Топливная система двигателей, работающих на газообразном топливе (LNG)

Дизельный двигатель – это поршневой двигатель внутреннего сгорания, разработанный более века назад. Бензиновые и дизельные двигатели имеют ряд различий, но взаимозаменяемы. Среди легковых автомобилей дизельные двигатели по степени распространения несколько уступают бензиновым. Но в остальных сферах дизель безжалостно доминирует.

Дизельный двигатель имеет КПД, доходящий до 40-50%, что несколько выше бензиновых двигателей внутреннего сгорания (их коэффициент полезного действия не доходит и до 30%). Обычно дизельный двигатель имеет высокий крутящий момент и более экономичен. Но дизельный двигатель не может развивать высокие обороты, сам двигатель тяжелее.

В России на дизельных двигателях ездит огромный процент крупных пассажирских и грузовых автомобилей. Также он часто применяется на морских судах.

Дизельный двигатель не только более экономичен, его выбросы менее вредны. Топливо, используемое в дизельном двигателе, более безопасное, оно не испаряется и не накапливается в закрытых пространствах. В двигателях Дизеля не используется искровая система зажигания.

Дизельные двигатели очень перспективны даже с учетом своих недостатков, и совершенствование их конструкции активно продолжается и сегодня.

Преимущества дизельного двигателя:

1. Может работать на сырой нефти. Но это в теории.
2. Хороший крутящий момент на низких оборотах.
3. Маленький расход топлива по сравнению с бензиновыми.
4. Дизельный двигатель более долговечен.
5. Более экологичен.
6. Искра для воспламенения топлива не нужна, двигатель не глохнет, вода не страшна.

Недостатки дизельного двигателя:

1. Плохо работает при низких температурах, требует особого дизельного топлива, которое не густеет, либо установки обогрева двигателя или сигнализации.
2. Не любит высокие обороты.
3. Больше шумит и вибрирует.
4. На литр объема можно получить меньше мощности, чем у бензиновых.
5. Дорог в ремонте и обслуживании. Масло менять необходимо в два раза чаще, оно должно быть очень хорошего качества.
6. Дизельный двигатель и автомобиль с ним дороже на 10-20 процентов бензинового.
7. Для запуска дизельного двигателя требуется мощный и заряженный аккумулятор.
8. Дизельный двигатель нужно долго прогревать и нельзя сразу глушить, особенно, если двигатель турбированный.

Помимо общеизвестных поршневых двигателей, встречается еще роторный дизельный двигатель. Роторный дизельный двигатель имеет в своей конструкции трех- или пятигранный ротор, за счет него производится вращательное движение.

Роторный дизельный двигатель имеет массу преимуществ, по конструкции он проще, его КПД выше, при меньшем размере он способен дать больше мощности, крутящий момент вдвое выше. Роторный дизельный двигатель совершает полный цикл работы всего за один оборот ротора.

Роторный дизельный двигатель появился достаточно давно, но дорог в производстве и ремонте, его срок службы же значительно меньше, чем у поршневого двигателя. Однако его технологические недостатки очень скоро будут устранены, поскольку конструкция такого двигателя идеально подходит для создания экономичных гибридных автомобилей.

Установка ГБО на двигатель Дизеля

В последние годы владельцы экономичных дизельных двигателей столкнулись с неприятной российской действительностью. Цены на дизельное топливо в некоторых регионах нашей родины начали уверенно догонять и даже перегонять цены на бензин. Экономии никакой, единственный вариант сэкономить на автомобиле с дизельным двигателем – установить на него ГБО. Цены на газ так активно не растут, и он всегда остается дешевле дизельного топлива и бензина. Ездить на газе выгоднее в 1,5-2 раза.

Оборудовать дизельный двигатель ГБО не так просто, как бензиновый. Существует два основных способа установки ГБО.

Первый вариант. Переоборудование дизельного двигателя для ГБО

Это самый простой, но очень кардинальный вариант перевода легкового или грузового автомобиля на газ в качестве топлива.

Вернуть двигатель обратно на дизельное топливо будет просто невозможно. Дизельное топливо воспламеняется при температуре в 300-400 градусов Цельсия, а вот у газа она начинается с 700 градусов Цельсия. Поэтому требуется переработка системы зажигания, питания и других систем.

