С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00
Главная » Разное » Двигатель на метане

Двигатель на метане


Газовый двигатель

О достоинствах газомоторного топлива, в частности метана, сказано немало, но напомним о них еще раз.

Это экологичный выхлоп, удовлетворяющий текущие и даже будущие законодательные требования к токсичности. В рамках культа глобального потепления это важное преимущество, поскольку нормы Euro 5, Euro 6 и все последующие будут насаждаться в обязательном порядке и проблему с выхлопом так или иначе придется решать. К 2020 г. в Евросоюзе новым транспортным средствам будет разрешено производить в среднем не более 95 г СО2 на километр. К 2025 г. этот допустимый предел могут еще опустить. Двигатели на метане способны удовлетворить эти нормы токсичности, и не только благодаря меньшему выбросу СО2. Показатели выбросов твердых частиц в газовых двигателях также ниже, чем у бензиновых или дизельных аналогов.

Далее, газомоторное топливо не смывает масло со стенок цилиндра, что замедляет их износ. Как утверждают пропагандисты газомоторного топлива, ресурс двигателя волшебным образом вырастает в разы. При этом они скромно умалчивают о теплонапряженности работающего на газе двигателя.

И главное преимущество газомоторного топлива – это цена. Цена и только цена покрывает все недостатки газа как моторного топлива. Если мы говорим о метане, то это неразвитая сеть АГНКС, которая буквально привязывает газовый автомобиль к заправке. Количество заправок сжиженным природным газом ничтожно, этот вид газомоторного топлива сегодня представляет собой нишевой, узкоспециальный продукт. Далее, газобаллонное оборудование занимает часть полезной грузоподъемности и полезного пространства, ГБО хлопотно и накладно в обслуживании.

Технический прогресс породил такой вид двигателя, как газодизель, живущий в двух мирах: дизельном и газовом. Но как универсальное средство газодизель не реализует в полном объеме возможности ни того, ни другого мира. Нельзя оптимизировать ни процесс сгорания, ни показатели КПД, ни образование выбросов для двух видов топлива на одном двигателе. Для оптимизации газовоздушного цикла нужно специализированное средство – газовый двигатель.

Сегодня все газовые двигатели используют внешнее образование газовоздушной смеси и воспламенение от свечи зажигания, как в карбюраторном бензиновом двигателе. Альтернативные варианты – в стадии разработки. Газовоздушная смесь образуется во впускном коллекторе путем инжекции газа. Чем ближе к цилиндру происходит этот процесс, тем быстрее реакция двигателя. В идеале газ должен впрыскиваться прямо в камеру сгорания, о чем речь пойдет ниже. Сложность управления не единственный недостаток внешнего смесеобразования.

Инжекция газа управляется электронным блоком, который также регулирует угол опережения зажигания. Метан горит медленнее дизельного топлива, то есть газовоздушная смесь должна воспламеняться раньше, угол опережения также регулируется в зависимости от нагрузки. Кроме того, метану нужна меньшая степень сжатия, нежели дизельному топливу. Так, в атмосферном двигателе степень сжатия снижают до 12–14. Для атмо­сферных двигателей характерен стехиометрический состав газовоздушной смеси, то есть коэффициент избытка воздуха a равен 1, что в какой-то степени компенсирует потерю мощности от снижения степени сжатия. КПД атмосферного газового двигателя на уровне 35%, тогда как у атмосферного же дизеля КПД на уровне 40%.

Автопроизводители рекомендуют использовать в газовых двигателях специальные моторные масла, отличающиеся водостойкостью, пониженной сульфатной зольностью и одновременно высоким значением щелочного числа, но не возбраняются и всесезонные масла для дизельных двигателей классов SAE 15W-40 и 10W-40, которые на практике применяются в девяти случаях из десяти.

Турбокомпрессор позволяет снизить степень сжатия до 10–12 в зависимости от размерности двигателя и давления во впускном тракте, а коэффициент избытка воздуха увеличить до 1,4–1,5. При этом КПД достигает 37%, но одновременно значительно возрастает теплонапряженность двигателя. Для сравнения: КПД турбированного дизельного двигателя достигает 50%.

