Газодизельный двигатель что это

8.2. Газодизельные системы питания

Дизельные двигатели при переводе для работы на газовом топливе в отличие от бензиновых требуют дополнительных условий обеспечения воспламенения газа в камере сгорания.

Температура воспламенения метана (680 °С) значительно превосходит температуру, при которой самостоятельно воспламеняется дизельное топливо в конце такта сжатия (300 °С). Поэтому для работы дизельных двигателей на газе необходим дополнительный источник воспламенения. Рудольф Дизель еще в 1898 году запатентовал способ воспламенения газового топлива запальной дозой жидкого топлива, однако применять этот способ стали только с 1930 года (для стационарных двигателей).

Газодизельным (ГД) процессом является такой способ сгорания дизельного топлива и природного газа одновременно, когда газовоздушная смесь воспламеняется принудительно от небольшой горящей дозы дизельного топлива. Газовоздушная смесь подается в цилиндры двигателя, где сжимается поршнем на такте сжатия, и в нужный момент топливный насос высокого давления (ТНВД) через форсунки впрыскивает запальную дозу дизельного топлива, которая самовоспламеняется и поджигает газовоздушную смесь.

В газодизельном режиме двигатель работает на двойном топливе – дизельном топливе и природном газе. По основному признаку – способу воспламенения газовоздушной смеси – газодизель относится к двигателям с принудительным воспламенением. Газодизельный двигатель имеет две взаимосвязанные системы питания: дизельную и газовую. Общим для этих двух систем является оригинальное газодизельное оборудование.

При переоборудовании дизельных двигателей, имеющих высокую степень сжатия, мощность двигателя остается на уровне базового двигателя. Основными целями переоборудования дизельных двигателей для работы по газодизельному циклу являются:

• экономия до 75. 80% дизельного топлива путем замещения его природным газом;

• увеличение суммарного запаса хода транспортного средства при использовании обоих видов топлива в 1,5. 1,7 раза;

• снижение дымности отработавших газов дизеля в 2. 4 раза.

Минимальное количество запального жидкого топлива определяется энергией, необходимой для воспламенения и полного сгорания газовоздушной смеси. Однако из-за меняющихся во времени режимов работы автомобильных двигателей и необходимости охлаждения форсунок доза запального дизельного топлива превышает теоретически необходимые на 5. 7 %. Практически запальная доза составляет от 15 до 20 % от полной подачи дизельного топлива.

Подача дизельного топлива при работе в режиме газодизеля отличается от дизельного режима. Для запуска двигателя и работы на минимальных оборотах холостого хода в камеру сгорания поступает только дизельное топливо. При увеличении частоты вращения и нагрузки в камеру сгорания поступают газовоздушная смесь и запальная доза дизельного топлива. С этого момента двигатель работает по газодизельному циклу.

Газодизельное оборудование предназначено для заправки, хранения, управления подачей и дозирования газа, образования газовоздушной смеси, ограничения цикловой подачи дизельного топлива до уровня запальной дозы и защиты дизеля от внештатных режимов работы (рис. 8.3). При этом сохраняется возможность быстрого перехода с газодизельного режима на жидкое топливо и обратно.

Система заправки, хранения газа и снижения его давления практически имеет одинаковый принцип работы и устройство с системой питания КПГ двухтопливных бензиновых ГБА.

Для заправки баллонов 17 служит узел заправочный 20, вентиль наполнительный 21 и баллонные вентили 19. На баллонах установлены: тройники баллона 18, вентили. Крестовина 13 с манометром 12 установлены на кронштейне узла высокого давления. Из баллонов газ по трубопроводам высокого давления подается к электромагнитному клапану 9, предварительно пройдя очистку в фильтре 10.

После открытия электромагнитного клапана 9 газ подается к РВД 8 и затем к РНД 5. Для подогрева к РВД подается жидкость от системы охлаждения двигателя. РНД 5 оборудован системой коррекции по загрязненности воздушного фильтра.

В конструкцию системы питания обычного дизельного двигателя добавляются газовый смеситель 23, механизм установки запальной дозы дизельного топлива (МУЗД) 30, дозатор газа 22 для управления топливным насосом высокого давления и подачей газа, а также электрооборудование 3, 6, 11, 14, 27, которое обеспечивает необходимую информативность и защиту дизеля от нештатных режимов работы.

Дизельная система питания состоит из штатных агрегатов, включая топливный насос высокого давления и форсунки. На ТНВД дополнительно имеется механизм ограничения подачи запальной дозы, который обеспечивает впрыск заданного количества дизельного топлива, необходимого для воспламенения газодизельной смеси в камере сгорания, а также переключение на работу в обычном дизельном режиме.

МУЗД 30 приводится в действие электромагнитом 2, а на рычаге управления рейкой ТНВД установлен дополнительный упор. Помимо этого на регуляторе максимальных оборотов ТНВД установлен клапан, отключающий подачу газа 4.

Блокировка одновременного включения полной подачи двух видов топлива осуществляется с помощью концевого выключателя/и реле З и 6.

В смесителе 23 газ смешивается с воздухом, который подается за счет разрежения, создаваемого во впускном трубопроводе двигателя.

