autoExpert





autoExpert » СТАТЬИ » Диагностика, техн. ремонта » Газодизель: экономия на сэкономленном

Газодизель: экономия на сэкономленном

Газодизель: экономия на сэкономленном

Напрасно многие считают, что в мире нет ничего постоянного. Это совсем не так. Существует масса примеров человеческой деятельности, где стремление достичь максимально возможного результата остается неизменным на протяжении многих лет и десятилетий. К числу таких примеров без всяких сомнений можно отнести и упорное стремление перевести транспортный двигатель внутреннего сгорание на такое «диетическое» питание, при котором уровень эксплуатационных расходов враз перестанет быть раздражающим фактором. Поэтому актуальность задачи по обеспечению эффективной работы двигателя на получаемом из отходов сырья топливе едва ли когда-нибудь снизится. Ведь порукой этому является такое понятное, чисто человеческое, вечное и неистребимое желание всегда и во всем получать больше, чем потрачено. Желание, которое само по себе, конечно же, не порок. По крайней мере, до тех пор, пока оно не является порождением скупости, которая приводит к прямо противоположным результатам. Ведь известно же, что скупой платит дважды…

История вопроса

Вообще история разработок систем питания транспортных моторов сама по себе интересна и поучительна. Изначально первые конструкции двигателей внутреннего сгорания были газовыми. И причиной тому была лишь распространенность и доступность этого вида топлива, которое, как известно, в те седые времена применяли достаточно широко, вплоть до вариантов использования в качестве энергоносителя для обеспечения уличного освещения.

Первым патент получил на газовый двигатель англичанин Барнетт. Позже, в 1860 году, француз Э. Ленуар создал мотор, работающий на смеси воздуха и газа. А бензин как топливо для мотора было предложено использовать лишь через двадцать лет, когда Г. Даймлер создал именно бензиновый двигатель внутреннего сгорания.

Со временем, по мере распространения моторов на транспорте, газ уступил свое законное место более совершенному источнику энергии для автомобильных моторов - бензину. Бензиновое топливо, при сопоставимой с газом дешевизне, обладало рядом дополнительных преимуществ. Прежде всего, жидкое топливо не в пример газу гораздо легче и перевозить и хранить в автомобиле. С ним меньше хлопот при организации заправочных станций. Да и плотность энергии у бензина, все-таки выше, чем у газа. Словом, преимуществ у бензина оказалось больше настолько, что о газовом топливе для моторов автомобилей забыли прочно и надолго.

Казалось бы, прочному положению бензиновых топлив как единственному и незаменимому средству обеспечения транспорта энергией после убедительной победы над газом ничего уже не угрожало. И, возможно, так бы оно и было, если бы не… угольные магнаты. Владельцам угольных концернов и шахт перспектива оказаться за бортом в деле обеспечения топливом такой перспективной отрасли как автомобильная не понравилась. Отдавать на откуп столь актуальный рынок сбыта нефтяникам без боя никто и не собирался. Именно по этой причине угольщики финансировали исследовательскую деятельность по поиску вариантов применения в автомобильном двигателе топлива, получаемого из угля. Среди прочих проектов в списках перспективных разработчиков оказался и незабвенный Рудольф Дизель.

Конечно, если бы поставленная владельцами месторождений угля задача была Дизелем выполнена полностью, то, возможно сегодня большинство автомобилей вместо отмеряемого литрами бензина обходились бы парой лопат угля. Однако, к удовольствию нефтяников и явному огорчению угольщиков, наиболее перспективный проект адаптации двигателя к питанию угольным топливом оказался на руку именно владельцам нефтяных вышек. Результатом работ Дизеля стал двигатель с воспламенением топливной смеси от сжатия. Но сжатия нефтяного топлива, а не угольной пыли, например. К полному разочарованию заказчиков.

Так или иначе, но проект Дизеля открыл перед нефтяным топливом еще большие перспективы. Дело в том, что при переработке нефти из тонны исходного сырья массовый выход в виде дизельного топлива существенно выше, чем выход бензинов. Благодаря этому новые на то время конструкции дизельных моторов при своей эксплуатации требовали существенно меньших расходов, чем бензиновые аналоги. Рынок разделился, но без участия угольных компаний. Нефтяники стали основными поставщиками топлива и для сегмента рынка рабочей техники, и для легковых автомобилей.