Повышенная теплонапряженность газового двигателя связана с невозможностью продувки камеры сгорания при перекрытии клапанов, когда в конце такта выпуска одновременно открыты выпускные и впускные клапаны. Поток свежего воздуха, особенно в наддувном двигателе, мог бы охлаждать поверхности камеры сгорания, снижая таким образом теплонапряженность двигателя, а также снижая нагрев свежего заряда, это увеличило бы коэффициент наполнения, но для газового двигателя перекрытие клапанов недопустимо. Из-за внешнего образования газовоздушной смеси воздух всегда подается в цилиндр вместе с метаном, и выпускные клапаны в это время должны быть закрыты во избежание попадания метана в выпускной тракт и взрыва.

Уменьшенная степень сжатия, повышенная теплонапряженность и особенности газовоздушного цикла требуют соответствующих изменений, в частности, в системе охлаждения, в конструкции распредвала и деталей ЦПГ, а также в применяемых для них материалах для сохранения работоспособности и ресурса. Таким образом, стоимость газового двигателя не так уж отличается от стоимости дизельного аналога, а то и выше. Плюс к этому стоимость газобаллонного оборудования.

Флагман отечественного автомобилестроения ПАО «КАМАЗ» серийно выпускает газовые 8-цилиндровые V-образные двигатели серий КамАЗ-820.60 и КамАЗ-820.70 размерностью 120х130 и рабочим объ­емом 11,762 л. Для газовых двигателей используют ЦПГ, обеспечивающую степень сжатия 12 (у дизельного КамАЗ-740 степень сжатия 17). В цилиндре газовоздушная смесь воспламеняется искровой свечой зажигания, установленной вместо форсунки.

Для большегрузных автомобилей с газовыми двигателями используют специальные свечи зажигания. Так, Federal-Mogul поставляет на рынок свечи с иридиевым центральным электродом и боковым электродом, выполненным из иридия или платины. Конструкция, материалы и характеристики электродов и самих свечей учитывают температурный режим работы большегрузного автомобиля, характерный широким диапазоном нагрузок, и сравнительно высокую степень сжатия.

Двигатели КамАЗ-820 оборудуют системой распределенного впрыска метана во впускной трубопровод через форсунки с электромагнитным дозирующим устройством. Газ инжектируется во впускной тракт каждого цилиндра индивидуально, что позволяет корректировать состав газовоздушной смеси для каждого цилиндра с целью получения минимальных выбросов вредных веществ. Расход газа регулируется микропроцессорной системой в зависимости от давления перед инжектором, подача воздуха регулируется дроссельной заслонкой с приводом от электронной педали акселератора. Микропроцесорная система управляет углом опережения зажигания, обеспечивает защиту от воспламенения метана во впускном трубопроводе при сбое в системе зажигания или неисправности клапанов, а также защиту двигателя от аварийных режимов, поддерживает заданную скорость автомобиля, обеспечивает ограничение крутящего момента на ведущих колесах автомобиля и самодиагностику при включении системы.

«КАМАЗ» в значительной степени унифицировал детали газовых и дизельных двигателей, но далеко не все, и многие внешне схожие детали для дизеля – коленвал, распредвал, поршни с шатунами и кольцами, головки блока цилиндров, турбокомпрессор, водяной насос, масляный насос, впускной трубопровод, поддон картера, картер маховика – не подходят для газового двигателя.

В апреле 2015 г. «КАМАЗ» запустил корпус газовых автомобилей мощностью 8 тыс. единиц техники в год. Производство размещено в бывшем газодизельном корпусе автозавода. Технология сборки следующая: шасси собирают и устанавливают на него газовый двигатель на главном сборочном конвейере автомобильного завода. Потом шасси буксируют в корпус газовых автомобилей для монтажа газобаллонного оборудования и проведения всего цикла испытаний, а также для обкатки автотехники и шасси. При этом газовые двигатели КАМАЗ (в том числе модернизированные с компонентной базой «БОШ»), собираемые на моторном производстве, также проходят испытания и обкатку в полном объеме.