Заданный состав смеси газа с воздухом регулируется дозатором 22, соединенным с педалью привода рейки ТНВД телескопической тягой 29. Начало подачи газа в двигатель осуществляется синхронно с началом нажатия педали привода рейки ТНВД 28 водителем. В этот момент цикловая подача дизельного топлива в цилиндры двигателя равна запальной дозе. Изменение частоты вращения, крутящего момента и мощности двигателя осуществляется изменением количества газа, подаваемого в двигатель. При работе двигателя запальная доза дизельного топлива изменяется, незначительно увеличиваясь с повышением частоты вращения кулачкового вала насоса.

При снятии ноги водителя с педали 28 прекращается подача газа в двигатель, и одновременно цикловая подача дизельного топлива уменьшается с величины запальной дозы до величины подачи холостого хода. Двигатель запускается и прогревается только на дизельном топливе.

Перевод двигателя с дизельного режима в ГД-режим и обратно возможен как во время остановки, так и при движении автомобиля. Для этого необходимо отпустить педаль привода рейки и переключить клавишу 25 выбора режима работы «Дизель» – «Газодизель», расположенную в кабине водителя на щитке приборов.

Рис. 8.3. Принципиальная схема газодизельной аппаратуры ЗАО «Автосистема»:

1 – концевой выключатель; 2 – электромагнит МУЗД; 3 – реле МУЗД; 4 – пневмомеханический клапан ограничения подачи газа; 5 – редуктор газовый низкого давления; 6 – реле клапана моторного тормоза; 7 – электромагнитный клапан РНД; 8 – РВД; 9 – электромагнитный клапан; 10 – фильтр газовый; 11 – трехходовой клапан моторного тормоза; 12 – манометр; 13 – крестовина; 14– выключатель моторного тормоза; 15– расходный вентиль; 16– угольник; 17– баллоны; 18 – тройник вентильный; 19 – баллонный вентиль; 20 – заправочный узел; 21 – наполнительный вентиль; 22– дозатор газа; 23 – смеситель газа; 24 – тиристорный блок напряжения 12 В; 25– переключатель режимов работы двигателя «Дизель» – «Газодизель»; 26 – предохранитель; 27 – пневмоконтактор отключения газа при неработающем двигателе; 28 – педаль привода рейки ТНВД; 29 – телескопическая тяга; 30 – механизм установки запальной дозы дизельного топлива

Отключение подачи газа при пользовании моторным тормозом происходит с помощью реле 6 и электромагнитного клапана 7, установленного на входе в РНД. Ограничение подачи газа при достижении двигателем максимальной частоты вращения осуществляется пневмомеханическим клапаном 4.

Для преобразования напряжения в бортовой сети дизеля в рабочее напряжение 12 В используется тиристорный блок 24. Отключение подачи газа при неработающем двигателе осуществляется пневмоконтактором 27. Для предотвращения попадания газа в пневмосистему патрубок отбора воздуха из впускного коллектора перенесен на корпус смесителя газа 23, а на впускном коллекторе – заглушён.

Газодизельные системы питания устанавливают на двигатели, оснащенные ТНВД с двухрежимным регулятором. При наличии на ТНВД всережимного регулятора необходимо заменить его двухрежимным.

Газодизель

Газодизель — это дизельный двигатель, адаптированный для работы на смеси солярки и газообразных углеводородов. Первые опыты таких «симбиозов» известны как варианты применения в дизельных двигателях метана. В настоящее время развивается технология переоборудования дизельных двигателей под использование метана.

С экономической точки зрения использование Газодизеля ставит его в один ряд с двигателями, работающими на биодизельном топливе. Однако — по причине технического несовершенства производства биотоплива, а также — массе предложений на рынке некачественного (а подчас — и низкопробного) растительного продукта, использование в дизелях традиционного и повсеместно доступного газа является более предпочтительным решением в техническом плане, снижает риски повреждения двигателей вследствие применения некачественного топлива.

Бум разработок на Газодизельные силовые установки начались в Европе после резкого роста цен на нефть, и в настоящее время получили свое практическое воплощение. В странах, не имеющих в достаточной мере своей нефтедобычи (Израиль, страны Европы, Украина, и пр.), перевод дизельного парка на использование газа является ключом к существенной экономии затрат на ГСМ, поскольку газовое топливо продается трейдерами, как правило, вдвое дешевле дизельного.

Для работы дизеля на газе необходима подача в цилиндры некоторого количества дизельного топлива — так называемой запальной дозы. Подаваемая в цилиндр вместе с газом, она воспламеняется и поджигает топливо-воздушную смесь, по аналогии с обычным процессом в дизеле. Запальная доза для газифицированных дизелей составляет не менее 30 % от обычной порции дизтоплива (в зависимости от оборудования, типа двигателя и его состояния). Необходимость присутствия в топливо-воздушной смеси запальной дозы дизельного топлива объясняется тем, что по своим физическим свойствам газ, в отличие от солярки, не воспламеняется от увеличения давления в цилиндре.

