Автомобильный справочник

для настоящих любителей техники

Работа двигателя на сжатом природном газе

Ввиду повсеместных усилий, направленных на снижение выбросов СO₂, природный газ приобретает все большую важность в ка­честве альтернативного вида топлива для автомобилей. Сжатый природный газ (СПГ), который не следует путать со сжиженным нефтяным газом (СНГ), в основном состоит из метана. Сжиженный нефтяной газ в основ­ном состоит из пропана и бутана. Работа двигателя на сжатом природном газе несколько отличается. Вот о том как происходит работа двигателя на природном газе, мы и поговорим в этой статье.

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. В связи с более низким содержанием СO₂ в отработавших га­зах, транспортный налог на автомобили, ра­ботающие на сжатом природном газе, во многих странах снижен.

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). На автомобилях варианта «Monovalent plus», тем не менее, предусмотрен небольшой бензобак ( п омощи регулировочного винта на заводе-изготовителе.

Принцип действия модуля регулирования давления

Поток газа со стороны высокого давления че­рез регулируемую дроссельную диафрагму поступает в камеру низкого давления, в ко­торой находится мембрана. Мембрана через регулирующий стержень регулирует степень открытия дроссельной диафрагмы. Когда дав­ление в камере низкого давления понижается, мембрана прижимается пружиной к дроссель­ной диафрагме, которая открывается, позво­ляя возрастать давлению на стороне низкого давления. При повышении давления в камере низкого давления пружина дополнительно сжи­мается, и дроссельная диафрагма закрывается. Уменьшение проходного сечения дроссельной диафрагмы вызывает снижение давления на стороне низкого давления. В установившемся режиме образуется проходное сечение дроссельной диафрагмы, требуемое для создания рабочего давления, и давление в камере низкого давления остается практически постоянным.

Минимальные колебания рабочего давле­ния при изменениях нагрузки свидетельствуют об исправности регулятора давления.

Добавим газа: переводим двигатель на метан

Два разных топлива

Как известно, для двигателей внутреннего сгорания применяются два вида газового топлива: сжиженный углеводородный (он же нефтяной) газ или СУГ, а также компримированный (т.е. сжатый) природный газ или КПГ. Первый представляет собой пропан-бутановую смесь, получаемую в качестве побочного продукта при нефтедобыче, а второй на 95% состоит из метана и содержится в природе в чистом виде.

Среди автовладельцев еще распространено мнение, что пропан-бутан для транспорта использовать удобнее, чем метан, однако на сегодняшний день это оказывается уже не более чем устаревшим предубеждением. Технический прогресс не стоит на месте, и сейчас газобаллонное оборудование для метана имеет немногим большую массу и размеры баллонов, чем пропан-бутановое ГБО. Цена метанового оснащения, правда, почти вдвое выше. Однако с учетом денежной компенсации, которую предлагает «Газпром нефть» (подробности чуть далее) есть возможность за ту же сумму, что попросят за пропановое ГБО, поставить оборудование для метана – и пользоваться всеми преимуществами езды на природном газе.

Экономия во всем

По отношению к бензину коэффициент расхода пропан-бутановой смеси составляет примерно 1.15 – 1.20, в то время как для метана он равен 1, т.е. расход получается таким же. При этом цена 1 куб. м метана оказывается примерно в 2,5 раза ниже, чем стоимость эквивалентного ему 1 литра бензина Аи-95.

Кроме прямой экономии на стоимости топлива, важным моментом при использовании метана выступает экономия на расходных материалах и текущем ремонте автомобиля. Среди всех прочих видов углеводородного топлива (пропан-бутан, бензин, дизтопливо) природный газ метан оказывается наиболее «дружелюбным» по отношению к двигателю. Октановое число метана равно 120, что выше, чем у любого бензина, благодаря чему природный газ сгорает равномерно и без детонаций. Нагарообразование в двигателе при использовании метана также минимально, поскольку, в отличие от всех других видов топлива, природный газ не имеет посторонних химических примесей.

Особенно явно все достоинства метана проявляются при эксплуатации автомобиля в городском цикле, с частой сменой нагрузок «малая-средняя», что как раз и является наиболее «вредным» для двигателя. Здесь использование метана позволяет максимально продлить (до 4 раз по сравнению с бензином) срок службы такой дорогостоящей детали, как каталитический нейтрализатор (плюс датчики кислорода), и в 2-3 раза срок службы столь типичных «расходников», какими являются свечи зажигания.

