Преимущества и недостатки газовых двигателей. Газовый двигатель внутреннего сгорания – меняет ли топливо принцип действия? Основные преимущества газобаллонного оборудования

ДВИГАТЕЛИ ГАЗОВЫЕ , двигатели внутреннего сгорания, работающие на газообразном топливе (естественном или генераторном), которое, перемешиваясь с воздухом до поступления в рабочий цилиндр, образует горючую смесь.

Различая эти двигатели по роду потребляемого топлива, необходимо отметить громадное значение двигателей газовых, работающих на колошниковых газах доменного процесса, т. к., несмотря на сравнительную калориметрическую бедность этих газов, общее количество их тепловой энергии очень велико: в одной только Германии, по современным данным, выплавляется в год около 12 млн. т. чугуна, а так как потребление кокса составляет в среднем 1 тонну на каждую тонну чугуна, то выход колошникового газа в Германии достигает 45 млрд. м 3 в год. Двигатели газовые, работающие на колошниковых газах, не являются, конечно, исключительными потребителями этой огромной энергии, т. к. наряду с ними весьма большое распространение имеют и паросиловые установки, но в настоящее время двигатели газовые несомненно количественно преобладают, несмотря на весьма высокие первоначальные затраты.

Современная паровая турбина, благодаря очень высокой утилизации тепла, является серьезным конкурентом двигателей газовых, так как основное преимущество последних - высокий КПД - немногим превосходит КПД современной турбины. Выбор того или иного типа силового хозяйства м. б. решен лишь на основании реальных местных факторов. Своим развитием двигатели газовые обязаны тому, что для их работы могут быть использованы в качестве топлива различные сорта дешевых газов.

Двигатели газовые начинают появляться в России немногим позже, чем за границей. Пионером их применения явилась металлургическая промышленность юга России (Днепровский завод - 1902 г. и Петровский завод) и Урала (Надеждинский завод - 1904 г. и Кыштымский завод); металлургическая же промышленность и осталась главным потребителем этих машин. Подавляющее большинство двигателей газовых работает на колошниковом газе и имеет своим назначением обслуживание главным образом воздуходувок и генераторов переменного и постоянного тока. Общая мощность газовых двигателей, установленных до сих пор в СССР, (по данным проф. Д.Д. Филиппова) выражается величиной в 100000 НР.

Конструкция двигателей газовых за 30 лет ее развития нашла свои установившиеся формы, по крайней мере у старейших фирм. Так, MAN, Deutz, Thyssen, Korting, Krupp, Tosi, Societe Cockerille строят горизонтальные четырехтактные двигатели с цилиндрами двойного действия тендем; лишь три крупных фирмы (Guldner, Lokom.-u. Maschinenfabrik и National) применяют вертикальную конструкцию, ограничиваясь, впрочем, сравнительно небольшими мощностями. На фиг. 1 показана конструктивная схема двухтактного двигателя фирмы Maschinen-A.-G. v. Klein; поршни n, n охлаждаются водой; впуском в цилиндр управляют клапаны к, к; выпуском - продувочные окна о, о. Несмотря на ряд общеизвестных преимуществ вертикального типа (меньшее трение поршней, лучшее уравновешивание и т. д.), горизонтальная конструкция двигателей газовых получила почти исключительное распространение. Это объясняется тем, что условия эксплуатации двигателей газовых требуют частой переборки и чистки клапанов, и доступность частей в горизонтальных машинах значительно сокращает простой. Кроме того, твердые образования в продуктах горения и механические негорючие загрязнения газа, скопляясь в нижней части цилиндра, легче выдуваются выхлопными газами. Немаловажными преимуществами являются также возможность расположения горизонтальных двигателей в сравнительно низких помещениях и удобство общего наблюдения. Поэтому в настоящее время горизонтальные машины получили исключительную монополию на большие мощности.

Что касается преобладания четырехтактного типа машин, то это надо объяснить большей их экономичностью, ибо необходимая ровная, безвихревая продувка двухтактных двигателей далеко не всегда осуществляется, следствием чего является недостаточная очистка или утечка газа через выхлопные органы двигателя.

