Газовые углеводородные топлива

Применение газовых топлив в тепловых двигателях имеет давнюю историю. Теоретический цикл газового двигателя был описан французским ученым С. Карно еще в 1721 г. Столетие спустя получили практическое распространение двигатели Ленуаальтернативных топлив в сравнении с традиционными топливами

	Природный газ		Водород			Ацетилен (газообраз ный)
Сжиженный нефтяной газ	газообраз ный	ЖИДКИЙ	газо образный	ЖИДКИЙ	Аммиак (жидкий)
542	0,71	420	0,09	71	680	1,173
—42	—162		—252,76		—33	—83,8
—187 160	—182		—259,2		—78	—
412	511		_		1370	_
15,2	16,8—17,4		34,8		6,15	13,14
2149	2065		2449		1956	2610
46,0	48,94—50,15		120,0		18,65	47,82
24,93	(33,27— —34,1)*	20,92	(10,8)*	8,52	12,68	(56,05)
2840	2740—2749		3381		2605	3320
3520	3121—3126		2992		2874	3830
0,7-1,2	0,7-	1,3	0,6—5,0		0,9—1,2	1,3-2,5
90—94	100—	105	30—40		ПО
93—113	110—115		45—90		130	—
18—22			Высокая		Низкая	Высокая
1800	_	_		_	20	_
1,6 МПа	20—40 МПа	—165°С	20—40 МПа	—255°С	0,6—0,7 МПа	1,5—2,5 МПа**

ра, работавшие на светильном газе. Созданные позднее поршневые двигатели Отто также вначале работали на газовом топливе.

В нашей стране первый практический опыт использования газа на автомобильном транспорте был связан с выпуском в 1939 г. газобаллонных автомобилей ЗИС-ЗО и ГАЗ-44, а в 50-е годы — ЗИС-156 и ГАЗ-51Б, предназначенных для работы на сжатом природном газе. Несколько тысяч этих автомобилей эксплуатировалось в течение ряда лет на Украине и в Поволжье — районах, обеспеченных в то время природным газом. В 1954 г. было начато производство газобаллонных автомобилей ЗИС-156А и ГАЗ-51Ж, работавших на сжиженном пропан-бутано-вом газе. Однако в 60-е годы в связи с бурным развитием отечественной нефтеперерабатывающей промышленности и организацией массового выпуска дешевых высокооктановых бензинов применение газовых топлив было практически полностью прекращена.

Рис. 4.2. Изменение теоретических значений среднего индикаторного давления р,- (а) и содержания в отработавших газах оксидов углерода и азота (б) при работе двигателя на топливах:

I — метанол; 2 — этанол; 3 — бензнно-метанольная смесь; 4 — бензнно-этанольная смесь;

5 — бензин; 6 — природный газ; 7 — водород; 8— аммиак; 9 — ацетилен

В последнее время объективная необходимость экономии ресурсов нефти привела к увеличению числа автомобилей, работающих на газовых топливах. Во многих странах, например в Японии, переход на газовое топливо рассматривается как радикальная мера снижения вредных выбросов автомобилей и оздоровления воздушного бассейна больших городов.

В настоящее время мировой парк автомобилей, эксплуатируемых на газовых топливах, оценивается в 3—3,5 млн. шт. В нашей стране расширяются масштабы применения как сжатого, так и сжиженного газов. С учетом Единой системы газоснабжения, значительных запасов и растущих объемов добычи природного газа наиболее высокими темпами осуществляется перевод автомобилей на сжатый природный газ.

Среди различных видов горючих газов большее практическое применение в качестве моторных топлив нашли смеси газообразных углеводородов, получаемые из природного и попутного нефтяного газов. Эксплуатационные свойства и особенности применения газовых топлив определяются свойствами их компонентов (табл. 4.2).