«Автодизель» (Ярославский моторный завод) в содружестве с компанией Westport разработал и выпускает линейку газовых двигателей на базе семейства 4- и 6-цилиндровых рядных двигателей ЯМЗ-530. Шестицилиндровый вариант может устанавливаться на автомобили нового поколения «Урал NEXT».

Как уже говорилось выше, идеальный вариант газового двигателя – это непосредственный впрыск газа в камеру сгорания, но до сих пор мощнейшее глобальное машиностроение не создало такой технологии. В Германии исследования ведет консорциум Direct4Gas, возглавляемый компанией Robert Bosch GmbH в партнерстве с Daimler AG и Штутгартским научно-исследовательским институтом автомобильной техники и двигателей (FKFS). Министерство экономики и энергетики Германии поддержало проект суммой в 3,8 млн евро, что на самом деле не так уж много. Проект будет работать с 2015-го до января 2017 г. На-гора должны выдать промышленный образец системы непосредственного впрыска метана и, что не менее важно, технологию ее производства.

По сравнению с нынешними системами, использующими многоточечный впрыск газа в коллектор, перспективная система непосредственного впрыска способна на 60% увеличить крутящий момент на низких оборотах, то есть ликвидировать слабое место газового двигателя. Непосредственный впрыск решает целый комплекс «детских» болезней газового двигателя, принесенных вместе с внешним смесеобразованием.

В проекте Direct4Gas разрабатывают систему непосредственного впрыска, способную быть надежной и герметичной и дозировать точное количество газа для впрыска. Модификации самого двигателя сведены к минимуму, чтобы промышленность могла использовать прежние компоненты. Команда проекта комплектует экспериментальные газовые двигатели недавно разработанным клапаном впрыска высокого давления. Систему предполагается тестировать в лаборатории и непосредственно на транспортных средствах. Исследователи также изучают образование топливно-воздушной смеси, процесс управления зажиганием и образование токсичных газов. Долгосрочная цель консорциума – это создание условий, при которых технология сможет выйти на рынок.

Итак, газовые двигатели – это молодое направление, еще не достигшее технологической зрелости. Зрелость наступит, когда Bosch со товарищи создадут технологию непосредственно впрыска метана в камеру сгорания.

Почему стоит перевести машину на метан

Сегодня в спорах об альтернативных видах автомобильного топлива центральное место занимает метан. Именно его называют главным конкурентом бензина и дизеля. Метан уже завоевал большую популярность в мире: общественный транспорт и специальная техника США, Китая, Италии и многих других стран заправляется исключительно этим экологичным топливом. В этом году тенденцию перехода на метан поддержала и Россия - страна, которая обладает самыми большими запасами «голубого топлива» в мире.

Не перепутайте газ

Метан – это основной компонент природного газа, который используется в качестве топлива в сжатом (компримированном) виде. Чаще всего метан путают с пропан-бутаном, сжиженным углеводородным газом, который тоже используют в качестве автомобильного топлива. Однако, это два совершенно разных продукта! Если пропан-бутановую смесь получают на нефтеперерабатывающих заводах, то метан – это, по сути, готовое топливо, которое с месторождения поступает прямиком на заправочные станции. Перед заправкой в бак автомобиля метан сжимается в компрессоре. Поэтому состав метана всегда одинаковый, его невозможно разбавить или испортить.

Почему именно метан?

Метан не зря называют самым перспективным топливом. И, пожалуй, в первую очередь из-за его привлекательной цены. Заправка машины обходится в 2-3 раза дешевле, чем бензином или дизелем. Низкая стоимость метана отчасти обусловлена тем, что это единственное в России топливо, стоимость которого законодательно регулируется. Она не может превышать 50% от цены бензина А-80. Поэтому 1м3 метана стоит около 9-12 рублей.

В вопросе экологичности метан также оставляет позади всех своих конкурентов. На сегодняшний день природный газ – самое экологически чистое топливо. Метан  соответствует стандарту Евро 5, при его использовании объем вредных выбросов сокращается в несколько раз. По сравнению с бензином в отработавших газах метанового двигателя содержится в 2-3 раза меньше оксида углерода, в 2 раза меньше окиси азота, задымленность снижается в 9 раз. Главное – отсутствуют соединения серы и свинца, которые наносят наибольший вред атмосфере и здоровью человека. Экологичность – одна из глобально важных причин общемирового тренда перехода на метан.