Современная конструкция в основном лишь немногим отличается от старой, тогда как детали претерпели в течение ряда лет весьма серьезные конструктивные изменения. Эти изменения имели целью достижение большей простоты и взаимозаменяемости деталей и были обусловлены соответственным выбором материала. Стальное литье для цилиндров не нашло себе применения вследствие сложности формы и больших тепловых удлинений стали. Напротив, поршни всех диаметров с большим успехом отливаются в настоящее время из стали. Следует, впрочем, отметить, что из стали отливают только т. н. нетрущиеся поршни, в то время как материалом для остальных служит чугун. Введение в обиход нетрущихся стальных поршней повлекло за собою усложнение обработки поршневых штоков. Оси последних придается форма, примерно соответствующая очертанию упругой линии нагруженного поршнем штока, подпертого с двух сторон ползунами. В монтированной машине такой гнутый шток прогибается под действием веса поршня и принимает прямолинейное очертание, предохраняя так. обр., поршень от соприкосновения со стенками цилиндра (трутся только уплотнительные кольца). Точное центрирование штока относительно оси цилиндра имеет большое значение для сохранения уплотнений в крышках цилиндров. Тигельную сталь, шедшую раньше на поделку поршневых штоков, удалось с успехом заменить более дешевой, тщательно прокованной мартеновской сталью. Переконструирована также и рама, отливаемая из нескольких частей. Для двигателей больших мощностей цилиндры (фиг. 2) отливаются разъемными по сечению АБ, с водяной рубашкой рр большой емкости. Материал – мягкий и вязкий чугун. В середину цилиндра загоняется букса б из твердого чугуна, могущая свободно расширяться в осевом направлении. Фирма Тиссен отливает неразъемные цилиндры и для больших мощностей.
Наиболее существенным усовершенствованием надо признать упразднение специального, отдельно приводимого в действие смесительного клапана. В новых конструкциях функции смесительных органов выполняют впускные клапаны; они же осуществляют и регулирование. Помимо упрощения и удешевления распределения и регулирования, это нововведение значительно упростило и ускорило процесс периодической чистки цилиндров; этому обстоятельству новая конструкция (фиг. 3) обязана своим всеобщим распространением.

В двигателях воздуходувок обычно имеется ручное регулирование, в противоположность газодинамо, где применяется автоматический регулятор. Причина заключается в различии постоянства нагрузки обоих видов двигателей. Число оборотов двигателей газовых большой мощности обычно невелико - около 100 об/м. Приведение клапанов в действие осуществляется при помощи горизонтального распределительного вала, получающего движение от коленчатого вала посредством промежуточного вала. Регулятор обычно помещается на распределительном или промежуточном валу, чаще всего посредине рамы, воздействуя на газораспределение при помощи так называемого регуляторного валика. Собственно привод клапанов осуществляется часто при помощи катящихся один по другому профилированных рычагов с перемещающимся мгновенным центром вращения. Весьма сильные клапанные пружины n, n (фиг. 4), применение которых вызывается наличием больших масс движущихся частей клапанов к и их приводов, создают серьезные затруднения при применении кулачкового распределения, а поэтому последняя конструкция применяется лишь в двигателях газовых малых мощностей. Значительное распространение имеют и эксцентриковые распределения, главн. образом в двигателях газовых больших мощностей.

Необходимое, с точки зрения газораспределения, перекрывание выхлопного и всасывающего клапанов дает возможность горячим выхлопным газам войти в соприкосновение со свежей смесью, следствием чего бывают взрывы в смесительных органах. Поэтому применение желательного, с точки зрения наилучшего перемешивания газа с воздухом, смесительного резервуара становится невозможным. Смесительная камера с (фиг. 5) должна помещаться в непосредственной близости от седла всасывающего клапана к и быть по возможности малых размеров, а подводящие газ и воздух каналы должны отделяться заслонкой. Желательно ставить предохранительные клапаны. Все двигатели газовые должны снабжаться действующими от руки заслонками на газопроводах до связанных с регулятором смесительных органов. Эти заслонки, не влияя непосредственно на смесеобразование, должны дать возможность машинисту приспособлять процесс смесеобразования к переменному режиму газогенератора и домны. Для подсчетов процесса образования смеси Гелленшмит рекомендует средние числа, приведенные в табл. 1. Регулирование представляет одну из характернейших особенностей этих двигателей.

