РАБОТА ДВИГАТЕЛЕЙ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ НА ГАЗОВОМ ТОПЛИВЕ

 

Почтовой А.П., Афанасьев Д. (БГИТА, г.Брянск, РФ)

                    

Work of engines of vehicles on gas fuel.

                                               

Начиная с 1981 года, в нашей стране осуществляется крупномасштабная программа использования газового топлива для двигателей внутреннего сгорания, а также замена жидкого моторного топлива природным газом. В крупных городах-мегаполисах страны в Москве, С-Петербурге, Киеве и других, а также в курортных зонах страны в районе Сочи, Симферополя- Севастополя весь городской транспорт, в том числе и такси, автомобили ЖКХ, почтовой связи и другие были переведены на газовое топливо с целью уменьшения загрязнения окружающей среды. Постоянно расширяется строительство и ввод в эксплуатацию сети автомобильных газонаполнительных станций (АГНКС), газобаллонного оборудования (ГБО), приборов, аппаратуры, компрессорного и насосного технического оборудования. При этом уделяется большое внимание безопасным условиям заправки, эксплуатации газобаллонных автомобилей и организации технического обслуживания, ремонта.

  Чтобы автомобильный транспорт меньше загрязнял окружающую среду, должно использоваться глубокоочищенное экологически чистое моторное топливо. Одним из таких топлив в настоящее время является природный газ. Он не требует больших затрат при очистке, дешевле бензина, заметно снижает токсичность отработавших газов при применении в двигателях внутреннего сгорания.

  Газовые двигатели начали применять в народном хозяйстве нашей страны, особенно нефтяной и газовой промышленности, в тридцатые годы двадцатого века. Но первый большой толчок в их применении можно считать послевоенные годы с 1946 года при восстановлении разрушенного войной народного хозяйства.

  Правительством СССР были закуплены у иностранных фирм: «Интерсол-Ренд», «Кларк», «Купер-Бессемер», «Вортингтон» газомотор-компрессоры (ГМК) для строительства  и эксплуатации газопроводов Дашава – Киев – Москва, Саратов – Москва и другие. Они предназначались для перекачки природного газа по газопроводам для нужд крупных городов, их промышленности и бытовых нужд ЖКХ. Газомотор-компрессоры  использовались также в нефтяной и газовой промышленности для перекачки газа на химических заводах для технологических целей.

  Газомотор-компрессор (ГМК) фирмы «Интерсол-Ренд» представляет собой V- образный тихоходный 8-ми цилиндровый газовый двигатель с углом развала блоков цилиндров 600. Главным шатуном в кривошипно-шатунных механизмах двигателя является шатун горизонтально расположенного компрессора, к нему крепятся с помощью пальцев прицепные шатуны двигателя. Двигатель работает на перекачиваемом газе. Запуск двигателя осуществляется сжатым воздухом из баллонов, в котрых он сжимается под давлением 2,0-2,5 МПа.

  Таким образом цилиндры двигателя работают на природном газе, этот же газ в боковых цилиндрах компрессоров сжимается до 1,2 или 2,4 МПа и подается в газовую магистраль.

  Уже в 1945-50 годах в конструкторском бюро завода «Двигатель революции» в городе Нижний Новгород под руководством Друщица Г.К. и Медведева И.П. были разработаны первые образцы и начато серийное производство отечественных ГМК 8ГК – 4х тактных мощностью 220 кВт при 300 об/мин.

  Под руководством Седойкина Г.С. и Степанова М.Г. был создан ГМК 10ГКН с наддувом – мощностью 1472 кВт при 300 об/мин. Он находится в серийном производстве с 1964 года.

  Газотурбинный наддув был осуществлен с помощью Центрального научно-исследовательского дизельного института (ЦНИДИ) г. С-Петербург.

  Позже были изготовлены ГМК мощностью Ne=1472 кВт (модернизированный) и Ne=4416 кВт для магистральных газопроводов с диаметром газовых труб 1000-1200 мм.

  Применение газового топлива в двигателях современных транспортных средств с целью уменьшения экологического загрязнения окружающей среды является вторым толчком развития газовых двигателей.

  Газовые двигатели, применяемые в настоящее время, можно разделить на 4 группы.

1.   Бензиновые двигатели, оснащенные газовой аппаратурой: баллонами, редукторами, газовыми и бензиновыми электромагнитными клапанами (ЭМК) и современными контрольно-измерительными приборами (КИП). Они могут работать как на газе, так и на бензине. Среди газовых двигателей эта группа составляет большинство.

2.   Ко второй группе относят дизели, переконструированные под газодизельный цикл (ГД-цикл). В цилиндры этих двигателей подается не воздух, а газовоздушная смесь. В конце такта сжатия, как в обычном дизеле, происходит впрыскивание дизельного топлива, которое воспламеняется от высокой температуры сжатой смеси и поджигает эту смесь. Теоретически для воспламенения сжатой смеси требуется немного жидкого топлива 5-7%. Это запальная доза топлива

3.   К третьей группе относят дизели, конвертированные под искровое зажигание. В цилиндры этих дизелей подается газовоздушная смесь, воспламеняемая от электрической свечи.

4.   К четвертой группе относят двигатели, созданные специально для работы на газовом топливе, чисто газовые двигатели. Это как транспортные, так и стационарные двигатели, причем стационарных газовых двигателей большинство.

Двигатели второй, третей и четвертой групп работают на КПГ, а двигатели 1-й группы в основном на пропанобутановых смесях.

Дизельные двигатели при переводе на газ требуют дополнительных условий для надёжного воспламенения газовоздушной смеси в камере сгорания (КС). Температура воспламенения КПГ составляет -680˚С, значительно выше температуры дизтоплива - 280˚С.

Поэтому для работы дизелей на газе необходим дополнительный источник воспламенения смеси.

  ГД процесс – такой способ сгорания дизтоплива и газовоздушной смеси одновременно, когда газовоздушная смесь воспламеняется принудительно от небольшой дозы дизтоплива, но учитывая, что транспортные дизели работают на переменных режимах и для них необходимо интенсивное охлаждение распылителей форсунок, то запальная доза топлива практически превышает теоретическую и достигает 15-50% от полной подачи дизтоплива. При пуске дизеля и работе на минимальных оборотах холостого хода поступает только дизельное топливо.

  Основные цели переоборудования дизелей для работы по ГД-циклу:

-    Экономия дизтоплива 75-80% путем замещения природным газом;

-    Снижение дымности отработавших газов газо-дизеля в 2-4 раза;

-    Увеличение суммарного хода транспортного средства при использовании обоих топлив в 1.5 – 1.7 раза

По основному признаку – способу воспламенения газовоздушной смеси – газодизель относиться к двигателям с принудительным воспламенением. Газодизельный двигатель имеет две основные системы питания: дизельную и газовую. Общим для этих систем является оригинальное газовое оборудование.

При переоборудовании дизелей на ГД цикл мощность двигателя остается на уровне базового двигателя, так как степень сжатия у дизелей составляет 11-22.

  Газодизельное оборудование системы питания газом предназначено для заправки, транспортировки, хранения газа, управления подачей газа, образования газовоздушной смеси, регулирование и ограничение цикловой подачи дизтоплива до уровня запальной дозы, защиты дизеля от внештатных режимов работы. При работе осуществляется быстрый переход с ГД-режима на жидкое топливо и обратно.

  В процессе эксплуатации моторесурс газодизеля в среднем повышается на 35-40 %.

  Срок службы моторного масла повышается до 1.5 раза, его расход уменьшается на 30-49 %. Значительно до 90% снижается выброс оксидов с отработавшими газами, особенно СО.

Заключение

Несмотря на некоторые недостатки, эффективность внутригородских перевозок на газобаллонных автомобилях очевидна: стоимость газового топлива меньше в 2-3 раза, оно является экологически чистым, моторесурс двигателя при работе на газовом топливе увеличивается в 1,5 раза.