Газовый двигатель внутреннего сгорания – общее описание агрегата

Современные двигатели такого рода работают на природном и попутном газах, а также на сжиженном пропан-бутане, доменном газе и других. Преимущество таких двигателей заключается в меньшем износе основных узлов и деталей, что достигается путем создания качественной горючей смеси и ее эффективного сжигания. К тому же, в выхлопах практически отсутствуют вредные примеси.

КПД современных двигателей на таком топливе достигает порядка 42 %. Наиболее широко они применяются в газовой и нефтяной промышленности в качестве приводных устройств на газоперекачивающих установках. В последнее время перестали быть новинкой такие агрегаты и в автомобиле.

В отличие от них первый двигатель Отто был достаточно низкооборотным и обладал большой массой. При увеличении оборотов вала до 180 об/мин происходили перебои в его работе, а также ускоренный износ золотника. В качестве бака для хранения газа использовался большой резервуар, поэтому установка его на автомобили была попросту невозможной, однако его стали широко применять на различных заводах и фабриках.

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.

Принцип работы газового двигателя

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.

Газовый двигатель своими руками – реально ли это?

В настоящее время на автомобилях применяются две схемы подключения оборудования:

• классическая – газ подается непосредственно в карбюратор или инжектор;
• последовательная – топливо поступает в форсунки, которые установлены параллельно с бензиновыми.

Классическая схема считается менее затратной, отличается простотой установки, но имеет существенный недостаток. При переключении режимов образуется смесь низкого качества, в результате чего двигатель быстро изнашивается. На сегодняшний день последовательная система хоть и является более дорогостоящей, но отличается более качественной подачей газа.

Основные достоинства применения такого оборудования:

1. Возможность легко создать газовый двигатель своими руками, то есть смонтировать установку на автомобиле самостоятельно.
2. Низкая стоимость топлива.
3. Высокое октановое число.
4. Отсутствие вредных выбросов.
5. Более качественная работа двигателя.
6. Благодаря применению газа значительно увеличивается ресурс двигателя.

1. Снижение динамики разгона автомобиля.
2. Существенно возрастает нагрузка на клапаны газораспределительного механизма.
3. Все оборудование занимает слишком много места.
4. Сложности с использованием оборудования в зимнее время.

Газобаллонное оборудование (ГБО), которое дополнительно может встраиваться своими руками в уже существующую топливную систему автомобиля, приобретается на рынке, каждой модели двигателя соответствует своя модель ГБО. Заправочный баллон с комплектующими (клапан и испаритель) крепится в какой-нибудь нише, чаще всего это место для «запаски».

Следом подсоединяется выносное заправочное устройство, отверстие которого будет выходить на внешнюю сторону кузова. А затем на двигателе устанавливаются клапаны против утечки газа, для перекрывания бензина при включении газа.

А в салоне автомобиля располагается переключатель бензин-газ. Если вы сомневаетесь в своих знания о традиционном устройстве мотора, то не рискуйте к нему присоединять ГБО, лучше обратитесь к специалистам.

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.

Газовые двигатели внутреннего сгорания

Газовый двигатель – это мотор, который использует в качестве горючего пропано-бутановую смесь или природный газ метан. Дал жизнь подобному агрегату немецкий ученый Отто. У него ушло около пятнадцати лет на разработку подобного двигателя. Износ подобных агрегатов сведен на нет, благодаря применению чистого природного газа, который не имеет твердых частиц. Соответственно снижаются расходы на уход и ремонт устройства.

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.

Познакомиться с системой питания в двигателях на природном газе можно в следующем блоке.

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:

• 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.

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,

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.

Заключение

Так или иначе газовые двигатели входят в нашу жизнь. В будущем возможно полное замещение природным газом бензина и дизеля.