LJ Magazine. Преимущество газа над бензином


Преимущества и недостатки применения газового топлива

Строительные машины и оборудование, справочник

Категория:

   Газобаллонные автомобили

Преимущества и недостатки применения газового топлива

Применение газового топлива на автомобильном транспорте имеет ряд положительных качеств. К основным преимуществам газовых топлив относят более высокую антидетонационную их стойкость. Октановое число газовых топлив составляет 95— 110 ед. Это позволяет применять в газовых двигателях более высокие степени сжатия. Степень сжатия у современных газовых двигателей может быть на 23—25% выше по сравнению с бензиновыми двигателями базовых моделей.

Высокая детонационная стойкость СНГ позволяет форсировать двигатель ЗИЛ-138 по степени сжатия с 6,5 до 8,0, а двигатель 3M3-53-07 — с 6,7 до 8,5. Перевод бензинового двигателя на питание СНГ при неизменной степени сжатия сопровождается снижением максимальной его мощности на 5—7%. Поэтому повышение степени сжатия у двигателя ЗИЛ-138 до 8,0, а у двигателя 3M3-53-07 до 8,5 позволяет сохранить мощность двигателей базовых модификаций.

Преимущество газобаллонных автомобилей, работающих на СПГ, частично состоит в том, что после израсходования газа можно быстро перейти на полноценную работу двигателя на бензине. В условиях недостаточно развитой сети АГНКС это является очень важным.

Вместе с тем подобная система питания при работе на СПГ не позволяет реализовать преимущества газа как высокооктанового топлива. В этом случае степень сжатия двигателя и, следовательно, топливная его экономичность определяются октановым числом бензина А-76. Перевод бензинового двигателя на питание СПГ при неизменной степени сжатия снижает максимальную его мощность на 15—20%- Применение специальных конструкций газовых двигателей со степенью сжатия 8,0 позволяет повысить мощность двигателя на 12%, а также уменьшить расход топлива и повысить запас хода на 10% по сравнению с показателями двигателя со степенью сжатия 6,5.

Высокие детонационные свойства газового топлива обеспечивают эффективную работу газодизельных двигателей при неизменной степени сжатия. Номинальная мощность двигателя КамАЗ-7409 в газодизельном и дизельном режимах одинакова. Это обеспечивает практически неизменные тягово-скоростные качества автомобиля при использовании СПГ.

Применение СНГ и СПГ в качестве моторного топлива позволяет существенно снизить токсичность ОГ по основным контролируемым параметрам: окиси углерода (СО) в 3—4 раза, окислам азота (NOx) в 1,2—2,0, углеводородам (СН) в 1,2—1,4 раза. В ОГ газобаллонного автомобиля не содержатся вредные соединения свинца. Это заметно снижает суммарную их токсичность. Необходимыми условиями снижения токсичности ОГ газовых двигателей являются правильная регулировка и нормальное функционирование системы подачи газового топлива. Дымность ОГ газодизельного двигателя в режиме свободного ускорения при работе на газодизельной смеси в 2—4 раза ниже, чем при работе на дизельном топливе.

В зависимости от режима работы газового двигателя снижение шума в сравнении с карбюраторным двигателем составляет 8—9 дБ. Это имеет важное социальное значение, особенно в условиях интенсивного городского движения. Работа двигателя на газодизельной смеси позволяет снизить уровень шума на 3—8 дБ.

К важным преимуществам газового топлива следует отнести и относительно невысокую его стоимость. Отпускная цена газового топлива, эквивалентного по теплосодержанию жидкому топливу, примерно в 2 раза меньше стоимости бензина.

Межремонтный пробег газового двигателя в 1,5 раза выше по сравнению с бензиновым, так как он работает в более благоприятных условиях. Срок службы свечей зажигания у газового двигателя на 40% больше по сравнению с бензиновым. Вместе с тем в газовых двигателях быстрее изнашиваются седла и клапаны.

Газовое топливо не смывает масляную пленку со стенок цилиндра. Это улучшает условия смазки трущейся пары гильза — верхнее поршневое кольцо. Одновременно с этим газовое топливо практически не дает лаковых отложений и нагарообразования в самом двигателе и в системе питания. Отсутствие разжижения моторного масла и уменьшение его загрязнения позволяют в условиях эксплуатации увеличить в 1,5—2 раза интервалы смены моторного масла, масляных фильтров, а также реже проводить по этой причине регулировки элементов и систем двигателя. Расход моторного масла в эксплуатации уменьшается на 10—12% по сравнению с бензиновыми двигателями.