Зажигание в тихоходных двигателях большой мощности применяется почти исключительно низкого напряжения, так называемого отрывного действия. В месте разрыва цепи проскакивает искра, весьма горячая даже при низких напряжениях, не превосходящих 100-150 V. Примером подобной конструкции может служить аппарат фирмы Роберт Бош (фиг. 6 и 7). Сидящий на распределительном валу в кулак к отклоняет при своем вращении рычаг р крестообразной формы. Этот рычаг заклинен на цапфе якоря я, помещенного между полюсами 2-х магнитов м, так что отклонение рычага генерирует электрический ток. Приведение рычага в первоначальное положение осуществляется двумя боковыми пружинами n. Крестообразный рычаг свободно связан длинной тягой m с отрывным патроном П, удлиненный конец которого, проникающий в камеру горения, действием особой пружины постоянно прижат к контакту К патрона (фиг. 7), изолированного от стенок цилиндра и соединенного проводом с источником тока. Т. о., в момент отклонения рычага, т. е. в момент генерирования тока, тяга поворачивает отрывной патрон вокруг его оси и, отведя его внутренний конец от контактного патрона, размыкает цепь. Проскакивающая искра воспламеняет смесь. Несмотря на ряд преимуществ описанной системы (надежность действия, простота запального аппарата, длинная и горячая искра), с ней успешно конкурирует зажигание высокого напряжения. Причина лежит в следующем. Для надежного воспламенения смеси ставят по 3-4 свечи с каждой стороны цилиндра, а необходимость синхронизации их работы делает установку зажигания низкого напряжения слишком сложной. В противоположность этому высокое напряжение дает возможность упростить как всю установку, так и коммутацию.

Повышение мощности газовых двигателей требовало весьма больших размеров цилиндра. Тиссен дошел до 1500x1500 мм; повышение числа оборотов выше 100 в мин. представлялось нецелесообразным в отношении электрических агрегатов.

Оставался один путь - повышение среднего индикаторного давления.

Тут наметились два различных метода: 1) использование способа так называемой наддувки, т. е. наполнения цилиндра смесью повышенного давления (этот метод представлял опасность взрывов во всасывающем газопроводе); 2) применение более тщательной очистки цилиндров от продуктов горения, для того чтобы заполнять свежей смесью не только объем, описываемый поршнем, но и камеру сжатия. Далее, наддувку представилось возможным применить в виде дополнительного нагнетания продувочного воздуха в цилиндр в период сжатия. Этот способ позволил увеличить коэффициент наполнения зарядки и тем поднять среднее индикаторное давление. Т. о. мощность удалось повысить на 25-30%. При этом оказалось необходимым увеличить объем камеры сжатия, т. к. в противном случае значительно возрастают усилия в двигателе, что сокращает срок его службы, а неизбежное повышение температуры процесса ведет к преждевременной вспышке.
Помимо существенного значения охлаждающего эффекта, производимого продувочным воздухом на стенки, что влечет за собой понижение температуры конца всасывания, описанный способ имеет еще ряд преимуществ: чистое содержание цилиндров улучшает горение и тем способствует повышению и равномерности термического КПД; механический КПД относительно улучшается; ход двигателя становится равномернее, что позволяет уменьшить вес маховика. На фиг. 8 представлены три нормальные диаграммы и им соответственные, снятые со слабой пружиной: I и I" - принадлежат нормальному двигателю, II и II" - машине с продувкой, III и III" - машине с продувкой и дутьем, т. е. нагнетанием продувочного воздуха после закрытия газового и воздушного каналов. Применяя продувочный воздух давлением в 1,25-1,30 atm, можно достигнуть увеличения наполнения на 25-30%. Действительное давление конца всасывания соответственно возрастает до 1,5 atm вместо обычных 0,95. Как видно из диаграмм, среднее индикаторное давление возрастает с 4,8 до 6,25 atm. Характерна конструкция клапана с тремя каналами (фиг. 9): по верхнему поступает продувочный воздух, по среднему - воздух для рабочей смеси, по нижнему - газ. Управление щелями а, б и в всех трех каналов достигается тремя цилиндрическими золотниками г, д и е, насаженными на стержень всасывающего клапана к. При закрытом всасывающем клапане канал а для сжатого воздуха полностью открыт и закрывается при подъеме клапана, когда открываются щели б и в для воздуха и газа. Регулирование при уменьшении хода происходит так, что сперва перекрывается дроссель з в канале для сжатого воздуха, так что двигатель работает без наддувки, а в дальнейшем происходит дросселирование газа и воздуха. Цилиндр фирмы Тиссен с подобными клапанами развивал 2750 НP при 97 об/мин. Характеристику возможностей, связанных с применением указанного метода, дает табл. 2.