Кардинально решает вопрос использования газа на дизелях установка системы электронного зажигания (подобно бензиновым моторам). В этом случае можно полностью отказаться от использования в дизеле традиционного (и в последнее время — очень дорогого) дизельного топлива, заместив его метаном (в случае метановой установки) или пропаном (в случае пропан-бутановой конструкции). Однако, в таком варианте двигатель становится уже не Газодизелем, а «Газовым двигателем» — в чистом виде. Поскольку при этом в двигателе сохраняются показатели степени сжатия (и прочие параметры, спроектированные для его работы на дизельном топливе), такой двигатель имеет более высокий относительный КПД перед бензиновыми аналогами (с гораздо меньшей степенью сжатия), а мощностные характеристики такого двигателя по сравнению с традиционным дизелем полностью сохраняются.

Преимущество Газодизеля перед Газовым двигателем заключается в том, что, когда газ заканчивается, он может работать в своем обычном режиме — на дизтопливе. Примечательно, что при работе в таком режиме, когда до 75 % топлива (в случае с метаном) или до 65 % (в случае с пропаном) в топливной смеси двигателя составляет природный газ, у дизеля полностью исчезает свойственный ему черный дым. Кроме того, у Газодизеля, по сравнению с обычным дизельным двигателем, увеличивается ресурс и срок службы масла.

Для переделки мотора не только устанавливается газобаллонное оборудование, но и производится некая доводка имеющейся топливной аппаратуры, в первую очередь, насоса высокого давления, который обеспечивает стабильную подачу уменьшенных порций дизтоплива на всех режимах работы двигателя. Впрыск газа, как правило, осуществляется индивидуально в каждый цилиндр (в отличие от «бензиновых» двигателей, позволяющих подводить газ в одну точку впускного коллектора). Электронный блок управления контролирует своевременную и точно рассчитанную дозу подачи газа в цилиндры дизеля, а также — управляет работой рейки топливного насоса за счет высокоточных исполнительных механизмов.

Переоборудовать таким образом для работы на газе можно практически любой дизельный мотор.

XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2020

Более дешевое по цене газовое топливо позволяет существенно экономить денежные средства в процессе эксплуатации различных транспортных средств. Для этого достаточно установить на автомобиль газобаллонное оборудование (ГБО).

В бензиновых двигателях, газобаллонное оборудование используется со времен моторов с карбюраторной подачей топлива. Дальнейшее развитие систем впрыска газа позволило устанавливать подобные решения на инжекторные двигатели, как на двигатели с распределенным впрыском, так и на моторы с непосредственным впрыском.

Активное развитие систем газового впрыска привело к появлению пятого поколения ГБО. Такая схема позволяет реализовать жидкий фазированный распределенный впрыск. Решение подходит для установки на любые инжекторные авто, интегрируется и совместимо с системами бортовой диагностики OBD и EOBD.

В случае с дизелем за основу также берется данная схема, позволяя современному дизельному двигателю с турбонаддувом работать на сжиженном газе. В результате такой мотор часто называют газодизелем благодаря установленному ГБО. Сам процесс установки и настройки сильно отличается от аналогичной процедуры на бензиновых моторах. Схема газодизельной установки показана на рисунке 1.

Рисунок 1 – Обобщённая схема газодизельной установки

Главным отличием дизельного ДВС от бензинового является принцип воспламенения топлива в цилиндрах. В бензиновых агрегатах для поджига смеси воздуха и топлива используется искра, которая создается на свечах зажигания.

В дизельном двигателе сначала сжимается воздух, который нагревается от сжатия. После этого в последний момент форсунка впрыскивает солярку в камеру сгорания, затем нагретая и сжатая топливно-воздушная смесь воспламеняется самостоятельно.

В качестве газового топлива используется метан или пропан. При этом, если подать в цилиндры газ вместо дизтоплива, воспламенения не произойдет, так как для самовоспламенения газо-воздушной смеси нужны более высокие температуры по сравнению с дизельным топливом.

С учетом данной особенности в дизельный двигатель изначально впрыскивается порция дизельного топлива, затем – порция газовоздушной смеси.

При такой схеме работы возможно только частичное замещение дизельного топлива газом, в процентном соотношении можно говорить о показателях 25-30% солярки на 70-75% сжиженного газа. Данное решение способно обеспечить существенную экономию дорогостоящего дизельного топлива. Также, использование газа на дизельном двигателе позволяет существенно продлить срок службы форсунок впрыска дизельного топлива.

Альтернативой описанному выше решению является полный перевод дизеля на газ. При этом необходимо полностью демонтировать топливную систему дизельного двигателя, поставить внешнюю систему зажигания, доработать головку блока цилиндров и т.д. В результате дизельный двигатель сможет работать полностью на метане, однако сложность таких доработок и высокая стоимость работ не позволяют этому способу набрать широкую популярность.

Если говорить о газодизельной схеме, система частичного впрыска газа учитывает частоту вращения двигателя, давление нагнетаемого турбокомпрессором воздуха, объем впрыскиваемой солярки, положение педали газа, нагрузку на мотор, температуру ОЖ и ряд других важных параметров.

Благодаря взаимодействию со штатными системами управления ДВС, электронный блок управления газовым оборудованием «подбирает» и динамично корректирует нужное количество подаваемого газа. Это позволяет найти и сохранить оптимальный баланс между количеством дизтоплива и газа для нормальной и стабильной работы мотора во всех режимах.