Наряду с положительными качествами перевод автомобилей на питание СНГ или СПГ связан с рядом недостатков.

Газовый баллон находится под высоким избыточным давлением. Это требует соблюдения более строгих мер безопасной эксплуатации газобаллонных автомобилей. Недостаточно высокая надежность газовой аппаратуры по сравнению с бензиновой системой питания требует более сложных конструктивных и технологических решений. Это сопровождается более высокой стоимостью газовой аппаратуры, составляющей 21—27% от общей стоимости автомобиля. Из-за увеличения стоимости газобаллонного оборудования и его монтажа на автомобиле амортизационные отчисления возрастают на 11 —12%.

Металлоемкость газобаллонных автомобилей при использовании СНГ увеличивается на 65—150 кг, а при использовании СПГ — на 400—950 кг. В зависимости от числа и массы грузовых баллонов высокого давления грузоподъемность автомобилей снижается на 14—18%.

Более высокой квалификации обслуживающего персонала требуют техническое обслуживание и текущий ремонт (ТО и TP) газобаллонных автомобилей. Трудоемкость ТО и TP при использовании СНГ увеличивается на 3—5%, а при использовании СПГ — на 12—15%. Недостаточная приспособленность газовой аппаратуры к ее контролированию и проведению диагностических работ сопровождается увеличением материальных затрат на ТО и TP газобаллонной аппаратуры до 16%.

Коэффициент использования пробега газобаллонных автомобилей при работе на СПГ на 8—13% меньше по сравнению с однотипными бензиновыми. Это в определенной мере объясняется недостаточным числом АГНКС и значительным удалением их от автотранспортных предприятий (АТП). При использовании СПГ пробег автомобиля на одной заправке газом сокращается до 200-—250 км (вместо 450—500 км у бензиновых автомобилей).

Газобаллонные автомобили из-за повышения трудоемкости ТО и TP, отсутствия необходимой номенклатуры, запасных частей и других причин простаивают в настоящее время несколько больше по сравнению с бензиновыми модификациями.

Годовая производительность газобаллонных автомобилей при использовании СПГ на городских перевозках по сравнению с бензиновыми модификациями уменьшается на 14—16%. Из-за повышения эксплуатационных затрат себестоимость транспортной работы газобаллонных автомобилей по сравнению с бензиновыми возрастает.

Газобаллонные автомобили наиболее эффективны на внутригородских перевозках при обслуживании предприятий торговли, быта, связи и других учреждений, когда характер перевозимых грузов не позволяет полностью использовать максимальную грузоподъемность бензиновых автомобилей. Коэффициент использования грузоподъемности газобаллонных автомобилей в данном случае возрастает.

Для поддержания надежности газобаллонных автомобилей на необходимом уровне повышают единовременные капитальные вложения в производственно-техническую базу АТП на 4—5%.

По пусковым качествам при температуре окружающего воздуха не ниже —5 °С газовые двигатели не отличаются от бензиновых. При более низких температурах пуск холодного двигателя на газе вызывает затруднения.

Снижение мощности двигателя при использовании СПГ сопровождается ухудшением следующих тягово-динамических и эксплуатационных характеристик автомобилей:— максимальная скорость движения уменьшается на 5—10%; — продолжительность разгона до скорости 60 км/ч увеличивается на 30—42%;— продолжительность разгона на участке длиной 1 000 м увеличивается на 9—12%;— предельные углы преодолевамых подъемов уменьшаются на 30—40%.

Скорость движения автопоездов КамАЭ-53208 и КамАЭ-53218 при использовании газодизельного и дизельного процессов практически одинакова.

Дозаправка газобаллонных автомобилей в пути может осуществляться с помощью передвижных газозаправщиков, газобаллонных прицепов, дополнительных аккумуляторов газа и т. п.

Читать далее: Экономическая эффективность применения газового топлива на автомобильном транспорте

Категория: - Газобаллонные автомобили

Главная → Справочник → Статьи → Форум

stroy-technics.ru

В чем преимущества газа над бензином?

В Молдове представлена Dacia Logan GPL, работающая на природном газе.

