Автогаз LPG - рішення у бік економіки та екології

Перевага Автогазу перед бензином

1. Економія - Вартість скрапленого газу нижче в середньому на 50% вартості бензину марки А-95. Не дивлячись на те, що витрата газового палива перевищує витрату бензину на 2 ... 5%, економія становить 47 ... 49% грошових коштів, що витрачаються на паливо.

При цьому, необхідно зазначити, що залежно від газового обладнання та об'єму двигуна автомобіля, витрата газу може і не перевищувати витрата бензину. Наприклад, при наявності газового обладнання останнього покоління та об'єму двигуна автомобіля 5000 см3, ця різниця дорівнює 0.

2. Збільшення ресурсу двигуна - Газ не змиває масляну плівку зі стінок циліндрів і не розбавляє масло в картері. Газ не містить шкідливих домішок (свинець, сірка), які на хімічному рівні руйнують деталі камери згоряння, нейтралізатор і датчик кисню (лямбда-зонд). Ресурс двигуна збільшується в 1.5 ... 2 рази, в порівнянні з бензином.

3. Екологічність - Газ не містить шкідливих домішок (свинець, сірка), які є в бензині. Тому кількість токсичних викидів знижується на 40%.

4. Антидетонаційна стійкість - Октанове число скрапленого газу 102, що виключає детонаційний режим роботи двигуна при будь-якому навантаженні. Це гідність газу може бути особливо актуально для двигунів з високим ступенем стиснення, які споживають високооктановий (і дорогий) бензин.

5. Дифузія - Газ легко змішується з повітрям і рівномірно наповнює циліндри однорідною сумішшю, тому двигун працює рівніше і тихіше. Газова суміш згорає повністю, тому не утворюється нагар на поршнях, клапанах і свічках запалювання.

6. Швидкість згоряння - Газ згорає повільніше, ніж бензин, що знижує навантаження на поршневу групу і колінчастий вал, двигун працює «м'якше».

Теорія

Розглянемо використання скрапленого газу в двох видах двигунів внутрішнього згоряння : карбюраторних і дизельних . Основну увагу приділимо тільки основним принципам конструктивного оформлення і роботи двигунів, що працюють на скрапленому газі.

Стандартні види палива для двигунів внутрішнього згоряння - бензин і дизельне паливо. Основна перевага скрапленого газу перед ними - чистота, оскільки в скрапленому газі немає свинцю, дуже низький вміст сірки, оксидів інших металів, ароматичних вуглеводнів та інших забруднюючих домішок. Особливо це стосується свинцю, який для поліпшення антидетонаційних властивостей в обов'язковому порядку додають у бензин у вигляді тетраетилсвинцю і який засмічує запальні свічки, є потенційним отруйником атмосфери, а також сірки, яка викидається в атмосферу разом з продуктами згоряння. Використання скрапленого газу полегшує запуск двигуна в холодну пору року, забезпечує більш рівне і стійке горіння всередині робочого простору циліндрів двигуна. Той факт, що при спалюванні скрапленого газу зазвичай повністю відсутні забруднення, пояснює і велику довговічність працюючих на скрапленому газі двигунів в порівнянні з двигунами, що працюють на бензині або дизельному паливі, оскільки в першому випадку утворюється значно менше нагару і відкладень вуглецю на внутрішній поверхні циліндрів.

Двигуни, що працюють на скрапленому газі, мають меншу вартість . У багатьох країнах скраплений газ обкладається незначним податком або взагалі їм не обкладається, хоча автомобільне паливо всюди вважається одним з найкращих доходів від оподаткування.

Крім двигунів, які можна перевести на скраплений газ, на ринку є двигуни, які розроблені тільки для роботи на цих газах. Серед них слід назвати невеликі двигуни, призначені для роботи всередині приміщень, де завдяки їх використанню потрібна менша ступінь вентиляції (автонавантажувачі на складах або корабельних трюмах, цементні змішувачі, обладнання для вугільних шахт і копалень та інші види внутрішньоцехового і підземного транспорту). Для роботи тільки на скрапленому газі розроблені також різноманітні види тракторів та інших машин для сільського господарства.