При выборе установочного комплекта стоит учесть, что сегодня на территории СНГ одним из самых выгодных и экономически оправданных решений является установка на дизель метанового оборудования. Такая установка позволяет заместить около 75-80% дизельного топлива метаном, в то время как замещение пропаном возможно только на 40-45%.

Также, в настоящее время развиваются и совершенствуются технологии газодизельных двигателей.

Компания Westport Innovations Inc., разработчик автомобилей и современных газовых двигателей, на данный момент завершила программу по внедрению по использованию технологии Westport HPDI (непосредственный впрыск при высоком давлении, High Pressure Direct Injection) в высокомощных двигателях.

форсунки Westport HPDI

При работе обычных газовых двигателей свойственно понижение компрессии примерно на 30% и снижение пикового крутящего момента на 15-20% чтобы снизить риск детонации, что в свою очередь снижает мощность и увеличивает расход топлива. Непосредственный впрыск в последней фазе, основной принцип технологии Westport HPDI – исключает опасность детонации двигателя.

Westpor t HPDI 2.0 – технология для природного газа, позволяющая развить мощность и экономию топлива, аналогичную высокопроизводительным дизельным двигателям, где доля газа в газодизельной смеси может составлять более 90%. Это сочетание высокой эффективности и высокой производительности является основополагающей для двигателей большой мощности, используемых на коммерческом транспорте.

Также, технология Westport HPDI 2.0 отвечает последним высоким экологическим требованиям Euro VI и EPA 2014.

Основой топливной системы двигателя является инновационная форсунка с двойной концентрической иглой, разработанная в сотрудничестве с Delphi. Она позволяет впрыскивать под высоким давлением в камеру сгорания небольшое количество дизельного топлива и большие объемы природного газа. Природный газ подается в конце такта сжатия. Однако для его воспламенения при давлении, которое обеспечивает обычный дизельный двигатель, требуется более высокая температура. Поэтому для облегчения воспламенения в цилиндр предварительно впрыскивается небольшое количество дизельного топлива с последующим основным впрыском природного газа. Горящее дизтопливо мгновенно поджигает горячие продукты сгорания в цилиндре, а те, в свою очередь, впрыскиваемую следом порцию природного газа. Принцип действия форсунки Westport HPDI показан на рисунке 2.

Рисунок 2 – принцип действия форсунки Westport HPDI .

Сжиженный природный газ хранится в специальном баке, в котором смонтирован оригинальный криогенный насос. Из бака газ подается в испаритель, использующий тепло охлаждающей жидкости двигателя. На выходе из испарителя газ имеет температуру около 40° C при давлении 30 МПа. Далее газ фильтруется и направляется в модуль топливоподготовки, а затем подается к форсункам.

Дизельный мотор на газу: особенности работы, преимущества и недостатки газодизеля

Как известно, более дешевое по цене газовое топливо позволяет существенно экономить денежные средства в процессе эксплуатации различных транспортных средств. Для этого достаточно установить на автомобиль ГБО.

В случае с бензиновыми двигателями, газобаллонное оборудование используется еще со времен карбюраторных моторов. Дальнейшее развитие систем впрыска газа позволило устанавливать подобные решения на инжекторные двигатели, причем как на двигатели с распределенным впрыском, так и на моторы с непосредственным впрыском.

Что касается дизельных моторов, еще несколько лет назад перевести на газ дизельные двигатели не представлялось возможным или такие работы предполагали большую сложность. Однако сегодня ситуация в корне изменилась. Далее мы поговорим о том, как переводят дизельный двигатель на газ, что такое газодизель, а также какие плюсы и минусы имеет данное решение.

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

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.

Не только газ…

Дело в том, что полностью переоборудовать дизельный двигатель так, чтобы он работал исключительно на природном газу, нельзя. Все дело в том, что температура воспламенения газа (порядка 700 °С) примерно в 2 раза выше, чем дизельного топлива (около 350 °С). А это значит, что схема с воспламенением дизтоплива, посредством воздействия на него сжатого воздуха в цилиндрах, с газом работать не будет – он просто не загорится.

Так что любой газодизель работает на смеси солярки и природного газа, причем дизтопливо служит для воспламенения последнего.

Виды топлива, которые может потреблять дизель на газу

Переделать мотор на систему двойного топлива можно только под конкретный вид газа. Либо это будет метан, либо – пропан-бутановая смесь.

Сделать дизель на метане дороже, но он будет работать с лучшим экономическим эффектом, чем вариант с пропаном. К тому же метан дешевле. При подаче пропана на дизель вклад в общий расход горючего не будет превышать 30-50%. А вот долю потребления метановой компоненты можно увеличить до 80%. Всё зависит от режима работы ДВС, где учитываются:

• скорость автомобиля;
• время года (лето, зима);
• нагрузка на ТС;
• рельеф местности (горы, равнина);
• давление и температура газа;
• с турбонаддувом дизель или нет.

Кому выгоден двигатель на газе

Сейчас ДВС с газомоторной смесью устанавливают на автобусы, спецтехнику. То есть на транспортные средства, которые сжирают много топлива и работают ежедневно, чтобы уменьшить затраты на бензин или дизель.

