Газодизельный двигатель принцип работы

Газодизельный двигатель. Принцип работы

На сегодняшний день существует два принципиальных способа установки газового оборудования (ГБО) на дизель.

Первый — полное переоборудование на стопроцентное питание газом, для чего двигатель подвергается основательной модернизации. Так как октановое число метана, к примеру, достигает 120, то штатная степень сжатия дизельного двигателя для него слишком высока, и чтобы избежать детонации и, как следствие, быстрого разрушения агрегата, ее необходимо снизить до 12:1-14:1. Кроме того, температура самовоспламенения газа составляет около 700 °С против 320-380°С у дизтоплива, потому воспламеняться от сжатия он не может и для его поджига цилиндры необходимо оснастить системой искрового зажигания, как на бензиновых моторах.Разумеется, обратной переделке под дизтопливо такой агрегат не подлежит.

Есть более простой и дешевый вариант установки ГБО на дизель, основанный на комбинированном режиме питания. Основным здесь по-прежнему является дизельное топливо, однако часть его замещается газом — метаном или пропаном. Дизельное топливо при этом выполняет функцию поджига топливовоздушной смеси — ведь для воспламенения газа, необходим искровой или запальный разряд. Степень замещения основного топлива дополнительным зависит от нагрузки на двигатель и самой топливной аппаратуры — оригинальной дизельной и устанавливаемой газовой. В настоящее время системы ведущих мировых производителей позволяют замещать до 50% дизтоплива в случае с метаном и до 30% — в случае с пропаном.

Преимущества газодизельных систем

1) Простота монтажа: комплекты оборудования универсальны, подходят для всех типов дизельных двигателей с электрооборудованием как 12V, так и 24V, включая самые современные, и не требуют разборки и модификации силового агрегата, а переход на исходный дизельный режим возможен в любой момент времени простым нажатием на кнопку переключателя в кабине водителя.

2) Увеличение КПД и ресурса. Добавка дозы газа повышает мощность и крутящий момент двигателя — с турбонаддувом рост показателей может достигать 30%. При этом двигатель работает заметно тише и эластичнее, а благодаря снижению нагрузки на систему подачи дизельного топлива увеличивается срок службы ее элементов, особенно в случае с непосредственным впрыском Common Rail, работающим с переменным высоким давлением в зависимости как раз от нагрузки.

3) Экономика и экология. Замещение части дизтоплива газом позволяет до 20% снизить стоимость эксплуатации автомобиля по отношению к стоимости эксплуатации его только на дизельном топливе. А изменение состава и существенное снижение объема отработавших газов улучшает экологические показатели двигателей, уменьшает токсичность и дымность выхлопа и содержание в нем твердых частиц (сажи) настолько, что позволяет отказаться от использования раствора мочевины на агрегатах, отвечающих нормам Евро-4 и Евро-5.

Почему трудно перевести дизельный двигатель на газ?

• Температура воспламенения. Если у дизельного двигателя топливо самовоспламеняется при 400 градусах, то газ горит при 700 и выше. И неважно, метан это или пропан-бутан.
• Отсутствие свечей. Какой бы степень сжатия ни была в дизельном двигателе, ее не хватит, чтобы разогреть газовую смесь до температуры самовоспламенения. Поэтому без установки сторонних свечей зажигания не обойтись.
• Октановое число. У дизельного топлива ОЧ составляет 50 единиц. У газа – не менее 102. Если такое топливо попадет в дизельный двигатель, он уйдет вразнос (это неконтролируемая работа мотора на высоких оборотах). Способов решения проблемы несколько. Это коррекция степени сжатия, либо уменьшение октанового числа газовой смеси.

Методы установки

• С полной переделкой двигателя.
• С внедрением системы Dual Fuel.

Полная переделка

Дизельный двигатель полностью переделывается на газ. После такого вмешательства он будет работать только на газу.

Чтобы агрегат не пошел вразнос, корректируют его степень сжатия. Она составляет около 12:1. Только так мотор может «переварить» топливо с высоким октановым числом. Далее устанавливается система поджога смеси. Каких-либо особых механизмов здесь нет. Для поджога используются обычные свечи, как и на бензиновых моторах.

Недостаток такой переделки в высокой стоимости комплекса работ и снижении мощности мотора и крутящего момента.

