Предпочтительные схемы перевода дизельного двигателя на метан для наземно-транспортных средств определенного назначения

№105-1,

технические науки

В данной статье рассмотрены предпочтительные методы конвертирования дизельных двигателей на автомобилях, эксплуатирующихся в разных сферах деятельности, преимущества и недостатки, а так же сложности при переводе на газомоторное топливо (Метан) двигателя с традиционной топливной системой.

Похожие материалы

В городских условиях, одним из главных требований, предъявляемых к транспорту, является его экологичность, исходя из этого требования на муниципальном транспорте, по перевозке пассажиров больших объемов в день, с среднесуточным пробегом свыше 200 км, рационально использовать двигатели конвертируемые под работу по газовому циклу, а именно работу на метане. На рисунке 1 показано традиционная система подключения газобаллонного оборудования (в дальнейшем ГБО)

схема подключения ГБО для работы на метане
Рисунок 1. схема подключения ГБО для работы на метане

При реализации этой схемы выделяются следующие преимущества:

  1. Наименьший ущерб экологии городской среды по сравнению с дизельными и газодизельными двигателями.
  2. Снижение трудоемкости работ по проведению технического обслуживания двигателя из-за отсутствия системы подачи и регулирования запальной дозы жидкого топлива.
  3. Более устойчивая работа двигателя на холостом ходу по сравнению с газожидкостным циклом, наполняемостью цилиндров свежим зарядом и уменьшения его задержки воспламенения посредством принуждения от искры, лучшее смешения газа с окислителем (воздухом) и ,следовательно, горением рабочего тела, точной регулировкой цикловой подачи.
  4. Меньший шум работы двигателя по сравнению с дизельным на 3-6 Дб.
  5. Доступность АГНКС при использовании НТС внутри городской транспортной системы

Недостатками реализации этой схемы являются:

1. Высокая трудоемкость при конвертировании дизельного двигателя на газовый цикл, из-за высокой стоимости монтажа газобаллонного оборудования и невозможность дальнейшей работы на дизельном топливе.

Под работу на метане требуется снижение степени сжатия с 18-20 до 12-13 за счет фрезерования поршня, установки шатуна меньшей длины, доработкой головки блока цилиндров (ГБЦ), а так же установки металлической прокладки под ГБЦ; установка газовых форсунок во впускной коллектор; установка системы зажигания.

2. Стоимость конвертирования дизельного двигателя под работу на метане составляет от 600 000 — 700 000 рублей [3] и зависит от следующих факторов:

  • числа цилиндров (4, 6,8 или 12);
  • марки газовой системы;
  • количества и типа баллонов для газа, а под метан они стоят дороже, чем под пропан-бутан, так как метан находится под давлением 200 атмосфер;
  • системы топливоподачи (традиционная или аккумуляторная (Common Rail)) .

Для коммерческого транспорта, работающего на меж городских маршрутах, рационально конвертирование двигателя на газожидкостный цикл, а именно газодизельный, для наиболее выгодной эксплуатации и повышение технико-экономических показателей транспорта.

На рисунке 2 показана схема работы двигателя по газодизельному циклу.

Схема подключения ГБО для работы по газодизельному циклу
Рисунок 2. Схема подключения ГБО для работы по газодизельному циклу

Особенностью использования газодизельного цикла являются:

  1. Малая трудоемкость и цена при переводе дизельного двигателя на газожидкостный цикл.
  2. Возможностью работы двигателя как по газожидкостному, так и по жидкостному циклу.
  3. Мало развитая сеть АГНКС, что является одним из главных факторов при выборе конвертации двигателя
  4. Меньшего загрязнения экологической среды, по сравнению с двигателями, работающих на дизельном топливе, вредными веществами поступающих с отработавшими газами твердых частиц, таких как сажа и свинец.

Увеличение экономических показателей достигаются при использовании в виде второго топлива компримированного природного газа. Высокий процент замещения и высокая эффективность работы достигаются за счет использования комбинированной технологии. Максимальный процент замещения при использовании КПГ составляет 85%, средний процент замещения — 70%.