Переделки будут выглядеть следующим образом:

• Вместо форсунок устанавливается комплект свечей зажигания.
• Газовые форсунки или дозатор устанавливаются во впускной коллектор.
• Степень сжатия двигателя уменьшается для работы на топливе с более высоким октановым числом (пропан, бутан -110, метан -120). Для этого в камере сгорания двигателя убирается весь «лишний» металл, и устанавливаются металлические прокладки.

Плюсы переработки в газовый двигатель:

1. Серьезно увеличится ресурс.
2. Двигатель станет давать меньше выбросов, его использование не так вредно для окружающей среды.
3. У двигателя повысятся крутящий момент и мощность.
4. Двигатель будет работать тише.
5. Отсутствие детонации.

Минусы переработки в газовый двигатель:

• Ездить можно будет только на газе.
• Сложность настройки и регулировки.
• При установке на легковой автомобиль баллон будет занимать значительное место.

• Могут возникнуть сложности с запуском в сильные морозы, но это характерно и для простого дизельного двигателя.
• Автомобиль придется чаще обслуживать: сливать конденсат, менять газовый фильтр и так далее.

Второй вариант. Газодизель и принцип его работы

Обычное газобаллонное оборудование не подходит для использования во многих современных дизельных двигателях. Это связано с отличием их системы зажигания от бензиновых двигателей – они работают без искры.

Выходом из положения является установка газодизеля с распределённым впрыском топлива. Двигатель будет работать сразу на двух видах топлива: дизельное топливо будет использоваться для поджигания смеси, затем двигатель будет работать на газе. В двигателе необходимо поддерживать постоянный топливный баланс, в него должны попадать и газ, и дизельное топливо. Этим процессом управляют различные датчики, электронный блок управления комплектом ГБО постоянно отслеживает ситуацию и вносит свои коррективы в работу. Он поочередно подает сигналы на газовые форсунки и на двигатель, обеспечивающий подачу дизельного топлива.

Самым эффективным видом газа для дизельного двигателя является метан.

Дизельное топливо можно разбавлять метаном в процентном соотношении 1 к 4. Для сельской, деревенской и другой техники это еще один плюс – метан можно получить из любых органических соединений очень простым способом. В случае, если использовать пропан, то дизельного топлива понадобится сжигать в два раза больше. А метан дешевле пропана. Однако в некоторых регионах нашей страны метан мало распространен, и заправки будет найти непросто.

Газодизельные двигатели давно известны в России. Еще во времена Советского Союза они производились массово для грузовых автомобилей.

Топливо может подаваться механическим насосом высокого давления или более современной системой подачи топлива Common Rail, которая соответствует нормам Евро 4.

Плюсы газодизеля:

1. Возможность ездить на двух видах топлива.
2. Даже с учетом того, что дизельное топливо будет сгорать вместе с газом, вредных выбросов будет очень мало.
3. Ресурс двигателя и срок службы масла увеличатся.
4. Никакой детонации.

Минуты газодизеля:

• Сложность настройки и регулировки.

• При установке на легковой автомобиль баллон будет занимать значительное место.
• Этот метод дороже по установке и оборудованию.

Цена установки комплекта ГБО на автомобили с дизельными двигателями значительно выше, чем на автомобили с бензиновыми двигателями. Устанавливать дизельный двигатель на легковой автомобиль практически нецелесообразна из-за высокой его стоимости. А вот для грузовых, специальных автомобилей, строительной и сельскохозяйственной техники установка ГБО — серьезный способ сэкономить.

Можно ли поставить комплект ГБО на турбированный двигатель

Турбированный дизельный двигатель ничем не отличается от своего атмосферного собрата. Процессы в них происходят одни и те же. Установка ГБО на турбированный дизель ничем не отличается от установки на его атмосферную версию.

01

. На выставке
#COMTRANS/17
только на камазовском стенде таких было три – тягач-«зебра», «камазёнок»-5308 и мусоровоз.

Как это часто бывает, новое – это хорошо забытое старое. Ведь газодизельной «теме» в нашей стране – уже хорошо за полвека. В разные времена ею в «опытном» порядке занимались десятки предприятий – от ЦНИИ речного флота до именитой «Бауманки». Одним из первых экспериментировал с таким двигателем Ярославский моторный завод, еще в 1960-х на своем двухтактном ЯАЗ-204. Само собой, не обошел этой темы и главный отраслевой институт — НАМИ

. Вспоминаем некоторые его проекты:

02

. Самое серьезное исследование проводилось три года (1984-1987), и за это время было построено 23 опытных газодизеля, которыми оснащено 15 грузовиков и 6 автобусов. Был среди них и такой
ЗиЛ-Э130Г
.

