, na ktorú motor pracuje, to znamená, že na 1 kg vzduchu vstupujúceho do motora pripadá menej paliva. Veľmi chudobné zmesi, kde je príliš málo paliva, sa však od iskry jednoducho nezapália. To stanovuje limit na zlepšenie palivovej účinnosti. V zmesiach benzínu so vzduchom je maximálny obsah paliva v 1 kg vzduchu, pri ktorom je možné zapálenie, 54 g. V extrémne chudobnej zmesi plynu so vzduchom je tento obsah iba 40 g. Preto v režimoch, keď je Nie je potrebné vyvinúť maximálny výkon, motor na zemný plyn je oveľa úspornejší ako benzín. Experimenty ukázali, že spotreba paliva na 100 km pri jazde autom na plyn rýchlosťou 25 až 50 km/h je 2-krát nižšia ako spotreba rovnakého auta na benzín za rovnakých podmienok. Komponenty plynového paliva majú limity vznietenia, ktoré sú výrazne posunuté smerom k chudobným zmesiam, čo poskytuje ďalšie príležitosti na zlepšenie spotreby paliva.
Environmentálna bezpečnosť plynových motorov
Plynné uhľovodíkové palivá patria medzi najšetrnejšie k životnému prostrediu motorové palivá. Emisie toxických látok z výfukových plynov sú 3-5 krát menšie v porovnaní s emisiami pri jazde na benzín.
Benzínové motory sú kvôli vysokej hodnote chudobnej hranice (54 g paliva na 1 kg vzduchu) nútené prispôsobovať sa bohatým zmesiam, čo vedie k nedostatku kyslíka v zmesi a nedokonalému spaľovaniu paliva. Vďaka tomu môže výfuk takéhoto motora obsahovať značné množstvo oxidu uhoľnatého (CO), ktorý vzniká vždy pri nedostatku kyslíka. V prípade dostatku kyslíka vzniká v motore pri spaľovaní vysoká teplota (viac ako 1800 stupňov), pri ktorej sa vzdušný dusík oxiduje prebytkom kyslíka za vzniku oxidov dusíka, ktorých toxicita je 41-krát väčšia ako toxicita. z CO.
Okrem týchto komponentov výfukové plyny benzínových motorov obsahujú uhľovodíky a produkty ich neúplnej oxidácie, ktoré vznikajú v priľahlej vrstve spaľovacieho priestoru, kde vodou chladené steny neumožňujú odparenie kvapalného paliva počas krátkej doby. prevádzkového cyklu motora a obmedziť prístup kyslíka k palivu. V prípade použitia plynového paliva sú všetky tieto faktory oveľa slabšie, najmä kvôli chudobnejším zmesiam. Produkty nedokonalého spaľovania sa prakticky nevytvárajú, pretože kyslík je vždy prebytok. Oxidy dusíka sa tvoria v menšom množstve, pretože pri chudobných zmesiach je teplota spaľovania oveľa nižšia. Vrstva pri stene spaľovacej komory obsahuje menej paliva s chudobnými zmesami plynu a vzduchu ako s bohatšími zmesami benzínu a vzduchu. Teda so správne nastaveným plynom motora Emisie oxidu uhoľnatého do atmosféry sú 5-10-krát menšie ako emisie benzínu, oxidov dusíka je 1,5-2,0-krát menej a uhľovodíkov je 2-3-krát menej. To umožňuje splniť budúce normy toxicity vozidiel („Euro-2“ a prípadne „Euro-3“) pri správnom testovaní motora.
Používanie plynu ako motorového paliva je jedným z mála ekologických opatrení, ktorého náklady sa vracajú priamym ekonomickým efektom v podobe zníženia nákladov na palivá a mazivá. Prevažná väčšina ostatných environmentálnych aktivít je mimoriadne nákladná.
V meste s miliónom motorov môže používanie plynu ako paliva výrazne znížiť znečistenie životného prostredia. V mnohých krajinách sú na vyriešenie tohto problému zamerané samostatné environmentálne programy, ktoré stimulujú premenu motorov z benzínových na plynové. Moskovské environmentálne programy každoročne sprísňujú požiadavky pre majiteľov vozidiel, pokiaľ ide o emisie výfukových plynov. Prechod na používanie plynu je riešením ekologického problému v kombinácii s ekonomickým efektom.
Odolnosť proti opotrebovaniu a bezpečnosť plynového motora
Odolnosť motora proti opotrebovaniu úzko súvisí s interakciou paliva a motorového oleja. Jedným z nepríjemných javov pri benzínových motoroch je, že benzín zmýva olejový film z vnútorného povrchu valcov motora pri studenom štarte, kedy sa palivo dostáva do valcov bez vyparovania. Ďalej sa benzín v kvapalnej forme dostáva do oleja, rozpúšťa sa v ňom a riedi ho, čím sa zhoršujú jeho mazacie vlastnosti. Oba efekty urýchľujú opotrebovanie motora. GOS, bez ohľadu na teplotu motora, vždy zostáva v plynnej fáze, čo úplne eliminuje uvedené faktory. LPG (skvapalnený ropný plyn) nemôže preniknúť do valca, ako sa to stáva pri použití bežných kvapalných palív, takže nie je potrebné preplachovať motor. Hlava valcov a blok valcov sa menej opotrebúvajú, čo zvyšuje životnosť motora.
Pri nedodržaní pravidiel prevádzky a údržby predstavuje každý technický výrobok určité nebezpečenstvo. Inštalácie plynových fliaš nie sú výnimkou. Zároveň by sa pri určovaní potenciálnych rizík mali brať do úvahy také objektívne fyzikálne a chemické vlastnosti plynov, ako sú teplotné a koncentračné limity samovznietenia. Na to, aby došlo k výbuchu alebo vznieteniu, je potrebná tvorba zmesi paliva a vzduchu, to znamená objemové miešanie plynu so vzduchom. Prítomnosť plynu vo valci pod tlakom vylučuje možnosť vstupu vzduchu, zatiaľ čo v nádržiach s benzínom alebo naftou je vždy zmes ich pár a vzduchu.