По мере развития транспорта, (а главное, увеличения количества автомобилей, находящихся в эксплуатации) деятельность нефтяников в качестве монополистов в деле обеспечения транспортной техники топливом начала давать сбои. В экономике многих (особенно зажиточных стран) такое явление как топливный кризис стало неизбежным и регулярным. Вопреки всевозможным стараниям политиков и государственных мужей всех масштабов, проблема с обеспечением топливом не является исключением ни для кого в мире в тех странах, где автомобиль - основное средство передвижения. Понятно, что мириться с таким положением дел неприемлемо ни с точки зрения государства, ни с точки зрения рядового пользователя транспортом. И по этой причине время от времени в мире объявляются крестовые походы против зависимости станового хребта мировой экономики - транспорта от нефтяных видов топлива. К слову сказать, свидетелями объявления именно такого крестового похода все мы были сравнительно недавно, когда администрация Буша в Америке объявила о крупномасштабном финансировании проектов моторов на водородном топливе. И, скорее всего, вскоре быть нам и свидетелями окончания этого крестового похода. Проекта, результативность которого едва ли превысит достигнутый угольными монополистами в борьбе с нефтяными магнатами уровень успеха.

Говорят, что история развития общества движется по спирали. Возможно, этого позорного явления (когда шаг вперед - два назад) и не было бы, если бы не устойчивая привычка некоторых деятелей наступать на одни и те же грабли дважды. Если бы из каждой неудачи на пути прогресса делались правильные выводы, то, скорее всего, развитие общества выглядело бы как идеально ровная прямая с неизменным вектором.

Газодизель: экономия на сэкономленном

Основные агрегаты системы ГД КПИ для двигателя ЯМЗ-238
1-редуктор-регулятор; 2-диффузор; 3-КПС; 4-МУЗД;
5-газовая форсунка; 6-фильтр пневматический;
7-крышка смотрового люка ТНВД; 8-модуль соединительный


Стремление использовать уголь в виде топлива во времена борьбы угольных компаний с нефтяными за перспективный рынок сбыта, объявление всеобщей "водородизации" всех моторов - это явления одного порядка. И для случая с водородом, и для случая с угольным топливом характерно то, что настоящей альтернативе в деле снижения зависимости транспорта от нефтяного топлива - газу, внимания уделяется крайне мало.

Перспективы развития

В самом деле, ведь достигнутый на сегодняшний день уровень развития технологий снимает с повестки дня такие ранее важные аргументы в пользу отказа от газовых топлив на транспорте, как сложность заправки и хранения, и низкая энергоотдача. И уж, коль это так, то, что мешает и производителям техники, и операторам инфраструктуры ее обслуживания сделать основной упор на развитие газового направления вместо призывов к борьбе за светлое водородное будущее под слоганом "…мы за ценой не постоим…". Тем более что за ценой "не постоять" придется тем, кто эксплуатирует моторы. Неужели такое простое и очевидное решение, как возврат к широкомасштабному применению ранее известного энергоносителя не является очевидным?

А как обстоят дела с перспективным газовым топливом хотя бы у нас, в Украине, известной своей энергетической зависимостью от стран-соседей? На самом деле, очень и очень неплохо. Неразведанные запасы природного газа в Украине составляют 5 триллионов кубометров. При этом разведанными являются свыше 1 триллиона кубометров. Ежегодную добычу голубого топлива лишь за несколько лет можно увеличить в полтора раза. Наиболее перспективными в плане поисково-разведывательных работ остаются центр, юг и запад страны. Первое место в перечне перспективной добычи голубого топлива занимает Донецко-Днепровская впадина. Второе - шельф Черного и Азовского морей. Карпатский регион - занимает третье место. Потенциал недр Украины позволяет увеличить разведанные запасы углеводного сырья на 80-90%. Притом, что потребности Украины в природном газе оцениваются на уровне 76 миллиардов кубометров в год, на сегодня собственная добыча составляет около 20 миллиардов кубометров, еще 56 импортируется.

В таких условиях, когда недостаток или дороговизна нефтяных топлив в Украине с успехом может компенсироваться собственным газовым топливом, игнорировать направление развития транспортных двигателей в сторону полномасштабного перехода на газ не только не разумно, но и преступно.