Сжиженные газы. Основными компонентами сжиженных пропан-бутановых газов, известных на практике под названием сжиженных нефтяных газов, являются пропан и бутан. Кроме того, в них содержится немного этана и пропилена. При 20°С бутан сжижается при давлении 0,103 МПа, а пропан — 0,716 МПа. Поэтому для сохранения жидкого состояния при более высоких температурах (до +45, +50°С) пропан-бутано-г>ая смесь находится в топливном баллоне под давлением 1,6 МПа.

По отношению к бензину пропан и бутан имеют более высокую массовую теплоту сгорания и характеризуются высокой

Таблица 4.2. Физико-химические свойства основных компонентов газовых топлив

Показатель	Пропан	Бутан	Этан	Пропилен	Метан
Плотность, кг/м3: газа	1,88	2,46	1,27	1,45	0,72
жидкости	509	582	446	522	415
Температура кипения, °С Теплота сгорания (жидкость): МДж/кг	—42,2	—0,5	—88,6	—47,9	—162
	45,9	45,4	47,2	45,6	49,8
МДж/л	23,4	26,4	21	23,8	35,8*
Теплота сгорания стехиомет-	3,46	3,5	3,39	2,65	3,4
рической смеси, МДж/м3 Температура воспламенения,	510	480	580	470	700
°С Стехиометрический коэффици-	23,9	30,9	16,7	23,9	9,5
ент, м3/м3 * В газообразном состоянии.

детонационной стойкостью. Они являются хорошим топливом для двигателей внутреннего сгорания с принудительным (искровым) воспламенением. При переводе автомобиля на пропан-бутановую смесь его эксплуатационные свойства не только сохраняются, но и по ряду показателей улучшаются в сравнении с базовой (бензиновой) моделью.

Сжиженный газ в соответствии с ГОСТ 20448-75 выпускается для зимней эксплуатации — СПБТЗ (^75% пропана и <20% бутана) и для летней — СПБТЛ (34% пропана и 60% бутана). Состав сжиженных газов для газобаллонных автомобилей регламентируется по следующим показателям (ТУ 38 001302—78):

Углеводородный состав, % (масс.):

пропан 80±5

сумма пентанов, не более 3

сумма непредельных углеводородов, не более 6 Жидкий осадок при -{-40 °С Отсутствие

Давление насыщенных паров, МПа, не более:

при +45 °С 1,6

при — 30 °С 0,07

Содержание, % (масс.), не более:

сероводорода 0,003

общей серы 0,015

воды и щелочи Отсутствие

Пропан-бутановые смеси характеризуются высоким коэффициентом объемного расширения: при увеличении температуры на 10 °С давление в газовом баллоне повышается на 0,6— 0,7 МПа. Во избежание разрушения при повышении температуры в топливных баллонах‘предусматривается газовая подушка с минимальным объемом не менее 10% всего объема. Поскольку компоненты сжиженных газов не имеют запаха для обнаружения утечек смеси в нее добавляют одоранты — вещества со специфическим сильным запахом. В качестве одоранта обычно используют этилмеркаптан в количестве 0,2—

Таблица 4.3. Характеристики основных моделей газобаллонных автомобилей

0,3 г на 1000 м³ газа.

Характеристики основных моделей газобаллонных автомобилей, предназначенных для работы на сжиженных газах, приведены в табл. 4.3 [144]. Все автомобили имеют резервную систему питания бензином на случай отсутствия газа. При этом, ввиду увеличения степени сжатия двигателей газобаллонных модификаций грузовых автомобилей и автобусов (л;на 1— 2 ед.), их работа на товарном бензине А-76 допускается лишь в экстренных случаях при движении с пониженными скоростями (или уменьшенной загрузкой) на небольшие расстояния. Запас хода, грузоподъемность, топливная экономичность (в энергетическом эквиваленте) и тягово-скоростные качества газобаллонных автомобилей находятся на уровне бензиновых моделей или отличаются от них незначительно. Вместе с тем практический опыт эксплуатации газобаллонных автомобилей показал ряд их преимуществ. Благодаря отсутствию жидкой фазы (фракций углеводородов) в топливовоздушной смеси обеспечивается большая равномерность ее распределения по цилиндрам двигателя, исключается смывание смазки с их зеркала, а загрязнение масла и нагарообразование значительно снижаются. В результате ресурс работы двигателя, его межремонтный пробег возрастают в 1,4—2, а периодичность смены моторного мас-