В толстенном отчете о проделанной работе спецы указали 12 преимуществ газодизельного двигателя, из которых главные:

1. Конструкционная простота (переделке подлежит любой дизельный двигатель, даже «бэушный») 2. Снижение токсичности выхлопа и дымности, в 2-4 раза 3. Уменьшение износа деталей цилиндро-поршневой группы, как следствие, увеличение срока службы двигателя.

03

. И, конечно, экономия. По данным (естественно, на сегодня уже устаревшим) тех исследований, обычный КАМАЗ экономил за счет газа до 80% солярки в год (10 тонн). При этом разница в цене тогда была еще значительней, чем теперь.

04

. При этом в качестве газовой добавки предполагалось использовать разные виды: пропан, бутан или их смеси в сжиженном виде, метан в сжатом или сжиженном, биогаз; газ, полученный сухой перегонкой каменного угля. Этот опытный бортовой КАМАЗ работал на сжатом метане.

05

. Причем основное преимущество (как на тот момент, так и сейчас) – простота переделывания системы. Ведь двигатель остается исходным, в отличие от чисто газового, сохраняется воспламенение сжатием. Набор газовой аппаратуры, как на фото, показывает несложность переоборудования.

06

. Надо сказать, специалисты НАМИ работали не с «чистого листа», а внимательно ознакомились с разработками зарубежных коллег – от Италии до США. И перевели на газ не только наши, но и дизели «соцлагеря», в частности, венгерские RABA и чешские Praga. А среди готовых изделий были и «гармошки»
Ikarus 280
, работавшие на маршрутах с пассажирами.

Словом, перспективы еще в те далекие годы открывались, казалось-бы, сказочные. А почему ж весь транспорт не перевели на газ еще тогда?

07

. На тот момент основная сложность таилась в маленьком блоке – электронном управлении газодизелем. С электроникой в стране было совсем не ахти, а имеющиеся мощности были загружены «под завязку» заказами от «оборонки».

Ну, и, само собой, колоссальные капитальные затраты на строительство конденсаторных и заправочных станций, похоже, перекрывали прибыль от экономии. Все тогда «сыграло» против газодизельных машин. Отсталость инфраструктуры смежных отраслей не позволила внедрить передовые по тем временам решения и разработки отраслевого института.

Сейчас у битопливных машин происходит словно второе рождение. Тема вновь популярна, уже на новом технологическом уровне. Надеемся, в данном случае, история не повторится.

Состав ГБО для установки на дизельный двигатель

— Электронный блок управления. «Мозг» всего комплекта, состоит из нескольких микроконтроллеров.

Считывает все показания датчиков, анализирует их и корректирует работу комплекта под текущий режим работы автомобиля.

— Механизм перемещений упора рейки ТНВД. Топливный насос высокого давления — очень сложный и очень важный механизм в работе дизельного двигателя. Для того чтобы дизельный двигатель мог работать с газом, понадобится его переработка.

— Редуктор-испаритель. Пропан и бутан находятся в баллоне в жидком состояния, для превращения их обратно в газ и возвращения газа к атмосферному давлению существует специальный редуктор. Метан находится в баллоне в газообразном состоянии, но для поддержания его рабочего давления в системе также необходим редуктор.

— Газовые форсунки или дозатор. Через форсунки или дозатор газ попадает в камеру сгорания.

Переключатель видов топлива. Выполняется в виде кнопки или тумблера и устанавливается в салон автомобиля для удобного доступа водителя.

— Датчики. Датчик температуры, датчик синхронизации, датчик коленного вала, датчик газа и другие. Без датчиков современные двигатели работать не могут. Для работы дизельного двигателя используются часть родных датчиков и устанавливаются дополнительные. Они помогают двигателю мешать смесь в различных режимах работы.

— Газовый баллон. Самая крупная часть системы, дополнительный топливный бак, от его емкости зависит, сколько двигатель сможет отработать при совмещении с газом. Баллон занимает полезное пространство, поэтому к его установке необходимо подходить особенно тщательно, хотя для больших автомобилей этот вопрос не принципиален. Для пропана, бутана и метана используются разные баллоны. Баллоны для метана более толстые и должны выдерживать значительно большее давление.

— Магистраль высокого давления. Это труба, по которой газ от баллона попадает в редуктор и далее в двигатель.

— Заправочное устройство. Поскольку газ не может течь как жидкость, для него существуют специальные безопасные заправочные устройства.