Проблема из воздуха

Противники метана часто оперируют аргументом о том, что газ якобы взрывоопасен. Что касается метана, то это утверждение довольно легко опровергнуть, применив знания школьной программы. Для взрыва или воспламенения необходима смесь воздуха и горючего в определенной пропорции. Метан легче воздуха и не способен образовать смесь – он просто улетучивается. Благодаря этому свойству и высокому порогу воспламенения метан отнесен к наивысшему -  четвертому классу безопасности среди горючих веществ. Для сравнения, у бензина – третий класс, а у пропан-бутана – второй.

Статистика проведения краш-тестов доказывает и безопасность метановых баллонов. На заводе-изготовителе эти емкости проходят целую серию испытаний на прочность: воздействие экстремально высоких температур, падение с большой высоты и даже прострел из оружия. Резервуары изготавливаются с толщиной стенки, выдерживающей не только рабочее давление в 200 атмосфер, но и любые удары. Арматура баллона оборудована специальным автоматическим устройством обеспечения безопасности: при чрезвычайной ситуации специальный мультиклапан моментально прекращает подачу газа в двигатель. В США поставили эксперимент: в течение 10 лет вели наблюдение за 2 400 автомобилями на метане. За это время произошло 1 360 столкновений, но ни один баллон не был поврежден.

Действительно выгодно?

Всех автовладельцев интересует вопрос: насколько выгодно переходить на метан? Чтобы оценить размер экономии, нужно произвести расчеты.

Прежде всего, определимся, каким образом переходим на использование метана. Есть два способа: переоборудовать автомобиль, установив газобаллонное оборудование (ГБО) или купить заводскую метановую модель.  

Для установки ГБО нужно обращаться только к профессионалам: специалисты сертифицированных центров дадут вам гарантию качества и безопасности. Процесс переоборудования займет не больше 2 дней и будет стоить около 50 тысяч рублей. Выбрать автомобиль на метане тоже не составит труда. Мировые лидеры автопрома, среди которых Volkswagen, Opel и даже Mercedes-Benz и BMW, выпускают модели с метановым двигателем. Разница в цене между машиной, работающей на традиционном топливе, и моделью на метане составит около 150-200 тысяч рублей.

Теперь приступим к подсчетам. Наша цель - окупить расходы на переоборудование автомобиля (50 тысяч рублей) либо разницу в цене метанового и обычного автомобиля (150-200 тысяч рублей). Средняя цена 1 м3 метана – 9-12 рублей. Допустим, за год вы проезжаете 30 тысяч километров. При этом условии на заправку метаном вы потратите лишь около 40 тысяч рублей (расход метана - около 15 м3 на 100 километров пути, расход бензина аналогичен). Попробуем сравнить эту сумму с затратами на бензин. Получается порядка 135 тысяч рублей в год. Получается, что за год езды на метане вы сэкономите около 95 тысяч рублей. Очевидно, что затраты на переоборудование автомобиля окупаются уже за первые полгода. На то, чтобы покрыть разницу в цене метановой модели и обычной, уйдет чуть больше – около полутора лет.

При всех преимуществах природного газа, выгода от его использования не вызывает сомнений. Для того, чтобы обеспечить всех желающих возможностью заправляться метаном, в России сегодня ведется строительство газомоторной инфраструктуры. Планируется, что к 2020 году в стране будет создана сеть более чем из 2000 метановых заправок. В будущем, с развитием инфраструктуры и появлением в России большого выбора заводских автомобилей на природном газе, переход на метан станет массовым. А начать экономить, используя современное экологичное топливо, можно уже сегодня.

Добавим газа - Колеса.ру

Сделать автомобиль двухтопливным может не только завод-изготовитель. Установить в машину дополнительную систему питания на природном газе может практически любой желающий. Kolesa.Ru узнали, как перевести автомобиль на метан, да еще и вернуть часть затраченных на это денег.