Рис. 4.3. Схема топливной системы газобаллонного автомобиля на сжиженном нефтяном газе:

1 — бак с газом; 2—4 — вентили; 5 — испаритель; 6 — фильтр; 7 — редуктор; 8 — карбюратор-смеситель; 9 — карбюратор; 10 — бензонасос; 11 — фильтр; 12 — край; 13 — бензобак;

14, 15 — указатели ла — в 2 — 2,5 раза. Однако из-за большей сложности газобаллонной системы питания трудоемкость ее технического обслуживания и ремонта возрастает на 3—5%. Кроме того, из-за худших пусковых свойств сжиженных газов надежный пуск холодного двигателя возможен при температуре окружающего воздуха до —5…—7 °С. При более низких температурах в условиях безгаражного хранения для запуска двигателя требуется его тепловая подготовка. Для этой цели используют подогрев с помощью газовых инфракрасных излучателей, горячего воздуха, прокачки системы охлаждения горячей водой и др. При отсутствии необходимых средств допускается запуск двигателя на резервном бензине с переводом после прогрева на газовое топливо. Однако это является исключительной мерой, так как ведет к дополнительному расходу бензина и снижает экономическую эффективность газобаллонного автомобиля.

Топливная система грузовых газобаллонных автомобилей и автобусов практически полностью унифицирована. Ее основными элементами (рис. 4.3) являются: бак для газа 1 с вентилями 3 и 2 для подачи соответственно жидкой и газовой (паровой) фаз топлива, запорный вентиль 4, испаритель 5, фильтр 6, двухступенчатый редуктор 7 и карбюратор-смеситель 8. Резервная система питания бензином включает бак 13 с запорным краном 12, фильтр И, бензонасос 10 и простейший однокамерный карбюратор 9. Для контроля топлива в баке и давления газа служат дистанционные указатели 15 и 14. Газообразная фаза из бака подается только при пуске и прогреве двигателя. При работе двигателя сжиженный газ под давлением около 1,6 МПа через вентили 3 и 4 поступает в испаритель 5, откуда в парообразном состоянии после очистки в фильтре 6 подается з редуктор 7. В первой ступени редуктора давление газа понижается до 0,15 МПа и во второй — примерно до атмосферного.

Рис. 4.4. Схема стационарной станции для заправки газобаллонных автомобилей сжиженным нефтяным газом:

1 — компрессор; 2 — маслоотделитель; 3 — фильтр; 4 — насос; 5 — емкость для хранения газа; 6 — раздаточные колонки; — сжиженный газ;

Далее под действием разрежения во впускной системе работающего двигателя газ поступает в карбюратор-смеситель, откуда в виде однородной топливной смеси подается в цилиндры двигателя. Для перевода двигателя на резервное питание бензином служит кран 12.

Газобаллонная установка легкового автомобиля ГАЗ-24-07 отличается в основном конструктивным исполнением некоторых элементов. При этом бак для хранения газа размещается в багажнике автомобиля, занимая около 1/3 его объема.

Г Автомобили заправляются сжиженным газом на стационарных специализированных автозаправочных станциях. Типовая стационарная станция содержит четыре емкости для хранения сжиженного газа общей вместимостью 25 м³ и обеспечивает заправку 600 автомобилей в сутки. Заправка автомобилей осуществляется с помощью центробежных насосов при одновременном создании в емкостях избыточного давления 0,1—0,2 МПа (рис. 4.4). При избыточном давлении, создаваемом компрессором, можно также сливать сжиженный газ из заправочной автоцистерны. Заправочная колонка снабжена счетчиками расхода газа и присоединительными шлангами.