Spravidla sa inštalujú do najmenej zraniteľných a štatisticky menej často poškodených oblastí auta. Na základe skutočných údajov bola vypočítaná pravdepodobnosť poškodenia a konštrukčného zlyhania karosérie auta. Výsledky výpočtu naznačujú, že pravdepodobnosť zničenia karosérie automobilu v oblasti, kde sa nachádzajú valce, je 1-5%.
Skúsenosti s prevádzkou plynových motorov u nás aj v zahraničí ukazujú, že motory na plyn sú v núdzových situáciách menej horľavé a výbušné.
Ekonomická realizovateľnosť aplikácie
Prevádzka vozidla pomocou GOS prináša asi 40% úsporu. Keďže zmes propánu a butánu je svojimi vlastnosťami najbližšia benzínu, jej použitie si nevyžaduje zásadné zmeny v konštrukcii motora. Univerzálny systém napájania motora udržuje plnohodnotný benzínový palivový systém a umožňuje jednoduchý prechod z benzínu na plyn a späť. Motor vybavený univerzálnym systémom môže bežať buď na benzín, alebo na plynové palivo. Náklady na premenu benzínového auta na zmes propán-bután sa v závislosti od zvoleného zariadenia pohybujú od 4 do 12 tisíc rubľov.
Pri produkcii plynu sa motor okamžite nezastaví, ale prestane pracovať po 2-4 km. Kombinovaný energetický systém „plyn plus benzín“ je 1000 km na jedno natankovanie oboch palivových systémov. Určité rozdiely v charakteristikách týchto druhov palív však stále existujú. Pri použití skvapalneného plynu je teda na vytvorenie iskry potrebné vyššie napätie v zapaľovacej sviečke. Môže prekročiť hodnotu napätia, keď auto beží na benzín o 10-15%.
Premena motora na plynové palivo zvyšuje jeho životnosť 1,5-2 krát. Činnosť zapaľovacieho systému sa zlepšuje, životnosť zapaľovacích sviečok sa zvyšuje o 40% a zmes plynu a vzduchu horí úplnejšie ako pri jazde na benzín. Usadzovanie uhlíka v spaľovacej komore, hlave valcov a piestoch sa znižuje so znížením množstva uhlíkových usadenín.
Ďalším aspektom ekonomickej uskutočniteľnosti použitia SPBT ako motorového paliva je, že používanie plynu nám umožňuje minimalizovať možnosť neoprávneného vysypania paliva.
Autá so systémom vstrekovania paliva vybavené plynovým zariadením sa ľahšie chránia pred krádežou ako autá s benzínovým motorom: odpojením a zobratím ľahko odnímateľného spínača spoľahlivo zablokujete prívod paliva a tým predídete krádeži. Takýto „blokátor“ je ťažké rozpoznať, ktorý slúži ako vážne zariadenie proti krádeži na neoprávnené naštartovanie motora.
Vo všeobecnosti je teda používanie plynu ako motorového paliva cenovo výhodné, ekologické a celkom bezpečné.
Jevgenij Konstantinov
Zatiaľ čo benzín a nafta neúprosne zdražujú a najrôznejšie alternatívne elektrárne 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 prevybavenie auta sa vďaka rozdielu v cene pohonných hmôt 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 prepne na plyn. Tu však vyvstáva logická otázka: prečo potom podiel vozidiel s plynovými fľašami v premávke u nás aj v zahraničí nepresahuje niekoľko percent? Aká je druhá strana plynovej fľaše?
Veda a život // Ilustrácie
Výstražné značky na čerpacích staniciach sú inštalované z nejakého dôvodu: každé pripojenie technologického plynovodu je potenciálnym miestom pre únik horľavého plynu.
Nádrže na skvapalnený plyn sú ľahšie, lacnejšie a tvarovo rozmanitejšie ako na stlačený plyn, a preto sa dajú ľahšie usporiadať na základe voľného miesta v aute a potrebnej výkonovej rezervy.
Upozorňujeme na rozdiel v cene kvapalných a plynných palív.
Valce so stlačeným metánom v zadnej časti stanovej Gazely.
Reduktor výparníka 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 distribuovaným vstrekovaním.
Propán-bután sa skladuje a prepravuje v cisternách (na foto - za modrou bránou). Vďaka tejto mobilite je možné čerpaciu stanicu umiestniť na akékoľvek vhodné miesto a v prípade potreby ju rýchlo presunúť na iné miesto.
Nielen autá, ale aj valce pre domácnosť sa tankujú na propánovom čerpadle.
Výdajný stojan na skvapalnený plyn vyzerá inak ako výdajný stojan na benzín, ale proces tankovania je podobný. Množstvo pridaného paliva sa meria v litroch.
Pojem „plynové automobilové palivo“ zahŕňa dve úplne odlišné zmesi zloženia: zemný plyn, v ktorom až 98 % tvorí metán, a propán-bután vyrobený z pridruženého ropného plynu. Okrem bezpodmienečnej horľavosti majú spoločný aj 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: je to to, čo sa plní do plynových fliaš pre domácnosť. Tvorí tiež podstatnú časť plynu, ktorý sa plytvá vo vzplanutiach ropných ťažobných a spracovateľských podnikov. Proporcionálne zloženie palivovej zmesi propán-bután sa môže meniť. Nejde ani tak o počiatočné zloženie ropného plynu, ale 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 dolnú hranicu teploty pre použitie paliva, ktorá z rovnakého dôvodu môže byť „leto“ a „zima“.
Relatívne 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. Pri tankovaní by vodiči propánových áut mali naplniť nádrž maximálne na 90 %, aby vo vnútri zostal priestor pre parný vankúš.