Безопасность и экология

По взрыво- и пожаробезопасности метан превосходит все виды топлива, оказываясь куда более безопасным, чем дизель, бензин (!!) и еще более чем пропан-бутан. В отличие от бензина, метан не может разлиться и, испаряясь, создать взрывоопасные пары (что может происходить и при утечке тяжелого пропан-бутана). Современное метановое ГБО имеет надежную систему защиты, где блокируется утечка газа. При этом сам баллон имеет толщину стенки, рассчитанную на выдерживание давления в 200 кгс/см2, что не позволит произойти взрыву даже при серьезной аварии. Что касается безопасности для окружающей среды, автомобиль на метане уступает здесь разве что электромобилю. Благодаря своей чистоте и полноте сгорания, природный газ бережет не только двигатели, но и природу! О чем мы, сознательные граждане, тоже не должны забывать.

Второе питание

При установке ГБО расставаться навсегда с традиционным бензиновым «питанием» не придется – газобаллонное оборудование ставится параллельно штатной системе. Никаких глобальных технических переделок не потребуется – появятся только баллон и заправочный вентиль в багажном отделении, а в салоне будут установлены переключатель «газ-бензин» и датчик расхода топлива. Также, в зависимости от оборудования, такое переключение может быть реализовано автоматическим способом.

Цены на метановое ГБО низкими никогда не были, поскольку само оборудование является высокотехнологичным и достаточно высоким по себестоимости, а спрос на такое оснащение, позволяющее использовать недорогое топливо с неизменно стандартным качеством, также постоянно растет. Но сейчас есть возможность за установку метанового оборудования заплатить значительно меньше среднерыночной стоимости!

Вариант!

«Газпром нефть» продолжает свою «европейскую» акцию, которая сейчас проводится на территории Санкт-Петербурга и Ленобласти, а также Новгородской, Смоленской и Тверской областей. В рамках этого проекта, каждому автовладельцу предоставляется скидка в 26 тысяч рублей на установку ГБО плюс выдается карта с балансом в 4 тысячи рублей, которые он может расходовать на заправку своего автомобиля на метановых станциях «Газпром нефть». Их число, кстати, в 2014 году будет увеличиваться – в частности, появятся новые станции в Северо-Западном регионе.

Воспользовавшись акцией, можно получить существенную экономию уже на самом первом этапе – установке ГБО. Например, для владельца Renault Logan дооборудование машины метановым ГБО обойдется примерно в 27 500 рублей, в то время как без компенсации эта сумма составила бы 53 500 рублей. Время установки оборудования займет от нескольких часов до двух дней. При этом есть выбор ГБО от различных производителей – отечественных и зарубежных, что также дает возможность сэкономить и позволяет установить более дорогое и высококлассное оснащение.

В зависимости от производителя, на установленное оборудование действует гарантия от 1 года до 2-х лет, сам же срок службы ГБО неограничен. С техосмотром и выездом на автомобиле за границу также не возникает проблем: достаточно только проходить плановые испытания баллонов в автосервисе – один раз в пять лет для металлических баллонов и раз в три года для композитных.

Двигатели на метане

Мы можем перевести практически любой дизельный двигатель на использование метана, как газомоторного топлива.

Не ждите завтра, начинайте экономить сегодня !

Дизельный двигатель является двигателем, воспламенение топлива в котором осуществляется при нагревании от сжатия. Стандартный дизельный двигатель не может работать на газовом топливе, потому что метан обладает существенно более высокой температурой воспламенения чем дизельное топливо ( ДТ — 300-330 С, метан — 650 С) , которая не может быть достигнута при степенях сжатия, используемых в дизельных двигателях.

Второй причиной, по которой дизельный двигатель не сможет работать на газовом топливе является явление детонации, т.е. не штатного ( взрывообразного горения топлива, которое возникает при избыточной степени сжатия. Для дизельных двигателей используются степень сжатия топливо-воздушной смеси в 14-22 раза, метановый двигатель может иметь степень сжатия до 12-16 раз.

Поэтому, для перевода дизельного двигателя в газомоторный режим потребуется сделать две основных вещи:

Снизить степень сжатия двигателя

Установить искровую систему зажигания

После этих доработок Ваш двигатель будет работать только на метане. Возврат в дизельный режим возможен, только после проведения специальных работ.

Подробнее о сути выполняемых работ смотрите в разделе «Как именно осуществляется перевод дизеля на метан»

Величина Вашей экономии высчитывается как разница между затратами на 100 км пробега на дизельное топливо до конвертации двигателя и затратами на затратами на приобретение газового топлива.