Говорячи про модифікаціях двигунів внутрішнього згоряння, необхідно підкреслити важливість збереження можливості їх роботи в необхідних випадках на первинному вигляді палива. Необхідність двопаливного забезпечення виникає, зокрема, при розташуванні заправних пунктів скрапленим газом, на значній відстані один від одного.

Дизельний двигун неможливо повністю перевести на скраплений газ, оскільки вони не здатні стійко підтримувати роботу по дизельному циклу. Суміш скрапленого газу з повітрям не може спалахнути подібно суміші дизельного палива з повітрям, коли дизельне паливо впорскується в стисле повітря. Крім того, при надлишку в паливній суміші скрапленого газу дизельний двигун може почати детонувати . У зв'язку з цим запуск дизельного двигуна слід здійснювати тільки на дизельному паливі. Далі він може працювати на суміші дизельного палива зі скрапленим газом, частка яких не повинна перевищувати певної величини.

Деякі аспекти конструкцій і роботи карбюраторних двигунів.

Коли в якості палива в карбюраторних двигунах застосовують бензин, горюча суміш утворюється в карбюраторі, який перетворює рідке паливо і повітря в парову суміш, що надходить у робочий простір циліндра. Вельми важливо, щоб паливо -повітряна суміш запалала в точно заданий момент часу. Це досягається завдяки тому, що іскра на займання подається від високовольтного джерела струму за кілька градусів до підходу поршня до верхньої мертвої точки в кінці такту стиснення. Слід уникати несвоєчасного запалення суміші через підвищення температури її при стисненні, оскільки це призводить до втрати потужності. У паливо для карбюраторних двигунів часто додають антидетонаційні компоненти (тетраэтил і тетраэтилсвинец), що підвищують опірність передчасного займання.

При заміні бензину на скраплений газ необхідність у антидетонатора відпадає. Суміш скраплений газ - повітря чисто газова, тому тетраетіл або тетраметил свинцю, що є рідиною, не може бути поданий у вигляді суспензії в газовий потік . На щастя, більшість компонентів скрапленого газу володіють підвищеними антидетонаційними якостями. Слід також зазначити, що у скрапленого газу октанове число значно вище, ніж у замещаемого бензину.

Це означає, що двигуни, що працюють на скрапленому газі, можуть мати високий ступінь стиснення, а отже, і більш високий, ніж у бензинового двигуна ККД. При перекладі на скраплений газ в двигуні можна збільшити ступінь стиснення при використанні більш дрібної головки блоку або куполоподібних поршнів. Ступінь стиснення карбюраторного двигуна, розрахованого на використання тільки скрапленого газу, повинна бути відразу підвищена.

Запалювання суміші в карбюраторних двигунах здійснюється за допомогою запальних свічок . Їх конструкції різноманітні і залежать від типу двигуна, ступеня згоряння та інших характеристик. При переході з бензину на скраплений газ характеристики двигуна можуть бути поліпшені за рахунок використання свічки малого теплового радіусу, або холодної свічки, але при цьому необхідно підвищити ступінь стиснення за малого розміру зазору між електродами в свічці . Пропуски запалювання через відкладення на електродах нагару при роботі на скрапленому газі практично неможливі.

Позитивними факторами, що спостерігаються при переході двигуна з бензину на скраплений газ, є більш стійке і спокійне горіння, а також повна відсутність явища змиву та вигоряння масла зі стінок циліндра. Скраплений газ, будучи чистим, вільним від сірки паливом, не викликає такого коррозирування клапанів, ущільнювальних поршневих кілець, поршнів і стінок гільз циліндрів, яке можливо при роботі на бензині. Поступаючи в циліндри у вигляді чисто газової суміші, Скраплений газ не розчиняє мастило, в результаті чого робочі властивості його зберігаються значно довше, ніж при роботі на бензині.

При перекладі двигуна з бензину на газове паливо слід пам'ятати про те, що скраплений газ має більш низьку питому щільність і що його витрата вище, ніж бензину . Наприклад, що працює на скрапленому газі автомобіль буде проходити тільки 0,8 того відстані, яку він пройшов би при роботі на бензині. Однак на практиці завдяки високій ефективності спалювання та чистоті продуктів згоряння газові двигуни в середньому споживають палива на 15 % менше, ніж бензинові.