Как известно, для двигателей внутреннего сгорания применяются два вида газового топлива: сжиженный углеводородный (он же нефтяной) газ или СУГ, а также компримированный (т.е. сжатый) природный газ или КПГ. Первый представляет собой пропан-бутановую смесь, получаемую в качестве побочного продукта при нефтедобыче, а второй на 95% состоит из метана и содержится в природе в чистом виде.

Среди автовладельцев еще распространено мнение, что пропан-бутан для транспорта использовать удобнее, чем метан, однако на сегодняшний день это оказывается уже не более чем устаревшим предубеждением. Технический прогресс не стоит на месте, и сейчас газобаллонное оборудование для метана имеет немногим большую массу и размеры баллонов, чем пропан-бутановое ГБО. Цена метанового оснащения, правда, почти вдвое выше. Однако с учетом денежной компенсации, которую предлагает «Газпром нефть» (подробности чуть далее) есть возможность за ту же сумму, что попросят за пропановое ГБО, поставить оборудование для метана – и пользоваться всеми преимуществами езды на природном газе.

Экономия во всем

По отношению к бензину коэффициент расхода пропан-бутановой смеси составляет примерно 1.15 – 1.20, в то время как для метана он равен 1, т.е. расход получается таким же. При этом цена 1 куб. м метана оказывается примерно в 2,5 раза ниже, чем стоимость эквивалентного ему 1 литра бензина Аи-95.

Кроме прямой экономии на стоимости топлива, важным моментом при использовании метана выступает экономия на расходных материалах и текущем ремонте автомобиля. Среди всех прочих видов углеводородного топлива (пропан-бутан, бензин, дизтопливо) природный газ метан оказывается наиболее «дружелюбным» по отношению к двигателю. Октановое число метана равно 120, что выше, чем у любого бензина, благодаря чему природный газ сгорает равномерно и без детонаций. Нагарообразование в двигателе при использовании метана также минимально, поскольку, в отличие от всех других видов топлива, природный газ не имеет посторонних химических примесей.

Особенно явно все достоинства метана проявляются при эксплуатации автомобиля в городском цикле, с частой сменой нагрузок «малая-средняя», что как раз и является наиболее «вредным» для двигателя. Здесь использование метана позволяет максимально продлить (до 4 раз по сравнению с бензином) срок службы такой дорогостоящей детали, как каталитический нейтрализатор (плюс датчики кислорода), и в 2-3 раза срок службы столь типичных «расходников», какими являются свечи зажигания.

Безопасность и экология

По взрыво- и пожаробезопасности метан превосходит все виды топлива, оказываясь куда более безопасным, чем дизель, бензин (!!) и еще более чем пропан-бутан. В отличие от бензина, метан не может разлиться и, испаряясь, создать взрывоопасные пары (что может происходить и при утечке тяжелого пропан-бутана). Современное метановое ГБО имеет надежную систему защиты, где блокируется утечка газа. При этом сам баллон имеет толщину стенки, рассчитанную на выдерживание давления в 200 кгс/см2, что не позволит произойти взрыву даже при серьезной аварии. Что касается безопасности для окружающей среды, автомобиль на метане уступает здесь разве что электромобилю. Благодаря своей чистоте и полноте сгорания, природный газ бережет не только двигатели, но и природу! О чем мы, сознательные граждане, тоже не должны забывать.

Второе питание

При установке ГБО расставаться навсегда с традиционным бензиновым «питанием» не придется – газобаллонное оборудование ставится параллельно штатной системе. Никаких глобальных технических переделок не потребуется – появятся только баллон и заправочный вентиль в багажном отделении, а в салоне будут установлены переключатель «газ-бензин» и датчик расхода топлива. Также, в зависимости от оборудования, такое переключение может быть реализовано автоматическим способом.

Цены на метановое ГБО низкими никогда не были, поскольку само оборудование является высокотехнологичным и достаточно высоким по себестоимости, а спрос на такое оснащение, позволяющее использовать недорогое топливо с неизменно стандартным качеством, также постоянно растет. Но сейчас есть возможность за установку метанового оборудования заплатить значительно меньше среднерыночной стоимости!

