Метановые ракетные двигатели и многоразовые космолеты

Газ на дизель (дизельный двигатель). принцип работы и сколько стоит оборудование

Продолжаю раскрывать тему газообразного топлива, мы уже поговорили про метан и пропан, про поколения ГБО, но сегодня еще одна тема, которая только набирает обороты.

Будем говорить про газификацию дизельного двигателя, да-да именно ГАЗ на дизель! Скажите – «это не возможно»! Вы просто не умеете его готовить! Расскажу все, начиная от принципа работы, заканчивая стоимостью оборудования, будет и видео, так что читаем (смотрим), будет интересно …

Собственно устанавливать газобаллонное оборудование (ГБО) или нет, это дело каждого, кстати не всегда это выгодно для личного пользования, легкового автомобиля (подробно здесь).

Но для владельцев коммерческого транспорта, может принести ощутимую пользу.

Ведь метан или пропан намного дешевле бензина или дизеля, примерно в два раза. А современные системы ГБО позволяют расходовать (почти) столько же газа сколько и жидкого топлива, разница в процентах.

Газобаллонная система и дизель

Собственно всегда газ устанавливался на бензиновые двигатели и почти никогда (по крайней мере раньше лично я такого не слышал) не устанавливался на дизельные двигатели. Все дело в том, что бензиновый и дизельный агрегаты очень сильно различаются по принципам воспламенения топлива, а также по степени сжатия.

Бензиновый – поджигает топливо при помощи специальных устройств, свечей зажигания. А степень сжатия у него примерно 10:1 – 12:1

Дизельный – поджигает топливо благодаря большой степени сжатия в цилиндрах, здесь она около 18:1 – 22:1, у него нету свечей зажигания.

Если применение газобаллонного оборудования в бензиновых агрегатах не вызывает сложностей (как с установкой так и с эксплуатацией), газ также поджигается свечами, а его октановое число корректируется собственным ЭБУ (если взять пятое поколение). То дизель это совершенно другая история, здесь смесь загорается от давления, но с газом такой фокус не проходит. И причин здесь масса.

Сложности эксплуатации ГБО на дизеле

Причин всего три:

• Температура самовоспламенения дизеля 380 – 390 градусов Цельсия, а вот газа (будь то метан или пропан), около 700 градусов
• Соответственно газообразное топливо нужно поджигать. Но в дизеле нет свечей!
• Октановое чисто дизеля меньше чем у газа, 50 – 60 против 110 – 120 единиц. Чтобы мотор не пошел в «разнос», нужно снизить либо октановое число, либо степень сжатия

Как видите реализация достаточно сложная, однако на данный момент времени найдено всего два решения которые позволяют использование газа на дизельном агрегате.

Два принципа работы

Полная переделка. Способ спорный и не всегда эффективный как кажется на первый взгляд.

Что делают – полностью переделывается дизельный двигатель на газ, ОГРОМНЫМ минусом такого переоборудования является невозможность использования дизеля — ТОЛЬКО ГАЗ!

Агрегат модернизируют, чтобы он не пошел в разнос, степень сжатия снижают до 12:1 – 14:1 делается это для того чтобы можно было переварить октановое число в 110 – 120 единиц.

Устанавливается система поджога смеси, аналогично бензиновым агрегатам, то есть устанавливаются свечи. Такой мотор уже никогда не вернется к дизельному топливу. Еще одним БОЛЬШИМ минусом является цена такой переделки, она действительно велика.

Комбинированный принцип работыили так называемый Dual Fuel.

Это самый правильный и самый легкореализуемый вариант, стоит отметить — что он еще и достаточно дешев.

Однако здесь нет полного отказа от дизельного топлива, в цилиндры двигателя подается как дизель так и газ, можно сказать попеременно.

Для того чтобы газ поджегся, используется дизельное топливо, ведь свечей здесь просто нет.

Принцип работы здесь такой

• Двигатель запускается только на дизельном топливе и больше никак
• Далее активируется газовая система, дизель сжимается — воспламеняется и именно в момент воспламенения в цилиндр подается газ, который загорается от уже воспламененного топлива
• Далее открываются клапана и сгоревшая смесь отводится
• Цикл повторяется

Стоит отметить, что такая система может работать и на пропане – бутане, а также на метане.

Вариант на пропане менее эффективный, можно заменить от 40 до 50% топливной смеси, в случае с метаном около 50 – 60%, однако оборудование немного дороже из-за высокого давления в баке.

Как становится понятно дизель здесь также расходуется, но на 50 – 60% меньше от заявленного производителем.