Вопросы защиты окружающей среды и поиски альтернативного топлива перестали быть для нас просто заботой о будущих поколениях – они переросли в насущную проблему, которую надо решать уже сегодня.

Экология или экономия? Сегодня, когда цены на нефть достигли рекордного показателя в 90 долларов за баррель (по сравнению с 2000 г. они выросли втрое), первыми, кто почувствует это на себе, будем мы – автомобилисты. Эксплуатация транспортного средства из года в год становится все более недешевым удовольствием. Вдумайтесь, только на топливо мы тратим уже больше 1 лея за километр! Правда, надо отметить, что все ведущие мировые автоконцерны ускоренными темпами ведут разработку гибридных машин, использующих альтернативные источники энергии, такие, к примеру, как биотопливо. Кроме этого, тревогу по поводу вреда, наносимого автомобилями - окружающей среде, вполне справедливо забили экологи. А вслед за ними и просто ответственные граждане стали спрашивать в автосалонах: «А много ли ваш автомобиль выделяет вредных веществ в атмосферу?» Сегодня размер выбросов CO2 – один из важнейших факторов, характеризующих современный автомобиль. Включилась в эту борьбу за экологию и за экономию и компания Dacia. Нам это интересно вдвойне, потому как румынский автопроизводитель в сотрудничестве с концерном Renault обещает сделать «зеленый» автомобиль доступным по цене. Ведь не секрет, что представленные сегодня на рынке «гибриды» – да, потребляют сравнительно мало топлива, да, наносят меньше вреда окружающей среде, но стоят они пока - как внедорожники. Кроме этого, большинство авто-разработок в этой области пока носят статус концептуальных и появятся на серийных машинах не ранее 2010 года. Инженеры Dacia решили не откладывать дело в долгий ящик и уже в этом году предложили на рынке модель Logan GPL с двигателем 1,4, работающим на природном газе.

Газовая аппаратура – в заводском исполнении

В принципе, само по себе использование пропан-бутана в качестве топлива для легкового автомобиля - не ново. Однако, в случае с Dacia Logan, газовое оборудование устанавливается прямо на заводе-изготовителе, и на него распространяется та же заводская гарантия – 2 года. Новая технология, разработанная в соавторстве с мировым лидером Landi Renzo (Италия), получила название GPL - gaz petrolier lichefiat. Мотор 1,4, работающий на газе, соответствует нормам Евро-4, а его мощность составляет 73,5 л.с. (всего на 1,5 л.с. меньше, чем аналогичный бензиновый 1,4). Отметим, что при разработке «газового»  двигателя для Logan особое внимание уделялось безопасности. В частности, резервуар, в котором находится газ, испытывался при температуре 550 градусов. Инженеры до мелочей продумали главный вопрос – как разместить аппаратуру без создания лишних неудобств для водителя? Непосредственно газовый баллон на 53 литра размещается на месте запасного колеса, то есть под полом багажника (для самой «запаски» придумали специальный чехол).

В бензобаке имеется две горловины – в одну заправляется пропан-бутан, вторая предназначена для традиционного бензина. Изменения под капотом заметят лишь профессионалы – несколько датчиков, которые отвечают за правильную работу газового оборудования. Заводится Logan GPL на бензине, затем, меньше, чем через минуту, система сама переводит автомобиль на потребление газа. Если же газ в баллоне закончился, система автоматически переводит машину обратно на бензин. Таким образом, заполнив оба бака, можно проехать на одной заправке – в общей сложности больше 1700 километров! Расход топлива у «газового» Логана – практически, такой же, как и у бензинового 1,4. К примеру, в городских условиях, расход отличается лишь на 4% - 9,4 литра АИ-95 против 9,8 литра пропан-бутана на 100 километров. Зато стоимость газа на кишиневских АЗС значительно ниже, чем стоимость бензина – 7 лей за литр пропан-бутана против 12,7 лея за литр АИ-95 на сегодняшний день. Для сравнения в Европе в 1998 году был принят закон, по которому цена на GPL не может превышать 50% от цены самого дешевого бензина. В результате получается, без малого, двукратная экономия средств (см. сравнительную таблицу).