Эти данные относятся к двухмесячному испытанию двух двигателей Тиссена, установленных на металлургическом заводе Феникс-Рурорт (Германия). Главные размеры цилиндров и число оборотов в минуту в обеих машинах были одинаковы (1300 х 1400 мм и n= 94), но одна из них была нормальным четырехтактным двигателем, другая же - повышенной мощности. Расходы на обслуживание, воду и смазку были одинаковы; расход тепла на 1 kWh второй машины был ниже. Заслуживает быть отмеченной весьма высокая средняя нагрузка.

Вопрос об использовании тепла отходящих газов возник как следствие появления машин повышенной мощности: в то время как обычные двигатели теряли с отходящими газами до 30-32% подведенного тепла, машины повышенной мощности теряли до 50-52%. Использование отработанных газов было особенно желательно вследствие их высокой температуры (700-750°С). Эта идея практически осуществилась в форме котлов, преимущественно типа дымогарных, отапливаем, отходящими газами. На фиг. 10 приведена схема подобного котла конструкции фирмы Тиссен.

Большие газовые двигатели повышенной мощности позволяют рассчитывать на 1 кг пара (давление до 10-14 atm при 350-450°С) с каждого эффективного силочаса, развиваемого двигателем. Используя этот пар в соответствующей машине, можно повысить термический КПД с 26-28 до 31-33%.

Охлаждающая вода также подлежит использованию: она может быть использована непосредственно на цели отопления или варки (в двигателе газовом температура воды, выходящей из водяной рубашки, доходит до 80-90°С), или с помощью маленького котла, сообщающегося с системой охлаждения, превращена в пар (до 3 atm - Тиссен), или, наконец, как то делает MAN, направлена в общий котел, отапливаемый отходящими газами. Термический КПД подобной паросиловой установки может быть доведен до 0,36, в предположении, что расход тепла при 70% нагрузки составляет лишь 2400 Cal на 1 силочас.

Исследование экономичности газосиловых установок дает следующие результаты (по данным Ф. Бартшерера).

1) Установки без использования тепла отходящих газов. При средней нагрузке в 86% и расходе, тепла в 3700 Cal на 1 kWh,

Учитывая расход энергии на приведение в действие ряда вспомогательных устройств (воздушных и водяных насосов и пр.), приведенный КПД η необходимо понизить. По произведенным измерениям, этот дополнительный расход выражается примерно в 7-8% от общего; поэтому η = 21,5%. 2) Установки с использованием тепла отходящих газов. В табл. 3 приведен примерный тепловой баланс упомянутого выше двигателя Тиссена.

Полагая среднюю паропроизводительность котла в 1,63 кг пара на каждый реально отдаваемый двигателем kWh, что соответственно равняется 1160 Cal, имеем при непосредственном использовании тепла (отопление, варка):

В случае потребления пара на генерирование тока можно, при пользовании турбодинамо с высокими давлениями, из упомянутых 1,63 кг пара получить 0,338 kWh. В этом случае расход пара в турбине будет равен 4,8 кг на один kWh, и

Практикуемое в настоящее время весьма высокое давление пара повысит КПД в данном случае до 31,5%, таким образом при 60 atm и 380°С выигрыш составит 10%.

Использование тепла охлаждающей воды, при наличии в системе охлаждения особого парообразовательного устройства, дает при 700 Cal с каждого kWh примерно 0,8-1,0 кг пара на kWh (см. табл. 4).

Для надежности работы двигателя давление пара в рубашке не поднимают выше 2 atm; поэтому пар м. б. использован только в ступени низкого давления турбины, где он разовьет около 0,1 kWh. Таким образом