Tlak vo valci závisí predovšetkým od teploty okolia. Pri mínusových teplotách klesne pod jednu atmosféru, ale aj to stačí na zachovanie funkčnosti systému. Ale s otepľovaním rýchlo rastie. Pri 20°C je tlak vo valci už 3-4 atmosféry a pri 50°C dosahuje 15-16 atmosfér. Pre väčšinu automobilových plynových fliaš sú tieto hodnoty blízko maxima. To znamená, že ak sa v horúce popoludnie na južnom slnku prehreje, tmavé auto s fľašou so skvapalneným plynom na palube... Nie, nevybuchne, ako v hollywoodskom akčnom filme, ale začne uvoľňovať prebytočný propán- bután do atmosféry cez poistný ventil navrhnutý špeciálne pre takýto prípad . K večeru, keď sa opäť ochladí, bude paliva vo valci citeľne menej, ale nikoho a nič neublíži. Pravda, ako ukazujú štatistiky, jednotliví fanúšikovia dodatočných úspor na poistnom ventile sa z času na čas pridajú do kroniky incidentov.
Stlačený plyn
Iné princípy sú základom fungovania zariadení plynových fliaš pre vozidlá, ktoré spotrebúvajú zemný plyn ako palivo, bežne označovaný v bežnej reči ako metán kvôli jeho hlavnej zložke. Ide o ten istý plyn, ktorý sa potrubím dodáva 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 tekutého stavu sa mení až pri –164°C. Prítomnosť malého percenta nečistôt iných uhľovodíkov v zemnom plyne výrazne nemení vlastnosti čistého metánu. To znamená, že je neuveriteľne ťažké premeniť tento plyn na kvapalinu pre 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 až 6 atmosfér. Boli vytvorené prototypy vozidiel a čerpacích staníc pre túto možnosť paliva. 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 dostane na 200 atmosfér. V dôsledku toho by sila a teda aj hmotnosť takéhoto valca mala byť výrazne vyššia ako u propánového. Áno, a rovnaký objem stlačeného plynu sa hodí podstatne menej ako skvapalnený plyn (v móloch). A to je zníženie autonómie auta. Ďalším negatívom je cena. Výrazne väčšia bezpečnostná rezerva zabudovaná do metánových zariadení má za následok, že cena kompletnej súpravy do auta je takmer desaťkrát vyššia ako propánová výbava podobnej triedy.
Metánové fľaše sa dodávajú v troch veľkostiach, z ktorých len tú najmenšiu s objemom 33 litrov je možné umiestniť do osobného auta. Aby sa však zabezpečil garantovaný dojazd tristo kilometrov, je potrebných päť takýchto valcov s celkovou hmotnosťou 150 kg. Je jasné, že v kompaktnom mestskom kolotoči nemá zmysel neustále prevážať 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 tento trik v našich klimatických podmienkach nebude fungovať. Auto fakticky zostane dvojpalivové. Dôvodom je práve skvapalnený charakter plynu. Presnejšie povedané, plyn sa prudko ochladzuje počas procesu aktívneho odparovania. V dôsledku toho výrazne klesá teplota vo valci a najmä v reduktore plynu. Aby sa zabránilo zamrznutiu zariadenia, je prevodovka vyhrievaná integrovaním výmenníka tepla pripojeného k chladiacemu systému motora. Aby však tento systém začal fungovať, musí byť kvapalina v potrubí predhriata. Preto sa odporúča naštartovať a zohriať motor pri okolitej teplote pod 10°C výhradne na benzín. A až potom, keď motor dosiahne prevádzkovú teplotu, prepnúť na plyn. Moderné elektronické systémy však všetko spínajú samy, bez asistencie vodiča, automaticky riadia teplotu a bránia zamrznutiu zariadenia. Je pravda, že na udržanie správnej činnosti elektroniky v týchto systémoch nemôžete úplne vyprázdniť nádrž na plyn, a to ani v horúcom počasí. Režim štartovania plynu je pre takéto zariadenie núdzový a systém je možné naň násilne prepnúť iba v prípade núdze.
Metánové vybavenie nemá problémy so zimným štartovaním. Naopak, s týmto plynom je v chladnom počasí ešte jednoduchšie naštartovať motor ako s benzínom. 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 na premenu na plyn sú 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, a to je ešte dôležitejšie, kvapalné palivo slúži na chladenie vlastných vstrekovačov s priamym vstrekovaním. Bez nej veľmi rýchlo zlyhávajú z prehriatia.
Existujú možnosti riešenia tohto problému, minimálne dve. Prvý premení motor na dvojpalivový motor. Bol vynájdený pomerne dávno, ešte pred príchodom priameho vstrekovania do benzínových motorov, a bol navrhnutý na prispôsobenie dieselových motorov na poháňanie metánu. Plyn sa v dôsledku kompresie nezapáli, a preto „sýtená nafta“ začína na naftu a pokračuje v prevádzke pri voľnobežných otáčkach a minimálnom zaťažení. A potom príde na rad plyn. Vďaka jeho napájaniu je rýchlosť otáčania kľukového hriadeľa riadená v režime strednej a vysokej rýchlosti. Na tento účel vstrekovacie čerpadlo (vysokotlakové palivové čerpadlo) obmedzuje dodávku kvapalného paliva na 25-30% menovitej hodnoty. Metán vstupuje do motora vlastným potrubím a obchádza vstrekovacie čerpadlo. Neexistujú žiadne problémy s jeho mazaním v dôsledku zníženia dodávky motorovej nafty pri vysokých rýchlostiach. Vstrekovače nafty sú naďalej chladené palivom, ktoré cez ne prechádza. Je pravda, že tepelné zaťaženie na nich pri vysokých rýchlostiach 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 nápadom opustiť tradičnú prevodovku s výparníkom a do motora privádzať 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 v závislosti od situácie spájal plynové alebo benzínové vedenie. Nový systém zároveň stratil tradičné problémy so studenými štartmi na plyn: žiadne vyparovanie – žiadne chladenie. Je pravda, že náklady na vybavenie motorov s priamym vstrekovaním sú v oboch prípadoch také, že sa oplatí len pri veľmi dlhom nájazde.