 

Сравнительные расходы на бензин и газ в денежном эквиваленте:

Dacia Logan 1.4

Бензин АИ-95

Газ GPL

Расход топлива в городе на 100 км

9,4 л. / 120 лей

9,8 л. / 68 лей

Расход топлива за городом на 100 км

5,5 л. / 70 лей

6,5 л. / 45 лей

Расход топлива в среднем на 100 км

6,9 л. / 87 лей

7,5 л. / 52 лей

* - Расходы на 100 километров рассчитаны исходя из стоимости бензина АИ-95 – 12,7 лея за литр, газа GPL – 7,0 лея за литр.

Только цифры

При среднегодовом пробеге 20 000 километров, весь бюджет на газовое топливо составит 10 400 лей, в то время как расходы на бензин за год будут равны 17 400 лей. Итого только за 1 год – 7 000 лей экономии.

 

Забавная реклама от Dacia

В Румынии началась рекламная кампания, цель которой познакомить автомобилистов с новой разработкой Logan GPL, недавно запущенной в серийное производство. Слоган кампании: « С новым Logan GPL – хочется стать таксистом!» отражает сущность автомобиля – доставлять удовольствие от умеренных расходов на его эксплуатацию. 

Сколько стоит Logan GPL?

Сама по себе технология GPL увеличивает цену Логана всего на 350 евро. Представленный в кишиневском автосалоне Dacia - Logan 1,4 GPL в комплектации Preferance (плюс 2 подушки безопасности и цвет «металлик») стоит 7 605 евро. Точно такой же бензиновый Логан обошелся бы покупателю в 7 255 евро. Возвращаясь к вопросу стоимости гибридных технологий, отметим, что Dacia, выпустив на рынок «альтернативный» Logan GPL, благоразумно постаралась сохранить за собой позиции производителя доступных автомобилей. Впервые в Молдове LoganGPL был представлен на выставке «Автомаркет 2007»

Logan GPL глазами эколога

Порадует новый Logan GPL и тех своих покупателей, которых заботит вопрос защиты окружающей среды. Во-первых, уровень выбросов вредного углекислого газа CO2 в подобном моторе – на 18% ниже, чем у бензинового агрегата. Всего 141 грамм на километр. Во-вторых, суммарная токсичность выхлопных газов стала в три раза ниже. А все оттого, что в газе нет свинца и прочих тяжелых примесей, содержащихся в бензине. В-третьих, как вы уже знаете, «газовый» Logan GPL соответствует экологическим стандартам Евро-4, а это само по себе уже много значит.

 

Почему выгодно использовать газ?

1.      Работа двигателя на газовом топливе приведет к снижению расходов примерно в 2 раза. Цена на пропан-бутан, как правило, в половину меньше стоимости бензина. 

2.      Пробег автомобиля увеличивается в 1,5-2 раза.Газ при сгорании образует гораздо меньше копоти в цилиндрах, чем бензин. Таким образом, двигатель изнашивается значительно медленнее.

3.      Срок службы моторного масла увеличится в 1,5-2 раза. Причина также кроется в меньшем количестве нагара, который способствует загрязнению масла.

4.      Суммарная токсичность выхлопных газов снижается в 2-3 раза.

5.      В 2-3 раза снижается шум двигателя - газ горит значительно тише бензина. Кроме этого, при работе на газе в любых режимах отсутствует детонация двигателя.

 

Краткая справка

Природный газ (пропан-бутан) – это смесь газов, образовавшаяся в недрах земли при разложении органических веществ, относится к полезным ископаемым. Часто является попутным газом при добыче нефти. Чтобы эта смесь оставалась жидкой, ее хранят и перевозят под давлением в 16 атмосфер. Процесс заправки машин пропаном внешне очень похож на заправку бензином, потому что это - сжиженный газ.

 

В Молдове пока только идет изучение спроса на технологию GPL, в то время как в Европе уже 10 миллионов автомобилей разных марок ездят на газе, из них в Румынии – 150 тысяч авто.

Сергей Соломонов

 

randomizer2007.livejournal.com

Виды газового топлива О преимуществе газа, как топлива, перед бензином

Виды газового топлива

О преимуществе газа, как топлива, перед бензином

Автомобильный парк нашей страны значительно вырос за последние годы и его увеличение продолжается.

Связанный с этим рост потребления жидкого топлива на транспорте сопровождается истощением хорошо освоенных и удобно расположенных нефтяных месторождений, вследствие чего приходится осваивать новые, расположенные в труднодоступных районах. Это, в свою очередь, приводит к удорожанию как сырой нефти, так и получаемых из нее нефтепродуктов.

Между тем страна располагает большими запасами высококачественного моторного топлива, не требующего для использования в двигателях никакой химической переработки. Речь идет о природном газе. Как моторное топливо, природный газ в натуральном виде превосходит нефтяное топливо. При использовании его обеспечиваются высокие технико-экономические показатели в ДВС, так как природный газ имеет хорошие антидетонационные качества, создает благоприятные условия смесеобразования и обладает широкими пределами воспламенения в смеси с воздухом. По-видимому, по этой причине первые ДВС делались для работы именно на газе.

В конце 40-х и начале 50-х годов в СССР было освоено производство газобаллонных автомобилей, использовавших сжатый природный газ. Несколько тысяч таких автомобилей в течение нескольких лет эксплуатировались в Украине и Поволжье – районах, достаточно обеспеченных в то время природным газом.

Однако начальный уровень газоснабжения и относительно малый в то время объем добычи газа не позволили расширить применение газобаллонных автомобилей, а возросшая потребность других отраслей промышленности (например, по производству удобрений), не обеспеченных приростом добычи, привела, в конечном итоге, к прекращению выпуска таких машин и изъятия их из эксплуатации.

В настоящее время положение в корне изменилось. Отдельные магистральные газопроводы давно объединены в Единую Систему Газоснабжения, которая густой сетью покрывает всю европейскую часть России, Среднюю Азию, Приморский край и остров Сахалин. И газификация продолжается бурными темпами.

Таким образом, имеется комплекс факторов – от высоких качеств природного газа, как моторного топлива, до эффективного уровня развития Единой Системы Газоснабжения – определяющих широкие перспективы применения газового топлива на транспорте.

Косвенным подтверждением целесообразности использования природного газа в качестве топлива для ДВС служит широкое использование его в Италии, США, Японии, ФРГ, Канаде, Нидерландах и т. д.

Горючие газы, применяемые в качестве моторного топлива для автомобилей, можно условно разделить на три основных вида по условиям специфики содержания, влияющей на возможность использования на разных классах автомобилей (легковых, грузовых, автобусов):

1. Сжиженные нефтяные газы (СНГ).

2. Компримированные (сжатые) природные газы (КПГ).

3. Сжиженные природные газы (СПГ).

Сжиженные нефтяные газы при нормальных температурах (в диапазоне от –20 °C до +20 °C) и относительно небольших давлениях (1,0. 2,0 МПа – 10. 20 кгс/см2) находятся в жидком состоянии. Их основные компоненты – этан, пропан, бутан и весьма близкие к ним непредельные углеводороды – этилен, пропилен, бутилен и их изомер. Эти газы получаются при добыче и переработке нефти и поэтому их называют сжиженные нефтяные газы (СНГ). Комплект газового оборудования для СНГ вместе с баллоном весит от 40 до 60 кг и вполне подходит для установки на легковых автомобилях. Объем баллона обеспечивает пробег около 300 км, что вполне соизмеримо с расчетным пробегом 400 км для автомобиля, работающего на бензине.

Компримированные (сжатые) природные газы (КПГ) 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.

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).

Что нам ожидать от газового топлива?

Для ответа на этот вопрос рассмотрим основные физико-химические показатели газовых топлив, а также их влияние на эксплуатационные качества двигателя в сравнении с аналогичными характеристиками бензина.

Познакомим с величинами, их характеризующими.

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.

При температуре выше критической вещество может находиться только в газообразном состоянии независимо от внешнего давления.

Знание критической температуры очень важно для оценки газовых топлив и их классификации.

Рассмотрим таблицу с точки зрения сравнения физико-химических показателей газа и бензина как топлив для ДВС.

Таблица 1. Физико-химические показатели основных углеводородных газов, входящих в состав газовых топлив

* Расшифровка показателей и таблица 1 взяты из справочника «Газобаллонные автомобили», авторы А. И. Морев, В. Н. Ерохов, Б. А. Бекетов и др. – М. «Транспорт», 1992.

Первый показатель в таблице – химическая формула. Метан и сжиженный нефтяной газ, в состав которого входят этан, пропан, бутан и пентан, ни в своем составе, ни в примесях не имеют свинца, что делает выхлоп при их сгорании экологически более чистым, чем у бензина.

