Инновационные технологии и оборудование в сфере использования газа как моторного топлива

Передовые разработки в области использования газа на транспорте продемонстрируют как отечественные, так и зарубежные производители. В настоящее время в мире эксплуатируется свыше 9,5 млн. газомоторных транспортных средств, работает более 14,5 тыс. газовых заправочных станций. Россия занимает только 12 место в мире по численности парка газобаллонных автомобилей (ГБА)., хотя использование газового топлива обеспечивает: снижение выбросов в атмосферу соединений CO и CH в 2-6 раз; снижение уровня шума; уменьшение затрат на горючее и смену масла в 2 и более раза; увеличение ресурса работы двигателя в 1,5-2 раза.

Россия является крупнейшей газовой державой мира, на ее долю приходится почти 40% разведаных запасов природного газа, а ее автотранспорт продолжает на 98% процентов зависеть от нефти. Заметный рост автомобильного парка в России привел к существенному увеличению загрязнения атмосферы вредными веществами. В большинстве городов нашей страны с населением более 250 тыс. жителей выхлопные газы автотранспорта составляют свыше 60% от общего объема вредоносных выбросов, а в основных промышленных центрах этот показатель достигает 70 и более процентов. Это оказывает отрицательное влияние на здоровье горожан, подталкивая автопроизводителей и автотранспортников к использованию более экологически «чистых» видов топлива. [8]

В настоящее время на территории России ежегодное потребление бензинов различных сортов составляет свыше 13 млн. т и дизельного топлива - более 45 млн. т. В результате их сжигания в двигателях автотранспортных средств в атмосферу выбрасывается 11,8 млн. т вредных веществ.

Снизить вредное воздействие на окружающую среду автотранспортными средствами отечественного производства можно, например, за счет улучшения моторных топлив и совершенствования двигателестроения. Этот путь долгий и высокозатратный. Наиболее коротким и эффективным решением коренного улучшения экологической ситуации является перевод автомобильного транспорта на газомоторное топливо, что позволит сократить выбросы в атмосферу окислов углерода в 3-4 раза, на 15-20%-окислов азота, в 8-10 раз снизить дымность отработавших газов дизельных двигателей.

Анализ газобаллонного оборудования и газотопливной аппаратуры показывает, что данные устройства в своем развитии прошли несколько этапов. Довольно широко распространение получили системы первого поколения (первого уровня сложности) эжекционного типа с внешним смесеобразованием для двигателей с искровым зажиганием и для двигателей, конвертированных для работы по газодизельному и газовому циклу. Они являются механическими, работают по принципу элементарного карбюратора, имеют много недостатков и ограничений с точки зрения обеспечения оптимального состава смеси и тем более соответствия требованиям экологических норм. Присутствие в этих устройствах электромеханических элементов позволяют лишь частично повысить смесеобразование и добиться улучшения мощностных и экологических показателей на отдельных режимах. Системы первого поколения используются еще на значительном числе карбюраторных двигателей легковых и грузовых автомобилей. Их электронные элементы не влияют на формирование рабочей смеси и не участвуют в организации рабочего процесса двигателя. Обеспечить современные требования по вопросам вредных веществ в отработавших газах эжекционные системы не в состоянии. [3]

Частично недостатки, присущие этим устройствам, решаются системами второго уровня сложности. Их основной отличительной особенностью является наличие простейшего электронного блока управления, выполняющие функции контроля за состоянием работы двигателя (лямбда-датчик, датчик положения дроссельной заслонки, датчик оборотов коленвала двигателя) и регулирования количества подаваемого газа. Остальные элементы газовой системы питания те же, что и в системах первого поколения, - баллон, редуктор, клапанная аппаратура. Количество газа, подаваемого в смеситель, регулируется электронным дозатором газа, управляемым сигналами электронного блока. Для регулировки и настройки может использоваться тестер или компьютер. При этом можно задать тип датчика, настроить обороты холостого хода, чувствительность электронного дозатора, алгоритм перехода на газ (автоматический). [8]

Системы третьего поколения, предназначенные для инжекторных автомобилей, используют более совершенный алгоритм управления подачей газа, распределенный впрыск через форсунки открытого типа или фазированный фазированный через электромагнитные форсунки с регулируемым временем открытия. Для формирования алгоритма подачи газа используются показания штатных датчиков инжекторной системы питания, сигналы от штатных датчиков необходимо отключить от топливной системы и направить в контроллер газовой системы питания. Бензиновые форсунки так же отключаются. Подобные устройства позволяют с высокой степенью точности сформировать подачу газа и направлять его непосредственно во впускной патрубок каждого цилиндра. Системы сложны в монтаже, но обеспечивают высокие мощностные и экологические показатели.

Системы четвертого поколения практически лишены недостатков, присущие системам третьего поколения, легко встраиваются в современные инжекторные двигатели, не нарушая работы контроллера, в газовом режиме используется сигнал, подаваемый на форсунки. Изменение величины открытия бензиновой форсунки в каждый момент времени в течении рабочего процесса модифицируется в необходимое время открытия газовой форсунки согласно оборотам, температуре, сигналам датчиков газовой системы и требуемой нагрузке. Алгоритмы управления системой зажигания остаются теми же, что и на бензине, и не учитывают характерных особенностей работы для газообразных видов топлива. Последние тенденции развития систем четвертого поколения вылились в разработку более совершенных форсунок, объединенный в единый блок (рампу) и подающий газ через рукав и жиклер. После редуктора перед газовой рампой устанавливают фильтр.

Система впрыска газа под высоким давлением в цилиндры двигателя или в зону впускного клапана можно так же отнести к системам четвертого поколения. Для создания высокого давления и обеспечения стабилизированной подачи используется насос высокого давления, устанавливаемый в баллоне в системах, работающих на пропан-бутане. Газ под избыточным давлением постоянно подкачивается через рампу газовых форсунок, исключая тем самым образование паровых пробок. Работа двигателя на газе происходит даже с некоторым увеличением мощности, охлаждение впускного воздуха (при расширении компримированного газа или при испарении пропан-бутана, подаваемого в жидкой фазе) и создает эффект наддува. Впрыск газа под давлением требует обеспечения более точных цикловых подач газового топлива, более высоких требований к составу газового топлива к чистоте, конденсату и наличию посторонних примесей. Системы с поддачей газа непосредственно в цилиндры двигателя в конце такта сжатия позволяют добиться еще более высоких мощностных и экологических показателей.