Mimochodom, ekonomická realizovateľnosť obmedzuje používanie plynového zariadenia v dieselových motoroch. Z výhodných dôvodov sa pre motory so vznetovým motorom používa iba metánové zariadenie a jeho charakteristiky sú vhodné len pre motory ťažkých zariadení vybavené tradičnými vstrekovacími čerpadlami paliva. Faktom je, že prestavba malých, úsporných osobných motorov z naftových na plynové sa nevypláca a vývoj a technická realizácia zariadenia na plynové valce pre najnovšie motory so spoločnou palivovou koľajnicou (common rail) sa považuje za ekonomicky neopodstatnenú. súčasnosť.
Pravda, existuje aj iný, alternatívny spôsob premeny nafty na plyn – prostredníctvom kompletnej prestavby na plynový motor so zážihovým zapaľovaním. V takomto motore sa kompresný pomer zníži na 10-11 jednotiek, objavia sa sviečky a vysokonapäťová elektrika a s naftou sa navždy rozlúči. Ale začne bezbolestne konzumovať benzín.
Pracovné podmienky
Staré sovietske pokyny na premenu benzínových áut 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, ktoré jazdili na benzín s oktánovým číslom 76 a nižším. Metán má oktánové číslo 117, zatiaľ čo zmesi propán-bután majú oktánové číslo okolo sto. Oba typy plynového paliva sú teda podstatne menej náchylné na detonáciu ako benzín a umožňujú zvýšenie kompresného pomeru 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 v sacom trakte miešajú so vzduchom v úplne odlišných pomeroch, a preto pri použití propán-butánu a najmä metánu musí motor bežať na výrazne chudobnejšiu zmes. Výsledkom je pokles 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 každého konkrétneho motora nezmenený. Jednoducho sa pohybuje nadol pozdĺž „osi newtonmetra“.
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 automobilu, organizuje dodávku paliva tak, aby aspoň z polovice kompenzoval vyššie uvedenú medzeru 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 jasne monitoruje požadované načasovanie zapaľovania, ktoré by pri prepnutí na plyn malo byť väčšie ako pri benzíne, všetko ostatné je 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 zmenšuje. Zimné štartovanie na metáne je pre neho navyše oveľa užitočnejšie ako na benzíne: plyn nezmýva olej zo stien valcov. A vo všeobecnosti plynové palivo neobsahuje katalyzátory starnutia kovov, dokonalejšie spaľovanie paliva znižuje toxicitu výfukových plynov a uhlíkové usadeniny vo valcoch.
Autonómne plávanie
Asi najvýraznejšou nevýhodou plynového auta je jeho obmedzená autonómia. Po prvé, spotreba plynového paliva, ak sa počíta podľa objemu, je väčšia ako spotreba benzínu a najmä nafty. A po druhé, plynové auto sa ukáže byť viazané na zodpovedajúce čerpacie stanice. V opačnom prípade sa bod jeho premeny na alternatívne palivo začína blížiť k nule. Ťažké to majú najmä tí, ktorí jazdia na metáne. Metánových čerpacích staníc je veľmi málo a všetky sú napojené na hlavné plynovody. Sú to jednoducho malé kompresorové stanice na vetvách hlavného potrubia. Koncom 80-tych – začiatkom 90-tych rokov dvadsiateho storočia sa naša krajina snažila v rámci štátneho programu aktívne premieňať dopravu na metán. Vtedy vzniklo najviac metánových čerpacích staníc. Do roku 1993 ich bolo postavených 368 a odvtedy tento počet rástol, ak vôbec, len mierne. 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, ale z hľadiska pracovníkov plynu. Preto len vo veľmi zriedkavých prípadoch boli čerpacie stanice umiestnené priamo pri diaľnici a takmer nikdy vo vnútri megacities. Takmer všade si na natankovanie metánu treba urobiť niekoľkokilometrovú obchádzku do nejakej priemyselnej zóny. Pri plánovaní diaľkovej trasy si preto treba tieto čerpacie stanice vyhľadať a zapamätať si ich vopred. 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. Ibaže na jednej z týchto čerpacích staníc náhle zlyhá filtračný alebo sušiaci systém.
Propán-bután je možné prepravovať v cisternách a vďaka tejto vlastnosti je geografia čerpacích staníc preň výrazne širšia. V niektorých regiónoch s ním môžete natankovať aj v najodľahlejšom vnútrozemí. Ale tiež by nezaškodilo preskúmať dostupnosť propánových čerpacích staníc pozdĺž vašej nadchádzajúcej trasy, aby ich náhla absencia na diaľnici nebola nepríjemným prekvapením. Zároveň skvapalnený plyn vždy ponecháva určité riziko používania paliva, ktoré je mimo sezóny alebo jednoducho nekvalitné.
STROJNÉ INŽINIERSTVO
MDT 62l.43.052
TECHNICKÁ REALIZÁCIA ZMENY KOMPLEXNÉHO POMERU KOMPLETNÉHO 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 ZMENY STUPŇA KOMPRESIE MOTORA MALÉHO AUTOMOBILU,
ČO FUNGUJE NA ZEMNÝ PLYN?
F.I. Abramchuk, profesor, doktor technických vied, O.M. Kabanov, docent, kandidát technických vied,
A.P. Kuzmenko, postgraduálny študent, KhNADU
Abstraktné. Boli oznámené výsledky technickej realizácie zmeny kompresného stupňa motora MeMZ-307 a opätovného vybavenia na prevádzku na zemný plyn.
Kľúčové slová: kompresný stupeň, automobilový motor, 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 sú poháňané zemným plynom, závisí od správneho výberu parametrov hlavného prevádzkového procesu, ktoré určujú ich technické, ekonomické a environmentálne charakteristiky. V prvom rade sa to týka voľby kompresného pomeru.
Zemný plyn s vysokým oktánovým číslom (110-130) vám umožňuje zvýšiť kompresný pomer. Maximálna hodnota stupňa
kompresiu, ktorá eliminuje detonáciu, je možné zvoliť na prvú aproximáciu výpočtom. Overiť a objasniť vypočítané údaje je však možné len experimentálne.