Например, для грузового автомобиля Freigtleiner Cascadia средний расход дизельного топлива составлял 35 литров на 100 км, а после конвертации для работы на метнане расход газового топлива составил 42 нм3. метана. Тогда при стоимости дизельного топлива в 31 рубль 100 км. пробега изначально стоило 1085 рублей, а после конвертации при стоимости метана 11 рублей за нормальный кубический метр (нм3) 100 км пробега стало стоить 462 рубля.

Экономия составила 623 рубль на 100 км пробега или 57%. С учетом годового пробега в 100.000 км, годовая экономия составили 623.000 рубль. Стоимость установки пропана на эту машину составила 600.000 рублей. Таким образом срок окупаемости системы составил — примерно 11 месяцев.

Так же дополнительным преимуществом метана как газомоторного топлива является то, что его крайне трудно украсть и практически не возможно «слить», так как при нормальных условиях это газ. По тем же соображениям, его не возможно продать.

Расход метана после переделки дизеля в газомоторный режим может колебаться в пределах от 1.05 до 1,25 нм3 метана на литр расхода дизельного топлива ( зависит от конструкции дизеля, его изношенности и прочее ).

Примеры из нашего опыта по потреблению метана, конвертированными нами дизелями, Вы сможете прочитать в той статье.

В среднем для предварительных расчетов дизельный двигатель при работе на метане будет потреблять газомоторное топлива из расчета 1 л потребления ДТ в дизельном режиме = 1,2 нм3 метана в газомоторном режиме.

Конкретные значения экономии для Вашей машины Вы сможете получить заполнив заявку на конвертацию, нажав красную кнопку в конце этой страницы.

В странах СНГ насчитывается свыше 500 АГНКС, причем на Россию приходится больше чем 240 АГНКС.

Вы сможете посмотреть актуальную информацию по расположению и часам работы АГНКС на интерактивной карте, расположенной ниже. Карта любезно предоставлена сайтом gazmap.ru

Если в Вашем автохозяйстве будет больше 30-50 автомобилей имеет смысл рассмотреть вариант с заправкой автомобилей непосредственно в автохозяйстве с использованием передвижного автомобильного газового заправщика ( ПАГЗ ). Подробно об нашем ПАГЗЕ можно посмотреть здесь.

А если еще рядом с Вашим автохозяйством проходит газовая труба, то имеет смысл рассмотреть варианты строительства собственной АГНКС.

Просто позвоните нам и мы с удовольствием Вас проконсультируем по всем вариантам.

Метан на борту автомашины хранится в газообразном состоянии под высоким давлением в 200 атмосфер в специальных баллонах. Большой вес и размер этих баллонов является существенным негативным фактором ограничивающим использование метана как газомоторного топлива.

ООО «РАГСК» используем в своей работе высококачественные металопластиковые композитные баллоны ( Тип-2 ), сертифицированные для использования в РФ.

Внутренняя часть этих баллонов выполнена из высокопрочной хроммо-молибденовой стали, а внешняя обмотана стеклопластиком и залита эпоксидной смолой.

Для хранения 1 нм3 метана требуется 5 литров гидравлического объема баллона, т.е. например 100 литровый баллон позволяет хранить примерно 20 нм3 метана ( на самом деле чуть больше, за счет того, что метан не является идеальным газом и лучше сжимается ). Вес 1 литра гидравлического составляет примерно 0,85 кг, т.е. вес системы хранения 20 нм3 метана будет примерно 100 кг ( 85 кг это вес баллона и 15 кг вес собственно метана ).

Баллоны Типа-2 для хранения метана выглядят так:

Система хранения метана в сборе выглядит так:

На практике, обычно удается, достигнуть следующих значений пробега:

200-250 км — для микроавтобусов. Вес системы хранения — 250 кг 250-300 км — для городских автобусов среднего размера. Вес системы хранения — 450 кг 500 км — для седельных тягачей. Вес системы хранения — 900 кг

Конкретные значения пробега на метане для Вашей машины Вы сможете получить заполнив заявку на конвертацию, нажав красную кнопку в конце этой страницы.

Перевод дизельного двигателя в газовый режим потребует серьезного вмешательства в сам двигатель.