Точно встановлено, що двигуни внутрішнього згоряння, насамперед, автомобільні карбюраторні двигуни, є основними джерелами забруднення. Вихлопні гази автомобілів, що працюють на бензині, на відміну від автомобілів, що працюють на скрапленому газі, містять сполуки свинцю. Якщо застосовуються очисні фільтри каталітичної дії, то поглинаються ними сполуки свинцю дезактивують каталізатор, в результаті чого не тільки свинець, а й окис вуглецю, які не згоріли вуглеводні викидаються разом з вихлопними газами в кількості, що залежить від умов і стандартів на експлуатацію двигунів, а також від умов очищення та інших факторів. Кількісно концентрацію забруднюючих компонентів у вихлопних газах при роботі двигунів як на бензині, так і на скрапленому газі визначають за спеціальною методикою. При проведенні більшості експериментів було виявлено, що переведення двигунів з бензину на скраплений газ призводить до зниження кількості викидів окису вуглецю в 10 разів і незгорілих вуглеводнів в 5 разів.

Домішками, що містяться у вихлопних газах при роботі на бензині, так і на скрапленому газі, є окису сірки та азоту. Концентрація окисів сірки при роботі двигуна на скрапленому газі може бути в десятки разів нижче, ніж при роботі його на бензині. Окису азоту, як було встановлено, є основними винуватцями освіти оптичного смогу. У поєднанні з ненасиченими вуглеводнями під впливом ультрафіолетового випромінювання вони утворюють канцерогени. Експерименти показали, що при перекладі двигунів з бензину на скраплений газ спостерігається зниження (до 70 %) викидів окислів азоту. При роботі двигунів на бензині були отримані наступні показники по забрудненню атмосфери: сполуки свинцю і оксиди сірки присутні, окису вуглецю і незгорілих вуглеводнів - стандартний зміст; при роботі на скрапленому газі - сполуки свинцю відсутні, оксиди сірки практично відсутні, вміст окису вуглецю і незгорілих вуглеводнів знижено відповідно на 80 і 70 %.

Переклад двигунів з бензину на скраплений газ відносно простий, хоч і залежить від розмірів двигуна і типу обраного обладнання. При перекладі двигунів з будь-якого бензину на скраплений газ обов'язково мати три основні пристрої: паливний бак ( балон ) під скраплений газ, редуктор випарник і карбюратор.

Паливний бак працює на скрапленому газі автомобіля є резервуаром високого тиску. Він являє собою балон циліндричної форми, наявний зазвичай в багажному відділенні автомобіля.

Рідка фаза скрапленого газу з паливного бака через глибоко занурену в неї трубку і встановлений на ній робочий клапан надходить у трубопровід, а з нього - в редуктор -випарник, який зазвичай розташований в моторному відділенні. В системі двопаливного забезпечення автомобіля лінія подачі скрапленого газу забезпечена перемикачем виду палива, який миттєво відкриває або закриває запірні клапани бензину або скрапленого газу. Зазвичай отсечной клапан використовують для запобігання утворення вакууму в збірному колекторі палива та попадання палива в змішувальну камеру до запуску двигуна. Паливний фільтр захищає редуктор -випарник від засмічення домішками.

Скраплений газ починає випаровуватися в центральній камері редуктора - випарника після запуску двигуна внаслідок акумульованого тепла самого випарника. Після того як через нього почне циркулювати гаряча вода охолоджуючої системи, рідкий скраплений газ стане випаровуватися за рахунок підігріву в процесі теплообміну. Тиск випариної фази скрапленого газу редукується в одну або дві ступені да атмосферного тиску за допомогою звичайного регулятора мембранного типу. При двухступенчатом зниженні тиску клапан високого тиску спочатку забезпечує подачу рідини в испарительную камеру при надмірному тиску 83,4 кПа. Після випаровування газова фаза, проходячи через клапан низького тиску, розширюється і надходить у лінію низького тиску, що веде в карбюратор.

Принцип дії рідинного і газового карбюратора однаковий. Це пристрій змішує паливо з повітрям для отримання займистою суміші, призначеної для спалювання в двигуні. Проблеми, що виникають при цьому, пов'язані насамперед з необхідністю роботи двигуна на змінної потужності, тобто при змінюваному в широкому діапазоні витраті палива, а також з необхідністю підтримки оптимального співвідношення паливо -повітря при швидко змінюваному положенні дросельної заслінки і забезпечення холостого ходу при мінімальній витраті палива . Проблема добре збалансованої по повітрю і паливу подачі суміші на всіх швидкостях і навантаженнях двигуна вирішується декількома шляхами:

• Витрата газу регулюється і визначається по перепаду тиску в трубі Вентурі.