Analýza publikácií
Pri práci pri prestavbe benzínového motora (Vh = 1 l) automobilu VW POLO na zemný plyn sa zjednodušil tvar odpaľovacej plochy piesta. Zmenšenie objemu kompresnej komory viedlo k zvýšeniu kompresného pomeru z 10,7 na 13,5.
Na motore D21A bol piest ďalej spracovaný, aby sa znížil kompresný pomer z 16,5 na 9,5. Pologuľová spaľovacia komora pre dieselový motor bola upravená tak, aby vyhovovala pracovnému procesu plynového motora so zážihovým zapaľovaním.
Pri prestavbe dieselového motora YaMZ-236 na plynový motor sa tiež znížil kompresný pomer z 16,2 na 12 kvôli dodatočnému spracovaniu piestu.
Stanovenie cieľa a problému
Cieľom práce je vyvinúť návrh častí spaľovacej komory motora MeMZ-307, umožňujúcich kompresný pomer e = 12 a e = 14 pre experimentálne štúdie.
Výber prístupu k zmene kompresného pomeru
Pre maloobjemový benzínový motor prerobený na plyn znamená zmena kompresného pomeru zvýšenie v porovnaní so základným spaľovacím motorom. Existuje niekoľko spôsobov, ako dokončiť 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 v konštrukcii a prevádzke, vyžadujú značné zmeny v konštrukcii a sú tiež prvkom nespoľahlivosti motora.
Kompresný pomer je možné 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 paliva. Okrem toho sa tento spôsob regulácie kompresného pomeru vyznačuje nízkou presnosťou, pretože hodnota e bude závisieť od sily utiahnutia matíc na čapoch hlavy valcov a kvality tesnení. Najčastejšie sa táto metóda používa na zníženie kompresného pomeru.
Použitie obloženia piestu je technicky náročné, pretože vzniká problém spoľahlivého pripevnenia relatívne tenkého obloženia (asi 1 mm) k piestu a spoľahlivého fungovania tohto upevnenia v podmienkach spaľovacej komory.
Najlepšou možnosťou je vyrábať súpravy piestov, z ktorých každý poskytuje daný kompresný pomer. Táto metóda vyžaduje čiastočnú demontáž motora na zmenu kompresného pomeru, ale poskytuje dostatočne vysokú presnosť hodnoty e v experimente a spoľahlivú prevádzku motora so zmeneným kompresným pomerom (pevnosť a spoľahlivosť konštrukčných prvkov motora je neznížené). Okrem toho je táto metóda relatívne lacná.
Výsledky výskumu
Podstatou úlohy bolo využiť pozitívne vlastnosti zemného plynu (vysoké oktánové číslo) a zvláštnosti tvorby zmesi na kompenzáciu straty výkonu pri chode motora na toto palivo. Na splnenie 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 piestové sady, ktoré poskytujú iné stredné kompresné pomery.
Pre technickú realizáciu uvedených kompresných pomerov boli vykonané výpočty, vývoj konštrukcie a experimentálne overené objemy kompresných komôr metódou liatia. Výsledky preplachovania sú uvedené v tabuľkách 1 a 2.
Tabuľka 1 Výsledky preplachovania spaľovacej komory v hlave valcov
1 cylindr. 2 cyl. 3 cyl. 4 val.
22,78 22,81 22,79 22,79
Tabuľka 2 Výsledky preplachovania spaľovacej komory v piestoch (piest 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. Vyhĺbenie piesta vzhľadom na rovinu bloku valcov je 0,5 mm, čo bolo stanovené pomocou meraní.
V súlade s tým bude objem spaľovacej komory V pozostávať z objemu v hlave valca V, objemu v pieste V a objemu medzery medzi piestom a hlavou valca (ponorenie piesta vzhľadom na rovinu valca). blok valcov + hrúbka tesnenia) V = 6,6 cm3.
Us = 22,79 + 9,7 + 4,4 = 36,89 (cm3).
Padlo rozhodnutie zmeniť kompresný pomer zmenou objemu spaľovacieho priestoru zmenou geometrie hlavy piestu, nakoľko tento spôsob umožňuje realizovať všetky varianty kompresného pomeru a zároveň je možné vrátiť sa do sériovej konfigurácie.
Na obr. 1 je znázornené sériové usporiadanie častí spaľovacej komory s objemami piestov UP = 7,5 cm3.
Ryža. 1. Sériová konfigurácia častí spaľovacej komory Ус = 36,9 cm3 (е = 9,8)
Na získanie kompresného pomeru e = 12 stačí vybaviť 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
stropy V tomto prípade sa objem kompresnej komory rovná
Us = 36,9 - 7,4 = 29,5 (cm3).
V tomto prípade zostáva medzera medzi piestom a hlavou valca 8 = 1,5 mm. Konštrukcia spaľovacej komory, poskytujúca є = 12, je znázornená na obr. 2.
Ryža. 2. Kompletná sada dielov pre spaľovaciu komoru plynového motora pre dosiahnutie kompresného pomeru є = 12 (Uc = 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 dva ventilové otvory s celkovým objemom 0,2 cm3. Objem kompresnej komory sa zmenší o
DU = - A = . 0,1 = 4,42 (cm3).
Táto konfigurácia častí spaľovacej komory dáva objem
Us = 29,4 - 4,22 = 25,18 (cm3).
Na obr. Obrázok 3 zobrazuje konfiguráciu spaľovacej komory poskytujúcu kompresný pomer є = 13,9.
Medzera medzi nástrelnou plochou piestu a hlavou valca je 0,5 mm, čo je dostatočné pre normálnu prevádzku dielov.
Ryža. 3. Kompletná sada dielov pre spaľovaciu komoru plynového motora s e = 13,9 (Uc = 25,18 cm3)
1. Zjednodušenie geometrického tvaru nástrelnej plochy piesta (plochá hlava s dvoma malými vybraniami) umožnilo zvýšiť kompresný pomer z 9,8 na 12.
2. Zníženie medzery na 5 = 0,5 mm medzi hlavou valca a piestom v TDC a zjednodušenie geometrického tvaru palebnej plochy
povrch piesta umožnil zvýšiť є na 13,9 jednotiek.