Техника безопасности . Двигатели газовые должны быть установлены в отдельных специально для этого устроенных помещениях. Только при особых условиях работы допускается установка двигателей газовых в рабочих помещениях, но при обязательном отделении их решетками или перилами высотой не менее 1 м со сплошной зашивкой внизу на высоту не менее 18 см. Двигатели газовые должны устанавливаться на прочных фундаментах, не связанных со стенами здания; высота помещения должна быть не менее 4 м, а ширина и длина таковы, чтобы около двигателя или агрегата с ограждениями оставался свободный проход не менее 1 м шириной. Освещение д. б. достаточным для безопасного обслуживания двигателей газовых. Вентиляция должна обеспечить правильный приток чистого воздуха и температуру не свыше 26°С. Наинизшая температура д. б. не менее 10°С. Все ямы, углубления (например, для маховика), отверстия в полах и мостки в помещении двигателей газовых должны быть ограждены перилами в 1 м со сплошной зашивкой по низу высотой в 18 см. Если двигатели газовые имеет части, которые нельзя безопасно обслуживать с пола, то д. б. устроены площадки и лестницы с перилами высотой в 1 м и зашивкой по низу на 18 см. Проходы под канатами и ремнями должны быть перекрыты прочной и надежно укрепленной конструкцией. Все доступно расположенные движущиеся части двигателей газовых должны быть ограждены прочными решетками, перилами или футлярами. Отработанные газы двигателей газовых должны удаляться в атмосферу через достаточно высокую отводящую трубу (желательно выше конька крыш соседних зданий). Для уменьшения шума объем глушителя д. б. не менее пятикратного объема рабочего хода одного цилиндра; исключение допускается для глушителей специальной конструкции; самый глушитель должен располагаться снаружи вне помещения двигателей газовых. Выхлопные и отводящие трубы д. б. изолированы в пределах машинного отделения (опасность ожогов) и не должны соприкасаться с горючим материалом (пожарная опасность). Ряд мер имеет в виду предотвратить опасность от проникновения газа: 1) подводящая газ труба д. б. снабжена автоматическим запорным клапаном непосредственно на патрубке двигателя, 2) поршень, клапаны и сальники двигателей газовых должны быть достаточно плотны и 3) кроме нормального запорного клапана, должен иметься дополнительный, легко доступный, по возможности в помещении самого двигателя. Во избежание катастрофы от случайной остановки регулятора конструкция передачи к последнему должна обеспечивать надежность действия; поэтому не допускается передача ременная или шнуровая.

Одним из наиболее опасных моментов является пуск двигателя газового в ход. Для 4-тактных двигателей мощностью свыше 15 НP и 2-тактных свыше 25 НP должны устраиваться специальные автоматические пусковые приспособления (сжатым воздухом, отработанными газами, электричеством и т. п.). Для более мелких двигателей должны иметься ручные приспособления, обеспечивающие легкий и безопасный пуск их в ход. Ручная смазка, как безусловно опасная, д. б. заменена самодействующей для крейцкопфов, кривошипов, коленчатых валов, эксцентриков, направляющих и сальников.

Правила техники безопасности для газогенераторов - см.

Не удивительно, что на фоне глобального удорожания нефтепродуктов огромное число автолюбителей пытается любым доступным способом снизить расход топлива. Сразу отметим, что в развитых странах проблему решили, но далеко не «бюджетно».

Простыми словами, более экономичный современный в Европе уверенно вытесняет . Для этого созданы условия в виде доступного кредитования, уменьшенного налогообложения на ТС с дизельным мотором и т.д.

Однако на территории СНГ по понятным причинам далеко не каждый может позволить себе новую или «свежую» двух или трехлетнюю дизельную машину б/у за наличные или даже в кредит. Получается, основной доступной альтернативой является перевод уже имеющегося бензинового автомобиля на газ, то есть установка ГБО.

При этом расход газа может быть даже больше, чем на бензине, но такой вид топлива стоит, в среднем, на 50% дешевле. Также особенностью газа является небольшая потеря (5-10%), которая на многих не сильно ощущается. Так или иначе, для тех, кто активно эксплуатирует свой авто, выгода очевидна.

Параллельно с этим ответственные водители часто интересуются, вреден ли газ для двигателя автомобиля. В этой статье мы поговорим о том, как газ влияет на двигатель, а также рассмотрим основные особенности работы бензинового ДВС на газо-воздушной смеси.

Читайте в этой статье

Влияние газа на мотор и его ресурс

Хорошо известно, что с учетом большой популярности и востребованности газового оборудования данное решение имеет как сторонников, так и противников. Сразу отметим, в этой статье мы не будем детально рассматривать все плюсы и минусы ГБО, а также особенности эксплуатации, установки оборудования и т.п. Заострим наше внимание исключительно на силовом агрегате.

Итак, оказывает ли газовое топливо влияние на срок службы и исправность бензинового мотора, и если да, тогда чем вреден газ для двигателя. Сразу отметим, газ не портит мотор и практически никак на него не влияет, однако на практике далеко не все так просто. Более того, этот вопрос окружен большим количеством мифов и заблуждений.