• Витрата газу залежить від положення повітряного клапана і одноступінчатого клапана для суміші газу і повітря.

• Витрата газу регулюється положенням повітряного клапана, пов'язаного з паливним клапаном.

• Витрата газу залежить від тиску на клапані скрапленого газу, механічно пов'язаному з дросельної заслінкою.

Для отримання оптимальних характеристик двигуна автомобіля, переведеного з бензину на скраплений газ або подвійне паливо, вельми важливо відрегулювати роботу карбюратора як для холостого ходу, так і для широкого діапазону режимів роботи з перемінним положенням дросельної заслінки. У всіх випадках вельми важливо забезпечити достатню пропускну спроможність газопроводу і стійку роботу двигуна при максимальній витраті газу і мінімальних втратах тиску в газопроводі, редукційному клапані і випарнику.

Деякі аспекти конструкцій і роботи дизельних двигунів.

Компресійне запалювання в дизельному двигуні відрізняється від іскрового запалювання в карбюраторному двигуні тим, що в ньому чисте повітря стискається до утворення суміші повітря і пари палива, а паливо в рідкому вигляді впорскується строго дозованими порціями за кілька градусів кута повороту колінчастого вала до верхньої мертвої точки поршня двигуна в циклі стиснення, тобто раніше, ніж воно буде захоплена потоком повітря на горіння . Дизельне паливо займається при взаємодії з високонагретим стисненим повітрям і рівномірно згорає на протязі всього циклу розширення при зворотному ході поршня. Для забезпечення миттєвого запалювання палива, що впорскується вельми важливо, щоб воно володіло необхідними характеристиками займання, зазвичай виразимими цетановим числом. На жаль, цетанові числа всіх компонентів скрапленого газу є вельми низькими, тому в чистому вигляді скраплений газ не буде запалюється при уприскуванні їх замість дизельного палива в циліндри дизельного двигуна. Такий двигун може працювати лише за умови, що основним видом палива є дизельне, а скраплений газ відіграє допоміжну роль. Співвідношення між ними буде визначатися техніко - економічними міркуваннями.

Досвід показав, що за рахунок добавки скрапленого газу потужність дизельних двигунів підвищується. При цьому скраплений газ змішується з повітрям на горіння аналогічно тому, як це здійснюється в карбюраторних двигунах. Однак, слід мати на увазі, що частка скрапленого газу, що подається в дизельний двигун, значно менше частки скрапленого газу, що подається в карбюраторний двигун.

При занадто високих ступенях стиснення горючої суміші, що складається з повітря і скрапленого газу, можливо передчасне займання і, отже, виникнення детонації. Зазвичай ступінь стиснення в дизельних двигунах дорівнює 12-20, тобто знаходиться поза межами безпечних ступенів стиснення горючих сумішей повітря зі скрапленим газом. З цієї причини кількість скрапленого газу, який додається в стискуваний повітря дизельного двигуна, повинне обмежуватися рівнем, що забезпечує стійку і рівну роботу двигуна. На практиці частка заміщує дизельне паливо скрапленого газу зазвичай становить 40 %. Частка скрапленого газу, використовуваного для підвищення потужності дизельного двигуна, не повинна перевищувати 25 %. Якщо частка скрапленого газу в паливній суміші перевищує 25-40%, виникають детонація, нестійка робота та інші явища, що погіршують роботу дизельних двигунів.

Димоутворення і його усунення.

Незважаючи на зазначені труднощі, інтерес до використання скрапленого газу в автомобільних дизельних двигунах постійно зростає. Головна причина цього - викид чорного диму, який є характерною ознакою незадовільної експлуатації дизельного двигуна, виходу з ладу інжектора чи поганий конструкції двигуна. Немає сумніву в тому, що більшість існуючих або перебувають на стадії розробки конструкцій дизельних двигунів не має регуляторів, що попереджають утворення диму.