Literatúra
1. Na základe materiálov zo stránky: www.empa.ch
2. Bgantsev V.N. Na báze plynového motora
štvortaktný dieselový motor 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-experiment-
ďalšie vyšetrovanie plynového motora prerobeného z naftového motora / V.I. Zacharčuk, O.V. Sitovský, I.S. Kozachuk // Automobilová doprava: zber. vedecký tr. -Charkov: KHNADU. - 2005. - Vydanie. 16. -
4. Bogomolov V.A. Dizajnové prvky
experimentálne zariadenie na vykonávanie výskumu plynového motora 64 13/14 so zážihovým zapaľovaním / V.A. Bogomolov, F.I. Abramchuk, V.M. Ma-noilo a ďalší // Bulletin KhNADU: zbierka. vedecký tr. - Charkov: KHNADU. -2007. - Č. 37. - S. 43-47.
Recenzent: M. A. Podrigalo, profesor, doktor technických vied, KhNADU.
Dieselový motor bežiaci výlučne na metán ušetrí až 60% z výšky bežných nákladov a samozrejme výrazne znížiť znečistenie životného prostredia.
Takmer každý dieselový motor dokážeme premeniť na metán ako palivo pre plynové motory.
Nečakajte na 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 podstatne vyššiu teplotu vznietenia ako motorová nafta (nafta - 300-330 C, metán - 650 C), čo sa nedá dosiahnuť pri kompresných pomeroch používaných v dieselových motoroch.
Druhým dôvodom, prečo naftový motor nemôže pracovať na plynné palivo, je fenomén detonácie, t.j. neštandardné (výbušné spaľovanie paliva, ku ktorému dochádza pri nadmernom kompresnom pomere. Pri vznetových motoroch sa používa kompresný pomer zmesi paliva a vzduchu 14-22 krát, metánový motor môže mať kompresný pomer až 12-16 krát.
Preto na premenu naftového motora na režim plynového motora budete musieť urobiť dve hlavné veci:
- Znížte kompresný pomer motora
- Nainštalujte systém zapaľovania
Po týchto úpravách bude váš motor bežať len na metán. Návrat do dieselového režimu je možný až po vykonaní špeciálnych prác.
Viac informácií 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 najazdených kilometrov na naftu pred prestavbou motora a nákladmi na nákup plynového paliva.
Napríklad pre nákladné vozidlo Freigtleiner Cascadia bola priemerná spotreba nafty 35 litrov na 100 km a po prestavbe na pohon na metán bola spotreba plynového paliva 42 nm3. metán Potom, s nákladmi na motorovú naftu 31 rubľov, 100 km. najazdené kilometre spočiatku stáli 1 085 rubľov a po prepočte, pričom náklady na metán boli 11 rubľov za bežný meter kubický (nm3), 100 km najazdených kilometrov začalo stáť 462 rubľov.
Úspory dosiahli 623 rubľov na 100 km alebo 57%. Ak vezmeme do úvahy ročný počet najazdených kilometrov 100 000 km, ročné úspory dosiahli 623 000 rubľov. Náklady na inštaláciu propánu na tomto aute boli 600 000 rubľov. Doba návratnosti systému bola teda približne 11 mesiacov.
Ďalšou výhodou metánu ako paliva pre plynové motory je, že je mimoriadne ťažké ho ukradnúť a takmer nemožné ho „vypustiť“, pretože za normálnych podmienok je to plyn. Z rovnakých dôvodov sa nemôže predať.
Spotreba metánu po prestavbe naftového motora do režimu plynového motora sa môže pohybovať od 1,05 do 1,25 nm3 metánu na liter spotreby nafty (v závislosti od konštrukcie naftového motora, jeho opotrebovania a pod.).
Môžete si prečítať príklady z našich skúseností so spotrebou metánu nami prerobenými naftovými motormi.
V priemere, pre predbežné výpočty, dieselový motor pri prevádzke 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 môžete natankovať metán?
V krajinách SNŠ je ich viac 500 čerpacích staníc CNG, pričom Rusko má na konte viac ako 240 čerpacích staníc CNG.
Aktuálne informácie o polohe a otváracích hodinách čerpacích staníc CNG si môžete pozrieť na interaktívnej mape nižšie. Mapa s láskavým dovolením gazmap.ru
A ak vedľa vášho vozového parku vedie plynové potrubie, potom má zmysel zvážiť možnosti výstavby vlastnej čerpacej stanice CNG.
Stačí nám zavolať a my vám radi poradíme so všetkými možnosťami.
Koľko kilometrov bude na jednej čerpacej stanici metánu?
Metán na palube vozidla je uložený 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 paliva pre plynové motory.
RAGSK LLC používa vo svojej práci vysokokvalitné kovoplastové kompozitné valce (Typ-2), certifikované pre použitie v Ruskej federácii.
Vnútro týchto valcov je vyrobené z vysoko pevnej chróm-molybdénovej ocele a vonkajšok je obalený sklolaminátom a vyplnený epoxidovou živicou.
Na uskladnenie 1 nm3 metánu je potrebných 5 litrov objemu hydraulického valca, t.j. napríklad 100 litrová fľaša umožňuje uskladniť približne 20 nm3 metánu (v skutočnosti o niečo viac, pretože metán nie je ideálny plyn a je lepšie stlačený). Hmotnosť 1 litra hydrauliky 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:
Zostavený 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 na metáne pre vaše auto môžete získať vyplnením žiadosti o konverziu kliknutím na červené tlačidlo 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? pozri 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).
Sada komponentov na inštaláciu na motor bude vyzerať asi takto:
Zmení sa výkon motora pri jazde na metán?
Výkon Existuje všeobecný názor, že motor pri použití metánu stráca až 25 % výkonu. Tento názor platí pre dvojpalivové benzínovo-plynové motory a čiastočne platí pre naftové motory s prirodzeným nasávaním.Pri moderných motoroch vybavených preplňovaním je tento názor mylný.
