Работа двигателя на сжатом природном газе | Автомобильный справочник

Выбросы отработавших газов

При работе двигателя на природном газе коли­чество выбросов СO2 снижается, по сравнению с работой на бензине, приблизительно на 25%. Причина заключается в более благоприятном соотношении водород/углерод (отношение Н/С) — почти 4:1 (для бензина приблизительно 2:1). Это приводит к образованию во время сгорания природного газа большего количе­ства воды и меньшего количества СO2.

Кроме практически полного отсутствия в вы­бросах твердых частиц, в сочетании с трехком­понентным каталитическим нейтрализатором, двигатель, работающий на природном газе, производит очень небольшие количества ток­сичных веществ (NOx, СО и НС). Каталитический нейтрализатор для двигателя, работающего на природном газе, содержит большее количество благородного металла, что необходимо для улуч­шения преобразования углеводородов, состоя­щих в основном из химически стабильного ме­тана, и компенсации более высокой температуры «поджига» для природного газа (минимальная температура каталитического нейтрализатора, при которой начинается преобразование токсич­ных веществ).

Автомобили, работающие на природном газе, отвечают высоким требованиям в отно­шении предельного содержания токсичных веществ в отработавших газах, особенно это относится к автобусам, которые должны отвечать более строгим требованиям EEV (усо­вершенствованный экологически чистый автомобиль). Использование природного газа также дает значительные преимущества по сравнению с бензиновыми и дизельными двигателями в отношении выбросов загряз­няющих веществ, не регламентируемых за­конодательством. Некоторые из них являются канцерогенами, а также способствуют образованию смога и кислотных дождей.

Геометрия уплотнений форсунки для природного газа

Газовая форсунка установлена с эластомер­ным уплотнением и в отношении геометрии уплотнения седла подобна запорным клапа­нам для пневматических систем. Эластомер­ный материал улучшает герметичность уплот­нения металлических игольчатых клапанов.

Предлагаем ознакомиться  Определить сигнализацию по брелку

Эластомерный материал также обладает демпфирующими свойствами и предотвра­щает «дребезг», т.е. повторные нежелательные колебания якоря электромагнита вовремя за­крытия, что повышает точность дозирования.

Компоненты систем на сжатом природном газе

Автомобили, способные работать на при­родном газе, практически исключительно оборудованы двигателями с искровым зажи­ганием. Дополнительные компоненты вклю­чают следующее (см. рис. «Работа двигателя на природном газе или бензине» ):

  • Заправочная горловина;
  • Баллон для природного газа;
  • Запорные клапаны высокого давления (на баллоне для природного газа);
  • Регулятор давления природного газа с дат­чиком высокого давления;
  • Газовая рампа с газовыми форсунками;
  • Комбинированный датчик давления и тем­пературы.

Конструкция и принцип действия газовой форсунки

Якорь электромагнита (см. рис. «Форсунка природного газа» ) находится в гильзе, служащей в качестве направляющей. Топливо протекает через канал внутри якоря. На выходном конце этого канала имеется эласто­мерное уплотнение. Это уплотнение прилегает к седлу клапана и изолирует подачу топлива от впускного трубопровода.

Модуль регулирования давления

Функция модуля регулирования давления за­ключается в снижении давления природного газа в баллоне до номинального рабочего дав­ления. В то же время рабочее давление необ­ходимо с определенным допуском поддержи­вать постоянным при любых условиях работы. Величина рабочего давления в современных системах составляет 7-9 бар (абсолютное). Существуют также системы, в которых рабо­чее давление составляет от 2 до 11 бар.

Оптимизированная геометрия газовой форсунки

Благодаря оптимизированному маршруту потока, потери давления перед точкой дрос­селирования сведены к минимуму, что обе­спечивает максимально возможный массовый расход. Кроме того, самое узкое сечение и, следовательно, точка дросселирования нахо­дится на выходном конце, после уплотнения. Здесь скорость потока близка к скорости звука, поэтому в физическом смысле клапан пред­ставляет собой практически идеальное сопло.

Применение сжатого природного газа на автомобилях

По сравнению с бензином, при сгорании сжатого природного газа образуется приблизительно на 25% меньше СO2. Таким образом, сжатый природный газ дает наи­меньшее количество выбросов СO2 из всех видов ископаемого топлива. Применение в качестве топлива биогаза позволит в еще большей степени снизить глобальные вы­бросы парниковых газов.