Сначала мы должны изменить степень сжатия ( зачем ? см. раздел » Как дизельный двигатель может работать на метане ?») Мы используем различные методы для этого, подбирая лучший для Вашего двигателя:

Фрезеровка поршня Прокладка под ГБЦ

Установка новых поршней Укорочение шатуна

В большей части случаев мы применяем фрезерование поршней ( см. иллюстрацию выше ).

Примерно так будут выглядеть поршни после фрезерования:

Далее мы устанавливаем системы впрыска газа через специальные форсунки и систему искрового зажигания ( зачем ? см. раздел «Как дизельный двигатель может работать на метане ?» ).

Так же мы устанавливаем ряд дополнительных датчиков и устройств ( электронную педаль газа, датчик положения коленвала, датчик количества кислорода, датчик детонации и т.п. ).

Все компоненты системы управляются электронным блоком управления (ECU).

Примерно так будет выглядеть комплект компонентов для установки на двигатель:

Для современных двигателей, оснащенных надувом это мнение ошибочно.

Высокий прочностной ресурс исходного дизельного двигателя, предназначенный для работы с степенью сжатия 16-22 раза и высокое октановое число газового топлива позволяют нам использовать степень сжатия 12-14 раз. Такая высокая степень сжатия позволяет получать те же ( и да же большие ) удельные мощности , работая на стехеометрических топливных смесях.Однако выполнение при этом норм токсичности выше ЕВРО-3 не представляется возможным, так же вырастает тепловая напряженность конвертированного двигателя.

Современные надувные дизели ( особенно с промежуточным охлаждением надувного воздуха ) позволяют работать на существенно обедненным смесях с сохранением мощности исходного дизельного двигателя, удержав тепловой режим в прежних пределах и уложившись в нормы токсичности ЕВРО-4 .

Для безнадувных дизельных двигателей мы предлагаем 2 альтернативы: или снижение рабочей мощности на 10-15% или применение системы впрыска воды в впускной коллектор с целью поддержания приемлемой рабочей температуры и достижения норм токсичности выбросов ЕВРО-4

Вид типичной зависимостей мощности от оборотов двигателя, по типам топлива:

Момент Максимальная величина крутящего момента не изменится и даже может быть немного увеличена. Однако точка достижения максимального момента сместится в сторону более высоких оборотов. Это конечно не приятно, но на практике водители практически не жалуются и быстро привыкают, особенно если имеется запас по мощности двигателя.

Радикальным решением проблемы смещения пика момента для газового двигателя является замена турбины на переразмеренную турбину специального типа с электромагнитным клапаном перепуска на высоких оборотах. Однако высокая стоимость такого решения не дает нам возможности применять его при индивидуальной конвертации.

Надежность Ресурс двигателя существенно увеличится. Так как горение газа происходит более равномерно чем дизельного топлива, степень сжатия газового двигателя меньше чем у дизельного и газ не содержит в отличие от дизельного топлива посторонних примесей.

Масло Газовые двигателя более требовательны к качеству масла. Мы рекомендуем применять качественные всесезонные масла классов SAE 15W-40, 10W-40 и менять масло не реже 10.000 км.

Если есть возможность, желательно использовать специальные масла, типа ЛУКОЙЛ ЭФФОРСЕ 4004 или Shell Mysella LA SAE 40. Это не обязательно, но с ними двигатель прослужит очень долго.

Вследствие большего содержания воды в продуктах сгорания газовоздушных смесей в газовых двигателях могут возникать проблемы водостойкости моторных масел, так же газовые двигатели более чувствительны к образованию зольных отложений в камере сгорания. Поэтому сульфатная зольность масел для газовых двигателей ограничивается более низкими значениями, а требования к гидрофобности масла повышаются.

Шум Вы будете очень удивленны! Газовый двигатель — очень тихая машина по сравнению с дизельным. Уровень шума снизится на 10-15 Дб по приборам, что соответствует в 2-3 более тихой работе по субъективным ощущениям.

Метановый газовый двигатель существенно превосходит по всем экологическим характеристикам аналогичный по мощности двигатель, работающий на дизельном топливе и уступает по уровню выбросов только электрическим и водородным двигателям.

Особенно это заметно по такому важному для крупных городов показателю как дымность. Всех горажан изрядно раздражают дымные хвосты за ЛИАЗами 🙁 На метане этого не будет, так при горение газа сажеобразование отсутствует !

Как правило экологический класс для метанового двигателя — это Евро-4 ( без использования мочевины или системы рецеркуляции газов ). Однако при установке дополнительного катализатора можно повысить экологический класс до уровня Евро-5.