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 СЛНШ 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⇒