Оглавление Что собой представляет газодизельный двигатель и принцип его работы Какую экономию при этом можно получить? Как осуществляется трансформация в газодизель Поменяются ли силовые показатели двигателя после перевода в газодизель? Экологический эффект газодизеля Подробнее про установку ГБО на грузовые автомобили
Что собой представляет газодизельный двигатель и принцип его работы:
Двухтопливным газодизельным двигателем называется силовая установка, на которую дополнительно смонтировано оборудование для работы от газа. Принцип работы такой установки заключается в одновременной подаче в камеру сгорания двух видов топлива. Основным топливом является солярка, а дополнительным газ метан.
Причем дизтопливо подается в значительно меньшем объеме, чем обычно.
Солярка, по сути, является своеобразным “запалом” для газовоздушной смеси. Подача солярки связана с тем, что температура воспламенения у метана выше, чем у солярки. По этой причине в момент сжатия в камере сгорания сам метан воспламениться не может. Для его поджига на такте впуска в камеру сгорания подается некоторое количество солярки.
Газодизельный двухтопливный двигатель сохраняет возможность работать только от солярки, но не способен работать на одном газу.
Какую экономию при этом можно получить?:
Экономия денег от газодизельного режима зависит от того, в каком процентном соотношении происходит замещение дизтоплива газом.
Процент замещения солярки метаном может колебаться в пределах от 50 до 85%. На этот показатель влияет несколько факторов:
При запуске двигателя, либо при его работе на малых нагрузках, используется практически только дизтопливо. Связано это с тем, что при данных режимах работы затруднительно определить оптимальные параметры подачи газа.
Далее, с повышением нагрузок, создаются оптимальные условия для перехода в газодизельном режиме. Именно в этот момент замещение может вырастать до 85%. В тоже время, во избежание перегрева форсунок и последующего закоксовывания распылителей, сохраняется подача некоторого объема дизтоплива.
При выходе ДВС на полную мощность велик риск появления детонации и возникновения эффекта калильного зажигания. Система управления газодизелем начинает снижать порцию газа.
Для экономичной, в финансовом плане, эксплуатации важным является показатель, определяющий, сколько кубометров метана будет нужно на 1 литр солярки. На всех режимах дизель работает с избытком воздуха. В связи с этим газ, подаваемый в камеру сгорания, разрежен воздухом. Это, в свою очередь, снижает ступень его возгорания. Таким образом, сгорание газо-воздушной смеси протекает в непосредственной близости с каплями солярки. Остатки несгоревшего газа выводятся вместе с выхлопом.
В теории для замещения 1 литра дизтоплива требуется не более 0,9 кубометра метана. На практике, по причине несовершенства процесса горения, коэффициент замены может составлять 1,1 - 1,3 кубометра.
| | SCANIA DC13 карьерный самосвал | SCANIA DC13 седельный тягач | Газель Cummins ISF 2.8 |
|---|---|---|---|
| Технология | Подача газа перед турбиной, управление подачей дизельного топлива через эмуляцию сигнала педали газа, управление подачей газа через GPS | Подача газа перед турбиной, управление подачей дизельного топлива через эмуляцию сигнала педали газа, управление подачей газа через GPS | Подача газа перед турбиной, управление подачей дизельного топлива через эмуляцию сигнала педали газа |
| Замещение | 50% | 60% | 70% |
| 1 литр ДИЗ топлива замещается на | 1.1 нм3 | 1.2 нм3 | 1.3 нм3 |
Чтобы произвести практические расчеты замещения, за основу берется гарантированный показатель 60%. Эта величина ориентирована на обычные двигатели. Для газового показателя принято учитывать коэффициент 1,2. Отсюда следует, что для замещения 1 литра дизтоплива расходуется 1,2 кубометра метана. При условии соблюдения корректного стиля вождения допустима большая степень замещения. Но гарантий в этом нет.
Чтобы рассчитать экономию, берется сумма затрат на дизельное топливо из расчета расхода на 100 км пробега. Эта сумма должна соответствовать расходам при работе двигателя до перевода на газ. Затем фиксируются затраты на сниженный объем расхода солярки, и прибавляется сумма на приобретение газового топлива.
Как осуществляется трансформация в газодизель:
Для переоборудования в газодизель изменение конструкцию штатного двигателя не требуется.
В систему поступления воздуха, расположенную перед турбиной, производится установка газовых инжекторов. Они, получая импульсы от электронного блока управления, впрыскивают газ.
Подобная схема газоподачи имеет ряд преимуществ:
Подача дизтоплива ограничивается сигналом педали газа или методом эмуляции.
Контроль теплорежимов работы газодизеля осуществляется на основании показаний термопары, которая устанавливается на входе горячей части турбины.