Для заправки газобаллонных автомобилей служат также передвижные газонаполнительные станции ЦППЗ-12-885, состоящие из седельного тягача ЗИЛ-130В1 и цистерны, установленной на шасси полуприцепа ОдАЗ-885. Цистерна имеет

Таблица 4.4. Сравнительные показатели различных систем хранения природного газа

Топливо и способ хранения	Удельная теплота сгорания топлива на единицу тары		Отношение к бензиновому эквиваленту
	МД ж/кг	МДж/дмЗ	по массе	по объему
Сжатый до 20—25 МПа природный газ в баллонах:
из углеродистой стали	3,45	0,88—1,10	8,64	6,4—7,9
из легированной стали	4,94	0,88—1,11	6,03	6,3—7,9
Сжатый до 32—40 МПа природный газ в баллонах:
из углеродистой стали	3,47	1,34—1,67	8,60	4,2—5,2
из легированной стали	4,97	1,35—1,68	6,0	4,2-5,2
Жидкий природный газ	13,67	2,55	2,2	2,7
Бензин	29,8	7,0	1,0	1,0

вместимость 10,2 м³ и оборудована одним заправочным постом. Время заправки одного автомобиля 5—8 мин. Станция обеспечивает заправку примерно 200 автомобилей. /

Природный газ состоит в основном наметана и небольшой примеси других газообразных компонентов. Состав природного газа для различных месторождений неодинаков и в среднем может характеризоваться содержанием метана 85—99% (об.), этана 1—8% (об.), пропана и бутана 0,5—3,0% (об.), пентана до 0,5—2,0% (об.), азота 0,5—0,7% (об.) и диоксида углерода до 1,8% (об.). В зависимости от состава природного газа изменяются его моторные свойства, важнейшим показателем которых является теплота сгорания. Для природных газов отдельных месторождений она может составлять 47 МДж/м³, а в среднем — 33—36 МДж/м³, т. е. почти в 1000 раз меньше, чем у жидкого нефтяного топлива. Это является главным недостатком природного газа как моторного топлива.

Показатели удельной энергоемкости различных методов хранения природного газа в расчете на единицу массы и объема системы хранения (тары) приведены в табл. 4.4 в сравнении с бензином [137]. При использовании природного газа в сжатом виде энергоемкость системы хранения определяется давлением сжатия, конструкцией и материалом газового баллона. Наибольшее применение нашли цилиндрические баллоны из углеродистой и легированной сталей. В этом случае для хранения 1 м³ природного газа требуемая масса баллона составляет 3,5—5 кг. При увеличении давления сжатия масса растет примерно пропорционально плотности сжатого газа, из-за чего добиться таким способом значительного снижения массы системы хранения сжатого газа невозможно. Эффективнее использо-

Рис. 4.5. Изменение индикаторных к. п. д. тр и давления ри содержания в отработавших газах оксидов углерода СО, суммарных углеводородов [СН} и оксидов азота N0* при работе двигателя на бензине (-) н природном газе (—-)

вать более прочные конструкционные материалы. Например, применение легированной стали вместо углеродистой снижает массу газового баллона на 30—33%. Разработаны армированные стеклопластиковые баллоны с массой в 4— 4,5 раза меньше стальных.

Сжижение природного газа по сравнению с сжатием позволяет уменьшить массу системы хранения в 3—4 и объем в 1,5— 3 раза. Однако из-за низкой температуры кипения метана (основного компонента природного газа) топливо необходимо хранить в криогенных емкостях с высокоэффективной тепловой изоляцией. Обычно это емкость с двойными стенками, пространство между которыми вакуумируется, а в ряде случаев — заполняется теплоизоляционным материалом. Эксплуатация автомобиля на сжиженном газе связана с потерями газа на испарение при заправке и хранении (до нескольких процентов в сутки) и, кроме того, технически достаточно сложна.