Вариант!

«Газпром нефть» продолжает свою «европейскую» акцию, которая сейчас проводится на территории Санкт-Петербурга и Ленобласти, а также Новгородской, Смоленской и Тверской областей. В рамках этого проекта, каждому автовладельцу предоставляется скидка в 26 тысяч рублей на установку ГБО плюс выдается карта с балансом в 4 тысячи рублей, которые он может расходовать на заправку своего автомобиля на метановых станциях «Газпром нефть». Их число, кстати, в 2014 году будет увеличиваться – в частности, появятся новые станции в Северо-Западном регионе.

Воспользовавшись акцией, можно получить существенную экономию уже на самом первом этапе – установке ГБО. Например, для владельца Renault Logan дооборудование машины метановым ГБО обойдется примерно в 27 500 рублей, в то время как без компенсации эта сумма составила бы 53 500 рублей. Время установки оборудования займет от нескольких часов до двух дней. При этом есть выбор ГБО от различных производителей – отечественных и зарубежных, что также дает возможность сэкономить и позволяет установить более дорогое и высококлассное оснащение.

В зависимости от производителя, на установленное оборудование действует гарантия от 1 года до 2-х лет, сам же срок службы ГБО неограничен. С техосмотром и выездом на автомобиле за границу также не возникает проблем: достаточно только проходить плановые испытания баллонов в автосервисе – один раз в пять лет для металлических баллонов и раз в три года для композитных.

Плюсы перевода двигателя на метан.

Автомобиль, использующий два вида топлива, может сделать не только авто производитель, также такие манипуляции можно выполнить самостоятельно. Постараемся разобрать схему перехода автомобиля на газ, а именно на метан. Как правило, для автомобилей используют два вида газа: СУГ (сжиженный углеродный газ) и КПГ (сжатый или компримированный природный газ). Сжиженный углеродный газ – это пропанобутановая смесь, получаемая в качестве побочного продукта при добыче нефти. Сжатый природный газ содержится в природе в чистом виде и состоит из метана на 95%. Многие автолюбители считают что сжиженный углеродный газ для автомобильного транспорта использовать лучше чем метан, но на самом деле это просто еще один устаревший миф, который не находит подтверждения в наши дни. Хотя оборудование, работающее на метане, стоит гораздо больше пропанобутанового, но есть возможность компенсировать эти затраты и спокойно наслаждаться ездой на газовом топливе.

Как экономить на метане?

Расход метана и бензина одинаковый, но стоимость газа гораздо ниже стоимости бензина почти в два раза. Кроме экономии, получаемой при покупке топлива, природный газ оказывает самые щадящие воздействия на двигатель автомобиля. То есть, он оставляет минимальные нагары на частях двигателя, сгорает равномерно, не образуя взрывов в камере сгорания, и не содержит побочных химических элементов. Также использование метана позволяет продлить жизнь вашему двигателю и остальным его запчастям, хотя в народе существует мнение, что газ сушит двигатель – это относиться к пропанобутановым соединениям.

Безопасен ли метан?

Многие говорят, что использование газа может привести к неожиданным взрывам в автомобиле. Да такое случается, но только с пропанобутановым оборудованием, так как газ этот тяжелый и при испарении создает легко воспламеняемые взрывоопасные пары. Метан, в свою очередь, оказывается безопаснее бензина и дизельного топлива, так как он не разливается и не создает пары, которые могут взорваться, при испарении. Также новое оборудование укомплектовано всевозможными системами перекрывания баллона при утечке. Баллон, используемый при построении системы на газовом топливе способен выдерживать сильнейшие внешние нагрузки. Также метан не содержит побочные химические элементы и экологичнее его можно считать только электромобиль.

Чем должен обладать автомобиль при переходе на метан?

Абсолютно ничем, ведь вам просто устанавливают газовый баллон в багажник и датчик переключения топлива на приборную панель. Также государство предоставляло компенсации за затраты на газовое оборудование – это позволяет сэкономить ваши деньги.

Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости