Газовый двигатель

Газовый двигатель

Газовый двигатель работает по тепловому циклу Отто, когда теплота подводится к рабочему телу при постоянном объёме. Отличие от бензиновых двигателей, работающих по этому циклу — более высокая степень сжатия (около 17-ти). Объясняется это тем, что используемые газы имеют более высокое октановое число, чем бензин.

В 1930-е—1940-е годы в связи с нехваткой бензина широкое распространение получили газогенераторные автомобили. На автомобиль устанавливался Газогенератор, из древесных чурок производился генераторный газ. В связи с низкой калорийностью газа (состав: окись углерода и водород) эти типы двигателей ушли в прошлое.

Как правило, газовые двигатели редко выпускаются серийно, за исключением применения их для специализированных задач в науке и технике.

Для работы на транспорте используются газовые двигатели, переоборудованные из традиционных бензиновых, а с недавнего времени — после развития в Европе соответствующих технологий — и из традиционных дизельных.

По причине более высокой степени сжатия дизельные двигатели более полно раскрывают потенциал газового двигателя по сравнению с бензиновыми «собратьями». Однако, переоборудование дизелей под использование газа имеет свои особенности. По причине того, что газ не воспламеняется, подобно дизельному топливу, при увеличении давления в цилиндре на такте сжатия, необходимо дооборудование дизелей системой зажигания (подобно бензиновым вариантам), либо использование в топливо-воздушной смеси части дизельного топлива в виде т. н. «запальной дозы» (от 30 до 50 % от всего количества топлива). В остальном, применение газа на дизельных двигателях все больше приобретает популярность, и обещает в ближайшие годы получить широкое распространение, как в виде газовых двигателей в «чистом виде», так и в универсальных газодизелях.

В целом, переоборудование двигателей внутреннего сгорания на транспорте под газовый двигатель существенно экономит средства их владельцам по причине более низкой отпускной цены на такой вид топлива.

Устройство и принцип работы газобалонного автомобиля

На автомобиле сжиженная пропан—бутановая смесь находится в стальных цельнотянутых (без сварных швов) баллонах, установленных на раме, под полом салона автобуса или в багажнике легкового автомобиля. Сжиженный газ находится в баллоне под давлением 16 атмосфер (балон рассчитан на максимальное давление 25 атмосфер).

Баллоны для сжиженного газа имеют унифицированный заправочный вентиль, предохранительный клапан (стравливает газ при высоком давлении, например при перегреве баллона), также имеется пробка из легкоплавкого сплава (не допустить взрыва баллона при пожаре, сбросить газ в атмосферу, чтобы он просто сгорел) вентиль контроля наполнения (баллон заполняется жидкой фазой только на 90 %, 10 % должна составлять паровая подушка) и два расходных вентиля — отбор в двигатель паровой фазы при запуске холодного двигателя и отбор жидкого топлива на прогретом двигателе. В баллоне установлен датчик уровня, устроенный аналогично датчику уровня в бензобаке (поплавок на рычаге и переменный резистор).

Баллоны для сжатого природного газа находятся на раме, под полом салона автобуса или на его крыше (на легковых автомобилях сжатый газ не применяется — очень мало места для громоздких и тяжёлых баллонов). Сжатый метан находится под давлением до 150 атмосфер. Несколько баллонов объединены в общую магистраль, имеется общий заправочный вентиль, каждый баллон также имеет собственный вентиль.

Газ из общей магистрали поступает в испаритель (подогреватель) — теплообменник, включен в систему жидкостного охлаждения, после прогрева двигателя газ подогревается (сжиженный газ испаряется) до температуры ≈75 °C. Далее газ проходит через магистральный фильтр.

Затем газ поступает в двухступенчатый газовый редуктор, где его давление снижается до рабочего.

Далее, газ поступает в смеситель (или в карбюратор-смеситель или в смесительную проставку под штатным карбюратором, определяется конструкцией топливной аппаратуры). Смесители устроены аналогично карбюраторам, имеют дроссельную и воздушную заслонку, систему холостого хода, систему работы на полной мощности и др.

Двигатели разделяются на:

• специальные (или модифицированные), предназначенные только для работы на газе, бензин используется краткосрочно при неисправности газовой аппаратуры, когда нет возможности произвести ремонт на месте;
• универсальные, рассчитанные на длительную работу как на газе, так и на бензине.

Бензобак и топливный насос на автомобилях с газовыми двигателями сохраняются.

В холодное время года запуск двигателя, работающего на сжиженном газе производится путём отбора паровой фазы, после прогрева испарителя происходит переключение на жидкую фазу.

Автотранспорт на газе: экологичный, экономичный, безопасный. Почему его так мало в России?

Российские власти пытаются расширить использование в стране транспорта на газе. Президент неоднократно заявлял о приоритетном развитии газомоторного транспорта, призывал бизнес активнее инвестировать в сети заправок. Совсем недавно о том, как должен происходить рост газомоторного рынка, говорил вице-премьер Дмитрий Козак в ходе Российской энергетической недели. Однако прорыва здесь пока не произошло. Почему?

Первые решения на государственном уровне о переводе коммерческого транспорта в нашей стране на газ были приняты еще лет 20 назад, с тех пор вышли десятки ведомственных приказов и программ, несколько постановлений и распоряжений правительства, другие подзаконные акты, указ президента.

Согласно Транспортной стратегии России, к 2030 году доля автопарка с двигателями на альтернативных видах топлива (в первую очередь речь идет о ГМТ, газомоторном топливе) должна составить минимум 49%. Однако дело «всеобщей газификации» двигается очень медленно, автомобилей на ГМТ — не более 5% от всего автопарка. Легковые (газовые и битопливные) автомобили занимают всего 0,2% продаж новых автомобилей, легкие коммерческие — 8–10%, среди автобусов и коммунальной техники доля повыше — 11–12%. Хотя часть машин с обычными моторами впоследствии переоборудуется для использования ГМТ, но все равно автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями продается во много раз больше.

И это при том, что Россия обладает крупнейшими в мире запасами природного газа (по оценкам — более 40% мировых). Но по уровню газификации автотранспорта мы в Европе находимся… на 7-м месте, а в мировом масштабе — и того хуже. Тут в лидерах однозначно Китай и Иран. Кстати, собственная программа продвижения автотранспорта на газомоторном топливе существует и работает даже в США, мировом форпосте «бензиновой» экономики. Каждый год на газ переводят свои парки автобусные компании и фирмы, оказывающие коммунальные услуги, и государство этот процесс субсидирует.

Очевидные преимущества

Хотя преимущества вроде бы налицо. Главное — экономичность: кубометр метана стоит на заправках 15–16 рублей, а эквивалентный ему литр 95-го бензина — 46–48 рублей; дизельного топлива — 45–47 рублей. Трехкратная выгода. Кроме того, современный двигатель, выпущенный на заводе именно для работы на ГМТ, имеет ресурс в 1,3–1,5 раза выше, чем обычный.

А экология? Количество вредных выхлопов сокращается сразу на 80% и более; любой современный газовый мотор легко выполняет и перевыполняет требования Евро-6. Ведь современная тенденция — массовый переход с пропан-бутана на более безопасный метан, который практически не оставляет вредных продуктов сгорания и считается самым экологически чистым. Причем экономия только на топливе за год интенсивной эксплуатации автомобиля (при пробеге более 100 тыс. км) составляет от 300 тыс. рублей для легкового транспорта до 1,2 млн — для современного магистрального тягача.

Основная проблема

Самая главная проблема — у нас в стране пока очень мало специализированных газовых заправок. Сейчас их около 500, причем большинство — в европейской части страны.

Лет десять назад компания Volkswagen вдруг решила продвигать на нашем рынке самую разную технику на ГМТ, в том числе и легковую. Я взял на тест очень симпатичный «каблучок» Caddy и пришел в полный восторг — на одной заправке в городе проехал порядка 500 км. Но потом замучался искать источник газа — в ту пору в столице метаном можно было заправиться на четырех (!) автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС), причем все были расположены за МКАД, и везде были очереди на заправку из десятков автобусов.

Газовые автомобили в Германии: бурный рост в маленькой нише

Эксперты дружно хвалят машины, работающие на «самом экономичном и экологичном топливе», но немцы их долго игнорировали. Однако теперь автостроители резко расширили предложение.

Газовые автомобили в Германии: бурный рост в маленькой нише

На немецком рынке газовых автомобилей произошло знаковое событие. Объемы их продаж росли в Германии на протяжении всего первого полугодия, причем вопреки неуклонно падающему спросу на все другие легковые и грузовые машины, и в июне достигли… 860 единиц. Это — лучший месячный показатель за последие четыре года!

Просто положительная тенденция или начало прорыва?

А всего с января по июнь 2013 года производителям удалось сбыть в Германии примерно 4300 работающих на газовом топливе автомобилей, что на 1200 больше, чем за аналогичный период прошлого года. Темпы роста, конечно, впечатляют. В то же время абсолютные цифры красноречиво говорят о более чем скромных размерах той ниши, которую занимают пока на крупнейшем автомобильном рынке Европы газобалонные транспортные средства (ГБТС).

Профессор Фердинанд Дуденхёффер

«Доля автомобилей, работающих на природном газе как в сжатом, так и в сжиженном виде, составляет в Германии на первичном рынке всего лишь 0,5 процента», — с сожалением отметил в беседе с DW директор Центра автомобильных исследований CAR университета Дуйсбурга-Эссена Фердинанд Дуденхёффер (Ferdinand Dudenhöffer).

«Однако тенденция радует», — добавил ведущий немецкий автомобильный эксперт, уже не раз публично рекомендовавший автомобилистам с большим расходом топлива подумать о переходе с бензинового или дизельного двигателя на газовый. Но признаков «подлинного прорыва» профессор Дуденхёффер пока не наблюдает.

В отличие от него аналитики международной маркетиноговой компании Frost & Sullivan недавно предсказали немецкому рынку газовых автомобилей «существенное увеличение динамики». В пользу такого прогноза говорит, в частности, растущий выбор моделей с газовыми двигателями: в данный момент их на немецком рынке — пятнадцать, до конца года прибавятся еще семь.

«По Германии можно проехать без единой капли бензина»

Такие цифры приводит организация Erdgas mobil. Она лоббирует в Германии интересы энергетических компаний, выступающих за более широкое использование природного газа и биогаза в автомобильном транспорте. Одним из 13 ее членов является немецкое подразделение российского «Газпрома» — Gazprom Germania. Собственно, именно Erdgas mobil и предоставила немецким СМИ новость про июньский пик продаж.

«Мне кажется, автостроители окончательно поверили в способность энергетических компаний создать и содержать соответствующую инфраструктуру, и теперь, в свою очередь, существенно расширяют предложение», — отметил в беседе с DW исполнительный директор Erdgas mobil Тимм Келер (Timm Kehler).

По его словам, в последние 10 лет работающие на немецком рынке энергетические компании последовательно вкладывали деньги в создание разветвленной сети автомобильных газозаправочных станций (АГЗС), число которых составляет теперь около 1000. «Говорю на основании собственного опыта: сегодня Германию можно пересечь вдоль и поперек без единой капли бензина, — заверил Тимм Келер. — В Берлине по дороге на работу я проезжаю мимо трех газовых заправок».

В лидерах тренда — Volkswagen

В настоящее время, рассказал Тимм Келер, такие производители, как Volkswagen, Audi, Mercedes, Opel, Fiat, выводят на рынок новое поколение газовых автомобилей. Они изначально рассчитаны на использование этого топлива, а потому не имеют недостатков, характерных для переделанных машин, например, ограниченных размеров багажника из-за встроенного газового баллона.

С появлением модели VW eco-up! рынок газовых автомобилей заметно оживился

Особенно сильный импульс немецкому рынку, отмечают в Erdgas mobil, дал Фольксваген VW eco up!, появившийся в продаже осенью 2012 года. «Мы также очень рады, что такие модели, как Volkswagen Golf и Skoda Octavia, имеющие в Германии большую долю рынка, впредь будут выпускаться и в версии с газовым двигателем», — сказал Тимм Келер.

Таким образом, группа Volkswagen (VW, Skoda, Audi) явно претендует на роль лидера на немецком рынке газовых автомобилей. Об этом свидетельствуют и неоднократные заявления главы концерна Мартина Винтеркорна (Martin Winterkorn). Так, выступая недавно в Вене, он подчеркнул, что «газовый двигатель экологичен, экономичен и удобен в повседенвной жизни. Это — зрелая технлогия». То был явный камешек в огород сторонников электромобилей.

Нефть будет дорожать, природный газ — нет

По данным профессора Фердинанда Дуденхёффера, в настоящее время объемы продаж в Германии газовых автомобилей и чистых электромобилей приблизительно равны, тогда как спрос на гибридные модели чуть выше. Согласно опубликованному 19 июля опросу Общегерманского автомобильного клуба (ADAC), 7 процентов его членов допускают возможность покупки машины с газовым двигателем, 11 процентов — гибрида, но лишь 1,5 процента готовы перейти исключительно на электрическую тягу.

Как следует из официальных данных, по дорогам Германии к началу 2013 года бегали 571 тысяча автомобилей, работающих на сжатом или сжиженном газе, 65 тысяч гибридов и 7100 электромобилей. Тимм Келер считает, что машины, работающие на газе или электричестве, в настоящее время скорее союзники, чем конкуренты, поскольку в обоих случаях речь идет о стремлении утвердить на рынке альтернативные типы двигателей.

Комбинированые двигатели бензин-газ

Двигатели бензин-газ — это мощные агрегаты, которые применяются для установки на различные генераторы электроэнергии, мотопомпы и другое оборудование.

Основными преимуществами данных мотором являются высокая мощность, экономность, сравнительная дешевизна и неприхотливость при частой эксплуатации.

Комбинированные двигатели могут работать на 3 видах топлива:

• Бензин А-92
• Газ с баллона (пропан-бутан)
• Магистральный газ (природный газ или метан)

Примерный расход топлива (для двигателя мощностью 6,5 л.с. при работе на электрогенераторе мощностью 2,5 кВт при полной нагрузке)

• Бензин – 0,9 л/час
• Пропан-бутан – 1,1 л/час
• Природный газ – 1,1 куб. метр/час

Комбинированные моторы газ-бензин небольших мощностей выгодно устанавливать на мотопомпы, генераторы и пилорамы для ощутимой экономии средств на топливо.

Если у вас уже есть двигатель, его можно самостоятельно перевести на газ: Gaspower KMS-3 PM

Как выбрать двигатель:

• Газ-бензин

Основные параметры мотора бензин-газ

Перед покупкой любого двигателя, который может работать как от бензина, так и от сниженного газа из баллона или магистрального газа необходимо обратить внимание на несколько его важнейших характеристик. Так, следует смотреть на мощность двигателя, выход установленного вала, имеющийся газовый модуль, тип крепления мотора. Присмотритесь и к таким дополнительным характеристикам, как, наличие датчика контроля за количеством масла, тип установленного очистного фильтра.

Мощность бензинового мотора, как правило, находится в диапазоне от 5 до 16 л.с. Установленный на оборудовании вала может быть как под шпонку диаметром от 19 до 24 мм, так и под шлицы или конус.

Множество производителей делают различные модификации той же модели газового бензинового двигателя, которая снабжена валом с различными выходами, что облегчает подбор данного оборудования под конкретные задачи. Стоит отметить, что большинство моторов, которые можно купить на рынке имеют универсальное крепление.

Установленный на двигателе датчик уровня масла непрерывно следит за уровнем соответствующей жидкости и поможет увеличивается время эксплуатации мотора. Так, в случае сильного понижения уровня масла датчик автоматическим произведет остановку мотора и не позволит его запустить, пока вы не дольете масла.

Воздушный фильтр мотора может быть сделан из простого поролона, поролона с бумажным элементом и поролона с масляной ванной. Первый тип фильтра подходит для грубой очистки воздуха, второй — для надежной тонкой очистки, тритий — универсальный, отлично очищающий воздух. Фильтр с масляной ванной превосходно защитит имеющийся на моторе карбюратор, является простым в нечастом обслуживании.

Главное преимущество двигателей, которые работают как на бензине, так и на газу — высокая экономность. Так, газ стоит намного дешевле остальных типов топлива. Стоит отметить, что работающий на газу мотор не производит вредных выхлопов, поскольку используемый газ полностью сгорает. Также при работе от газа с баллона или магистрального газа двигатель не вибрирует.