Один з напрямків використання скрапленого газу в дизельних двигунах - досягнення їх бездимної роботи в режимі максимальної потужності.

Зниження диму за рахунок добавок скрапленого газу досягається при дуже незначних витратах, проте ККД двигуна при цьому істотно зростає. Інші добре відомі методи зниження димоутворення в дизельних двигунах (горючі присадки, використання більш легких сортів моторного палива ) не дають такого ефекту.

З точки зору захисту навколишнього середовища від шкідливих викидів використання скрапленого газу в якості добавки в дизельні двигуни сприяє зниженню окислів азоту набагато більше, ніж пізніша подача палива.

Система двопаливного дизельних двигунів.

Комерційне використання скрапленого газу в якості додаткового палива в дизельному двигуні не забезпечує тих переваг, які досягаються при їх застосуванні в карбюраторних двигунах. Є декілька промислово освоєних систем забезпечення роботи дизельних двигунів на подвійному паливі. Однак переклад на ці системи досить складний через те, що подачу скрапленого газу слід контролювати становищем паливного інжектується пристрою. Отже, ідеальна система додаткової подачі скрапленого газу буде працювати за допомогою мікровимикачів, контролюючих положення паливного насоса, а значить, може виникнути необхідність модифікації паливного насоса або заміни його .

Не дивлячись на перераховані труднощі, комерційне освоєння подібних систем йде швидкими темпами, особливо на міському транспорті.

Переобладнання дизельних двигунів для використання скрапленого газу.

У дизельних двигунах можлива лише часткова заміна дизельного палива на скраплений газ. Зазвичай зберігається наступні співвідношення : при частковому дроселюванні - 70 % скрапленого газу та 30 % дизельного палива, при повному дроселюванні - 25 % скрапленого газу та 75 % дизельного палива. Однак при кардинальній реконструкції дизельного двигуна можна домогтися повного переведення його на скраплений газ. Установка модифікованого газового двигуна на великі автобуси або вантажні автомобілі цілком доступна і обходиться значно дешевше, ніж покупка нового дизельного двигуна тієї ж потужності.

Переваги газового двигуна в порівнянні з дизельним наступні: знижений рівень шуму, більш рівна і стійка робота, менший викид диму, знижена емісія сумарних оксидів азоту і вуглеводнів, менші витрати на експлуатацію, підвищений термін служби . Основні недоліки його - підвищення витрати палива, приблизно, на 15 % внаслідок зменшення його щільності і термічного коефіцієнта корисної дії .

Вимоги до якості скрапленого газу.

Спочатку вважалося, що для використання в автомобілях необхідні спеціальні сорти скрапленого газу, відмінні від сортів, що були на комерційному ринку . Проте досвід показав, що стандартний скраплений газ для комунально- побутового споживання (ГОСТ 20448 - 90) придатний для цієї мети, оскільки основний параметр - октанове число - відповідає всім нормам і стандартам пред'являються до автомобільного палива.

Октанове число пропану - 105, бутану - 92, тобто вони мають перевагу перед бензином, октанове число якого в середньому дорівнює 85.

Інший якісний критерій - тиск насичених парів . Воно повинно забезпечити гарні характеристики запуску двигуна взимку і виключати утворення парових пробок влітку . У нашій країні застосовуються зимові та літні сорти скрапленого газу, що представляють собою суміш пропану і бутану.

Вимоги техніки безпеки

При розміщенні і установці балонів під скраплений газ, що призначаються для забезпечення потреб автомобільного транспорту, слід виконувати ті ж вимоги техніки безпеки, що і для балонів призначених для комунально-побутового користування:

Установку газового обладнання та його елементів, призначених для переходу автомобілів на скраплений газ, повинна робити тільки спеціалізована організація, що має відповідні дозволи та сертифікати.
Максимальний рівень наповнення резервуара призначеного для скрапленого газу не повинен перевищувати 85 % геометричної місткості резервуара.
Автомобілі, переобладнані для роботи на скрапленому газі, обов'язково повинні бути забезпечені одним вогнегасником ОУ- 2 або ОП- 5.
При експлуатації автомобільного газового обладнання необхідно дотримуватися і суворо дотримуватися вимог безпеки систем газопостачання України затверджених Наказом Держнаглядохоронпраці 01.10.97 (ДНАОП 0.00-1.20-98)