Газовый двигатель

Устройство и принцип действия газового двигателя

Газовый двигатель – особый вид двигателя внутреннего сгорания, работающий на газообразном топливе, работающий по циклу Отто. Чаще всего газовые двигатели работаю на пропане, но есть и другие, работающие на попутных (нефтяных), сжиженном, доменных, генераторных и других видах газообразного топлива.

Цикл Отто – процесс описывающий термодинамическую работу ДВС, с воспламенение сжатой смеси с помощью стороннего источника энергии (свечи зажигания)

Принципиальное отличие газовых двигателей от бензиновых и дизельных в более высокой степени сжатия. Применение газа позволяет избежать излишнего износа деталей, так как процессы сгорания топливовоздушной смеси происходят более правильно, благодаря исходному (газообразному) состоянию топлива. Также газовые двигатели более экономичны, так как газ стоит дешевле нефти и легче добывается.

К несомненным преимуществам двигателей на газе стоит отнести безопасность и бездымность выхлопа, что делает их незаменимыми при использовании на погрузчиках в больших складах, а также под землей и на общественном транспорте

Сами по себе газовые двигатели редко выпускаются серийно, чаще всего они появляются после переделки традиционных ДВС, путем оборудования их специальным газовым оборудованием.

По большей части любой бензиновый ДВС может стать универсальным если поставить на него газовое оборудование. Любую машину Российского производства как правило легко переоборудовать на газ, при условии грамотного подхода.

Пи переоборудовании машины на газ в багажник

Но у таких газовых двигателей есть один существенный недостаток. Пи понижении температуры окружающего воздуха, давление в баллоне падает и автомобиль невозможно завести, поэтому чаще всего применяются гибридные установки – газ/бензин. Заводится машина с бензина, а затем переключается на газ.

Оборудование автомобиля газобаллонным оборудованием не займет много времени и производится во многих мастерских по всему миру.

1 – баллон 2 – мультиклапан 3 – газовая магистраль высокого давления 4 – выносное заправочное устройство 5 – газовый клапан 6 – редуктор-испаритель 7 – дозатор 8 – смеситель воздуха и газа 9 – бензиновый клапан 10 – переключатель видов топлива

Газель обрудованная ГБО

Однако не только бензиновый но дизельный двигатель можно перевести на газ, для этого дизель снабжается системой зажигания, поскольку при сильном сжатии газ не детонирует как дизельное топливо. Еще одним способом воспламенить топливо является впрыскивание вместе с газом в цилиндры еще ди дизельного топлива, в количестве примерно 40-50%.

Газовый двигатель, переоборудованный из дизельного наиболее полно раскрывает все плюсы использования газа, так как степень сжатия в дизелях намного выше, что позволяет добиться КПД в районе 30-45%.

В сумме переоборудование двигателей на газ достаточно дорогое удовольствие – от 500 до 1000 долларов за импортное оборудование, но при условии достаточно интенсивной езды, затраты на ГБО окупаются достаточно быстро, поскольку газ стоит примерно в два раза дешевле бензина или дизельного топлива.

В начале статьи приведена фотография газового двигателя Caterpillar G 3508, мощностью 528 кВт, объемом 34,5 литра и степенью сжатия 9:1.

Типы газовых двигателей

Двигатели на природном газе подходят для широкого спектра применений, включая легковые автомобили, легкие коммерческие автомобили, вилочные погрузчики, тяжелые грузовики, автобусы, морские суда, даже железнодорожные локомотивы и самолеты. Чистые свойства природного газа и отсутствие твердых частиц часто снижают износ двигателя, а также, увеличении интервалов обслуживания и замены масла. Это еще больше снижает эксплуатационные расходы.

Двигатели доступны в различных форматах, но обычно подпадают под следующие категории:

• Газовый двигатель (монотопливный)
• Газовый двигатель (двухтопливный)
• Газодизельный двигатель
• Газовый двигатель (трех-топливный)
• Прямой впрыск высокого давления, HPDI

Газовый двигатель (монотопливный)
Специальный двигатель использует природный газ в качестве единственного источника топлива. Газовый двигатель имеет преимущество, он «оптимизирован» для работы на природном газе, что обеспечивает максимальную эффективность и оптимальные результаты по выбросам. Некоторые специальные автомобили также оснащены запасным бензиновым баком, который используется, если в автомобилях заканчивается природный газ. Поскольку автомобиль оптимизирован для использования на природном газе, бензин следует использовать только для коротких поездок, а не на регулярной основе.