— Мультиклапан. Особое устройство, по которому газ попадает в баллон и покидает его. Вместе с ним идет защитная аппаратура, которая может сбрасывать лишнее давление при нагреве или повреждении баллона и защищает его от переполнения газом.

— Газовый фильтр. Газ содержит в себе значительно меньше примесей, чем бензин. Но в баллоне и внутри системы могут находиться грязь и мусор, попадания в двигатель которых желательно избежать. Поэтому газ дополнительно фильтруется.

— Комплект проводов, трубок, крепежи и соединения. Тут все понятно: для датчиков нужна проводка, всю систему необходимо объединить между собой и надежно закрепить к кузову автомобиля.

Отрывок, характеризующий Газодизельный двигатель

В четвертом часу пополудни войска Мюрата вступали в Москву. Впереди ехал отряд виртембергских гусар, позади верхом, с большой свитой, ехал сам неаполитанский король. Около середины Арбата, близ Николы Явленного, Мюрат остановился, ожидая известия от передового отряда о том, в каком положении находилась городская крепость «le Kremlin». Вокруг Мюрата собралась небольшая кучка людей из остававшихся в Москве жителей. Все с робким недоумением смотрели на странного, изукрашенного перьями и золотом длинноволосого начальника. – Что ж, это сам, что ли, царь ихний? Ничево! – слышались тихие голоса. Переводчик подъехал к кучке народа. – Шапку то сними… шапку то, – заговорили в толпе, обращаясь друг к другу. Переводчик обратился к одному старому дворнику и спросил, далеко ли до Кремля? Дворник, прислушиваясь с недоумением к чуждому ему польскому акценту и не признавая звуков говора переводчика за русскую речь, не понимал, что ему говорили, и прятался за других. Мюрат подвинулся к переводчику в велел спросить, где русские войска. Один из русских людей понял, чего у него спрашивали, и несколько голосов вдруг стали отвечать переводчику. Французский офицер из передового отряда подъехал к Мюрату и доложил, что ворота в крепость заделаны и что, вероятно, там засада. – Хорошо, – сказал Мюрат и, обратившись к одному из господ своей свиты, приказал выдвинуть четыре легких орудия и обстрелять ворота. Артиллерия на рысях выехала из за колонны, шедшей за Мюратом, и поехала по Арбату. Спустившись до конца Вздвиженки, артиллерия остановилась и выстроилась на площади. Несколько французских офицеров распоряжались пушками, расстанавливая их, и смотрели в Кремль в зрительную трубу. В Кремле раздавался благовест к вечерне, и этот звон смущал французов. Они предполагали, что это был призыв к оружию. Несколько человек пехотных солдат побежали к Кутафьевским воротам. В воротах лежали бревна и тесовые щиты. Два ружейные выстрела раздались из под ворот, как только офицер с командой стал подбегать к ним. Генерал, стоявший у пушек, крикнул офицеру командные слова, и офицер с солдатами побежал назад.

Принцип работы ГБО

Газ в сжиженном состоянии (метан в виде газа) проходит через мультиклапан и попадает в магистраль высокого давления. Там он проходит фильтрацию через газовый фильтр и попадает в редуктор-испаритель (просто редуктор для метана) и через дозирующее устройство или форсунки попадает в камеру сгорания. В ней он или мешается с соляркой, или сгорает как газ — в зависимости от способа установки ГБО. Процессом управляет электронный блок управления ГБО: основываясь на показаниях датчиков, он вносит коррективы по количеству смеси, ее качеству и зажиганию.

Установка и настройка комплекта ГБО на дизельные двигатели — процедура сложная, и выполнять её необходимо у профессионалов.

Автор: А. Копылов

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.

Дизельные транспортные средства, которые можно переоборудовать под газодизель

Любой двигатель на дизтопливе можно переделать под использование газа в качестве дополнительной составляющей. Не имеет значение, какой тип топливной системы применяется базово, механический топливный насос высокого давления (ТНВД), насос-форсунки или рампа/рейка «Коммон рейл». Также с бортовой сетью 12/24 V. С турбиной или атмосферный.

При этом расходы на модернизацию легкового автомобиля будут значительно меньше затрат на переделку мотора грузового автомобиля, из-за количества устанавливаемых баллонов, крепежа и мультиклапанов к ним или вентилей в случае с метаном. Также для двигателей с большим объёмом применяют 2 газовых редуктора.