Система Dual Fuel

Это комбинированная система подачи топлива, устанавливаемая на некоторых моделях МАЗ и КАМАЗ. На данный момент это самый дешевый, правильный и легкореализуемый вариант. Здесь нет необходимости в установке свечей зажигания. Чтобы воспламенить метан (или пропан-бутан), используется само дизельное топливо. Основные состовляющие — газовый редуктор, шланги и магистрали, а также баллоны для хранения топлива.

Как это работает?

Запуск двигателя осуществляется только на дизельном топливе. После этого в ход идет газовый редуктор. Он подает смесь в камеру сгорания через впускной клапан. Газ идет вместе с кислородом. Наряду с этим в камеру попадает небольшая порция дизеля. Когда поршень почти достигает верхней мертвой точки, дизельное топливо воспламеняется. Его температура составляет около 900 градусов. Этого достаточно для самовозгорания метана или пропана. Таким образом, в камере горит сразу два вида топлива. КПД у такого мотора неизменный, за исключением того, что порция дизеля на порядок уменьшается.

Какой газ можно поставить на дизельный двигатель? Установить можно как пропановую систему, так и метановую. Но здесь есть подводные камни. Если говорить о пропане, его процент содержания в смеси относительно небольшой – до 50 процентов. В случае с метаном, используется до 60 процентов газа. Таким образом, порция подаваемого в камеру дизеля уменьшается. Это положительно сказывается на экономии. Но полностью ограничить подачу дизеля нельзя. Иначе такая смесь просто не воспламенится без посторонних источников.

Для дизельных двигателей газовое топливо не получило широкого распространения в силу того, что газ физически не может воспламеняться при той температуре, которую имеет сжатый воздух в цилиндрах дизеля с нормальной степенью сжатия. Просто подвести газ к камерам сгорания недостаточно. Газ не воспламенятся сам по себе от сжатия, так как его температура самовозгорания (460. 480 ˚С) примерно в полтора раза выше чем у дизельного топлива (300. 320 ˚С). Поэтому при переводе дизеля на газ даже теоретически невозможно использовать одно только газовое топливо без принудительного его воспламенения.

Технически любой дизельный двигатель можно переоборудовать для работы с газобаллонным оборудованием — как на нефтяной пропанобутановой смеси, так и на природном метане, без использования запальной порции дизельного топлива. Но модернизация дизельного двигателя для работы на одном лишь газовом топливе потребует радикальных изменений штатной системы питания дизеля и использования системы зажигания. Необходимо демонтировать топливную аппаратуру, и вместо нее установить систему зажигания. Форсунки меняются на свечи зажигания, и после этого монтируется газобаллонное оборудование. Газ при помощи дозатора поступает во впускной коллектор и двигатель будет работать на газовом топливе. Но после таких переделок многие преимущества дизеля теряются.

Выгодно ли это?

Если бензиновый мотор полностью работает на газу, стоимость затрат на топливо уменьшается ровно в два раза.

При благоприятных условиях, окупаемость ГБО на дизеле наступит через 70-100 тысяч километров. И только после этого пробега вы начнете экономить. Вот почему газ на дизельный двигатель ставят лишь в редких случаях, да и то – на отечественные грузовики. На легковых автомобилях такая система практически не встречается.

Требования, предъявляемые к газообразным топливам

• обеспечение хорошего смесеобразования;
• высокая калорийность горючей смеси;
• отсутствие коррозии и коррозионных износов;
• минимальное образование отложений во впускном и выпускном трактах;
• сохранение качества при хранении и транспортировании;
• низкая стоимость производства и транспортирования.

Преимущества использования газообразного топлива

Октановое число газового топлива выше, чем бензина (среднее значение октанового числа – 105), поэтому детонационная стойкость сжиженного газа больше, чем бензина даже самого высшего качества.

Это позволяет добиться большей экономичности использования топлива в двигателе с повышенной степенью сжатия. При этом скорость сгорания газа немного меньше, чем у бензина. В результате снижаются нагрузки на стенки цилиндров, поршневую группу и коленчатый вал, что позволяет двигателю работать ровно и тихо.

Газ легко смешивается с воздухом и равномерней наполняет цилиндры однородной смесью, поэтому двигатель работает ровнее и тише.Газовая смесь сгорает полностью, поэтому не образуется нагар на поршнях, клапанах и свечах зажигания.