Однако появилось много легкового транспорта, работающего на гибридных двигателях. Считается, что газовые двигатели пока еще молодое направление. Оно не достигло технической зрелости.

Преимущества и недостатки перевода дизеля на газ

Главным достоинством установки ГБО для метана, или пропан-бутановой смеси на дизельный двигатель является снижение расходов на топливо от 10-50%. Кроме того:

• происходит увеличение КПД, ресурса мотора. При этом мощность и крутящий момент остаются прежними, либо возрастают, в отдельных случаях, на 5-25%;
• повышается срок службы штатной топливной системы в 1,5-2 раза (большой плюс для систем Common Rail); снижаются вредные выбросы выхлопа (дымность);
• двигатель на газу работает мягче, снижается его шумность;
• понижение нагара, отложений в цилиндрах, камерах сгорания, сажевых фильтрах;
• сокращаются расходы на замену моторного масла;
• увеличивается пробег ТС при двухтопливном режиме движения; не требуются переделки ДВС.

Из серьёзных недостатков:

• высокая стоимость переоборудования;
• увеличение времени и затрат на обслуживание, настройку, ремонт системы;
• поиск мест крепления баллонов, сокращение полезного объёма из-за них;
• повышение веса транспортного средства.

Газодизель на метане и на пропан-бутане

При ненадлежащем соблюдении технологии переоборудования, (например, неправильная установка или отсутствие датчика температуры на выпускном коллекторе) может ощутимо возрасти износ силовой установки. Так как в камере сгорания и выпускной системе при взрыве газовоздушной смеси и дизтоплива начинает образовываться высокая температура.

Газодизельный двигатель

Газомоторное топливо остается экономически привлекательной альтернативой традиционному жидкому топливу, особенно для России, располагающей огромными разведанными запасами природного газа, огромной добычей и самой могучей в мире газотранспортной системой. Казалось бы, бери и пользуйся. Ведь затраты на газомоторное топливо для автомобильной и тракторной техники примерно вдвое ниже, чем на эквивалентное количество дизельного топлива.

В качестве бонуса газомоторное топливо дает значительно менее токсичный выхлоп, чем дизельное топливо, что делает его привлекательным для прохождения техосмотра. Плюс уменьшенный износ цилиндро-поршневой группы благодаря тому, что газ не смывает с поверхности цилиндра масляную пленку, и сокращение расхода масла на угар.

Неспешное распространение газомоторного топлива – компримированного природного газа (КПГ) и сжатого природного газа (СПГ) – породило битопливные силовые установки газодизели. Под газодизелем понимается конвертированный автомобильный или тракторный дизель с комбинированным смесеобразованием.

Комбинированное смесеобразование подразумевает, что в цилиндре сгорают два заряда – газовоздушной смеси и дизельного топлива, причем дизельное топливо служит запалом для газовоздушной смеси. Дизель оборудуют системой регулируемой подачи газа во впускной коллектор. Газовоздушная смесь засасывается под воздействием разрежения или принудительно нагнетается турбокомпрессором в цилиндр, сжимается, при этом температура газовоздушного заряда поднимается выше температуры воспламенения дизельного топлива.

В конце такта сжатия через штатную форсунку впрыскивается заряд дизельного топлива, который самовоспламеняется под воздействием температуры и поджигает газовоздушный заряд. Далее рабочий ход, выпуск и цикл повторяются. Самый обычный рабочий цикл дизельного двигателя, за исключением того, что в цилиндр подается не чистый воздух, а в смеси с метаном, и минимальное количество дизельного топ­лива необходимо для поджига этой газовоздушной смеси. Для газодизельного цикла необходимо сохранить степень сжатия, и конвертированный дизель подвергают минимальным переделкам – подключают к впускному коллектору газовую аппаратуру и к системе впрыска топлива подключают электронику, которая берет на себя управление впрыском. С газодизельного цикла легко перейти на дизельный, перекрыв подачу газа. При необходимости газодизель также легко конвертировать обратно в дизель.

Теплотворность пропан-бутана значительно превышает теплотворность метана, но пропан-бутан, или сжиженный нефтяной газ (СНГ), для газодизеля не годится, так как не обеспечивает необходимых параметров горения на высокой степени сжатия. Перевод двигателя на работу только в газовом режиме с СНГ, КПГ, СПГ или магистральным метаном требует более глубокой проработки: снижения степени сжатия прокладками головки блока цилиндров (ГБЦ), демонтажа топливной системы, установки системы искрового зажигания. У заводских газовых двигателей ГБЦ значительно отличается от дизельной.

На борту газомоторное топ­ливо хранят в баллонах, то есть в сосудах под давлением, которым можно придать цилиндрическую, шарообразную или торообразную форму. Это вызывает затруднения с размещением запаса топлива на транспортном средстве, и этого запаса всегда не хватает. По сравнению с жидким топливом масса баллонов с КПГ больше в 6–10 раз, а объем они занимают в 4–5 раз больше при том же запасе хода.

Повышение давления в баллоне дает выигрыш в объеме, но при этом придется увеличить толщину стенки баллона и потерять в полезной грузоподъемности машины. Решить проблему с массой в какой-то степени помогают облегченные высокопрочные материалы — композитные материалы, армированные пластики.