Очевидно, что при таких (и это только разведанных) запасах газового топлива топливные кризисы Украине не грозили бы вообще, будь украинское государство в этом заинтересовано. Тем более что отечественные специалисты обладают всеми навыками и возможностями для того, чтобы обеспечить возможность полномасштабной эксплуатации автомобилей на газу.

По сравнению с технологией применения газа на бензиновых двигателях, о перспективах применения этого вида топлива на дизельных моторах говорят не часто. И совершенно напрасно. Ведь большинство моторов рабочих машин, в том числе и многообъемных, с высоким показателем расхода топлива, именно дизельные. В связи с тем, что экономия топлива на этих агрегатах дает наиболее ощутимый результат, интерес к применению газа на дизелях должен был бы быть наибольшим. Тем более что результат этот есть уже сегодня. Да, дизель может эффективно работать на газовом топливе. И изменить его конструкцию с этой целью несложно.

Принципы и варианты модернизации

Переоборудовать на газовое топливо, пропан или метан, дизельный двигатель несложно. Для этого надо изменить систему питания дизеля. С этой целью топливную аппаратуру с дизельного двигателя демонтируют, а вместо нее устанавливают систему зажигания. Форсунки уступают место свечам зажигания. Автомобиль комплектуется газобаллонным оборудованием, где газ посредством дозатора подается во впускной коллектор. Все эти доработки необходимы в связи с тем, что газ не воспламеняется от сжатия, как дизельное топливо. Температура самовоспламенения газа намного выше температуры самовоспламенения у дизельного топлива примерно в два раза (около 700°С у газа, 320-380°C у дизтоплива). Стандартный дизельный двигатель работать на газе без доработок не сможет из-за того, что нагрева воздуха в его цилиндрах при сжатии недостаточно для обеспечения самовозгорания топлива.

Газодизель: экономия на сэкономленном

Установка системы ГД КПИ на автомобиле КрАЗ-256 (двигатель ЯМЗ-238М2)

Октановое число у метана имеет показатель 120, поэтому степень сжатия дизеля для газа будет слишком высокой. Двигатель, переделанный сугубо таким образом, проработает очень недолго и разрушится от детонации. Чтобы исключить разрушительную детонацию кроме изменений в системе питания и зажигания необходимо также снизить дизельную степень сжатия до 12-14. Сделать это несложно путем выборки металла на днищах поршней или в камерах сгорания головки блока (или и там, и там). А если этого окажется недостаточно, можно использовать дополнительные прокладки в головке блока цилиндров.

Результатом подобной модернизации является газовый двигатель, полученный из дизеля. Для него будет свойственен повышенный ресурс, как, впрочем, и увеличенные массогабаритные показатели. По большому счету этот двигатель ничем не отличается от доработанного под использование газа (за счет увеличения степени сжатия до 12-14) бензинового мотора. Однако в таком варианте исполнения двигатель будет работать только на природном газе. О дизельном топливе придется позабыть вообще.

Гораздо более перспективным является иной вариант модернизации дизеля с целью обеспечения возможности использования газового топлива без потерь возможностей его эксплуатации на дизельном топливе. Парадоксально, но в этом случае сложные изменения конструкции дизельного мотора не нужны.

При изменении обычного дизеля для работы на смеси дизельного топлива и метана он становится газодизельным. Газодизельным процессом сгорания принято называть такой способ сгорания дизельного топлива и природного газа одновременно, когда газовоздушная смесь воспламеняется принудительно от небольшой горящей дозы дизельного топлива. Этот способ воспламенения газового топлива дозой жидкого топлива запатентовал Р. Дизель еще в 1898 году. Однако практическое применение этот способ нашел только с 1938 г., главным образом на стационарных двигателях.

Часть дизельного топлива в свежем топливном заряде называют запальной дозой. Подаваемая в конце такта сжатия, именно она воспламеняется и поджигает газовоздушную смесь, поступающую в цилиндры на такте впуска. По сути, запальная доза и инициирует непосредственно сам процесс сгорания, выполняя функцию либо свечи зажигания (для бензиновых моторов), либо высокой температуры сжатия (для дизелей). Запальная доза для газифицированных быстроходных дизелей автомобилей составляет 15-30% от обычной порции солярки (в зависимости от ГБО, типа двигателя и его состояния). И это именно то количество, которое, самовоспламенившись, гарантированно воспламенит в цилиндрах газовоздушную смесь.