Газовый двигатель (двухтопливный)
Двухтопливные двигатели работают на природном газе или бензине (или другом топливе с искровым зажиганием, таком как этанол). Примечание. Газовый двигатель использует бензин для зажигания при включении двигателя, поэтому для успешной работы всегда требуется небольшое количество бензина.

Газодизельный двигатель
Газодизельный двигатель использует смесь природного газа и дизельного топлива, причем смесь природного газа и воздуха воспламеняется дизельным «пилотом». Дизель впрыскивается непосредственно в камеру сгорания, а газ вводится в воздухозаборник путем карбюрации или впрыска газа. Смесь природного газа и дизельного топлива варьируется в зависимости от нагрузки и рабочего цикла двигателя, в диапазоне от 80% до 0% газа. При более низких нагрузках на двигатель использование дизельного топлива, как правило, выше, тогда как при более высоких нагрузках на двигатель можно использовать более высокую долю газа. Газодизель обычно является результатом дооборудования дизельного двигателя и имеет преимущество, они не полностью зависят от природного газа для подачи топлива. Таким образом, если в транспортном средстве заканчивается природный газ или он находится вдали от доступного источника топлива для СПГ, он может работать исключительно на дизельном топливе.

Газовый двигатель (трехтопливный)
Относительно недавняя разработка технологий. Транспортное средство с трехтопливной системой использует бензин, этанол и метан. Транспортное средство может работать на бензине, этаноле (либо одновременно на бензине и этаноле) или природном газе. Трехтопливные автомобили впервые появились на рынке в 2005 году в Бразилии, где этанол и природный газ широко используются для транспорта.

Прямой впрыск высокого давления, HPDI
Запатентованная технология канадской компанией Westport заменяет приблизительно 90% дизельного топлива природным газом. Основой топливной системы HPDI 2.0 является инновационная форсунка с двойной концентрической иглой. Она позволяет впрыскивать под высоким давлением в камеру сгорания небольшие объемы природного газа. Газ подается в конце такта сжатия. Для воспламенения газа 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.

Газовый двигатель внутреннего сгорания – меняет ли топливо принцип действия?

Давайте посмотрим, что из себя представляет этот движок внутреннего сгорания.

Что же такое газовый двигатель внутреннего сгорания

Существует несколько типов газовых двигателей с внутренним сгоранием:

• монотопливный. Этот агрегат использует газ только в качестве одного источника питания. У подобных устройств экокласс равен Евро 5, а производительность увеличена в несколько раз по сравнению с другими видами моторов. Однако, некоторые транспортные средства с этим мотором оптимизированы под работу на бензине. Водителям рекомендуется ездить на короткие дистанции на бензиновом топливе, так как агрегат может быстро выйти из строя, если постоянно использовать бензин вместо газа;
• двухтопливный. Разница между первым и двухтопливным двигателе в том, что последний работает как на бензине, так и на газе. Кроме того, автовладельцу нужно постоянно иметь немного бензина в баке, если он ездит на транспортном средстве с этим агрегатом. Потому что для успешного запуска газовый двигатель использует небольшое количество бензина;
• газодизельный агрегат. В этих моторах используется смесь газа и дизеля. Поджигается газ специальных дизельным «пилотом». Как это происходит: горючее впрыскивается в камеру сгорания, газовая смесь попадает в воздухозаборник, посредством впрыска. Если газовый двигатель работает под большими нагрузками, то соответственно использование дизеля будет больше, чем газа. Если же агрегат не нагружается и работает в спокойном режиме, то максимальное количество газовой смеси, которое используется для работы агрегата, равняется 80 процентам;
• трехтопливный. Это разработка уже современного типа. В устройстве, работающем на природном газе, используются следующие виды топлива: бензин, метан и этанол. Первая модификация агрегата появилась в 2005 году в Бразилии;
• HPDI. Эти газовые двигатели оснащены прямым впрыском высокого давления. Впрыск происходит посредством форсунки с двойной концентрической иглой. Смесь попадает в камеру сгорания в конце такта сжатия. Для облегчения воспламенения в камеру впрыскивается небольшое количество дизельного топлива.

