Изучена актуальность использования природного газа в качестве моторного топлива в дизельных двигателях. Рассмотрены технические решения использования газового топлива в дизельных двигателях. Проведена оценка экономичности и эффективности применения газодизельных установок на дорожно-строительных и коммунальных машинах. Природный газ в натуральном виде превосходит нефтяное топливо. При его использовании обеспечиваются высокие технико-экономические показатели.
Ключевые слова: газодизельный двигатель, газовоздушная смесь, газовые топлива, природный газ, газодизельное оборудование, газобаллонное оборудование.
Среди ряда альтернативных топлив для дизельных двигателей широкое применение получил природный газ. Содержание метана в природном газе свыше 90 %, поэтому его можно отнести к экологически чистому топливу, так как в нем практически отсутствуют сернистые соединения и ароматические углеводороды, что имеет большое значение с точки зрения снижения уровня дымности и выбросов твердых частиц с отработавшими газами.
Применение газообразного топлива возможно в дизелях путем преобразования дизеля в двигатель с искровым зажиганием или переходом на газодизельный процесс. Актуально создание двигателей с воспламенением газовоздушной смеси от запальной дозы дизельного топлива. Величина запальной дозы в газодизельном цикле составляет 10–20 % в зависимости от режима работы. Преимуществом этого способа является возможность быстрого перехода на работу с жидкого топлива на газообразное и обратно, а также отсутствие существенных конструктивных изменений базового двигателя.
Характерным отличием тракторов, работающих на газодизельной смеси, является наличие баллонов с компримированным газом, которые крепятся на крышу или раму машины. Давление газа в баллонах 19,6 МПа. Так же одной из особенностей модификации трактора, имеющего газобаллонное оборудование, является увеличение веса (около 130кг). Рабочий интервал температур газодизельного двигателя от –40 до +45. В газодизельном режиме 70–85 % газовоздушной смеси сгорает без детонации с наибольшей эффективностью. После переоборудования мощность базового двигателя снижается не существенно, позволяя машине работать с той же производительностью, что и на обычном дизеле.
Применяя метан, как основное топливо, можно добиться замещения дизеля газом до 80 %. Пропаном замещают до 60 % дизельного топлива. Плюсами использования пропана является широкая заправочная сеть и возможность использования более емких, легких баллонов. Плюсами использования метана являются большой процент замещения топлива и низкая стоимость. Для преобразования дизельного двигателя в газодизельный в конструкцию добавляются газовый смеситель, механизм ограничения подачи дизельного топлива, система регулировки подачи газа, устройство для взаимосвязного управления топливным насосом высокого давления(ТНВД) и подачей газа, а также электрооборудование, которое обеспечивает необходимую информативность. Важным элементом газодизельной системы является механизм установки запальной дозы (МУЗД), который устанавливается на газодизельный трактор вместо крышки регулятора топливного насоса высокого давления. Этот механизм предназначен для ограничения подачи дизельного топлива на уровне определенной запальной дозы при работе в газодизельном режиме.
Рассмотрим один из вариантов газобаллонного оборудования. На двигатель устанавливается система подачи газа, монтируются необходимые датчики, устанавливается впрысковый редуктор, газовый электромагнитные форсунки. Затем монтируется система ограничения подачи дизельного топлива. Для систем с механическим топливным насосом это электронный актуатор, а для систем с электронным управлением устанавливают специальным электронный блок управления ограничением подачи дизельного топлива. Оборудование включает в себя электронный блок управления, комплект проводки, датчик положения коленчатого вала, датчик положения распределительного вала, датчик положения педали акселератора, датчик температуры выхлопных газов, датчик температуры охлаждающей жидкости, датчик наддува (для турбированных двигателей), система управления опережением зажигания, система управления ограничения подачи дизельного топлива. Для работы на сжатом природном газу потребуется впрысковый редуктор мощностью свыше 140 кВт, стальная трубка высокого давления, шланги газовые резиновые, шланги тосольные, рампы форсунок. Для работы на сжиженном нефтяном газу необходим редуктор-испаритель мощностью свыше 140 кВт, трубка медная, шланги газовые резиновые, шланги тосольные, рампы форсунок. Следует отметить, что при работе двигателя на газодизельном цикле происходит более совершенное смесеобразование и более полное сгорание рабочей смеси.
Также следует обратить внимание на высокую экономичность газодизельных двигателей. Расход газа в номинальном режиме составляет около 14 куб.м/ч, а дизельного топлива 2,5 л/ч. В случае с номинальным дизельным режимом работы расход составляет 15л/ч. Cледует отметить, что для новых тракторов соотношение расхода топлива составляет 20 % дизельное топливо и 80 % газ. Для б/у машин этот показатель равен 30 % и 70 % соответственно. Правила эксплуатации не отличаются от обычных: заводится трактор в обычном режиме, переход между режимами осуществляется при помощи тумблера. У газодизельного оборудования простая конструкция, что обеспечивает надежность и простоту эксплуатации, минимальные затраты на техническое обслуживание и увеличении рабочего цикла трактора без дозаправки практически в два раза. Газовое топливо обладает высокими экологическими показателями, антидетонационной стойкостью, низкой скоростью горения смеси, стабильностью агрегатного состояния.