Сжиженный природный газ имеет такие преимущества перед сжатым, что для того же запаса хода баллонное хозяйство занимает в 1,5–2,5 раза меньший объем и весит в 3–4 раза меньше. При этом баллон с СПГ весит вдвое больше и занимает в 2,8 раза больший объем, чем топ­ливный бак.

Для СПГ требуется не просто баллон, а баллон-термос, который будет обеспечивать температуру хранения от –160 до –196 °С. В состав аппаратуры баллона входит клапан для сброса избыточного давления. Кроме того, для работы с СПГ необходимо устройство регазификации сжиженного метана – испаритель. Остальная газовая аппаратура и система управления такая же, как в случае с КПГ.

Сжиженный метан предпочтительнее там, где требуется значительный запас хода или большой расход топлива, а для баллонов мало места. Это городские автобусы, магистральные тягачи и карьерные самосвалы.

Так как баллоны – это сосуды под давлением, то они подлежат периодическому освидетельствованию – осмотру и гидравлическому испытанию пробным давлением в соответствии с «Правилами промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением». Баллоны для КПГ, выполненные из легированной стали и металлокомпозитных материалов, освидетельствуют 1 раз в 5 лет, баллоны из углеродистой стали и металлокомпозитных материалов – 1 раз в 3 года, баллоны из неметаллических материалов – 1 раз в 2 года. Баллоны для сжиженного природного газа подлежат освидетельствованию 1 раз в 2 года. Периодическое освидетельствование плюс жесткие требования к помещениям, в которых обслуживают и ремонтируют газобаллонные автомобили, удорожают эксплуатацию, нивелируя выигрыш от экономии топ­лива.

Температура воспламенения метана выше, чем у дизельного топлива, а скорость горения, наоборот, ниже. И в полном объеме переделка дизеля в газодизель требует увеличения хода поршня, но это слишком сильное, дорогостоящее и затрудняющее обратную конвертацию мероприятие. На газодизельный цикл основное влияние оказывает объем тепла от запального заряда, способ смесеобразования и угол опережения впрыска. Многочисленные исследования показывают, что чем меньше запальный заряд, тем меньше его влияние на процесс горения, тем лучше. Это лучше и с точки зрения экономии дизельного топлива, и с точки зрения экологии. На реальных газодизелях соотношение расхода дизельного топлива и газа зависит от системы впрыска. Для современных двигателей с аккумуляторной системой впрыска это соотношение 20:80, то есть дизельного топлива расходуется довольно много. На старых двигателях с ТНВД это соотношение еще больше – от 30:70 до 35:65 из-за ограничений конструкции ТНВД и топливной аппаратуры в целом.

Поскольку основной заряд газовый, а горючая смесь приготовляется не непосредственно в цилиндре, а на некотором удалении от него, то газодизелю присуща некоторая инерционность, его реакция на манипуляции педалью газа чуть-чуть запаздывает. Чем ближе к цилиндру инжектируется газовый заряд, тем лучше реакция двигателя. В идеале газ должен впрыскиваться непосредственно в цилиндр, причем несколькими форсунками для оптимального смесеобразования.

Газовый выхлоп экологичен благодаря чистоте метана и бедной рабочей смеси. Обратная сторона обеднения смеси в том, что газодизель теряет до 6% мощности, снижается приемистость, и медленно набирается скорость.

В России достаточно много сервисных компаний, предлагающих конвертирование дизелей, а также установку газового двигателя на шасси. Производство газовых двигателей освоил Ярославский моторный завод. Так, из Набережных Челнов, партнер ПАО «КАМАЗ», занимается установкой газовых двигателей и конвертацией дизелей. Объемы выпуска газобаллонных автобусов НефАЗ и автомобилей КамАЗ с двигателями КамАЗ, Daimler-Benz и Cum­mins довольно значительные. Машины заказывают автобусные парки и городские хозяйства. Теоретическая мощность производства газобаллонной автотехники составляет до 3 тыс. единиц в год.

В Подмосковье группа занимается разработкой, производством оборудования и строительством газозаправочной инфраструктуры, комплексным переводом автотранспорта на газомоторное топливо. Компания обеспечила компрессорным и газозаправочным оборудованием более 30% АГНКС в 20 регионах страны. В числе ее постоянных клиентов «Газпром газомоторное топливо», другие дочерние , НК «Роснефть». Компания конвертирует дизели как с системой впрыска Common Rail, так и с ТНВД.

При обосновании перехода на газомоторное топливо стоит учитывать скоростной режим транспортного средства, который может увеличить расход газомоторного топлива выше планируемого – в городском цикле расход в лучшем случае вдвое больше, чем на трассе, расходы на периодическое освидетельствование и на обслуживание и ремонт в специально подготовленных для этого цехах, а также косвенные потери, как, например, потеря в полезной грузоподъемности транспортного средства из-за массы баллона и газовой аппаратуры. Переход на газ это привязка к газовой заправке, то есть потеря автономности, а если не привязываться, зачем переходить на газ и возить бесполезную аппаратуру, которую в любом случае нужно периодически освидетельствовать, чтобы пройти техосмотр.