Поменяются ли силовые показатели двигателя после перевода в газодизель?:
Установка на ДВС газодизельной системы никак не влияет на его работу. Все характеристики дизеля, включая степень сжатия, наддув, компрессию остаются без изменений.
Эти сведения основаны на откликах водителей, что их газодизельная машина прекрасно справляется с перевозкой груза даже на крутых подъемах. При этом была включена передача, на которой обычно они передвигаются на простом дизельном моторе.
Стендовые испытания двигателей также показали неизменность параметров при их работе с газодизельной установкой.
Экологический эффект газодизеля:
Газодизельный ДВС наносит меньший ущерб природе, чем обычный. В тоже время этот показатель меняется в зависимости от режима эксплуатации мотора и степени замещения солярки.
Европейская ассоциация газомоторных ТС заявляет, что даже при 50% замещении солярки достигается значительное снижение вредных веществ при выхлопе.
Подробнее про установку ГБО на грузовые автомобили:
Индивидуальные условия на установку газодизеля: 8 (495) 532-01-11
Газодизель
ГАЗОДИЗЕЛЬ
Так что если попробовать заставить обычный дизельный двигатель работать на метане, температуры сжатого воздуха в цилиндрах просто не хватит для его самовоспламенения. Поэтому "чисто газовый" дизель даже теоретически невозможен. Тем не менее, существуют два способа приспособить дизельный двигатель к работе на газе. Существует два способа перевода дизелей на газообразное топливо: конвертирование дизеля в двигатель с искровым зажиганием и переход на газодизельный процесс. ГАЗОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Первый способ (газовый двигатель) более простой и радикальный, требует существенной переделки мотора (что в Европе практикуется достаточно давно). Для этого на дизельном двигателе демонтируют топливную аппаратуру, вместо нее устанавливают систему зажигания, а форсунки заменяют свечами зажигания. Машина комплектуется соответствующим газобаллонным оборудованием, и газ подается при помощи дозатора во впускной коллектор. Но так как октановое число у метана 120, то степень сжатия, присущая дизелю, для него будет слишком высока. Двигатель, переделанный таким образом, проработает очень недолго и разрушится от детонации. Чтобы обеспечить мотору нормальный режим работы, нужно уменьшить степень сжатия до 12-14 путем выборки "лишнего" металла на днищах поршней или в камерах сгорания головки блока. Если же этого окажется недостаточно, придется установить прокладки определенной толщины под головку блока цилиндров. Правда, в результате подобных переделок получится уже не дизель, а так называемый "газовый" двигатель. После подобной переделки бывший дизель станет намного экологичнее и экономичнее, а ресурс его возрастет. Но в таком исполнении двигатель сможет работать только на природном газе, а сеть газовых заправок у нас пока не настолько развита, чтобы можно было эксплуатировать автомобиль, особо не беспокоясь о том, хватит ли газа до следующей заправочной станции. Перспектива же остаться без топлива мало кого порадует. Ведь с канистрой за газом не сбегаешь... ГАЗО-ДИЗЕЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Существует и более простой вариант (газодизель), который уже давно используется, хотя и распространен не очень широко. Речь идет о приспособлении обычного дизеля для работы на смеси солярки и метана (так называемый газодизельный двигатель). В этом случае для работы дизеля на газе необходима подача в цилиндры некоторого количества солярки - так называемой запальной порции. Запальная порция для газифицированных быстроходных дизелей (таковыми считаются все автомобильные) составляет 15-30% от обычной порции солярки (в зависимости от ГБО, типа двигателя и его состояния). Это то минимальное количество, которое, самовоспламенившись, гарантированно подожжет в цилиндрах газовоздушную смесь. Преимущество такого мотора заключается в том, что, когда газ заканчивается, он может работать в своем обычном режиме - на дизтопливе. При работе в таком режиме, когда 70-85% топлива составляет природный газ, у дизеля полностью исчезает свойственный ему черный дым. Правда, в выхлопе несколько увеличивается содержание углеводородов - СН. Но это уже не канцерогены, выбрасываемые дизельным двигателем (тот же 3,4-бензопирен), а лишь незначительное количество не сгоревшего, совершенно безвредного метана. Кроме того, у газодизеля, по сравнению с обычным дизельным двигателем, возрастают ресурс (из-за уменьшения отложений на деталях цилиндро-поршневой группы) и срок службы масла. Для переделки мотора требуется не только установка газобаллонного оборудования, но и определенная доводка имеющейся топливной аппаратуры. Прежде всего это касается насоса высокого давления, который должен обеспечивать стабильную подачу небольших порций дизтоплива на всех режимах работы двигателя. Приспособить таким образом для работы на газе можно любой дизельный мотор. Основными преимуществами газодизелей являются:
|
Ханну Яаскеляйнен
Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите под номером , чтобы просмотреть полную версию этого документа.