Алгоритм системы управления работы двигателя выполняет постоянный мониторинг нагрузки, давления в топливной магистрали, обороты вращения и положение коленвала, теплового состояния топлива, поступающего с датчиков. После обработки этих данных блок управления газобаллонного оборудования выдает управляющие сигналы на форсунки газового впрыска, обеспечивая подачу газа в двигатель и на шаговый двигатель/электронный блок, управляющий подачей дизельного топлива. Таким образом, поддерживается оптимальный топливный баланс, что в разы увеличивает эффективность работы в комбинации с инжекторной системой подачи газа.

Перевод на газодизельный процес имеет свои недостатки и трудности осуществления на двигателях с традиционной системой топливоподачи (без многочисленных датчиков контроля давления в топливной магистрали высокого давления, датчика давления и температуры в коллекторе всасываемого воздуха, датчика положения коленчатого вала двигателя и электромагнитных форсунок, для обеспечения точной цикловой подачи и количества запального дизельного топлива по углу опережения впрыска на разных режимах работы двигателя).

Отсутствие всего этого усложняет осуществление регулирования точной по времени (с учетом задержки воспламенения рабочего тела) и количества запальной дозы на различных нагрузочных режимах, для обеспечения максимального технико-экономических показателей, а именно уменьшению соотношения жидкого топлива к газовому. Поэтому порцию запального (жидкого) топлива подбирают с учетом стабильной на номинальном режиме работы двигателя без изменения угла опережения впрыска и соотношения жидкого топлива к газовому. По решению этой проблемы ведутся многочисленные разработки и уже имеются патенты.

Необходимо отметить, что вместе с компримированным природным газом в дизельном двигателе, можно использовать сжиженный природный газ(СПГ), хранящийся в жидком состоянии в криогенном баллоне при температуре -161 0С и давлении почти равному атмосферному. В СПГ соотношение одного кубометра жидкого газа к одному кубометру газообразного компримированного природного газа (КПГ), равно 1: 560 — 1: 600, что выше такого же соотношения у пропан — бутана и КПГ 1:200...1:280,и что позволяет проезжать на СПГ большее расстояние, чем при том же объеме пропан — бутана и КПГ. Кроме того использование СПГ, из-за своих химико-физических свойств, не требует дополнительной смазки двигателя, что также оказывает влияние на снижении издержек при выборе этого вида топлива для грузоперевозок.

Одним из лучших преимущество СПГ — в сжиженном состоянии объем газа уменьшается почти в 600 раз. В реальности это говорит о том что в равном объеме содержится СПГ в 3 раза больше, чем компримированного природ. газа (КПГ) при давлении около 20 МПа. Таким образом при хороших условиях в машине с баллоном емкостью 50 литров, при давлении в 20 МПа, будет находиться 10-12 м3 природного газа в газовом состоянии, это будет равно 12-15 л. бензина, а масса тары для транспортировки и хранения уменьшается.

Объем криобака может составлять 450 литров, или 240 м3 газа, чего вполне хватит для пробега почти в 600 км. и заменяет 10 баллонов по 108 литров КПГ.

Таким образом, рассмотренные выше схемы конвертирования дизельного двигателя для работы на метане, реализовывают в зависимости от эксплуатации и назначения НТС.

Список литературы

  1. И.А. Куликов, Е.В. Яблоков, А.А. Бердников, С.Н. Казанцев дизель, работающий по газодизельному циклу / URL https:// elibrary.ru/download/elibrary_21813920_30110146.pdf/ (дата обращения: 22.12.2017).
  2. Лопатин О.П. эффективные регулировочные характеристики газодизеля/ URL https:// elibrary.ru/download/elibrary/ Год: 2015 https://elibrary.ru/pic/1pix.gifСтраницы: 37-39
  3. Интернет источник: "ТопГаз — установка газобаллонного оборудования на автомобили"/ URL https:// https://topgas.ru/o-gbo/gazodizel/