Дизельный двигатель на метане

Содержание:
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.

Для перевода дизельного двигателя в газомоторный режим существует два способа:

1. Полная переделка мотора под систему электрического/искрового зажигания (доработка ЦПГ, ГРМ, ГБЦ, изменение степени сжатия из-за возможной детонации), где газ будет воспламеняться от свечей. Технические изменения будут безвозвратными и полностью исключат возможность использования Д/Т. Это очень дорогое изменение, которое потребует не только привлечения высокооплачиваемых профессионалов, но и проведения сложных инженерных расчётов. На частном транспорте такое делается крайне редко. Наиболее удачные примеры – только заводского производства газовых моторов (КамАЗ, Скания, ЯМЗ, Ивеко), которые работают только на метане.

2. Модернизация транспортного средства путём установки допоборудования, после чего появляется возможность использования двух видов топлива, солярки и газа, так называемая система Dual Fuel или газодизель. Это наиболее востребованный и экономически оправданный способ, не требует проводить безвозвратные изменения в системе. На одном лишь газу такой автомобиль работать не может.

Также существуют заводские модели газодизелей на метане. Например VOLVO (Вольво) FH/FM и КамАЗ 5490 NEO с силовой установкой Mercedes-Benz. Но такие машины пока не получили широкого применения.

Принцип работы газодизельного двигателя 

Переход на газовое топливо осуществляется при помощи переключателя из салона авто после прогрева мотора, либо автоматически. Управляется процесс подачи газа электронным блоком управления ГБО установки.

Газ на дизельный двигатель подаётся дозированно с помощью форсунок во впускной коллектор. Откуда смешиваясь с воздухом, на такте впуска, он поступает в цилиндры через впускные клапаны. Затем в сжатую поршнем газовоздушную смесь (такт сжатия) распыляется дизельное топливо, где из-за давления и температуры происходит взрыв. Д/т здесь выступает как запал, так как температура возгорания газа выше солярки и сам он не может воспламениться.





На каком топливе может работать газодизельный двигатель 

Переделать мотор на систему двойного топлива можно только под конкретный вид газа. Либо это будет метан, либо – пропан-бутановая смесь.

Сделать дизель на метане дороже, но он будет работать с лучшим экономическим эффектом, чем вариант с пропаном. К тому же метан дешевле. При подаче пропана на дизель вклад в общий расход горючего не будет превышать 30-50%. А вот долю потребления метановой компоненты можно увеличить до 80%. Всё зависит от режима работы ДВС, где учитываются:

• скорость автомобиля;
• время года (лето, зима);
• нагрузка на ТС;
• рельеф местности (горы, равнина);
• давление и температура газа;
• с турбонаддувом дизель или нет.

Преимущества и недостатки перевода дизеля на газ 

Главным достоинством установки ГБО для метана, или пропан-бутановой смеси на дизельный двигатель является снижение расходов на топливо от 10-50%. Кроме того:

• происходит увеличение КПД, ресурса мотора. При этом мощность и крутящий момент остаются прежними, либо возрастают, в отдельных случаях, на 5-25%;
• повышается срок службы штатной топливной системы в 1,5-2 раза (большой плюс для систем Common Rail);
• снижаются вредные выбросы выхлопа (дымность);
• двигатель на газу работает мягче, снижается его шумность;
• понижение нагара, отложений в цилиндрах, камерах сгорания, сажевых фильтрах;
• сокращаются расходы на замену моторного масла;
• увеличивается пробег ТС при двухтопливном режиме движения;
• не требуются переделки ДВС.

Из серьёзных недостатков:

• высокая стоимость переоборудования;
• увеличение времени и затрат на обслуживание, настройку, ремонт системы;
• поиск мест крепления баллонов, сокращение полезного объёма из-за них;
повышение веса транспортного средства.

Газодизель на метане и на пропан-бутане

При ненадлежащем соблюдении технологии переоборудования, (например, неправильная установка или отсутствие датчика температуры на выпускном коллекторе) может ощутимо возрасти износ силовой установки. Так как в камере сгорания и выпускной системе при взрыве газовоздушной смеси и дизтоплива начинает образовываться высокая температура.

Дизеля которые можно переоборудовать под газ 

Любой двигатель на дизтопливе можно переделать под использование газа в качестве дополнительной составляющей. Не имеет значение, какой тип топливной системы применяется базово, механический топливный насос высокого давления (ТНВД), насос-форсунки или рампа/рейка «Коммон рейл». Также с бортовой сетью 12/24 V. С турбиной или атмосферный.



При этом расходы на модернизацию легкового автомобиля будут значительно меньше затрат на переделку мотора грузового автомобиля, из-за количества устанавливаемых баллонов, крепежа и мультиклапанов к ним или вентилей в случае с метаном. Также для двигателей с большим объёмом применяют 2 газовых редуктора.



Разной у них будет и окупаемость. Чем выше расход солярки, тем ощутимее экономия от использования газа. Для легковых машин с небольшим ежедневным пробегом окупаемость затрат на установку ГБО растягивается на долгие годы. В этом смысле больше выигрывает коммерческий автотранспорт, совершающий длительные регулярные рейсы. Период окупаемости таких машин 3-12 месяцев.

Также ответ на вопрос о том, выгодно ли переводить на альтернативный вид топлива или лучше и экономичнее оставить «чистый» дизель, зависит от характера эксплуатации автотранспорта.

Отличие комплектаций ГБО для дизельного и бензинового моторов 

В целом, основное отличие установки ГБО на дизельный мотор от бензинового мотора – применение специального блока электронного управления (ЭБУ для дизтоплива) и размещение температурных датчиков на выпускном коллекторе, для контроля и исключения перегрева деталей мотора.

Кроме того на ТС где используется ТНВД механического типа, устанавливается электромеханический актуатор, который ограничивает подачу дизельного топлива. В современных системах эта функция реализовывается эмуляцией сигналов электронной педали газа.

Можно ли дизель перевести на газ своими руками? 

Поставить самому все дополнительные устройства на дизельный силовой агрегат невозможно без наличия серьёзной инструментальной базы в личном подсобном хозяйстве, или гараже. Наиболее трудоёмкими операциями являются:

• Подключение газового оборудования.
• Адаптация/синхронизация штатной топливной системы.
• Установка контрольно-измерительной аппаратуры и электроники.

К тому же потребуется специальное программное обеспечение для настройки и регулировки системы. Но при наличии большого желания, переоборудование возможно.

Важно не забывать об обязательной регистрации дополнительной топливной установки, что является не быстрой процедурой. Где также потребуются соответствующие документы от СТО.

Изменятся ли характеристики двигателя при работе на метане? 

Мощность. Есть расхожее мнение, что на метане двигатель теряет в мощности до 25%. Это мнение справедливо для двухтопливных «бензин-газ» двигателей и отчасти справедливо для дизельных безнадувных двигателей. 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.

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 удивлены! 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.



Какой пробег будет на одной заправке метаном? 

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:



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.

Какую экономию я смогу получить? 

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 ).

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.

ГАЗ на дизель (дизельный двигатель). Принцип работы, плюсы и минусы - видео