Наиболее распространен вариант применения природного газа в двигателе с внешним смесеобразованием и принудительным (искровым) воспламенением с сохранением степени сжатия на уровне, соответствующем при использовании товарных бензинов. Перевод двигателя на газовое топливо ведет к снижению индикаторного к. п. д. и уменьшению максимальных цикловых давлений (рис. 4.5), т. е. потерям мощности и снижению экономичности [137]. Более низкое значение к. п. д. газового двигателя связано с повышенными вентиляционными потерями и меньшей мощностью двигателя. В свою очередь, падение развиваемой мощности объясняется ухудшением наполнения двигателя и меньшей теплотой сгорания стехиометрической газовоздушной смеси. Снижение к. п. д. и ухудшение топливной экономичности газового двигателя в некоторой степени компенсируются с помощью оптимальных регулировок на работу с »=1,2—1,3 (бедные смеси) в режиме частичных нагрузок.

Указанные недостатки могут быть устранены двумя путями. Простейший способ — использование высокой детонационной стойкости газового топлива, октановое число которого на 20— 30 ед. выше, чем у товарных бензинов. Этот путь связан с повышением степени сжатия двигателя, что исключает возможность его работы на бензине, т. е. исключается универсальность (двухтопливность) питания газового автомобиля. Второй путь — использование принципиально отличной системы подачи газового топлива: впрыск газа непосредственно в цилиндры двигателя или применение турбонаддува. Такие системы позволяют создать универсальный бензиногазовый двигатель с высокими мощностными характеристиками и топливно-экономическими показателями.

При использовании природного газа в качестве моторного топлива отмечены его плохие пусковые свойства. Предельное значение температуры холодного пуска двигателя (без дополнительных средств подогрева) на природном газе на 3—8 °С выше, чем на пропан-бутане. Трудность пуска объясняется высокой температурой воспламенения метана и тем, что в процессе воспламенения (после нескольких вспышек) на свечах осаждается вода, шунтирующая искровой промежуток.

Важным достоинством газовых топлив в сравнении с нефтяными являются лучшие экологические характеристики и прежде всего уменьшение выбросов вредных веществ с отработавшими газами двигателя. Как известно, такими веществами являются оксид углерода СО, оксиды азота N0*, суммарные углеводороды С_ЛН_Ш и в случае применения этилированных бензинов— соединения свинца. Применение газовых топлив с высокой детонационной стойкостью исключает необходимость использования токсичного антидетонатора, что является эффективным фактором снижения загрязнения окружающей среды. Изменение содержания оксида углерода при работе двигателя на газе и бензине в зависимости от состава топливовоздушной смеси (см. рис. 4.5) примерно одинаково [137]. Однако, учитывая возможность работы газового двигателя на более бедных смесях, при его оптимальной *регулировке обеспечиваются более низкие выбросы СО. Уровни выбросов углеводородов также примерно одинаковы, но их состав принципиально различен. Вредное воздействие углеводородов, образующихся в продуктах сгорания нефтяных топлив, обусловлено главным образом образованием смога. При работе на природном газе углеводородная часть отработавших газов состоит в основном из метана, обладающего высокой устойчивостью к образованию смога. Оксиды азота — наиболее токсичные компоненты отработавших газов. Их максимальное содержание для газового двигателя примерно в два раза меньше, чем у бензинового. Оно может быть еще снижено в 2—3 раза за счет регулировки состава топливной смеси.

Сложность применения газовых топлив в дизельных двигателях связана с их плохой воспламеняемостью. Для организации рабочего процесса дизельного двигателя на газовых топливах известны следующие способы: 1) добавление в топливо активирующих присадок или дизельного топлива с высоким цетановым числом, 2) использование искрового зажигания и 3) применение впрыска запальной дозы дизельного топлива. Первый способ может использоваться только для жидкого про-пан-бутана. Переоборудование дизеля в двигатель с принудительным воспламенением от искры нашло применение лишь на стационарных установках, так как связано с необходимостью обеспечения повышенного напряжения на электродах свечи (до 25 кВ и более). Поэтому для организации работы автомобильных дизелей на газовом метановом топливе наибольшее распространение получил, так называемый, газожидкостной процесс — воспламенение основной газовоздушной смеси от запальной дозы дизельного топлива. Достоинство способа — относительная простота переоборудования дизеля на газовое топливо без изменения конструкции двигателя.