Газовое оборудование на дизельный двигатель установленное на заводе

Заводская установка метанового оборудования – наиболее надёжный вариант, поскольку учитывает характеристики мотора. Но есть и ряд недостатков:

1. ограниченный круг моделей, у которых такая опция предусмотрена;
2. высокая цена заводской модификации.

Крупные автопроизводители создают подобную продукцию, полностью учитывая принципы работы современного дизельного двигателя на газу:

• монтируется надёжная система электронного управления, как правило, применяются премиальные производители;
• сеть датчиков (коленвала, синхронизации, детонации, температуры газового редуктора и выхлопа, давления газа, педали акселератора).

Заводской газодизель обеспечивает наиболее высокую экономию горючего при полном сохранении технических параметров ТС.

Установка ГБО

Газовый двигатель и газодизель.

14.03.2017

Технологически имеется два варианта переоборудования дизельных авто для работы на газообразном топливе. Первый способ, состоит в дефорсации двигателя и переоборудования его из дизельного в газовый. Плюсом этого способа являются отличные экономические показатели, и максимальный экологический эффект.

Переоборудованные автомобили с системой «ADIS» в газовый двигатель показали, что расход автомобиля по сравнению с дизельным двигателем, остался на одном уровне и составил 25 метров кубических СПГ вместо 25 л/дт. Соответственно и экологические показатели были оптимальными, вредные выбросы в атмосферу снизились до 90%. Но минус такого способа в том, что газовый двигатель не может работать на дизельном топливе, и вернуть двигатель в дизельный режим можно, если понести некоторые затраты, как правило сопоставимые со стоимостью капитального ремонта двигателя.

И второй, более распространенный и простой способ — газодизель, в случае с которым не вносятся изменения в конструкцию двигателя. На двигатель устанавливается газовое оборудование, и система ограничения подачи дизельного топлива, до 25%- 35% от номинальной. При этом вредные выбросы в атмосферу такие, как сажа, углеводороды, СО, бензопирен, окиси азота и т.д. снижаются до 90%.

В таком случае, мы имеем несколько меньшую экономическую выгоду, замещая не 100% дизельного топлива газом а примерно 70%, но переоборудовать таким образом авто гораздо проще, не внося никаких изменений в конструкцию, оставляя дизельный режим и добавляя еще один режим работы двигателя — ГАЗОДИЗЕЛЬ, который включается без глушения двигателя простым нажатием кнопки на приборной панели автомобиля.

В этом случае мы имеем отличную экономическую эффективность, сочетаемую с уникальными показателями выхлопа! Запальная доза (30% от номинального количества) дизельного топлива подаваемая в цилиндр всегда догорает полностью, образуя минимальное количество сажи и других вредных веществ, по сравнению с дизельным режимом работы двигателя. О системе Система «Gazodisel» — универсальная система, предназначенная для переоборудования дизельных двигателей под работу на всех видах газового топлива: СПГ (сжатый природный газ), СНГ (сжиженный нефтяной газ), биогаз (biogas), компримированном природном газу, водороде. Преимуществом этой системы, перед всеми аналогами, представленными на рынке является:

• контролируемая подача газа с фазированным впрыском (отдельно в каждый цилиндр).
• расчет времени впрыска и угла зажигания (для газовых двигателей) задается согласно заложенному Вами алгоритму и контролируется ЭБУ.
• самый эффективный алгоритм управления подачей газа контролируемый компьютером с защитой от всех возможных ошибок: все компоненты системы контролируются ЭБУ с мгновенным прекращением подачи газа в случае ошибок, что делает работу системы ADIS максимально безопасной
• возможность обновления прошивки блока управления АDIS без его замены, в случае разработки нового программного обеспечения.
• возможность индивидуальной настройки данной системы под температурный режим каждого региона, рельефа местности и особенностей перевозки.

Используемая нами система соответствует стандартам 4-го поколения ГБО. Отличается от своих аналогов на рынке газодизельных систем (которые работают на уровне второго поколения ГБО), раздельным впрыском и электронным управлением работы всей системы, включая управление работой системы ограничения подачи дизельного топлива, с многоуровневой защитой двигателя и системы, от сбоев и критических факторов, присущих предыдущим поколениям.

Одним из важнейших преимуществ использования газового топлива является экономическая оправданность использования газового топлива, ярче всего она выражается снижением стоимости перевозок в 2-4 раза (например есть страны где соотношение цены на природный газ к дизельному топливу составляет один к пяти). В большинстве стран среднее соотношение цены дизельного топлива к газу составляет один к двум.

Ниже приведен пример для грузового автомобиля с расходом 40л./100 км. пробега. При переводе его в газовый двигатель, вместо 40 литров д.т. он будет потреблять до 40 м3 сжатого природного газа, или до 44 литров сжиженного нефтяного газа в случае пропанобутановой смеси.

В случае перевода такого же автомобиля на газодизель, мы получим:

вместо расхода в 40 л. Д.Т. —> 12 л. Д.Т. + 28 м3 СПГ (сжатого природного газа) или 20 л. Д.Т. + 20 л. СНГ (сжиженного нефтяного газа).

Дизельный автомобиль, работающий на сжатом газе — метане

Монтаж газовых баллонов под метан на карьерном самосвале БЕЛАЗ

Как работает

Из-за повышенного октанового числа газового топлива использование стандартного мотора недопустимо. Для эксплуатации на чистом метане необходим новый двигатель, что увеличивает стоимость автомобиля. Поэтому газовый КамАЗ оснащается специально доработанной стандартной силовой установкой. На моторах установлена головка блока с иной конструкцией, обеспечивающая снижение степени сжатия до 12. Изменениям подвергается поршневая группа и клапаны, поскольку температура горения газовой смеси выше.

Принцип работы двигателя основан на воспламенении смеси газа и воздуха искрой от свечи зажигания, которая установлена вместо форсунки впрыска топлива. Подача газа выполняется многоточечной системой впрыска во впускной коллектор. Форсунки расположены рядом с впускными каналами цилиндров, что обеспечивает однородность смеси и позволяет снизить токсичность выхлопа. Управление подачей топлива и воспламенением ведется электронным контроллером.

Пуск силовой установки возможен только на дизельном топливе. Затем газ подается через специальный редуктор, понижающий давление. После этого газ попадал в смеситель, формировавший рабочую смесь. В конструкции узла имелся регулятор частоты вращения, а также устанавливался ограничитель объема подаваемой горючей смеси.

Рабочая смесь сжималась в цилиндре. Для воспламенения используется малая доза дизельного топлива. Момент подачи дозы рассчитан таким образом, что она воспламенится раньше объема газа. После вспышки дизельного топлива начинается горение смеси метана и воздуха. Такая схема газового двигателя позволяла работать на жидком и газообразном горючем. Но развития конструкция не получила.

Ранние и экспериментальные версии машин оснащались баллонной установкой, размещенной за кабиной или на раме. Затем появилась схема монтажа 8 баллонов параллельно лонжеронам рамы. Емкости установлены симметрично продольной оси автомобиля на специальных защитных ложементах. Встречается комбинированная схема: часть емкостей смонтирована за кабиной, а часть — под грузовой платформой или самосвальным кузовом. Все баллоны соединены между собой магистралями с предохранительными клапанами и вентилями.

Результаты моделирования рабочего цикла поршневых ДВС

На показаны зависимости Ne и ge от частоты вращения коленчатого вала n после перевода базового двигателя на газомоторное топливо (пропан и метан) с сохранением всех основных параметров ДВС (степени сжатия, фаз газораспределения, угла опережения зажигания и т.д.). Как и следовало ожидать, перевод бензинового двигателя на газ сопровождается уменьшением мощности во всём диапазоне частот вращения коленвала: в случае работы ДВС на пропане снижение Ne не превышает 5%, а при использовании метана достигает 12%. При этом наблюдается улучшение топливной экономичности газопоршневых двигателей внутреннего сгорания. Выигрыш в расходе топлива (по сравнению с базовым двигателем) составляет в среднем 4% и 13%, соответственно, при использовании в качестве топлива пропана и метана. Таким образом, положительный эффект от перевода бензинового двигателя на газомоторное топливо заключается в снижении расхода топлива, но при одновременной потере мощности. Известно, что повышение степени сжатия в поршневых ДВС имеет ряд преимуществ, в частности, уменьшение gе и рост Ne, что связано с увеличением термического КПД и улучшением условий для смесеобразования и сгорания топлива . Поэтому было исследовано влияние величины степени сжатия поршневых двигателей, переведённых на газомоторное топливо, на их технико-экономические показатели (). Установлено, что наиболее заметный рост мощности двигателя наблюдается при увеличении степени сжатия ε до 15, после чего рост Ne становится малозаметным; при этом зависимость ge = f(ε) имеет экстремум при рассматриваемой величине ε. Следовательно, можно предположить, что оптимальные значения степени сжатия для газопоршневых двигателей размерности 9,2/8,8 находятся в районе 14–16. Таким образом, было произведено сравнение технико-экономических показателей базового бензинового ДВС (с ε = 7,6) и газопоршневых двигателей, работающих на пропане и метане, с ε = 15 ().