Похожая статья Технические характеристики 4216 двигателя УМЗ
Познакомиться с системой питания в двигателях на природном газе можно в следующем блоке.

Модернизация ГАЗ-АА в 1938 году

В 1938 году автомобиль ГАЗ-АА был серьёзно модернизирован. Главным нововведением стал новый двигатель ГАЗ-ММ. Новый мотор был значительно мощнее, что позволило увеличить максимальную скорость машины. Кроме мотора, модернизированная «полуторка» получила более надёжный и современный рулевой механизм и кардан на игольчатых подшипниках.

Машина до войны широко использовалась в различных отраслях сельского хозяйства. На то время грузоподъёмность в 1,5 тонны считалась оптимальной, так как более мощных грузовиков просто не было в Советском Союзе. Впрочем, во многих отраслях сельского хозяйства быстро придумали, как увеличить грузоподъёмность машины. Для этого размеры кузова просто увеличивали путём наращивания бортов.

Система питания двигателя от газобаллонной установки

На транспортных средствах газовая смесь в сжатом виде находится в баллонах. На этих устройствах устанавливается специальный мультиклапан, который позволяет заправлять баллон, и дозировать поступление смеси в газовый двигатель внутреннего сгорания.

Мультиклапан включает в себя:

• заправочный и расходный вентиль;
• указатель уровня газа, который в виде поплавка находится внутри баллона;
• обратный клапан;
• скоростной клапан;
• стопорный.

Сжиженная смесь поступает по газовой магистрали в клапан, с установленным фильтрующим устройством. Здесь газ проходит очистку от твердых частиц и смол, которые могут находиться в нем. Затем смесь поступает в газовый испаритель. Давление газа понижается до 1 атмосферы.

Смесь попадает в дозатор и передается в смеситель. В этом приборе смешивается и поступает в камеру сгорания.

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.

Требования, предъявляемые к газообразным топливам

Требования, предъявляемые к двигателям, работающим на природном газе:

• агрегат должен обеспечивать хорошее смесеобразование;
• поступающее топливо должно быть высококалорийным;
• не должно происходить коррозии или коррозийного износа во время работы мотора на природном газе.

Подобные моторы не образуют отложений на впускных и выпускных компонентах. Топливо должно сохранять свои качества при транспортировке. А также стоимость на подобное горючее не должна превышать допустимые цены государством.

Преимущества использования газообразного топлива

В использовании природной газомоторной смеси есть положительные стороны. Вот некоторые из них:

Похожая статья Двигатель 1AZFE: ресурс, характеристики и проблемы

• малая себестоимость, а значит и цена на подобное горючее будет меньше, чем у бензина или дизеля;
• стойкость к детонации. Так как октановое число газа равно 105;
• жизненный ресурс мотора увеличивается в 2 раза, а сам агрегат работает мягко и тихо;
• в половину увеличивается срок службы свечей зажигания;
• не образует нагар на стенках цилиндров и клапанах;
• не образуются смолистые отложения на элементах мотора.

В отличие от бензиновых моторов, токсичность сгоревших газов снижена в этом случае на 80 процентов. Газовая смесь имеет однородный состав по сравнению с бензином. Ее нельзя разбавить более худшим топливом.

Технические характеристики ГАЗ-АА

Советский заднеприводный грузовик ГАЗ-АА имел классическую переднемоторную компоновку и следующие технические характеристики:

• Длина машины – 5 335 мм;
• Ширина – 2 030 мм;
• Высота – 1 870 мм;
• Снаряженная масса – 1 810 кг;
• Двигатель устанавливался на машины до 1938 года. Имел рабочий объём 3 285 куб/см и мог развивать максимальную мощность в 40 л/с;
• Система охлаждения двигателя работала на воде;
• Трансмиссия была механической;
• КПП четырехскоростная.

После 1938 года ГАЗ-АА был переименован в ГАЗ-ММ. Во время Великой Отечественной войны грузовики ГАЗ-ММ было решено упростить, поэтому кабины начали изготавливать из дерева. Металл нужен был для строительства танков.