К природному газу, используемому в сжатом виде в качестве моторного топлива, предъявляют следующие специфические требования: отсутствие пыли и жидкого остатка, а также минимальная влажность. Последнее требование связано с исключением возможности закупорки каналов топливной системы, вызываемой замерзанием и выпадением гидратов вследствие дросселирования и снижения температуры газа при заправке автомобиля. Для обеспечения этих требований природный газ подвергается очистке с помощью фильтрующего, сепарационного и осушительного оборудования, установленного на газонаполнительных станциях.

Для заправки газовых автомобилей предназначен газ двух марок с различным содержанием метана и азота в соответствии с ТУ 51-166-33.

Основные показатели качества сжатого природного газа для автомобилей приведены ниже:

Температура газа для климати-ческой зоны, °С, не более:

умеренной И ХОЛОДНОЙ +46

жаркой +45

Компонентный состав, % (об.):

метан 95+5 90±5

этан (не более) 4,0

пропан І»®

бутан Д»"

пентан 0 л диоксид углерода *>0

кислород _л _

азот 0-4 4-7

В составе газовых топлив ограничено содержание следующих продуктов (г/м³, не более): сероводорода — 0,02; меркаптановой серы — 0,016; __механических примесей —0,001; влаги —0,009; массовая доля сероводородной и меркаптановой серы не должна превышать 0,1%.

Характеристики отечественных моделей газовых автомобилей, работающих на сжатом природном газе, приведены в табл. 4.5 [137, 144]. Опыт их эксплуатации выявил ряд положительных сторон, схожих с достоинствами сжиженных газов. При использовании сжатого газа в качестве моторного топлива моторесурс двигателя увеличивается на 35—40%, срок службы свечей —на 30—40%> расход моторного масла снижается благодаря увеличению периодичности (срока) его смены в 2— 3 раза. Вместе с тем перевод автомобилей на сжатый природный газ ухудшает некоторые эксплуатационные показатели: мощность двигателя снижается на 18—20%, что ведет к снижению максимальной скорости на 5—6%, время разгона возрастает на 24—30% и максимальные углы преодолеваемых подъемов уменьшаются. Из-за большой массы баллонов для хранения газа высокого давления грузоподъемность автомобиля снижается на 9—14%. Дальность езды на одной заправке газа не превышает 200—280 км. Из-за наличия дополнительной топливной системы трудоемкость технического обслуживания и ремонта газового автомобиля увеличивается на 7—8%.

Применение газовых автомобилей на сжатом газе наиболее рационально на внутригородских грузовых перевозках для обслуживания предприятий торговли, быта и др. Использование природного газа перспективно и на городском пассажирском автотранспорте ввиду снижения в этом ^случае вредных выбросов, загрязняющих атмосферу. Для этой цели__ в нашей стране начат выпуск газовых автобусов ЛАЗ-695НГ и газовой модификации легкового автомобиля Волга ГАЗ-24-27.

Массовым автомобилем, работающим на сжатом природном газе, является грузовой автомобиль ЗИЛ-138А. Основные элементы универсальной системы питания этого автомобиля, обеспечивающей работу на газе й бензине, устанавливают во всех

Таблица 4.5. Характеристики основных моделей газовых автомобилей,

Показатель	ЗИЛ-138А	ГАЗ-52-27	ГАЗ-52-28
Тип автомобиля	Грузовой бортовой		Г рузовой фургон 1500
Грузоподъемность, кг	5150	2000
Число газовых баллонов,	8	4	7
шт. Емкость заправки газом,	80	40	70
Степень сжатия двигателя	6,5	7,0	7,0
Максимальная мощность	88,5	46	46
двигателя, кВт Контрольный расход газа,	29,3	19,6	21,5
м3II00 км Резервное топливо Максимальная скорость,	90	А-76 85	80
км/ч Запас хода, км	228	200	285

* Легковое.