Рис. 3. Зависимость удельного эффективного расхода топлива от частоты вращения колен-
вала поршневого двигателя

На основе численного моделирования установлено, что двигатель, работающий на метане, при ε = 15 имеет мощность, фактически равную базовому бензиновому двигателю (отклонения Ne находятся в пределах ± 5%), при снижении расхода топлива на 20–30%, в зависимости от режима работы ДВС. В свою очередь, при ε = 15 у двигателя, работающего на пропане, наблюдается рост мощности по сравнению с базовым двигателем в диапазоне 5–15% при одновременном уменьшении ge на 10–20%. Для более корректного сравнения технико-экономических показателей поршневых ДВС, работающих на разных видах топлива, дополнительно было выполнено численное моделирование для бензинового двигателя, имеющего ε = 11 (что вполне допустимо при работе на бензинах с октановым числом 95–98) и газопоршневых двигателей, работающих на пропане и метане с ε = 15 (). Установлено, что бензиновый двигатель с ε = 11 и газопоршневой ДВС, работающий на пропане, с ε = 15 имеют практически одинаковую эффективную мощность (отличия составляют ± 2%) во всём диапазоне частот вращения коленчатого вала; при этом газопоршневой двигатель имеет меньший расход топлива ge на 4–10%. В свою очередь, бензиновый ДВС с ε = 11 имеет большие значения Ne по сравнению с двигателем, работающем на метане, на величину от 4 до 10%. Однако даже в этом случае газопоршневой двигатель на метане имеет существенно лучшую экономичность (снижение ge вплоть до 20%).

Положительный эффект от перевода бензинового двигателя на газомоторное топливо заключается в снижении расхода топлива, но при одновременной потере мощности. Известно, что повышение степени сжатия в поршневых ДВС имеет ряд преимуществ, в частности, уменьшение gе и рост Nе, что связано с увеличением термического КПД и улучшением условий для смесеобразования и сгорания топлива

Рис. 4. Зависимость удельного эффективного расхода топлива от частоты вращения коленвала поршневого двигателя

Типы газовых установок

Как известно, есть две широко используемых разновидности газовых установок:

1. для метана (сжатого газа); 2. для пропан-бутана (сжиженного газа).

Они различаются разве в способе накопления и сбережения топливной смеси. В двух видах оборудования установлены баллоны. Вот только для метана необходимы толстостенные емкости, рассчитанные на высокое давление, достигающее показателя 200 кГс. Они более габаритны, чем баллоны с тонкими стенками для пропан-бутана, рассчитанные на давление всего до 10 кГс.

Вопрос точной настройки оборудования актуален для всех видов топливных смесей. Слаженная работа всех узлов позволяет повысить ресурс двигателя

Вот только есть важное различие параметров сгорания газа и бензина. Газ известен большей детонационной стойкостью, чем у бензина с самым высоким октановым числом

Вообще-то для улучшения работы на газовом топливе неплохо бы уменьшить камеру сгорания и тем самым увеличить степень сжатия. Но тогда мотор уже не сможет нормально работать на бензине.

Современные разработки автомобильных систем подачи горючего предусматривают две варианта установки газового оборудования:

1. Классическая схема предусматривает собой подачу газа напрямую в карбюратор или инжектор. 2. Последовательная схема позволяет топливу подаваться в форсунки, находящиеся на уровне, параллельном с бензиновыми силовыми агрегатами.

Первый принцип подачи популярен, как более экономичный. К его преимуществам относится несложная установка на автомобиль. Правда, существует один важный нюанс – во время перехода между режимами потребления разных видов топлива, смесь выходит неудовлетворительного качества. Как результат, некоторые части двигателя подвергаются быстрому износу. Специалисты поэтому и утверждают, что последовательная схема хоть и требует больше затрат, но характеризуется высшим качеством подачи газового топлива.

Преимущественные стороны установки газового оборудования на автомобиль:

1. Установить газовый двигатель можно собственноручно – это совсем не сложно. Достаточно лишь собрать данную установку на автомобиле самостоятельно. 2. Экономия средств на более дешевом виде топлива. 3. Желаемое качество, основанное на высоком октановом числе. 4. Относительная экологичность – выбросы переработанного газа не содержат токсичных веществ. 5. Повышения мощности двигателя и качества его работы. 6. Использование газа в качестве сжигаемой смеси, увеличивает ресурс силового агрегата.