Газовое топливо не смывает масляную пленку со стенок цилиндров, а также не смешивается с маслом в картере, не ухудшая, таким образом, смазочные свойства масла. В результате цилиндры и поршни изнашиваются меньше, а периодичность замены моторного масла увеличивается.

По сравнению с бензином сжиженный газ имеет следующие преимущества:

• в полтора-два раза меньше себестоимость;
• более высокая детонационная стойкость (октановое число 105);
• двигатель на газе работает мягче, а срок его службы увеличивается примерно в полтора раза;
• увеличивается периодичность замены моторного масла в полтора-два раза, поскольку уменьшается срок его старения;
• увеличивается на 40% срок службы свечей зажигания;
• газ практически не содержит серы, которая вызывает коррозию металлов и их изнашивание;
• снижается токсичность отработавших газов (СО в два раза, СН на 50…100%, NOx на 20…30 %);
• в отличие от бензина газовая смесь более однородна по составу;
• не накапливаются смолистые отложения на деталях и приборах системы питания, так как нефтяной газ растворяет их;
• значительно уменьшается нагарообразование на деталях двигателя.

Сжатый природный газ по сравнению со сжиженным нефтяным газом имеет следующие преимущества:

• бόльшая безопасность, так как он легче воздуха и при утечках улетучивается;
• дешевле;
• большие природные запасы;
• отработавшие газы экологически более чистые.

Недостатки:

• более низкая скорость сгорания по сравнению с бензином, в результате чего мощность двигателя снижается примерно на 7…12% (до 20%);
• затрудненный пуск двигателя при низких температурах;
• увеличение металлоемкости автомобиля на 25…30 кг при сжиженном газе и на 700…800 кг при сжатом;
• применение дополнительного дорогостоящего оборудования приводит к увеличению стоимости автомобиля на 20..27%;
• повышенный расход газа по сравнению с бензином;
• необходимость периодического освидетельствования баллонов для хранения газа на испытательных станциях;
• трудоемкость ТО и ремонта двигателя возрастает на 3. 5%, (эти затраты перекрываются экономией от увеличения межремонтного ресурса двигателей);
• дальность поездки на одной заправке не превышает 200. 250 км;
• повышенные требования техники безопасности при использовании газобаллонных установок.

Сжиженный газ обычно используется в системах питания двигателей легковых автомобилей. Переоборудовать автомобиль для работы на сжиженном газе проще и дешевле, чем для работы на сжатом. Кроме того, сжиженный газ находится в баллоне под относительно небольшим давлением (примерно 1,6 МПа), а высокая степень разреженности сжатого газа требует увеличить этот показатель в 12-15 раз.

ГБО на дизель

Всеобщий процесс перевода двигателей автомобилей на пропано-бутановую смесь, с целью экономии на цене топлива и улучшения экологического положения, охвативший все страны, не обошел и владельцев автомобилей с дизельными двигателями. Темой нашей сегодняшней статьи станет установка ГБО на дизель, мы попробуем рассказать какие подводные камни ждут владельцев дизельных двигателей, которые решились перевести свой автомобиль на газ.

Отличие бензинового ГБО от газодизеля

Так ставят ли гбо на дизель? Если с бензиновым двигателями дела обстоят более-менее понятно — заменили бензиновую смесь газовой, оставив при этом штатное воспламенение смеси от искрового разряда, и получили функциональный автомобиль на пропан-бутане. В дизельном же двигателе воспламенение смеси происходит за счет воспламенения дизельного топлива от высокого давления в конце такта сжатия.

Пропано-бутановая смесь от высокого давления не воспламеняется, именно этот факт и являлся серьезной проблемой при переводе дизельного агрегата на газ. Поэтому перевод дизельного двигателя для работы на пропано-бутановой смеси требует впрыскивать некоторое количество дизельного топлива для нормальной работы двигателя. Нужно это в первую очередь для обеспечения надежного воспламенения пропано-бутановой смеси и стабильной работы всей системы газодизеля.

Принцип работы газодизеля заключается в следующем.

• В воздушный трубопровод дизельного агрегата подается газовоздушная смесь.
• Ее воспламенение достигается путем воспламенения предварительно поджигаемой небольшой «запальной дозы» дизельного топлива, впрыск которой происходит непосредственно через форсунки основной системы подачи топлив.

