Использование сжиженных и сжатых газов в качестве автомобильного горючего

 

Горючие газы, используемые в газобаллонных автомобилях, могут быть естественными и искусственными. Естественные (природные) газы добываются из газовых или нефтяных скважин. Искусственные газы являются побочными продуктами, получаемыми на химических или металлургических заводах.

Газовые топливные системы (ГТС) могут работать на сжиженном (пропан-бутан, С₃Н₈ - С₄Н₁₀) и сжатом (метан, СН₄) газе, обеспечивают экономию топлива, более чистый выхлоп, увеличение ресурса двигателя.

Газобаллонные автомобили имеют также и недостатки:

§ расход газа выше, чем традиционного топлива (в городе на 15%, на загородных дорогах на 10%);

§ уменьшается мощность двигателя;

§ снижается грузоподъемность;

§ более трудоемко ТО.

Сжатыми (сжимаемыми) называют газы, которые при обычной температуре окружающей среды и высоком давлении (до 20 МПа) сохраняют газообразное состояние. Кроме метана, к сжатым относятся и промышленные газы: светильный, коксовый и синтез-газ, но они содержат окись углерода (СО) и поэтому ядовиты.

Сжиженными (сжижаемыми) газами называют такие, которые переходят из газообразного состояния в жидкое при нормальной температуре и небольшом давлении до 1,6 МПа. Их получают при переработке нефти и, соответственно, их запасы ограничены.

Газобаллонные автомобили, работающие на сжиженных газах, по сравнению с автомобилями, работающими на сжатых газах, имеют следующие преимущества:

§ у них больше грузоподъемность, так как баллоны легче и их число меньше;

§ меньше рабочее давление в газобаллонной установке, а следовательно, надежнее и безопаснее работа на таком автомобиле;

§ выше теплотворная способность газовоздушной смеси, что способствует увеличению мощности двигателя;

§ больше концентрация тепловой энергии в единице объема, что позволяет увеличить радиус действия автомобиля;

§ перевозка сжиженных газов проще.

Установлены следующие марки газов:

· СПБТЗ - смесь пропана и бутана техническая зимняя;

· СПБТ Л - смесь пропана и бутана техническая летняя;

· БТ - бутан технический.

Сжиженный пропан - бутановый газ согласно стандарту должен содержать пропана зимой не менее 90 %, а летом - не менее 70 %. Газ не должен содержать механических примесей, воды, водорастворимых кислот, щелочей, смол и других загрязняющих веществ. Гарантийный срок хранения сжиженного газа три месяца со дня изготовления.

УСТРОЙСТВО ГАЗОБАЛЛОННЫХ УСТАНОВОК

 

Ус­тановка газовой аппаратуры возможна на любых двигате­лях со степенью сжатия от 8,2 до 12 и мощностью до 300 л.с. При этом ГТС не ис­ключает питания двигателя бензином, а лишь подменяет его. Так, пуск двигателя в холодное время лучше осу­ществлять на бензине. Переход двигателя после пуска на работу на га­зе происходит тем быстрее, чем выше температура охла­ждающей жидкости, обогре­вающей редуктор-испари­тель.

Основное различие ГТС - принцип управления: ваку­умный пли электронный. Применение автоматики на карбюраторных двигателях не оправдывает себя, в то время как на моторах с впрыском подобные систе­мы более желательны. По­добные системы могут ра­ботать незави­симо от водителя, по задан­ной программе отключая и возобновляя подачу бензи­на.

В установку для сжатого газа входят: баллоны; наполнительный, расходный и магистральный вентили; подогреватель сжатого газа; редуктор с фильтром и дозирующим устройством; газопроводы высокого и низкого давления; карбюратор-смеситель.

Газобаллонная установка для сжиженного газа включает: баллон для сжиженного газа; магистральный, паровой, наполнительный, контрольный вентили; испаритель сжиженного газа; газовый редуктор; смеситель газа; резервную бензиновую топливную систему.

Баллоны для сжатого газа изготовляют из бесшовных труб (материал - легированная сталь), подвергают термической обработке для повышения прочности и обеспечения безосколочности при разрушении. На баллоне выбиты клейма с указанием завода, массы, объема, даты (месяц и год) изготовления, давлений - рабочего и при испытании, года следующего испытания, а также клеймо контролера ОТК (отдела технического контроля) завода.

При открытом магистральном вентиле газ поступает в редуктор, который уменьшает его давление, автоматически изменяет количество газа, поступающего к смесителю (в зависимости от режима работы двигателя), и быстро выключает подачу газа при любой остановке двигателя.

При эксплуатации автомобиля на сжиженном газе обязательна регулярная, тщательная проверка герметичности газовой установки и немедленное устранение причин, вызывающих утечки газа. Значительные утечки обнаруживают на слух или по обмерзанию соединения, пропускающего газ. Жидкие газы, выходя на воздух, интенсивно испаряются и отбирают теплоту из окружающей среды. Небольшие утечки определяют при помощи мыльного раствора или масла.

Ремонт ГТС обычно сво­дится к устранению неплот­ностей в соединениях при утечке газа, а также чистке приборов (прежде всего газового фильтра и его отстой­ника) и замене поврежден­ных диафрагм в редукторе-испарителе.

Обслуживание: один раз в месяц сливать конден­сат из редуктора-испарите­ля, в тех случаях, когда слив его не производится автома­тически. Переосвидетель­ствовать газовый баллон один раз в два года, при этом его необходимо демонтиро­вать.

СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ В ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ

 

Экономические и экологические показатели автомобильного дизельного двигателя (ДД) в первую очередь зависят от особенностей рабочего процесса и, в частности, от типа камеры сгорания, системы впрыскивания топлива. Камеры сгорания ДД делятся на разделенные (вихрекамерные и форкамерные), полуразделенные и неразделенные. ДД с неразделенной камерой иногда называют двигателями с непосредственным впрыском.

ДД с разделенной камерой сгорания обычно устанавливаются на грузовики малой грузоподъемности и легковые автомобили. Они имеют низкий уровень шума и меньшую жесткость работы. При подходе поршня к ВМТ воздух из основного объема камеры сгорания вытесняется в дополнительный, создавая в нем интенсивную турбулизацию заряда, что способствует лучшему перемешиванию капель топлива с воздухом. Недостатком ДД с разделенной камерой сгорания являются: некоторое увеличение расхода топлива вследствие повышения потерь в охлаждающую среду из-за увеличенной поверхности камеры сгорания, больших потерь на перетекание воздушного заряда в дополнительную камеру и горящей смеси обратно в цилиндр. Кроме того, ухудшаются пусковые качества. Для облегчения пуска ДД с разделенной камерой оснащаются электрическими свечами накаливания, устанавливаемыми в форкамеру или вихревую камеру. Реже свечи устанавливаются в ДД с непосредственным впрыском.

ДД с неразделенной камерой сгорания имеют низкие расходы топлива и легче запускаются. Недостатком их является повышенная жесткость работы и соответственно - высокий уровень шума.

 

ДИЗЕЛЬНЫЕ ТОПЛИВА

Дизельные топлива (ДТ) предназначены для дви­гателей внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Представляют собой смесь углеводо­родов с температурой кипения 180—360⁰С. ДТ, впрыснутое в сжатый и нагретый в цилиндре воздух (500-700⁰С), должно распылиться, частично испариться и самовос­пламениться за очень короткий (0,002-0,003 с) промежуток времени, называемый периодом задержки самовоспламенения (ПЗС).

Цетановое число (ЦЧ) характеризует воспла­меняемость ДТ (чем оно больше, тем мень­ше ПЗС). При ЦЧ менее 40 (большом ПЗС) топливо в цилиндре успевает хорошо прогреться, поэтому воспламенение носит взрывной характер и рез­ко повышает давление в цилиндре. Такую рабо­ту дизеля называют "жесткой", она вызывает ударные нагрузки на поршень, подшипники ко­ленвала, приводит к их ускоренному износу. ДТ с ЦЧ выше 55 (малым ПЗС), поступив в цилиндр, не успевает хорошо прогреться, поэтому давление в цилиндре нарастает равно­мерно, дизель работает "мягко". Однако при этом ухудшается процесс смесеобразования, что приводит к неполному сгоранию топлива, падению мощности и экономичности двигателя, повышению дымности отработавших газов.

ЦЧ связано с низкотемператур­ными характеристиками топлива — чем оно меньше, тем ниже температура застывания. Поэтому летние и зимние ДТ имеют разные ЦЧ. У арктического ДТ оно находится на грани "жесткой" работы дизе­ля. "Мягкой" работой двигателя "жертвуют" для обеспечения возможности его пуска, прохожде­ния топлива через фильтры, прокачиваемости по топливной системы и т.д.

Прокачиваемость ДТ долж­на обеспечивать бесперебойную подачу его в цилиндры в необходимом количестве. Опреде­ляется вязкостью, низкотемпературными ха­рактеристиками, содержанием механических примесей, смол и других загрязнений, влияю­щих на прохождение топлива через фильтр.

Вязкость ДТ должна находиться в определенных пределах. Если она чрезмерно высокая, ухудшается прокачиваемость по системе и процесс смесеобразования из-за неудовлетворительной тонкости распыления. Это снижает экономичность двигателя и повышает дымность отработавших газов. Топливо с низкой вязкостью хуже обеспечивает смазку и герметизирует зазор плунжерных пар топливного насоса высокого давления, что может привести к выходу его из строя.

Низкотемпературные свойства ДТ — температура помутнения (кристаллизации парафинов), застывания (полная потеря текучести) и предельной фильтруемости (температура, при которой топливо еще способно проходить через фильтр). Они определяют способность топлива проходить через фильтр и обеспечивать прокачку по трубопроводам в условиях низких температур.

Таблица 1. Цетановые числа дизельных топлив различных марок

Марка ДТ	Летнее	Зимнее (-35^0С)	Зимнее (-45^0С)	Арктическое
ЦЧ	47 - 51	45 - 49	40 - 42	38 - 40

Для обеспечения низкотемпературных свойств зимнее и арктическое ДТ получают из бо­лее легких фракций, чем летнее, или проводят его депарафинизацию (извлечение парафинов), а в то­пливо марки ДЗп вводят депрессорные присадки. В арктическое ДТ для повышения ЦЧ вводят специальные присадки, повышающие его с 38 до 40. Гидроочисткой получают экологи­чески чистые топлива летних (ДЛЭЧ-В и ДЛЭЧ) и зимней марок (ДЗЭЧ), которые обладают по­ниженным содержанием серы.

Введением в экологически чистое топливо присадок (летом антидымной, зимой еще и депрессорной) получают городское ДТ.

Зимнее ДТ дороже летнего, поэтому недобросовестные производители для сниже­ния температуры застывании добавляют зимой в летнюю марку бензины или керосины. У них низкое цетановое число (у керосина — 20-40, у бензина — 14-24), что приводит к жест­кой работе дизеля, соответственно к повыше­нию износа и т.д. Добавление в ДТ некачественных депрессорных присадок, понижающих только температуру застывания и не влияющих на пре­дельную температуру фильтруемости, вызыва­ет забивание фильтров.