Abstract : Двигатели, работающие на природном газе, могут варьироваться от небольших двигателей малой грузоподъемности до низкоскоростных двухтактных судовых двигателей мощностью более 60 МВт. Доминирующим циклом двигателя может быть либо Отто, либо Дизель, с использованием нескольких различных методов приготовления смеси и воспламенения. Большинство коммерческих и экспериментальных двигателей, работающих на природном газе, можно разделить на четыре типа технологий: (1) двигатели со стехиометрическим циклом Отто; (2) двигатели с обедненной смесью, цикл Отто; (3) двухтопливные двигатели смешанного цикла (сочетание двигателей Отто и Дизеля) и (4) дизельные двигатели, работающие на природном газе. Эти технологии демонстрируют различия в термической эффективности, производительности и требованиях к последующей обработке.
Низкая стоимость природного газа по сравнению с дизельным топливом и бензином в сочетании с различными мерами регулирования, связанными с выбросами, по-прежнему вызывают значительный интерес к природному газу как к альтернативному топливу для двигателей внутреннего сгорания. Производители двигателей отреагировали на это поставкой новых специально построенных двигателей на природном газе, размеры которых варьируются от небольших двигателей малой мощности мощностью в несколько кВт до низкоскоростных двухтактных судовых двигателей мощностью более 60 МВт. В 2019 году, WinGD заявила, что их двухтопливный двигатель 12X92DF является самым мощным двигателем, работающим по циклу Отто, мощностью 63 840 кВт [4829] . OEM-производители и поставщики запчастей также предоставляют комплекты для переоборудования, которые позволяют переоборудовать существующие дизельные и бензиновые двигатели для работы на природном газе.
Двигатели, работающие на природном газе, можно разделить на категории по многочисленным параметрам, в том числе: подготовка смеси (предварительно смешанная или без предварительного смешения), зажигание (искровое зажигание или пилотный дизель) и преобладающий цикл двигателя (отто или дизель). Одна из распространенных категорий: Рисунок 1 [4247] :
(Источник: Wartsila)
Хотя приведенная выше группа адекватно охватывает коммерческие двигатели объемом до 2,5 л/цилиндр, когда также рассматриваются более крупные двигатели, это создает некоторые проблемы при представлении общих концепций между некоторыми из различных подходов. В частности, двухтопливные двигатели, работающие на обедненной смеси, зажигаемые небольшим (<~5% энергии топлива) дизельным микропилотом, имеют больше общего с двигателями SI, работающими на обедненной смеси, чем с двухтопливными двигателями, использующими гораздо больший пилотный дизель (>~15 %). % энергии топлива). Он также не охватывает некоторые концепции, находящиеся на стадии разработки. Следующая классификация является более общей и отражает общие концепции различных подходов:
Двигатели со стехиометрическим циклом Отто используют предварительно смешанную «почти стехиометрическую» воздушно-топливную смесь и зажигаются от свечи зажигания. Важной мотивацией для использования стехиометрических двигателей является тот факт, что они могут использовать трехкомпонентный катализатор (TWC), иногда также называемый катализатором неселективного каталитического восстановления (NSCR), для снижения содержания NOx и окисления CO и углеводородов в выхлопных газах. . Следует отметить, что пиковая эффективность преобразования NOx, CO и HC в TWC на природном газе как раз соответствует стехиометрии, а двигатели, работающие на природном газе, работающие на «стехиометрической» топливно-воздушной смеси, обычно откалиброваны для работы с небольшим обогащением. Это отражено в терминологии, используемой для стационарных двигателей, работающих на природном газе, для которых двигатели на природном газе, использующие смесь, близкую к стехиометрической, иногда называют двигателями с «богатым горением».
В двигателях с циклом Отто, работающих на обедненной смеси, используется обедненная предварительно смешанная топливно-воздушная смесь с несколькими вариантами зажигания. Свеча зажигания или дизельный микропилот — два наиболее распространенных варианта. Свечи накаливания также имеют ограниченное коммерческое применение. Одним из важных преимуществ двигателей с циклом Отто, работающих на обедненной смеси, является их высокая тепловая эффективность торможения (BTE), которая во многих случаях может достигать 50%. Если в двигателях, работающих на обедненных смесях, требуется обработка выхлопных газов, SCR с мочевиной является вариантом контроля NOx. Катализаторы окисления метана требуют высокой температуры выхлопных газов, чтобы быть эффективными, и их можно использовать только в некоторых стационарных приложениях.
В двухтопливных двигателях смешанного цикла используется обедненная предварительно смешанная воздушно-топливная смесь, воспламеняемая мощным пилотным дизельным двигателем, что составляет более ~ 15% общей энергии топлива. Они упоминаются здесь как двигатели смешанного цикла, потому что дизельный пилот вносит значительный вклад в общее выделение тепла во время сгорания предварительно смешанного заряда природного газа/воздуха. Важным преимуществом этого подхода является то, что существующие дизельные двигатели (либо используемые двигатели, либо существующие платформы дизельных двигателей от производителя двигателей) могут быть относительно легко переоборудованы для работы на природном газе — популярное соображение, когда разница в цене между дизельным топливом и природным газом велика. большой.