Молекулярная масса у газов ниже, чем у бензина, следовательно, наполнение цилиндров горючей смесью, при прочих равных условиях, будет ниже, чем у бензина. Это минус, так как ведет к снижению мощности ДВС.

Относительная плотность газовой фазы по воздуху – величина, необходимая для расчета механизмов смесеобразования рабочего тела (газовоздушной смеси) и непосредственно не характеризует преимущества, или недостатки газового топлива перед бензином, но говорит о том, что при утечке метан будет уходить вверх, а СНГ будет скапливаться внизу.

Плотность жидкости – характеризует объем сосуда для хранения жидкой фазы топлива. Мы видим, что для одной и той же массы для бензина нужен объем меньше, чем для газа. Это – минус.

Критическая температура. Углеводородные газы, имеющие критическую температуру значительно выше обычных температур окружающей среды (например, у пропана 96,8 °C, а у бутана – 152,0 °C), легко сжижаются и хранятся в сжиженном состоянии при относительно небольшом давлении. Они хранятся в достаточно легких емкостях, позволяющих их использовать для питания двигателей легковых и малотоннажных грузовых автомобилей.

А метан, у которого критическая температура значительно ниже (минус 82,1 °C), будет при любом давлении в газообразном состоянии, и для его использования в качестве газового топлива его содержат в баллонах под давлением 20 МПа.

Низшая теплота сгорания у всех газов больше, чем у бензина. Это является преимуществом газового топлива и компенсирует пониженное наполнение цилиндров из-за малой относительной плотности газа.

Стехиометрический коэффициент у газов выше, чем у бензина.

Октановое число у газа значительно выше, чем у бензина. Это большое преимущество газа, позволяющее избавить двигатель от детонации, увеличить его мощность за счет увеличения степени сжатия и снизить расход топлива.

Температура воспламенения. Не в пользу газа. Это ухудшит пусковые качества двигателя.

Пределы воспламеняемости и коэффициент избытка воздуха в пользу газового топлива. Они говорят о том, что пределы регулирования ДВС на газовом топливе шире, чем на бензиновом.

На основе рассмотренных физико-химических свойств газовых топлив можно утверждать, что они безусловно превосходят бензиновые по следующим параметрам:

– позволяют добиваться более высоких мощностных и топливно-экономических показателей, чем у аналогичных по способу организации рабочего процесса бензиновых двигателей. Специально сконструированные газовые двигатели по удельным показателям мощности превосходят бензиновые, а по топливной экономичности близки к дизельным;

– по экологическим показателям выхлопа значительно превосходят бензины.

Очень ярким доказательством преимущества применения газового топлива перед бензиновым является опыт работы в этом направлении в газовой промышленности. Вот как оценивают опыт применения газового топлива в книге «Природный газ как моторное топливо на транспорте» (издательство «Недра», 1986 год) авторы Ф. Г. Гайнуллин, А. И. Грищенко, Ю. Н. Васильев, Л. С. Золотаревский.

«Обобщение и анализ многолетнего опыта эксплуатации газовых двигателей на различных объектах газовой промышленности, выполненные ВНИИГАЗом, свидетельствуют о том, что при переходе с жидкого топлива на газообразное срок службы двигателя до капитального ремонта возрастает в 1,5 раза, а сроки смены масла увеличиваются в 2 раза.

Достаточно отметить, что коэффициент полезного действия газовых двигателей зe достигает 38–40 % в широком диапазоне режимов. Для сравнения укажем, что зe бензинового двигателя составляет лишь 30–35 % и только на наиболее экономичных режимах работы.

Особенно усложнено приготовление смеси для бензиновых двигателей при низких температурах атмосферного воздуха вследствие того, что бензин в этих условиях плохо испаряется. При газовом топливе приготовление равномерной смеси не вызывает труда.

Отмечается, что токсичность выпускных газов при работе на природном газе на 90 % ниже токсичности выпускаемых газов бензиновых двигателей.

Перевод двигателей на КПГ вместо бензина обеспечил снижение содержания в выпускных газах окиси углерода с 1,3 до 0,13 %, углеводородов с 221 до 88 млн. долей, а окислов и соединений азота с 1000 и более до 100–200 млн. долей. Помимо улучшения экологии использование КПГ в автомобильных двигателях увеличивает срок службы свечей до 85 тыс. км. нет испарения топлива, не образуются паровоздушные пробки в топливоподающей системе, обеспечиваются: устойчивая работа на холостом ходу, хорошая приемистость и пожаробезобасность.