Теперь о перспективах метана как газомоторного топлива. Постановление Правительства РФ от 15.01.1993 № 31 «О неотложных мерах по расширению замещения моторных топлив природным газом» первым пунктом своим гласило: «Установить на период действия регулируемых цен на природный газ, поставляемый населению, предельную отпускную цену на сжатый природный газ, производимый автомобильными газонаполнительными компрессорными станциями, в размере не более 50 процентов от цены реализуемого в данном регионе бензина А-76, включая налог на добавленную стоимость». И до недавнего времени это положение действовало и сохраняло ценовую привлекательность КПГ, пока 10 апреля 2020 г. специальное Постановление Правительства РФ № 338 не ликвидировало этот порядок, и сегодня продавец может назначать на КПГ цену по своему усмотрению.

Цена отпущена в свободное плавание, а вместе с ней предсказуемость и возможность планирования бюджета. По логике Правительства РФ переход на метан станет еще привлекательнее, если цена на него устремится вверх, что она и не замедлила сделать, причем опережающими темпами. На конец ноября 2020 г. цена на 1 м3 КПГ достигла 16 рублей – вдвое ниже цены на 1 л дизельного топлива. Уже при такой цене метан малоинтересен, а дальнейший неконтролируемый рост запустит обратный переход на дизельное топливо.

Что касается стремительного развития инфраструктуры заправок метаном, главным образом компримированным, то надежды возлагают на «Газпром газомоторное топливо», созданную «Газпромом» сравнительно недавно дочернюю компанию, миссия которой заключается в строительстве 2000 заправок КПГ. Возможно, этого количества окажется достаточно, чтобы стимулировать стремительный переход автопарка на метан и чтобы запустить волну строительства заправок метаном владельцами сетей АЗС. В существующей рыночной парадигме метан и пропан-бутан – конкурирующие продукты: метан принадлежит «Газпрому», пропан-бутан – нефтяным компаниям. Нефтяникам, владеющим большинством АЗС в стране, интереснее сбывать свой продукт – пропан-бутан, более того, им нужно его куда-то и как-то сбывать. Технология сжижения и дистрибуции сжиженного нефтяного газа существенно дешевле и проще, чем компримированного и сжиженного природного газа.

Противоречива и непредсказуема судьба метана как газомоторного топлива. Вероятнее всего, он останется нишевым энергоносителем, применяемым в принудительном порядке за счет городских бюджетов. При всех своих побочных эффектах газодизель – это прекрасное решение на период перехода от дизельной экономики к газовой, он работоспособен в них обеих и оставляет возможность обратной конвертации.

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.

Разной у них будет и окупаемость. Чем выше расход солярки, тем ощутимее экономия от использования газа. Для легковых машин с небольшим ежедневным пробегом окупаемость затрат на установку ГБО растягивается на долгие годы. В этом смысле больше выигрывает коммерческий автотранспорт, совершающий длительные регулярные рейсы. Период окупаемости таких машин 3-12 месяцев.

Также ответ на вопрос о том, выгодно ли переводить на альтернативный вид топлива или лучше и экономичнее оставить «чистый» дизель, зависит от характера эксплуатации автотранспорта.

Система питания газовых двигателей и общая схема устройства

Система питания газовых двигателей внутреннего сгорания, которая устанавливается на автомобилях – это дозирующая система, позволяющая использовать вместо бензина сжиженный газ. В ее комплект входят:

• топливный баллон, который может иметь различную форму;
• переключатель вида топлива, вмонтированный в салон автомобиля;
• редуктор-испаритель, который предназначен для подогрева и испарения сжиженного топлива;
• газовый клапан (электромагнитный), перекрывающий подачу топлива во время стоянки автомобиля;
• электромагнитный бензиновый клапан или эмулятор форсунок, служащий для перекрытия подачи бензина во время использования газа;
• заправочное устройство (выносное);
• мультиклапан, который предотвращает утечку газа.

Работает такое оборудование практически так же, как и бензиновое. Вначале сжиженный газ по топливной магистрали поступает в клапан-фильтр, где проходит предварительную очистку от различных взвесей и смол. Далее очищенный газ поступает в редуктор-испаритель, в котором его давление понижается до 1 атмосферы, после чего через дозатор подается в смеситель.

В оборудовании для инжекторных двигателей не применяется бензиновый клапан, вместо него устанавливается эмулятор форсунок.

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.

Особенности применения газа на дизельных ДВС

Если вы задумались перевести свой автодизель на газ, и при этом у вас легковой автомобиль, стоит предварительно изучить все актуальные особенности такого решения.

Ключевым отличием дизеля от бензина является принцип сгорания топлива в камере.

У бензинового мотора используется свеча зажигания. Она даёт искру и воспламеняет газовоздушную смесь. Ситуация с дизельными и турбодизельными ДВС иная. Здесь сначала сильно сжимается воздух под давлением, что позволяет поднять его температуру. В последнее мгновение форсунка подаёт дизель в камеру. Нагретая и сжатая смесь самовоспламеняется. Но если пытаться перевести её на газ, ситуация меняется.

Тут важно понять, как работает газовое топливо. Под ним подразумевается метан или пропан-бутан. Если подать в цилиндры газ, заменив им дизтопливо, самовоспламенения смеси не произойдёт. Для поджига требуется более высокая температура.