Vysoká životnosť pôvodného dieselového motora, navrhnutého na prevádzku s kompresným pomerom 16-22-krát, a vysoké oktánové číslo plynového paliva nám umožňujú použiť kompresný pomer 12-14-krát. Tento vysoký kompresný pomer vám umožňuje získať rovnaké (a ešte väčšie) výkonové hustoty, pracujúci na stechiometrických palivových zmesiach.Splnenie noriem toxicity vyšších ako EURO-3 však nie je možné a zvyšuje sa aj tepelné namáhanie prerobeného motora.
Moderné nafukovacie dieselové motory (najmä s medzichladením nafukovacieho vzduchu) umožňujú prevádzku na výrazne chudobných zmesiach pri zachovaní výkonu pôvodného naftového motora, zachovaní tepelného režimu v rovnakých medziach a splnení 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 do sacieho potrubia za účelom udržania prijateľnej prevádzkovej teploty a splnenia emisných noriem EURO-4
Typ typickej závislosti výkonu od otáčok motora podľa typu paliva:
Radikálnym riešením problému posunu vrcholového momentu pre plynový motor je výmena turbíny za špeciálny typ predimenzovanej turbíny s vysokootáčkovým elektromagnetickým ventilom wastegate. Vysoké náklady na takéto riešenie nám však nedávajú možnosť využiť ho na individuálnu konverziu.
Spoľahlivosť Životnosť motora sa výrazne zvýši. Pretože spaľovanie plynu prebieha rovnomernejšie ako nafta, kompresný pomer plynového motora je nižší ako u dieselového motora a plyn neobsahuje cudzie nečistoty, na rozdiel od motorovej nafty. Motory na olej a plyn sú náročnejšie na kvalitu oleja. Odporúčame používať kvalitné celoročné oleje tried SAE 15W-40, 10W-40 a meniť olej 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 vyššieho obsahu vody v splodinách spaľovania zmesí plyn-vzduch 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 síranového 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 motorom veľmi tichý automobil. Hlučnosť klesne podľa prístrojov o 10-15 dB, čo zodpovedá 2-3x tichšej prevádzke podľa subjektívnych pocitov.Samozrejme, nikto sa nestará o životné prostredie. Ale aj tak…?
Motor na metánový plyn je výrazne lepší vo všetkých ekologických charakteristikách ako motor s podobným výkonom, ktorý poháňa naftu a je na druhom mieste po elektrických a vodíkových motoroch z hľadiska emisií.
Toto je obzvlášť viditeľné v takom dôležitom ukazovateli pre veľké mestá, akým je dym. Všetkých obyvateľov mesta dosť otravujú dymiace chvosty za LIAZmi.Toto sa pri metáne nestane, keďže pri horení plynu nevznikajú sadze!
Ekologická 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 ešte raz si ich pripomeňme.
Ide o ekologický výfuk, ktorý spĺňa súčasné a dokonca budúce zákonné emisné požiadavky. V rámci kultu globálneho otepľovania je to dôležitá výhoda, pretože normy Euro 5, Euro 6 a všetky nasledujúce normy budú bezpodmienečne zavedené a problém s výfukom bude potrebné vyriešiť tak či onak. Do roku 2020 budú môcť nové vozidlá v Európskej únii produkovať v priemere maximálne 95 g CO2 na kilometer. Do roku 2025 sa môže táto prípustná hranica ešte znížiť. Metánové motory sú schopné splniť tieto normy toxicity, a to nielen vďaka nižším emisiám CO2. Emisie pevných častíc z plynových motorov sú tiež nižšie ako u benzínových alebo naftových motorov.
Okrem toho palivo pre plynový motor nezmýva olej zo stien valcov, čo spomaľuje ich opotrebovanie. Podľa propagátorov paliva pre plynové motory sa životnosť motora magicky výrazne zvyšuje. O tepelnom namáhaní plynom poháňaného motora zároveň skromne mlčia.
A hlavnou výhodou paliva pre plynové motory je cena. Cena a len cena pokrýva všetky nedostatky plynu ako motorového paliva. Ak sa bavíme o metáne, tak ide o nerozvinutú sieť čerpacích staníc CNG, ktorá doslova spája plynové auto s čerpacou stanicou. Počet čerpacích staníc so skvapalneným zemným plynom je zanedbateľný, tento typ plynového motorového paliva je dnes úzko špecializovaným produktom. Okrem toho plynové zariadenia zaberajú časť kapacity užitočného zaťaženia a využiteľného priestoru; plynové zariadenia sú problematické a nákladné na údržbu.
Technický pokrok dal vzniknúť takému typu motora, akým je plyn-diesel, ktorý žije v dvoch svetoch: naftový a plynový. Ale ako univerzálny prostriedok plynová nafta plne neuvedomuje možnosti oboch svetov. Nie je možné optimalizovať spaľovanie, účinnosť alebo emisie pre dve palivá toho istého motora. Na optimalizáciu cyklu plyn-vzduch potrebujete špecializovaný nástroj - plynový motor.
Dnes všetky plynové motory využívajú externú tvorbu zmesi plynu a vzduchu a zapaľovanie zo zapaľovacej sviečky, ako v benzínovom motore s karburátorom. Alternatívne možnosti sú vo vývoji. Zmes plynu a vzduchu vzniká v sacom potrubí vstrekovaním plynu. Čím bližšie k valcu tento proces prebieha, tým rýchlejšia je odozva motora. V ideálnom prípade by mal byť plyn vstrekovaný priamo do spaľovacej komory, ako je uvedené nižšie. Zložitosť ovládania nie je jedinou nevýhodou vonkajšej tvorby zmesi.
Vstrekovanie plynu riadi elektronická jednotka, ktorá reguluje aj časovanie zapaľovania. Metán horí pomalšie ako motorová nafta, to znamená, že zmes plynu a vzduchu by sa mala vznietiť skôr, uhol predstihu sa tiež nastavuje v závislosti od zaťaženia. Okrem toho metán vyžaduje nižší kompresný pomer ako motorová nafta. Takže v motore s prirodzeným nasávaním je kompresný pomer znížený na 12–14. Nasávané motory sa vyznačujú stechiometrickým zložením 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 35%, kým atmosférického dieselového motora je 40%.