Недостатки газообразного топлива

Но есть и недостатки у подобного горючего. К примеру:

• снижение мощности газового двигателя из-замедленного сгорания газа;
• возникновение трудностей с зажиганием во время понижения температур ниже минус двадцати градусов;
• увеличение веса авто. Например, при работе на сжиженном газе вес увеличивается до 50 кг и на сжатом – 800 кг;
• увеличивается цена на транспортное средство из-за использования дорогостоящего оборудования;
• сложность технического обслуживания;

А также заправки с газом должны находится на расстоянии 250 км. Больше авто на газе не проедет. Водитель должен соблюдать правила безопасности при использовании топлива с газом в машине. Баллоны с газом должны проходить освидетельствование в ГИБДД,

А есть ли явные минусы?

Недостатки установки ГБО на легковой автомобиль можно перечислить по пунктам:

• высокая стоимость установки;
• увеличение общей массы автомобиля;
• потеря полезного пространства багажника;
• снижение динамики разгона и скорости, необходимость дополнительной регулировки зажигания;
• недостаточное количество газовых заправок;
• неполная заправка из-за особенностей оборудования.

6 самых неудачных двигателей и автомобили, в которые их поставили

Каждый водитель самостоятельно определяет для себя целесообразность ГБО. Важно доверить данную работу исключительно профессионалам, а в процессе эксплуатации проводить регулярное ТО.

Автор: Баранов Виталий Петрович

Образование: среднее специальное. Специальность: автослесарь. Профессиональная диагностика, ремонт, ТО легковых авто зарубежного производства 2000-2015 г.в. Большой опыт работы с Японскими и Немецкими авто.

• максим says:
  Поставил себе ГБО на тентованную Газель, было выгоднее, сейчас цены на газ также задирают, так что особой выгоды в цене уже не заметно.
• Николай says:
  Про прогоревшие клапана слышал от каждого второго, кто на газу. Свечи – просто как расходники. В целом, оно того не стоит.

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.

Основные модификации на базе ГАЗ-АА и ГАЗ-ММ

На шасси ГАЗ-АА и его усовершенствованной модификации ГАЗ-ММ выпускались следующие модели грузовиков:

• ГАЗ-ААА – интересный образец грузового автомобиля повышенной проходимости. Имел три оси и колёсную формулу 6х4. Данный оригинальный грузовик был создан на базе американского грузовика «Форд-Тимкен». Машина была способна перевозить грузы до 2 тонн весом. Но в связи со сложностью конструкции данный грузовик выпускался очень незначительным тиражом. Трехосные грузовики данной модификации выпускались с 1934 по 1943 годы. В 1937 году машина получила двигатель от ГАЗ-ММ;
• БА-10 — небольшая партия броневиков на шасси ГАЗ-мм. Так как осенью 1941 года на Ижорском заводе осталась небольшая партия бронекорпусов, было решено установить их на шасси ГАЗ-ММ. Готовые бронеавтомобили были собраны к весне 1942 года, и поставлялись только на Ленинградский фронт;
• ГАЗ-410. Самосвал на шасси ГАЗ-АА. Выпускался с 1934 по 1946 годы. Имел грузоподъёмность в 1,2 тонны. Данные грузовики были очень востребованы в строительной сфере, так как не нуждались в специальном персонале для разгрузки;
• ГАЗ-42. Интересная модификация, работающая на дровах. Выпускалась с 1938 по 1950 годы. Мощность данной модификации равнялась 35 л/с, а грузоподъёмность была около тонны. В реальности грузоподъёмность была около 800 кг, так как с собой постоянно возился запас дров, весом около 200 кг;
• ГАЗ-43 – такая же газогенераторная модель, как и ГАЗ-42, только работала эта модификация на угле. Газогенераторная установка была более миниатюрной, чем у ГАЗ-42;
• ГАЗ-44 – данная модификация работала на газе;
• НАТИ-3 – полугусеничная модификация. Серийно не выпускалась;
• ГАЗ-60 – полугусеничная модификация;
• ГАЗ-03-30. Самый известный советский автобус 1930-1940-х годов. Отличался 17-местным кузовом, который был сделан из дерева и обшит металлом;
• ГАЗ-55 – специальная модификация, представляющая собой санитарный автомобиль.

Кроме того, с 1932 по 1941 годы выпускался пожарный автомобиль ПМГ-1.

Советский грузовик ГАЗ-АА навсегда останется в памяти людей, так как он постоянно мелькает в военных хрониках. Именно эти грузовики внесли свой весомый вклад в победу над фашистской Германией.