Для решения такой проблемы используется большая часть дизельного топлива, после которой подаётся уже газ. Воспламеняясь, солярка поджигает газ.

То есть дизель может работать на газобаллонном оборудовании, но полностью отказаться от солярки нельзя. Два топлива будут использоваться одновременно, в определённых пропорциях. Обычно это не более 70-75% газа и до 30% дизеля. Это неплохой способ улучшить экономические показатели и снизить затраты на посещении АЗС.

Есть альтернативный вариант, при котором используется только газ. Но тогда придётся полностью демонтировать топливный отсек, использовать стороннее устройство зажигания, модернизировать ГБЦ и проводить ряд дополнительных мероприятий по рекомендации. Сложно и дорого.

Отличие комплектаций ГБО для дизельного и бензинового моторов

В целом, основное отличие установки ГБО на дизельный мотор от бензинового мотора – применение специального блока электронного управления (ЭБУ для дизтоплива) и размещение температурных датчиков на выпускном коллекторе, для контроля и исключения перегрева деталей мотора.

Кроме того на ТС где используется ТНВД механического типа, устанавливается электромеханический актуатор, который ограничивает подачу дизельного топлива. В современных системах эта функция реализовывается эмуляцией сигналов электронной педали газа.

Экономия

Данный вопрос является, пожалуй, самым важным. Статистика свидетельствует, что большинство владельцев дизельных транспортных средств просто-напросто не заинтересованы в их переработке. Для начала массового перехода на газодизели требуется поддерживать цену пропана как min в 2 раза меньшую, чем стоимость ДТ или 95-го бензина, что же касается метана, то он должен стать еще дешевле.

Как показывают отзывы владельцев, установка гбо на легковые авто просто нецелесообразна (ну разве что в случае больших годовых пробегов – более 40 000 км), потому как подобная модернизация влетает в копеечку и окупается она очень долго (порядка 5 лет).

Монтаж газобаллонного оборудования на грузовики выглядит заманчиво, ведь они не только «наматывают» огромные пробеги, но и «аппетит» у них гораздо выше, чем у легковушки. Но есть большая проблема – место. Действительно, разместить на том же тягаче или самосвале большое количество газовых баллонов просто негде, а установка 3-4 штук ничего не решит.

Как видно, единственным, действительно стоящим вариантом является газодизель на тракторе. При этом экономия на топливе заметно повышается (почти вдвое). Кроме этого, такой мотор на тракторе имеет массу плюсов:

• хорошая диффузия;
• экологичность;
• антидетонационная стойкость;
• низкая скорость сгорания смеси и так далее.

Неудивительно, что и отзывы о тракторных газодизелях самые лестные.

Установка ГБО на дизель в автосервисе

Не все компании, специализирующиеся на установке автомобильного газобаллонного оборудования, берутся за подобные заказы. Соглашаются лишь те, у кого имеются определённые знания, опыт в данном направлении и технические возможности на переоборудование. А если вопрос касается тяжёлой техники, грамотных специалистов ещё меньше.

О том как правильно выбрать установщика мы рассказали тут.

Трактора на пропане и метане

Но независимо нужно ли ставить ГБО на дизельные грузовики, легковой транспорт или сельхоз технику (тракторы и прочее), при должном подходе экономический эффект будет очевиден.

Газобаллонные автомобили

Машины с газовым мотором:

• Камаз 820.60;
• Камаз 820.70;
• трактор «Агромаш ТК85 метан»;
• автомобиль «Урал Next».

Внимание! Российские компании сотрудничают с западными автомобильными концернами и совместно выпускают гибридные транспортные средства. Например, Ярославский автомобильный завод вместе с Westport создали серию газовых двигателей модели ЯМЗ 530.

Можно ли дизель перевести на газ своими руками

Поставить самому все дополнительные устройства на дизельный силовой агрегат невозможно без наличия серьёзной инструментальной базы в личном подсобном хозяйстве, или гараже. Наиболее трудоёмкими операциями являются:

• Подключение газового оборудования.
• Адаптация/синхронизация штатной топливной системы.
• Установка контрольно-измерительной аппаратуры и электроники.

К тому же потребуется специальное программное обеспечение для настройки и регулировки системы. Но при наличии большого желания, переоборудование возможно.

Важно не забывать об обязательной регистрации дополнительной топливной установки, что является не быстрой процедурой. Где также потребуются соответствующие документы от СТО.

На каких автомобилях используется

На вопрос о том, можно ли перевести обычный дизель на газ, ответ будет утвердительным. Подобная переделка действительно возможна. Но ещё важно учитывать, для какого именно авто планируется такая модернизация.

В теории любой мотор, который работает на солярке, можно адаптировать под газобаллонное оборудование. Причём используемый штатный тип топливной системы ключевой роли не играет.

На газодизель можно переводить обычные атмосферные дизельные ДВС и турбированные моторы.

Затраты на переоборудование легковой машины закономерно меньше в сравнении с модернизацией грузовика или спецтехники. Но если машина проходит небольшие расстояния, тогда срок окупаемости оборудования может составить несколько лет. Поэтому в основном переоборудование, при котором дизель работает ещё и на газу, касается коммерческого транспорта.