Несомненным преимуществом газодизельного мотора является в то, что работа в газодизельном режиме не исключает возможность эксплуатации этого двигателя на дизтопливе. При работе же в режиме газодизеля, когда 70-85% топлива составляет природный газ, у этого мотора полностью исчезает свойственный ему черный дым. Взамен 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, газодизель, по сравнению с обычным дизельным двигателем, обладает повышенным моторесурсом (из-за уменьшения отложений на деталях цилиндропоршневой группы) и увеличенным сроком пригодности моторного масла.

Для доработки дизеля в газодизель необходима 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. Однако при решении этой задачи модернизировать для работы на газе таким образом можно любой дизельный мотор, без ограничений.

Грузовики с газодизельными двигателями далеко не новость и не необычная диковинка. Начиная с 1987 г. Камский автозавод выпускал модели "53208", "53217", "53218" и "53219" с атмосферными газодизельными двигателями КамАЗ-7409.10. Проводились работы и по доводке турбодизеля КамАЗ-7403 для работы на бинарном топливе. Однако с исчезновением СССР работы в этом направлении были практически остановлены.

Газодизель в Украине. Наше время

На фоне всеобщей убежденности дилетантов в тотальной отсталости отечественной школы транспортного двигателестроения говорить об успехах украинских разработчиков в освоении нового перспективного направления непросто. Тем не менее, благодаря тому, что факты - вещь упрямая, делать это не только можно, но и необходимо.

Работы по газодизелю проводились в Украине еще с советских времен. В Киевском транспортном университете под руководством покойного ныне профессора К.Е. Долганова группой специалистов был создан первый украинский газодизельный двигатель, предназначенный для повседневной эксплуатации. Однако развить этот безусловный успех в те годы не удалось. Отчасти из-за отсутствия внимания к разработке тех, кому это положено по должности. Отчасти из-за высокой степени сложности и немалой стоимости системы.

Однако уже в 2003 году специалисты Киевского политехнического института в ходе работ по оптимизации газодизеля сумели найти верное техническое решение. Исследовательская группа под руководством профессора Николая Дикого при участии ведущего специалиста Валерия Петренко внесли в базовую конструкцию системы газодизеля ряд новшеств, благодаря которым удалось существенно улучшить основные технические параметры и открыть перспективу к действительно массовому применению газодизеля.

Вновь разработанная газодизельная система питания и регулирования ГД КПИ предназначена для переоборудования транспортных дизелей в газодизели в условиях автотранспортных предприятий. Эта система обеспечивает работу дизельных двигателей на смеси дизельного топлива и сжатого природного газа (СПГ) по газодизельному циклу с сохранением стандартной топливной системы. Автомобиль, оснащенный этой газодизельной системой питания, рассчитан на эксплуатацию в тех же условиях, что и серийный.

Новая система обладает рядом следующих преимуществ:

- Сохранение всережимности регулирования частоты вращения коленвала двигателя при работе как по дизельному, так и по газодизельному циклам. Это необходимо для большегрузных автомобилей и тракторов, работающих в тяжелых условиях резкого изменения нагрузок.
- Дозирование подачи газа за счет переменного избыточного давления (в зависимости от режима работы газодизеля) на выходе из редуктора регулятора:

- исключена необходимость установки дозатора газа в качестве дополнительного агрегата;
- повышена точность дозирования газа;

- упрощен подвод газа после компрессора в двигателях с наддувом;

- скорость истечения газа в 2-4 раза превышает скорость потока воздуха, это улучшает турбулизацию, обеспечивает высокую однородность газовоздушной смеси, что оптимизирует работу двигателя.

Данные преимущества являются результатом изменений, внесенных группой разработчиков в принципиальную схему газодизеля. Характерные особенности разработки заключаются в следующем:

- сохранение всережимности регулирования частоты вращения при работе двигателя в газодизельном режиме;
- подача газа в опускной коллектор под избыточным давлением;

- дозирование расхода топливного газа осуществляется за счет изменения его давления на выходе редуктора-регулятора (отсутствует дозатор газа).

