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.

Установка газа на дизельный двигатель

С постоянным ростом цен на топливо, установка газобаллонного оборудования на автомобиль становится все более популярной. Это не удивительно. Потратив несколько тысяч рублей на ГБО, можно ездить на топливе, цена которого вдвое ниже, чем бензина. Обычно установку газобаллонного оборудования осуществляют на бензиновые авто. Их двигателя более пригодны для эксплуатации на природном или сниженном газу. Но также встречаются дизельные автомобили с ГБО. Можно ли дизельный двигатель перевести на газ? Стоит ли устанавливать такое оборудование? Ответы на эти вопросы смотрите в нашей сегодняшней статье.

Особенности дизеля

Как мы уже сказали ранее, ГБО устанавливается в основном на бензиновые моторы. Если рассматривать газодизель, примером могут послужить лишь отечественные грузовики МАЗ и КамАЗ. На легковых автомобилях такое оборудование не встречается. Почему так редко устанавливают газ на дизельный двигатель? Ответ простой, и заключается он в принципе воспламенения топлива.

Как известно, бензиновые моторы поджигают смесь при помощи вспомогательных устройств. Ими являются свечи. При подаче топливно-воздушной смеси в камеру, они вырабатывают искру, благодаря которой горючее и воспламеняется. Ввиду того что бензин загорается от сторонних устройств, у таких моторов малая степень сжатия. Сейчас она составляет порядка десяти-двенадцати единиц. А если рассматривать моторы советских грузовиков, то и вовсе шесть. Единственный момент – это октановое число газа, которое выше, чем у бензина. Если у последнего оно достигает 98-ми, то у газа – не менее 102-х. Но чтобы мотор работал нормально на этой смеси, электронный блок управления автоматически корректирует углы зажигания и прочие параметры в режиме реального времени.

Что касается дизельных моторов, здесь отсутствуют классические свечи зажигания. Смесь воспламеняется от большой степени сжатия. Воздух разогревается под давлением настолько, что температура в камере достигает 400 градусов Цельсия. В результате, смесь воспламеняется и поршень производит рабочий ход. Кто-то скажет, мол, в дизельном двигателе есть свечи. Да, на некоторых моторах они есть. Но это вовсе другие – свечи накаливания. Они позволяют производить холодный запуск без затруднений, предварительно подогревая топливо. Такие свечи имеют вовсе другую структуру и принцип работы. Кстати, минимальная степень сжатия у дизельного мотора – 20 единиц. Если показатель будет меньше, двигатель попросту не заведется. У двигателей современных авто степень сжатия может достигать и 30-ти единиц.

Таким образом, если использование ГБО на бензиновом моторе не вызывает сложностей при эксплуатации (так как топливо поджигается свечей), то дизельный ДВС не в состоянии «переварить» подобную смесь.

Почему трудно перевести дизельный двигатель на газ?

Существует несколько факторов, которые усложняют процесс установки и эксплуатации ГБО на таком ДВС:

• 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

Существует несколько способов монтажа:

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

Какой лучше использовать? Ниже мы рассмотрим, в чем особенности каждой технологии.

Полная переделка

В чем суть данного метода? Суть проста – дизельный двигатель полностью переделывается на газ. При этом после такого вмешательства он больше не будет работать на своем «родном» топливе – 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.

В чем недостаток такой переделки? Ввиду необходимости проведения целого комплекса работ, стоимость переустановки может достигать 200 и более тысяч рублей. Это в десятки раз дороже, чем перевод бензинового авто на газ. Поэтому экономия весьма сомнительная. Тем более что у такого мотора снизится мощность и крутящий момент.

Система Dual Fuel

Именно такая схема используется на некоторых модификациях грузовиков МАЗ и КамАЗ. Это комбинированная система подачи топлива. На данный момент это самый дешевый, правильный и легкореализуемый вариант. Стоимость переделки составляет около 70-85 тысяч рублей. Особенность системы в том, что здесь нет необходимости в установке свечей зажигания. Чтобы воспламенить метан (или пропан-бутан), используется само дизельное топливо. Что касается основных составляющих системы, это все тот же 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 уже 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, чего уже 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. Как отмечают отзывы, газ, на дизельный двигатель установленный, по-разному себя показывает. 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.

Выгодно ли это?

Рассмотрим целесообразность переделки дизельного двигателя на газ. Поскольку для работы такого двигателя все равно нужна порция оригинального топлива (в нашем случае – ДТ), то экономия не столь существенная. Если бензиновый мотор полностью работает на газу, стоимость затрат на топливо уменьшается ровно в два раза. Но в нашем случае экономия будет только на 25 процентов, тобишь в полтора раза. И это при том, что цена установки системы Dual Fuel – не менее 70 тысяч рублей.

Нетрудно подсчитать, через какой пробег окупится данная система. 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.

Подводим итоги

Итак, мы выяснили, можно ли установить газ на дизельный двигатель. Ввиду иного принципа работы, установка ГБО на такой мотор требует больших переделок. Причем в результате все равно этот агрегат будет требовать хоть и небольшую, но порцию дизеля. Экономия от использования такого оборудования есть. Но она настолько незначительная, что никто не заморачивается над вопросом «стоит ли устанавливать газ на дизельный двигатель». Высокие сроки окупаемости и сложность установки – это основные факторы, которые препятствуют использованию газобаллонного оборудования на дизельном моторе.