Automobilky odporúčajú v plynových motoroch používať špeciálne motorové oleje, ktoré sa vyznačujú odolnosťou voči vode, nízkym obsahom síranového popola a zároveň vysokým základným číslom, avšak celoročné oleje pre naftové motory triedy SAE 15W-40 a 10W-40 sú nie sú 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 sa výrazne zvyšuje tepelné namáhanie motora. Pre porovnanie, účinnosť preplňovaného dieselového motora dosahuje 50 %.
Zvýšené tepelné namáhanie plynového motora je spojené s nemožnosťou prečistenia spaľovacieho priestoru pri zatvorených ventiloch, kedy sú výfukové a sacie ventily súčasne otvorené na konci výfukového zdvihu. Prúdenie čerstvého vzduchu, najmä v preplňovanom motore, by mohlo ochladzovať povrchy spaľovacej komory, čím by sa znížilo tepelné namáhanie motora, a tiež by sa znížilo zahrievanie čerstvej náplne, zvýšilo by sa tým faktor plnenia, ale pre plynový motor, prekrytie ventilov je neprijateľné. Vzhľadom na vonkajšiu tvorbu zmesi plynu a vzduchu je vzduch vždy privádzaný do valca spolu s metánom a výfukové ventily musia byť v tomto čase zatvorené, aby sa zabránilo vniknutiu metánu do výfukového traktu a následnému výbuchu.
Znížený kompresný pomer, zvýšené tepelné namáhanie a vlastnosti obehu plyn-vzduch si vyžadujú zodpovedajúce zmeny, najmä v chladiacom systéme, v konštrukcii vačkového hriadeľa a častí CPG, ako aj v materiáloch, ktoré sa na ne používajú, aby sa zachoval výkon. a životnosťou. Náklady na plynový motor sa teda až tak nelíšia od nákladov na dieselový ekvivalent, ak nie vyššie. Plus náklady na plynové zariadenie.
Vlajková loď domáceho automobilového priemyslu KAMAZ PJSC sériovo vyrába plynové 8-valcové motory v tvare V radu KamAZ-820.60 a KamAZ-820.70 s rozmermi 120x130 a zdvihovým objemom 11 762 litrov. Pre plynové motory sa používa CPG, ktorý poskytuje kompresný pomer 12 (dieselový KamAZ-740 má kompresný pomer 17). Vo valci je zmes plynu a vzduchu zapálená zapaľovacou sviečkou inštalovanou namiesto vstrekovača.
Pre ťažké úžitkové vozidlá s plynovými motormi sa používajú špeciálne zapaľovacie sviečky. Federal-Mogul tak dodáva na trh zapaľovacie sviečky s irídiovou centrálnou elektródou a bočnou elektródou z irídia alebo platiny. Konštrukcia, materiály a charakteristiky elektród a samotných zapaľovacích sviečok zohľadňujú prevádzkovú teplotu ťažkého vozidla, ktoré sa vyznačuje 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, zabezpečuje ochranu proti vznieteniu metánu v sacom potrubí v prípade poruchy zapaľovacieho systému alebo poruchy ventilu, ako aj ochranu motora pred núdzovými režimami, udržiava danú rýchlosť vozidla, zabezpečuje obmedzenie krútiaceho momentu na hnacie kolesá vozidla a autodiagnostika pri zapnutí systému. .
KAMAZ do značnej miery zjednotil diely plynových a naftových motorov, ale nie všetky a mnoho navonok podobných dielov pre dieselové motory - kľukový hriadeľ, vačkový hriadeľ, piesty s ojnicami a krúžkami, hlavy valcov, turbodúchadlo, vodné čerpadlo, olejové čerpadlo, sacie potrubie , olejová vaňa, skriňa zotrvačníka - nevhodné pre plynové motory.
V apríli 2015 KAMAZ spustil zbor 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 montáž plynového zariadenia a vykonanie celého skúšobného cyklu, ako aj na zábeh vozidiel a podvozkov. Zároveň sú plne odskúšané a zabehnuté aj plynové motory KAMAZ (vrátane modernizovaných komponentmi BOSCH) montované vo výrobe motorov.
Avtodiesel (Yaroslavl Motor Plant) v spolupráci s Westportom vyvinul a vyrába rad plynových motorov založených na rade 4- a 6-valcových radových motorov YaMZ-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, ktoré vedie Robert Bosch GmbH v spolupráci s Daimler AG a Stuttgartským výskumným inštitútom pre automobilovú techniku a motory (FKFS). Nemecké ministerstvo hospodárstva a energetiky podporilo projekt sumou 3,8 milióna eur, čo v skutočnosti nie je až tak veľa. Projekt potrvá od roku 2015 do januára 2017. Na-gora musí zabezpečiť priemyselný návrh systému priameho vstrekovania metánu a nemenej dôležitú technológiu na jeho výrobu.
V porovnaní so súčasnými systémami, ktoré používajú viacbodové vstrekovanie plynu do sacieho potrubia, môže pokročilý systém priameho vstrekovania zvýšiť krútiaci moment v spodnej časti o 60 %, čím sa eliminuje slabé miesto plynového motora. Priame vstrekovanie rieši celý komplex „detských“ chorôb plynového motora, ktoré sú spojené s tvorbou vonkajšej zmesi.
Projekt Direct4Gas vyvíja systém priameho vstrekovania, ktorý môže byť spoľahlivý a utesnený a môže dávkovať presné množstvo plynu na vstrekovanie. Úpravy na samotnom motore sú obmedzené na minimum, aby priemysel mohol používať rovnaké 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 vznietenia a tvorbu toxických plynov. Dlhodobým cieľom konzorcia je vytvárať podmienky, za ktorých môže technológia vstúpiť na trh.
Plynové motory sú teda mladou oblasťou, ktorá ešte nedosiahla technologickú zrelosť. Zrelosť príde, keď Bosch a jeho priatelia vytvoria technológiu na priame vstrekovanie metánu do spaľovacej komory.
