XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Более дешевое по цене газовое топливо позволяет существенно экономить денежные средства в процессе эксплуатации различных транспортных средств. Для этого достаточно установить на автомобиль газобаллонное оборудование (ГБО).

В бензиновых двигателях, газобаллонное оборудование используется со времен моторов с карбюраторной подачей топлива. Дальнейшее развитие систем впрыска газа позволило устанавливать подобные решения на инжекторные двигатели, как на двигатели с распределенным впрыском, так и на моторы с непосредственным впрыском.

Активное развитие систем газового впрыска привело к появлению пятого поколения ГБО. Такая схема позволяет реализовать жидкий фазированный распределенный впрыск. Решение подходит для установки на любые инжекторные авто, интегрируется и совместимо с системами бортовой диагностики OBD и EOBD.

В случае с дизелем за основу также берется данная схема, позволяя современному дизельному двигателю с турбонаддувом работать на сжиженном газе. В результате такой мотор часто называют газодизелем благодаря установленному ГБО. Сам процесс установки и настройки сильно отличается от аналогичной процедуры на бензиновых моторах. Схема газодизельной установки показана на рисунке 1.

Рисунок 1 – Обобщённая схема газодизельной установки

Главным отличием дизельного ДВС от бензинового является принцип воспламенения топлива в цилиндрах. В бензиновых агрегатах для поджига смеси воздуха и топлива используется искра, которая создается на свечах зажигания.

В дизельном двигателе сначала сжимается воздух, который нагревается от сжатия. После этого в последний момент форсунка впрыскивает солярку в камеру сгорания, затем нагретая и сжатая топливно-воздушная смесь воспламеняется самостоятельно.

В качестве газового топлива используется метан или пропан. При этом, если подать в цилиндры газ вместо дизтоплива, воспламенения не произойдет, так как для самовоспламенения газо-воздушной смеси нужны более высокие температуры по сравнению с дизельным топливом.

С учетом данной особенности в дизельный двигатель изначально впрыскивается порция дизельного топлива, затем – порция газовоздушной смеси.

При такой схеме работы возможно только частичное замещение дизельного топлива газом, в процентном соотношении можно говорить о показателях 25-30% солярки на 70-75% сжиженного газа. Данное решение способно обеспечить существенную экономию дорогостоящего дизельного топлива. Также, использование газа на дизельном двигателе позволяет существенно продлить срок службы форсунок впрыска дизельного топлива.

Альтернативой описанному выше решению является полный перевод дизеля на газ. При этом необходимо полностью демонтировать топливную систему дизельного двигателя, поставить внешнюю систему зажигания, доработать головку блока цилиндров и т.д. В результате дизельный двигатель сможет работать полностью на метане, однако сложность таких доработок и высокая стоимость работ не позволяют этому способу набрать широкую популярность.

Если говорить о газодизельной схеме, система частичного впрыска газа учитывает частоту вращения двигателя, давление нагнетаемого турбокомпрессором воздуха, объем впрыскиваемой солярки, положение педали газа, нагрузку на мотор, температуру ОЖ и ряд других важных параметров.

Благодаря взаимодействию со штатными системами управления ДВС, электронный блок управления газовым оборудованием «подбирает» и динамично корректирует нужное количество подаваемого газа. Это позволяет найти и сохранить оптимальный баланс между количеством дизтоплива и газа для нормальной и стабильной работы мотора во всех режимах.

При выборе установочного комплекта стоит учесть, что сегодня на территории СНГ одним из самых выгодных и экономически оправданных решений является установка на дизель метанового оборудования. Такая установка позволяет заместить около 75-80% дизельного топлива метаном, в то время как замещение пропаном возможно только на 40-45%.

Также, в настоящее время развиваются и совершенствуются технологии газодизельных двигателей.

Компания Westport Innovations Inc., разработчик автомобилей и современных газовых двигателей, на данный момент завершила программу по внедрению по использованию технологии Westport HPDI (непосредственный впрыск при высоком давлении, High Pressure Direct Injection) в высокомощных двигателях.

форсунки Westport HPDI

При работе обычных газовых двигателей свойственно понижение компрессии примерно на 30% и снижение пикового крутящего момента на 15-20% чтобы снизить риск детонации, что в свою очередь снижает мощность и увеличивает расход топлива. Непосредственный впрыск в последней фазе, основной принцип технологии Westport HPDI – исключает опасность детонации двигателя.

Westport HPDI 2.0 – технология для природного газа, позволяющая развить мощность и экономию топлива, аналогичную высокопроизводительным дизельным двигателям, где доля газа в газодизельной смеси может составлять более 90%. Это сочетание высокой эффективности и высокой производительности является основополагающей для двигателей большой мощности, используемых на коммерческом транспорте.

Также, технология Westport HPDI 2.0 отвечает последним высоким экологическим требованиям Euro VI и EPA 2014.

Основой топливной системы двигателя является инновационная форсунка с двойной концентрической иглой, разработанная в сотрудничестве с Delphi. Она позволяет впрыскивать под высоким давлением в камеру сгорания небольшое количество дизельного топлива и большие объемы природного газа. Природный газ подается в конце такта сжатия. Однако для его воспламенения при давлении, которое обеспечивает обычный дизельный двигатель, требуется более высокая температура. Поэтому для облегчения воспламенения в цилиндр предварительно впрыскивается небольшое количество дизельного топлива с последующим основным впрыском природного газа. Горящее дизтопливо мгновенно поджигает горячие продукты сгорания в цилиндре, а те, в свою очередь, впрыскиваемую следом порцию природного газа. Принцип действия форсунки Westport HPDI показан на рисунке 2.

Рисунок 2 – принцип действия форсунки Westport HPDI.

Сжиженный природный газ хранится в специальном баке, в котором смонтирован оригинальный криогенный насос. Из бака газ подается в испаритель, использующий тепло охлаждающей жидкости двигателя. На выходе из испарителя газ имеет температуру около 40° C при давлении 30 МПа. Далее газ фильтруется и направляется в модуль топливоподготовки, а затем подается к форсункам.

Список использованных источников:

Дизельный мотор на газу: особенности работы, преимущества и недостатки газодизеля [электронный ресурс] // КрутиМотор. URL: http://krutimotor.ru/gbo-na-dizelnyj-dvigatel/

Газодизель на метане [электронный ресурс] // CNGas. URL: http://cngas.ru/gazodizel/dual_fuel/

Сжиженный природный газ как автомобильное топливо [электронный ресурс] AvtoNov. URL: https://avtonov.info/szizennj-prirodny-gaz-lng

Технология Westport HPDI будет использоваться в двигателях Daimler [электронный ресурс] Elite Gas. URL: https://elitegas.ru/westport-hpdi-technology-for-daimler-hd-engine/

Код для цитирования: Скопировать