** Расход дизельного топлива.

других газовых автомобилях. Газовая система питания автомобиля ЗИЛ-138А (рис. 4.6) включает восемь баллонов 1 из углеродистой стали вместимостью 50 л каждый, рассчитанных ; на рабочее давление 20 МПа. Баллоны соединены трубками высокого давления и разделены на две секции с отдельными запорными вентилями 12. Заправка баллонов газом осуществляется с помощью вентиля 11. Перед подачей в двигатель газ проходит теплообменник 10, в котором подогревается горячими отработавшими газами двигателя. Для снижения давления газа используется редуктор высокого давления 3 (снижает давление до 1,2 МПа) и низкого давления 5. Для контроля за работой системы питания служат два манометра 2, находящиеся в кабине водителя. Резервная система питания бензином включает стандартный бензобак 9, электромагнитный клапан-фильтр 8, бензонасос 7 и карбюратор-смеситель 6. Переход с одного вида топлива на другой осуществляется с помощью электромагнитных клапанов 4 и 8. Общая вместимость баллонов составляет 400 л, что позволяет заправить 80 м³ газа при массе газобаллонной установки около 800 кг.

В отечественных дизельных автомобилях для организации работы на природном газе используется способ подачи в цилиндры дозы (15—20% суммарного расхода топлива) запального дизельного топлива, обеспечивающего воспламенение газовоздушной смеси. Пуск газодизельного двигателя и его рабо- 1 та на холостом ходу происходит только на дизельном топливе.

ГАЗ-53-27	КамАЗ-53208	КамАЗ-55118	ЛАЗ-695НГ	ГАЗ-24-27
Грузовой бортовой		Самосвал	Автобус	Такси*
3800	7500	10000	_	_
7	10	8	8	3
70	100	80	80	18
6,7	17,0	17,0	8,0	8,2
70	147	147	103	56,6
23,8	27(6,5)**	30(7,0)**	32	7,2
А-76	_	_	АИ-93
85	80	80	85	120.
230	300	250	225	180

На остальных режимах повышение мощности двигателя достигается за счет увеличения подачи газового топлива.

В газодизельную систему питания автомобилей КамАЗ входят 8—-10 газовых баллонов высокого давления и бак для дизельного топлива вместимостью 125 л. На автомобилях устанавливается двигатель КамАЗ-7409.10 с топливной аппаратурой модели 335 (ЯЗДА), снабженной трехрежимным регулятором и устройством управления запальной дозой топлива.

Заправляются автомобили природным газом на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС) или с помощью передвижных автогазозаправщиков (ПАГЗ). Типовая АГНКС обеспечивает 500 заправок в сутки (рис. 4.7) и включает пять основных функциональных блоков: сепараторы 1, компрессоры 2, осушка 3, аккумуляторы 4 и раздаточные колонки 5 [137]. АГНКС — сложное сооружение, в состав которого входят производственно-технологический корпус с газораздаточной и операторной, заправочная площадка с боксами для стоянки автомобилей и внешние коммуникации (подключение к газовой сети, водопровод, линия электропередачи и др.). Газ, поступающий из внешней сети, после сепарации сжимается компрессорами до 25 МПа и подается в установку осушки. Сухой газ направляется на хранение в аккумуляторы, откуда через газозаправочные колонки поступает на заправку автомобилей. Число заправочных колонок на АГНКС —8, время заправки с учетом всех операций составляет для грузового автомобиля 10—12 мин и легкового—<3—8 мин.