В дизельных двигателях, работающих на природном газе, природный газ предварительно не смешивается с воздухом. Вместо этого природный газ впрыскивается непосредственно в камеру сгорания под высоким давлением почти так же, как это делается в дизельном двигателе. Однако, в отличие от дизельных двигателей, требуется источник воспламенения. Основным средством зажигания форсунок природного газа является зажигание небольшого дизельного пилота непосредственно перед впрыском газа. Этот подход иногда называют прямым впрыском под высоким давлением (HPDI) или газодизельным двигателем. Зажигание через свечу накаливания или свечу зажигания с предварительной камерой также исследуется. Важным преимуществом этого подхода является то, что достигается более высокая плотность мощности и может использоваться более высокая степень сжатия по сравнению с подходами с предварительным смешиванием.
Таблица 1 суммирует эти подходы с дополнительными подробностями, представленными ниже. Доступны и другие сводки, аналогичные таблице 1, но в основном они касаются только тяжелых условий эксплуатации [3568] [4323] .
| Стехиометрический цикл Отто | Бедно-сжигательный цикл Отто | Двухтопливный смешанный цикл | Дизельный цикл | ||
|---|---|---|---|---|---|
| State of air/fuel mixture | Premixed | No premixing | |||
| Overall AFR | Stoichiometric | Lean | |||
| Dominant engine cycle | Otto | Otto/Diesel | Diesel | ||
| Технология | Опции зажигания |
|
|
|
|
| Контроль выбросов при выключении двигателя |
|
|
|
| |
| Опции системы доочистки (ATS) |
|
|
|
| |
| Основное применение |
|
|
|
| |
| Эффективность, BTE, без WHR |
|
|
|
| |
| Преимущества |
|
|
|
| |
| Проблемы |
|
|
|
| |
###
Автомобили с дизельным двигателем аналогичны автомобилям с бензиновым двигателем, поскольку оба они используют двигатели внутреннего сгорания. Одно отличие состоит в том, что дизельные двигатели имеют систему впрыска с воспламенением от сжатия, а не систему с искровым зажиганием, используемую в большинстве бензиновых автомобилей. В системе с воспламенением от сжатия дизельное топливо впрыскивается в камеру сгорания двигателя и воспламеняется за счет высоких температур, достигаемых при сжатии газа поршнем двигателя. В отличие от систем контроля выбросов на автомобилях с бензиновым двигателем, многие автомобили с дизельным двигателем имеют дополнительные компоненты для очистки выхлопных газов, которые уменьшают содержание твердых частиц и расщепляют опасный оксид азота (NO 9). 0173 x ) выбросы в безвредный азот и воду. Дизельное топливо является распространенным транспортным топливом, и в некоторых других вариантах топлива используются аналогичные системы и компоненты двигателя. Узнайте об альтернативных видах топлива.
Изображение в высоком разрешении
Система доочистки выхлопных газов: Эта система состоит из нескольких компонентов, которые отвечают за фильтрацию выхлопных газов двигателя в соответствии с требованиями по выбросам выхлопных газов. После того, как выхлопные газы двигателя фильтруются через дизельный сажевый фильтр (DPF) и дизельный катализатор окисления для уменьшения содержания твердых частиц, дизельная выхлопная жидкость (DEF) впрыскивается в смесь выхлопных газов, а затем путем химического преобразования восстанавливается до азота и воды. в селективном каталитическом восстановителе (SCR) перед выбросом в атмосферу через выхлопную трубу автомобиля.
Аккумулятор: Аккумулятор обеспечивает электроэнергией запуск двигателя и электронику/аксессуары автомобиля.
Наливной патрубок дизельного выхлопа: Этот порт предназначен для заполнения бака для жидкости для выхлопных газов дизельного двигателя.
Бак для жидкости для выхлопных газов (DEF): В этом баке содержится жидкость для выхлопных газов дизельных двигателей, водный раствор мочевины, который впрыскивается в поток выхлопных газов во время селективного каталитического восстановления.
Электронный блок управления (ECM): ECM управляет топливной смесью, опережением зажигания и системой выбросов; следит за работой автомобиля; защищает двигатель от небрежного обращения; и обнаруживает и устраняет проблемы.
Горловина топливного бака: Форсунка от топливораздаточной колонки присоединяется к приемнику на автомобиле для заполнения бака.
Топливопровод: Металлическая трубка или гибкий шланг (или их комбинация) подает топливо из бака в систему впрыска топлива двигателя.
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