Результаты испытаний рассмотрим на примере газодизельного трактора К-701 с электронно-механическим регулятором подачи газа. Газовая установка смонтирована на задней полураме, что позволяет двигателю ЯМЗ-240Б работать на двух видах топлива: дизельном топливе и газодизельном смешанном топливе, которое состоит из компримированного природного газа — метана и запального дизельного топлива.
Система электронно-механического регулирования подачи газа может работать только в газодизельном режиме, команды на включение и выключение система получает от блока, регулирующего переход с газодизельного режима на дизельный. При включенном газодизельном режиме система электронно-механического регулирования определяет положение механического регулятора ТНВД и устанавливает заслонку дозатора в требуемое положение. Количество газа, отрегулированное дозатором, поступает в смеситель и далее во впускной коллектор.
Результаты испытаний показали, что качество работы соответствует ТУ на сельскохозяйственные машины агротехническим требованиям. Производительность трактора в составе московской топливной ассоциации соответствует требованиям ТУ на использование сельскохозяйственных машин. Безопасность движения обеспечена, баллоны не выступают за габаритные размеры трактора.
Подводя итоги, можно с уверенностью говорить, что трактор с установленной на нем газодизельной системой полностью удовлетворяет требования ТУ, обеспечивает производительность и агротехнические показатели качества работы, не уступающие работе в дизельном режиме. В то же время достигается большая коммерческая эффективность, возникающая на фоне разницы стоимости между дизельным топливом и природным газом (метаном). «Низкая стоимость комплексного газодизельного топлива обеспечила годовой экономический эффект в сумме 50,936 тыс. руб. в расчёте на один трактор, что свидетельствует о целесообразности продолжения работ по использованию природного газа метана в качестве топлива для дизельных двигателей сельскохозяйственных тракторов». [2]
«На сельскохозяйственных работах по производительности и качеству работы газодизельный трактор К-701 не уступает дизельному аналогу, обеспечивая снижение массового расхода дизельного топлива до 73 %. Эколого-экономические эффекты определены степенью улучшения экологического состояния агроэкосистемы, повышением плодородия почв, их окультуренности, снижением загрязненности атмосферного воздуха и земли, приростом биологического и экологического потенциала сельскохозяйственных культур». [2]
Постоянный рост цен на нефтепродукты создал благоприятные экономические условия для развития альтернативных видов моторных топлив. Лидером среди альтернативных моторных топлив стал компримированный (сжатый до 200кгс/см2) природный газ, который производится на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС). На сегодняшний день в мире около 7 млн. автомобилей ездят на сжатом природном газе. «В соответствии с данными, приведенными Национальной газомоторной ассоциацией России, следует вывод, что основной объем реализации КПГ в мире приходится на четыре страны:
Аргентина − 1 654 000 автомобилей, с реализацией 3048,00 млн.м3/г.;
Пакистан − 1 600 000 автомобилей, предположительно с реализацией более 2756,6 млн.м3/г.;
Бразилия − 1 425 513 автомобилей, с реализацией 2641,8 млн.м3/г.;
Китай − 200 873 автомобиля, с реализацией 1 104, 00 млн.м3/г.;
На их долю приходится около 4,5 млн. газомоторных автомобилей. Среди бывших стран СНГ тройка лидеров потребителей КПГ — выглядит следующим образом:
Украина − 100 000 автомобилей, с реализацией 548,4 млн.м3/г.;
Россия − 95 000 автомобилей, с реализацией 311,2 млн.м3/г.;
Армения − 96 100 автомобилей, с реализацией 265,8 млн.м3/г». [4]
«Основной парк автомобилей Украины составляют автобусы, грузовики (от «Газелей» до 40-тонных БелАЗов), микроавтобусы; увеличивается парк легковых автомобилей, эксплуатируются автопогрузчики, мотоциклы, тракторы и другая газомоторная техника». [3]
Мы видим, что использование газомоторной техники в других странах очень распространено. В России альтернативное топливо только сейчас начинает широко использоваться в различных видах техники. Внедрение газобаллонного оборудования в машины, работающие на дизельном топливе, экономически и экологически выгодно. Затраты на переоборудование полностью окупаются в ближайшее время.
Литература:
- Макаренко Л. В. Протокол испытаний № 07–84–2005 (4010121) от 16 декабря 2005г.−С.2−3.
- Сальников С. В. Экологические и экономические аспекты работы трактора К-701 с газобаллонным оборудованием в СПК «Авангард» Чучковского района Рязанской области: науч.ст.,−С.8−11.
- Самсонов Р. О. Международный научно-технический журнал «Транспорт на альтернативном топливе» № 1/2008 г.−С.40.
- Самсонов Р. О. Международный научно-технический журнал «Транспорт на альтернативном топливе» № 1/2008 г.−80 с.
- Лисицын Е. Б. Повышение эффективности использования газового топлива в газодизельных двигателях: дис..., канд. техн. наук.−М.,2010. − 155 с.
- Савельев Г. С. Технологии и технические средства адаптации автотракторной техники к работе на альтернативных видах топлива: дис..., док. техн. наук..−М.,2010. − 315 с.
