XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Введение

ГБО – это комплект оборудования, благодаря которому автомобиль может работать не только на стандартном жидком топливе (бензин или солярка), которое предусмотрено заводом-изготовителем, но и на различных видах газа. Сейчас активно используются такие газы как метан, пропан-бутан. Принцип действия любого ГБО – переключение питания двигателя с жидкого топлива на газ без особых изменений в его работе и сохранение динамики. Газовое оборудование бывает двух видов – инжекторное (ставится на инжекторные моторы, газ подаётся под давлением) и эжекторное (ставится на карбюраторные двигатели, газ засасывается карбюратором).

Развитие ГБО

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.

Для хранения газа под таким давлением выпускаются баллоны из углеродистых и легированных сталей на давление 15–32 МПа. Каждый баллон в незаполненном состоянии весит более 100 кг. Использование их на легковом автомобиле не рационально, так как их вес соизмерим с возможной полезной нагрузкой.

В связи с этим их используют на грузовых автомобилях и автобусах.

Однако, несмотря на то, что применяемые в современной практике баллоны пока тяжелы, они полностью обеспечивают среднесуточный пробег автомобиля и могут применяться повторно при списании автомобиля. В некоторых отраслях техники, применяются армированные пластмассовые сосуды, которые легче стальных в 4–4,5 раза. В этом случае массовый показатель хранения КПГ, хотя и остается ниже, чем у бензина, но отличается от него на величину, малосущественную в практике. Но они очень дороги.

Плюсы и минусы, которые даёт газовое оборудование при установке на автомобиль, привели к тому, что технология постоянно развивается. В ходе устранений различных недочётов и приспосабливания системы ГБО на разные виды двигателя появилось несколько поколений систем. На сегодняшний момент их шесть.

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.

Исходя из вышеизложенного и учитывая, что в книге рассматривается газовое оборудование для легковых и малотоннажных грузовых автомобилей, основное внимание мы уделим двум первым видам газового топлива и устройствам, обеспечивающим их работу на двигателях внутреннего сгорания (ДВС).

1 Низшая теплота сгорания (HH, МДж/кг или МДж/м3) характеризует энергетические свойства газа и показывает, какое наименьшее количество теплоты может выделиться при полном сгорании единицы массы или объема.

2 Стехиометрический (массовый или объемный) коэффициент (L0 кг/кг или м3/м3) характеризует количество воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания единицы массы или объема газа.

3 Низшая теплотворность горючей смеси (hH МДж/кг или МДж/м3) характеризует содержание тепловой энергии в единице массы ли и объема горючей смеси стехиометрического состава.

Названные показатели связаны между собой соотношением:

4 Плотность (Р, кг/м3) представляет собой массу, заключенную в единице объема газа в жидкой или газообразной его фазе при определенных внешних условиях (температуре и давлении).

5. Октановое число (ОЧ) характеризует антидетонационные свойства газа и служит критерием для установления допустимой степени сжатия двигателя. ОЧ газовых топлив лежит в пределах 70?110. Чем выше ОЧ газа, тем он менее склонен к детонационному сгоранию и тем выше допустимая степень сжатия двигателя и, следовательно, его экономичность.

6. Цетановое число (ЦТ) характеризует воспламеняемость газа: чем оно ниже, тем хуже происходит воспламенение газа и, следовательно, ухудшаются пусковые свойства двигателя на этом газе.

Октановое и цетановое числа связаны между собой линейной зависимостью: чем выше ОЧ, тем ниже ЦТ.

7. Пределы воспламеняемости газа характеризуют граничные значения содержания газа (в процентах по объему) в воздухе, при которых еще возможно воспламенение горючей смеси. На воспламеняемость газовой смеси оказывают влияние температура, давление и ее турбулентность (завихрение газовых потоков). Переобедненные и переобогащенные газовые смеси не воспламеняются.

Знание этих пределов важно как для организации рабочего процесса и регулирования топливоподачи в двигателях, так и для определения взрыво– и пожаробезопасности концентраций и соответствующего обустройства помещений для хранения и технического обслуживания автомобилей.

8. Критическая температура (Ткр)– температура, при которой плотности жидкости и ее насыщенного пара становятся равными и граница раздела между ними исчезает.

9. Давление насыщенных паров (Ркр) при критической температуре называется критическим давлением.

Топливо

В газобаллонном оборудовании на автомобиле используется газ двух видов – метан и пропан-бутан. Метан – это природный газ, который используется в кухонных плитах. На автомобиле он представлен в сжиженном виде. Пропан же является элементом отходов при добыче нефти. Однако, учитывая, что он является видом топлива, ему нашли применение в народном хозяйстве. К примеру, пропан используется в качестве хладагента в холодильниках, а также создаёт давление в аэрозолях. На двигателе автомобиля он используется в качестве топлива. Для улучшения характеристик в пропан добавляют газ бутан. Метан и пропан имеют разные требования к газовому оборудованию. В первую очередь это касается газового баллона

Причина в том, что давление, при котором хранится метан, в 20 раз больше, чем то, под которым хранится пропан. Вследствие этого стенки баллонов, в которых будет храниться метан, должны быть толще, что ведёт к утяжелению самой ёмкости. Одно из решений данной проблемы – металлопластиковые баллоны. К ГБО, для которого топливом служит метан, предъявляются более высокие требования безопасности. Поэтому большим распространением пользуется газобаллонное оборудование, у которого главный вид топлива – пропан. Стандартный баллон при этом вмещает до 40 литров смеси, что можно соотнести с ёмкостью бензинового топливного бака. Газ расходуется всего на 10% больше, чем бензин, при этом динамика на автомобиле, как правило, та же. Это и обеспечивает экономическую целесообразность установки, и многие автомобилисты предпочитают выбрать именно пропан.

Список использованной литературы

Техническая эксплуатация газораспределительных систем. Основные положения ОСТ 153-39.-051-2003 Санкт- Петербург 2005

Жила А.В.- « Газовые сети и установки» Изд.Академия 2005г

Код для цитирования: Скопировать