В настоящее время в всем мире эксплуатируется свыше 400 тыс. газобаллонных автомобилей, работающих на КПГ. Самое большое число газобаллонных автомобилей на КПГ, в основном легковых (270 тыс. шт.), эксплуатируется уже несколько десятков лет в Италии.

По данным фирмы «Ford» (США), мощность автомобильного двигателя, работающего на СПГ после 55 тыс. миль пробега, была на 10 % выше, чем аналогичного, работавшего на бензине (соответственно 74 и 66 кВт), а содержание окиси углерода в отработавших газах двигателей на СПГ было в 5 раз ниже (соответственно 0,21 и 1,2 %). Аналогичные результаты показывают также и другие фирмы. ».

Естественно, сразу же возникает вопрос: «А почему же мы до сих пор не перешли все на газовое топливо для автомобилей?»

Это связано, в первую очередь, со сложностью создания резервов топлива. Как отмечалось выше, только сейчас размах газификации нашей страны принял такие размеры, которые могут позволить создать необходимую сеть газозаправочных станций для автомобилей.

Система хранения необходимых для бесперебойной работы транспорта запасов газа оказывается чрезвычайно громоздкой и требует значительных капитальных вложений. Достаточно сказать, что стоимость емкостей для хранения часового запаса сжатого газа в несколько раз превышает стоимость компрессора такой же часовой производительности. Стоимость емкостей для длительного хранения сжиженного газа оказывается еще выше вследствие применения дорогостоящих материалов.

И сейчас при определении рентабельности, а то и смысла перехода на газовое оборудование, необходимо учитывать наличие газозаправочных станций в регионах использования автомобиля.

Применение двухтопливных двигателей, способных одинаково надежно работать как на газовом, так и на жидком топливе, частично решает эту проблему. Такие двигатели могут работать как на бензине, так и на газе, или на дизельном топливе и на газе. Но это накладывает свой отпечаток на использование свойств газа, как топлива для двигателей внутреннего сгорания, лишая возможности полной реализации его серьезных преимуществ, таких, как повышение мощности и улучшение топливной экономичности за счет увеличения степени сжатия.

Для полного использования преимуществ газового топлива перед бензинами необходимо конструировать двигатели специально под газовое топливо, что требует серьезной перестройки автомобильной промышленности.

Необходимо создать легкие, высокопрочные и дешевые баллоны для содержания газового топлива в количестве, которое обеспечивает межзаправочный пробег для автомобиля не менее 400 км при минимальных размере и весе.

Сегодня многие регионы обладают достаточной сетью газовых заправок для нормальной эксплуатации автомобилей, использующих газовое топливо.

Созданы различные модели качественного оборудования для перевода двигателей автомобилей в двухтопливные и на практике доказан положительный эффект использования газового топлива для ДВС автомобилей, заключающийся в более полном сгорании газовоздушной смеси, благодаря чему улучшаются условия смазки трущейся пары гильза – поршневые кольца, так как газовое топливо не смывает масло со стеной гильзы. Поэтому же уменьшается нагарообразование в головке блока и на поршнях. Масло можно менять значительно реже, так как оно не разжижается и меньше загрязняется. Расход масла на угар при этом снижается до 15 %. Межремонтный пробег газового двигателя более продолжительный по сравнению с бензиновым. На газовом двигателе увеличивается срок службы свечей зажигания.

Применение газового топлива заметно снижает суммарную токсичность отработавших газов (выхлопа) – окиси углерода СО, двуокиси азота NO2, углеводородов CH. Вредных соединений свинца в отработанном газовом топливе вовсе не существует.

Дымность выхлопа в режиме свободного ускорения при работе на газовом топливе в 3 раза ниже, чем при работе на бензине. При правильно выбранном режиме работы двигателя снижается и уровень шума, что особенно важно в условиях города. И, наконец, стоимость требуемого газового топлива ниже стоимости бензина на величину, позволяющую окупить затраты на приобретение и установку газового оборудования за 25–30 тыс. км пробега с учетом его большего расхода на единицу пути.

http://www.razlib.ru

legkoe-delo.ru


Смотрите также