Нюансы:

1. На автомобиле наблюдается снижение динамики разгона. 2. Клапаны газораспределительного механизма подвергаются повышенной нагрузке. 3. Газовая установка является габаритной, и занимает много пространства. 4. В холодное время года водитель может столкнуться с трудностями запуска аппаратуры. 5. Газобаллонное оборудование можно установить собственноручно и дополнительно подсоединить к заводской топливной системе автомобиля. Его зачастую покупают на рынке. А к определенной модели силового агрегата необходимо подбирать соответствующий вид аппаратуры.

Емкость для топлива с дополнительными деталями, такими, как клапан и испаритель, занимают место «запаски».

Затем, нужно установить внешнюю заправочною емкость. Ее отверстие следует вывести на внешнюю сторону кузова. После чего на двигателе устанавливаются клапаны против утечки газа, для перекрывания бензина при включении газа. А в салоне автомобиля располагается переключатель бензин-газ. Если вы сомневаетесь в своих знаниях о традиционном устройстве мотора, то не рискуйте к нему присоединять газовую аппаратуру, лучше обратитесь в специализированную компанию.

Варианты установки ГБО на дизель

Воспламенение топлива, в дизельном двигателе, происходит в камере сгорания за счёт впрыска его под давлением в сжатый воздух.

Поэтому в настоящее время используется два технических решения, позволяющие поставить обычное газовое оборудование на любой дизельный двигатель. Разница между ними принципиальная:

• Полная переделка мотора под систему электрического/искрового зажигания (доработка ЦПГ, ГРМ, ГБЦ, изменение степени сжатия из-за возможной детонации), где газ будет воспламеняться от бензиновых свечей. Технические изменения будут безвозвратными и полностью исключат возможность использования Д/Т. Это очень дорогое изменение, которое потребует не только привлечения высокооплачиваемых профессионалов, но и проведения сложных инженерных расчётов. На частном транспорте такое делается крайне редко. Наиболее удачные примеры – только заводского производства газовых моторов (КамАЗ, Скания, ЯМЗ, Ивеко), которые работают только на метане.

  Тягач Ивеко на газу

• Модернизация транспортного средства путём установки допоборудования, после чего появляется возможность использования двух видов топлива, солярки и газа, так называемая система Dual Fuel или газодизель. Это наиболее востребованный и экономически оправданный способ, не требует проводить безвозвратные изменения в системе. На одном лишь газу такой автомобиль работать не может.

Также существуют заводские модели газодизелей на метане. Например VOLVO (Вольво) FH/FM и КамАЗ 5490 NEO с силовой установкой Mercedes-Benz. Но такие машины пока не получили широкого применения.

Грузовики с заводским газодизелем

Принцип работы газодизельного двигателя

Переход на газовое топливо осуществляется при помощи переключателя из салона авто после прогрева мотора, либо автоматически. Управляется процесс подачи газа электронным блоком управления ГБО установки.

Газ на дизельный двигатель подаётся дозированно с помощью форсунок во впускной коллектор. Откуда смешиваясь с воздухом, на такте впуска, он поступает в цилиндры через впускные клапаны. Затем в сжатую поршнем газовоздушную смесь (такт сжатия) распыляется дизельное топливо, где из-за давления и температуры происходит взрыв. Д/т здесь выступает как запал, так как температура возгорания газа выше солярки и сам он не может воспламениться.

Заключение

Невзирая на всю привлекательность идеи сжигания дров вместо бензина в современных условиях она практически нежизнеспособна. Долгий розжиг, езда на средних и высоких оборотах, влияющая на ресурс ДВС, отсутствие комфорта, — все это делает действующие установки обычными диковинками, не находящими широкого применения. А вот сделать газогенератор для домашней электростанции – совсем другой вопрос. Стационарный агрегат совместно с переделанным дизельным ДВС может оказаться отличным вариантом электроснабжения дома.

Газогенератор – аппарат для выработки газа из угля, дров, отходов деревообработки и других материалов. Генерируемое горючее способно заменить традиционное углеводородное топливо – природный газ для отопления жилья и бензин для автомобиля.

Основная идея использования такого агрегата – экономия на топливных расходах. Постоянное удорожание бензина, пропана и метана заставляет домашних умельцев подыскивать альтернативные способы получения топлива.

Чтобы сделать газогенератор своими руками, необходимо понять его устройство и принцип работы.

Мы объясним, как происходит преобразование твердого топлива в горючий газ, обозначим конструктивные особенности агрегата и приведем примеры самостоятельной сборки простых приборов. Для лучшего усвоения информации, мы дополнили статью наглядными схемами, фотографиями и видео-роликами.