Предлагаем ознакомиться  Урок по моделированию: Накидки

Тем временем различные производители начали предлагать варианты автомобилей, оборудованных для работы на сжатом при­родном газе. При этом баллоны для СПГ большего объема размещаются более удобно и эффективно, без потерь полезного объема багажного отделения, практически неизбеж­ных при доделке автомобилей.

Последнюю информацию о количестве автомобилей, которые могут работать на СПГ, и сети заправочных станций сжатого природного газа в Гер­мании можно найти в Интернете. Такие автомобили, как правило, явля­ются двухтопливными, т.е. водитель может переключаться с бензина на газ и обратно. Существуют также варианты, получившие название «Monovalent plus», в которых дви­гатель оптимизирован для работы на природ­ном газе с целью как можно более полного использования его преимуществ по сравне­нию с бензином (более высокая стойкость к детонации, меньшее количество выбросов СO2 и токсичных веществ).

Системы управления двигателем для двух­топливных автомобилей

В настоящее время находят применение си­стемы как с двумя блоками управления (по одному блоку управления для работы на бен­зине и газе), так и с одним общим блоком управления. На некоторых двухтопливных ав­томобилях водитель может выбирать работу на бензине или газе при помощи переключателя, однако на большинстве моделей это пере­ключение осуществляется автоматически, т.е. двигатель работает на газе до тех пор, пока газ не заканчивается. В этом случае происходит автоматическое переключение на бензин.

Датчик высокой температуры, установлен­ный на модуле регулирования давления, вы­дает в систему управления двигателем данные о текущем запасе газа в баллоне, а также ис­пользуется при выполнении диагностики. Ком­бинированный датчик давления и температуры, установленный на газовой рампе, позволяет си­стеме управления двигателем корректировать момент и продолжительность впрыска газа та­ким образом, чтобы состав смеси во впускном трубопроводе оставался стехиометрическим, несмотря на колебания плотности газа. Система управления двигателем также включает меха­низм адаптации к изменениям свойств газа.

Остальные датчики и исполнительные устройства системы управления двигателем в основном идентичны используемым в бен­зиновом двигателе.

Предлагаем ознакомиться  Где находится датчик детонации Нива Шевроле, его установка и неисправности

Смесеобразование в двигателях на сжатом природном газе

В большинстве двигателей при работе на при­родном газе, так же как при работе на бензине, газ подается во впускной трубопровод. Из «об­щей топливной рампы низкого давления» газ подается к форсункам, которые в импульсном режиме осуществляют впрыск природного газа во впускной трубопровод. При этом улуч­шаются условия смесеобразования, поскольку подача полностью газообразного топлива исключает возможность его конденсации на стенках впускного трубопровода и отложения на них пленки топлива, как это может проис­ходить при работе на бензине.

В настоящее время на рынке предлага­ются двухтопливные автомобили и варианты «Monovalent plus». Двухтопливные автомо­били могут работать как на природном газе, так и на бензине, однако при работе на природ­ном газе эффективная мощность двигателя снижается приблизительно на 10-15%. Это связано с более низким значением мощности на единицу рабочего объема двигателя, что можно объяснить вытеснением всасываемого воздуха, нагнетаемым природным газом.

Двигатели автомобилей могут быть опти­мизированы специально для работы на при­родном газе. Чрезвычайно высокая стойкость природного газа к детонации (октановое число по исследовательскому методу (RON) до 130) дает возможность увеличить степень сжатия и делает природный газ идеальным топливом для двигателей с наддувом.

Хранение природного газа в автомобиле

Природный газ может храниться в жидком состоянии при температуре -162°С (сжижен­ный природный газ) или в сжатом виде при давлении до 200 бар (сжатый природный газ, СПГ). Ввиду больших затрат, связанных с хранением природного газа в жидком со­стоянии, стандартным способом стало хра­нение в сжатом виде при давлении 200 бар. Несмотря на столь высокое давление, плот­ность хранения энергии у природного газа значительно меньше, чем у бензина. Для хра­нения количества природного газа с таким же энергосодержанием, как у бензина, требуется бак в четыре раза большего объема.

Оцените статью
Совет
Adblock detector