Рис. 4.6. Схема топливной системы газобаллонного автомобиля ЗИЛ-138А:

1 — газовые баллоны; 2— манометр; 3, 5 — редукторы; 4, 8 — электромагнитные клапаны; 6 — карбюратор-смеситель; 7 — бензонасос; 9 — бензобак; 10 — теплообменник; 11, 12 — вентили

Автомобили автотранспортных предприятий, удаленных от АГНКС, заправляются с помощью передвижных автогазоза-правщиков (ПАГЗ). На них смонтирована газобаллонная установка с блоками зарядки заправщика газом и раздачи газа автомобилям. Газобаллонная установка включает три секции газовых баллонов вместимостью 400 л каждый с давлением 32 МПа для ступенчатой заправки автомобилей бескомпрессор-ным способом. Заправка осуществляется с помощью двух раздаточных устройств. Технические характеристики отечественных ПАГЗ приведены ниже:

Базовый авто	зил-іззгя	КамАЗ-5410	МАЗ-504В	МАЗ-6422
мобиль		(ОДАЗ-9370)	(МАЗ-93971)	(МАЗ-9379)
Число балло	10	14	21	33
нов, шт. Объем газа, м3	1422	2490	2987	4693

Современный уровень развития криогенной техники создал предпосылки для практического использования природного газа в сжиженном виде, позволяющем существенно улучшить объемно-массовые показатели системы хранения топлива. Например, в США фирмой «Kaiser Brencar» в течение ряда лет изготавливается газовая аппаратура и криогенное оборудование для перевода автомобилей на жидкий природный газ [145].

Рис. 4.7. Схема газонаполнительной станции:

1 — сепараторы; 2 — компрессоры; 3 — блок осушки; 4 — блок аккумуляторов; 5 — раздаточные колонки

Фирмой предлагается две системы питания жидким газом: однотопливная, обеспечивающая пробег автомобиля в радиусе 290—320 км от газонаполнительной станции, и двухтопливная, работающая на смешанном бензиногазовом питании и обеспечивающая беззаправочный пробег автомобиля свыше 450 км.

Используемые изотермические баллоны имеют двойную оболочку: внешнюю — из углеродистой стали, внутреннюю — из модифицированной легированной стали. Внутренняя оболочка покрыта несколькими слоями теплоотражающей металлизированной фольги, а само пространство между оболочками вакууми-ровано. Такая конструкция баллона позволяет хранить сжиженный газ в течение 5 сут практически без потерь. Для различных моделей автомобилей предлагается следующий типоразмерный ряд изотермических криогенных баллонов:

Назначение автомобиля	Легковой		Грузовой		Автобус
Модель баллона	Т-18	Т-19Е	Т-23Е	Т-43Е	Т-66Е
Общая вместимость	72	94,6	113,6	189,3	260
баллона, л
Заправочный объем, л	67	85	102,2	170,3	238
Запас хода, км	290	320	450	450	500

Аналогичные работы ведутся фирмами «Landy Hartog» (Нидерланды), «Мап» (ФРГ), «Saviem» (Франция), «Тоуо Мепка» (Япония) и др.

В нашей стране в результате выполненных в 50-х годах исследований по использованию жидкого природного газа на автомобильном транспорте [146] были созданы баллоны для хранения жидкого газа на борту автомобиля, а также специальная топливная аппаратура. Наиболее рациональным было признано применение сжиженного природного газа на рефрижераторных средствах транспорта.

Наряду с рассмотренными газовыми топливами определенный интерес представляют аэрационные (канализационные) газы, являющиеся высококалорийным топливом. Это — продукты брожения сточных вод городской канализации. Исходные канализационные газы содержат примерно 60—64% (об.) СН4, 30—35% (об.) С0₂ и до 2% (об.) Н₂. После удаления диоксида углерода газы являются однородным топливом, содержащим свыше 80% метана с теплотой сгорания более 25 МДж/м³. Выход канализационных газов со станции переработки, питаемой канализационной сетью, обслуживающей 100 тыс. человек, достигает в сутки 2500 м³, что эквивалентно 2000 л бензина. В ЧССР, США и других странах проведены испытания автомобилей, переоборудованных для работы на канализационных газах, которые подтвердили целесообразность их использования в качестве моторного топлива.

⇐Характеристика альтернативных топлив | Моторные топлива из альтернативных сырьевых ресурсов | Спиртовые топлива⇒