Газодизельная система ГД КПИ защищена патентом Украины, ее применение согласовано с ГП "ГосавтотрансНИИпроект". В настоящее время успешно освоены и предложены для рынка комплекты аппаратуры для безнаддувных двигателей Ярославского моторного завода (ЯМЗ-236.238.240). Разрабатываются и внедряются модификации системы для применения на двигателях других производителей, в частности, заканчиваются испытания одной из модификаций системы для двигателей все того же КамАЗа. Газодизельные системы успешно применяются на карьерных самосвалах "БелАЗ", принося их владельцам немалую прибыль. Так что в данном случае уже можно говорить о новой системе как о вполне состоявшейся разработке, на деле доказавшей свое право на существование и развитие.

Рассказ об украинской разработке не был бы полным без указания о том, благодаря чьей поддержке и всестороннему участию проект состоялся в полном объеме. Отечественная компания ЧП "МРИЯ-ИМПЕКС", многие годы успешно работающая на рынке средств модернизации и газификации транспортных моторов и заинтересованная в расширении перспектив своего развития, стала ключевым фактором сегодняшнего успеха украинских двигателестроителей. Этот классический пример сотрудничества действующего оператора рынка и украинских ученых убедительно демонстрирует, что тема инновационных проектов в Украине ничуть не менее привлекательна и актуальна, чем в других промышленно развитых странах.

Собирая остатки

Среди прочего, заинтересованность потребителей в широкомасштабном использовании сжатого и сжиженного газа определяется определенным соотношением цен на топлива. Высокий спрос на газификацию автомобилей неизбежен тогда, когда цена пропан-бутана не превышает половину стоимости дизтоплива, а метан и вовсе вдвое дешевле. Сегодня тенденция постоянного роста цен на нефтяное топливо очевидна. Скорее всего, такое положение дел будет оставаться неизменным и в будущем. Поэтому даже при существующих сегодня ценах на оборудование можно уверенно говорить о крайней перспективности такого направления деятельности, как перевод дизельных двигателей на газ. Из-за того, что цены эти отнюдь немалы, переводить на газовое питание дизельные легковушки с их относительно небольшим расходом топлива пока не слишком актуально. В этом случае срок окупаемости дополнительного оборудования растянется до 6-7 лет при годовом пробеге 15 тыс. км.

Но уже сегодня ГБО газодизеля перспективно использовать на большегрузных дизельных автомобилях с большим суточным пробегом. Оправдана и экономическая целесообразность установки такого ГБО на средние и легкие дизеля грузовиков. При большом годовом пробеге (не менее 45-50 тыс. км) газодизельное оборудование успешно решает задачу по снижению эксплуатационных затрат.

Перевод дизельного двигателя на двухтопливное питание (недорогое дизельное топливо и еще более дешевый газ) является очередным примером решения задачи по экономии на сэкономленном. Что поделать, но пока именно такой подход, принцип "собирания остатков", является парадигмой современного транспортного двигателестроения. Парадигмой, основанной скорее на инерции инженерной мысли, нежели на стремлении к коренному изменению ситуации.

По этому поводу полезно вспомнить утверждение известного ученого Э. де Боно. Невозможно, говорил он, вырыть яму на новом месте, углубляя старую. Если яма вырыта не там где надо, то никакие ухищрения не смогут перенести ее на другое место. И хотя об этом известно любому землекопу, все же люди предпочитают разрабатывать старые раскопки вместо того, чтобы разрабатывать новые

Идея газодизеля, известная еще со времен Рудольфа Дизеля, вне всяких сомнений в наше высокотехнологичное время способна принести, и приносит несомненные экономические дивиденды. Модернизированные под использование газа варианты дизельных двигателей хоть и постепенно, но прочно входят в обычную практику эксплуатации. И эту тенденцию нельзя не приветствовать. Как, впрочем, тут же нельзя не сожалеть о том, что при всем нынешнем обилии технологических возможностей психологически двигателестроители готовы лишь к работе с идеями без малого столетнего возраста. Поэтому пока большие результаты в двигателестроении остаются невостребованными, разработки, аналогичные газодизелю были, есть и будут оставаться актуальными и востребованными. Ведь хотя старый конь глубоко и не пашет, зато он точно борозды не испортит…

Андрей Ильчук
Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
 (голосов: 1)


Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.

Архив

Февраль 2018 (21)
Январь 2018 (10)
Декабрь 2017 (26)
Ноябрь 2017 (28)
Октябрь 2017 (26)
Сентябрь 2017 (26)


Для размещения рекламы обращайтесь в рекламный
отдел по телефону:

+38 (067) 537-82-42