Интересный факт из истории автомобилестроения: на грузовики «Камаз», еще при СССР, был спроектирован и внедрен в серийное производство так называемый газодизель. В серийный двигатель дизельного «Камаза» подавалось приблизительно 80 процентов метана и 20 процентов солярки. Такая топливная смесь поджигалась запальной дозой дизельного топлива. Реально работающие экземпляры были только у «Камаза». В дальнейшем с развалом СССР проект посчитали не рентабельным и свернули.

Преимущества установки ГБО на дизель

К преимуществам газо-дизеля относится:

• Более «мягкая работа» двигателя за счет более плавного нарастания давления в цилиндрах;
• Меньше вредных выбросов в атмосферу;
• Увеличенный запас хода и возможность ездить на двух видах топлива;

Недостатки газодизеля :

Следует выделить так же ряд недостатков, с которыми могут столкнуться владельцы автомобилей с дизельными агрегатами, работающими на газу.

• Высокие требования к качеству используемых материалов;
• Наличие спец оборудования для одновременного дозирования дизельного топлива и газа;
• Сложный процесс настройки и регулировки;
• Наличие газового баллона в багажнике автомобиля.

Следует также отметить тот факт, что установка ГБО на дизельный легковой автомобиль довольно затратная и ее окупаемость, по сравнению установкой на бензиновый двигатель, происходит намного дольше.

Установка гбо на турбированный двигатель

Довольно распространенным является вопрос «ставят ли гбо на турбированные двигатели?»

Здесь следует понимать, что турбированный дизельный двигатель практически нечем не отличается от атмосферного агрегата, а следовательно технология и сама установка гбо на турбированный двигатель нечем не отличается от установки ГБО на атмосферный мотор.

Таким образом ответом на вопрос «можно ли ставить гбо на турбированные двигатели» является — да, можно.

Комплектующие для установки ГБО на дизель

Состоит система газобаллонного оборудования для дизельного автомобиля из:

• Баллона или связки баллонов. Это одна из самых громоздких частей системы. Следует помнить, что газовый баллон для пропан-бутана отличается от баллона для метана. Последние должны иметь более толстые стенки и выдерживать значительно большее давление.
• Газового клапана.
• Редуктора-испарителя. В отличие от пропан-бутана метан находится в баллоне в газообразном состоянии, но для его полноценной работы все же необходим редуктор- испаритель.
• Газовых форсунок. Форсунки обеспечивают попадания газа в камеру сгорания.
• Электронный блок управления (газодизельных мозгов). Считываем все показания системы и руководит работой газобаллонного оборудования в целом.
• Датчиков акселератора,оборотов двигателя, давления газа в системе, температуры и прочих. Наличие датчиков помогает электронному блоку управления руководить процессами в системе ГБО и обеспечивает слаженную и безопасную работу ГБО.
• Дизельных форсунок. обеспечивают попадания солярки в камеру сгорания.
• Топливный насос высокого давления для дизельного топлива. Один из ключевых узлов системы. От правильного переоборудования и настройки этого узла зависит работоспособность ГБО на дизельном двигателе.
• Переключатель вида топлива. Обычно состоит в виде кнопки или тумблера и устанавливается в кабине автомобиля в непосредственной близости к водителю.
• Магистраль высокого давления. По магистрали газ попадает из баллона в редуктор-испаритель.
• Мультиклапан. Устанавливается в баллон, выполняет защитную функцию и обеспечивает попадание газа в баллон и подачу газа в систему.
• Газовые фильтры. Обеспечивают предварительную и тонкую очистку газа перед попаданием его в форсунки и двигатель автомобиля.

Переоборудование газового двигателя для работы на газе.

Интересный факт из истории: в конце 90-х некоторые специалисты и маленькие фирмы по установке ГБО переделывали дизельные двигатели путем понижения степени сжатия двигателя до 12-13 единиц. Заменялись форсунки для впрыска дизельного топлива на искровые свечи зажигания, а также производилась замена топливного насоса высокого давления на магнето или систему зажигания.

Дальнейшее переоборудование на газ производилось как для обычного двигателя внутреннего сгорания с бензиновым питанием и искровой системой зажигания. Т.е дизель превращался в подобие карбюраторного двигателя. Разумеется такой вариант установки ГБО на дизель не обрел широкой популярности, и на данный момент времени практически не используется, уступив свое место газодизелю.