• Прежде всего, для нормальной работы мотора на газу как ГБО, так и сам двигатель должны быть правильно настроены. Другими словами, заниматься установкой и настройкой должен только квалифицированный специалист. Что касается владельца автомобиля, от него также требуется полностью придерживаться всех предписаний и рекомендаций касательно эксплуатации и обслуживания газового оборудования.

Игнорирование этих правил привело к распространенному мнению о том, что газ портит двигатель. Одним из аргументов является тот факт, что у газа более высокий показатель октанового числа по сравнению с бензином (92-98 у бензина, тогда как у газа около 110 и более). Многие водители утверждают, что более высокое октановое число приводит к тому, что мотор работает в нештатных режимах, газ «сушит» двигатель, происходит и т.п.

Действительно, газ имеет разницу по октановому числу и несколько отличается от бензина по характеристикам сгорания, однако при грамотных настройках значительного влияния на состояние ДВС, клапанов и других элементов оказать не может. Еще раз повторимся, для этого настройка должны быть выполнена правильно.

Главное, в двигатель нужно подавать правильно приготовленную газо-воздушную смесь. Если такая смесь окажется слишком или же переобогащенной, тогда возникнут последствия. Кстати, такие же последствия возникают и с бензином.

Богатая смесь выводит из строя катализаторы, может возникнуть прогар в выпускной системе, мотор работает с перебоями, возможно . Что касается бедной смеси, когда массовой части топлива (бензина или газа) в составе меньше, чем воздуха, тогда последствия от езды для мотора будут намного более серьезными.

Обеднение приводит к тому, что смесь горит в камере сгорания дольше, также увеличивается и температура сгорания. В результате прогорают клапана и седла клапанов, значительно сокращается , возникают локальные перегревы.

Далее проблемы прогрессируют, так как неправильная работа свечей и другие факторы становятся причиной . Если коротко, имеет место серьезное нарушение процесса сгорания топлива в цилиндрах. Еще нужно добавить к этому некомпетентность многих мастеров в различных кустарных сервисах по установке ГБО, а также стремление самих автовладельцев максимально экономить. Понятно, что причины многих проблем с мотором после монтажа газового оборудования очевидны.

Например, в газовом оборудовании, которое относится к начальным поколениям (ГБО-1 и ГБО-2) регулировки качества смеси представляют собой простой винт, которым можно только увеличить или уменьшить подачу газа. Другими словами, при помощи болта можно обогатить или обеднить смесь. Как правило, многие делали это просто «на глазок», лишь бы двигатель устойчиво работал.

При этом далеко не все водители в то время знали, что для правильных регулировок в сервисе должен был присутствовать специальный и не самый дешевый прибор (многокомпонентный газоанализатор). Более того, чтобы экономить газ, сами владельцы часто занимались регулировками, закручивая регулировочный винт и тем самым сильно обедняя смесь.

Машина нормально работала, расход газа падал, причем мощность ДВС также немного уменьшалась. Но спустя немного времени все заканчивалось, как минимум, прогоревшими клапанами. Так вот, становится понятно, что клапана прогорели не из-за того, что мотор работал на газу.

• Разобравшись со смесью, давайте также поговорим о хлопках, которые выделяют в списке частых проблем газового оборудования. Обратные хлопки на машинах с ГБО фактически являются неконтролируемым самопроизвольным возгоранием бензиново-воздушной или газо-воздушной смеси во .

Как правило, такие хлопки можно услышать на машинах, которые оборудованы все теми же устаревшими ГБО 1-3 поколения, которые являются установками эжекторного типа. Указанный хлопок-взрыв возникает в результате проблем с , неправильно или , прогара клапанов и по целому ряду других причин.

Главной угрозой для двигателя является то, что во впускном коллекторе во время хлопка создается избыток давления. Рост давления может вывести из строя или стать причиной некорректной работы датчика расхода воздуха, повредить воздуховод или корпус воздушного фильтра. Частыми случаями является разрушение самого впускного коллектора, особенно если элемент изготовлен из пластмассы.

Отметим, появление хлопков в коллекторе происходит не по причине перехода на газ, а в результате возникновения поломок самого ДВС и его систем. Другими словами, прострелы во впускном коллекторе могут возникнуть на машине и без газовой установки.

Еще добавим, что с выходом ГБО-4, которое является оборудованием впрыскового, а не эжекторного типа, такие хлопки практически полностью отсутствуют. Дело в том, что горючее в таких установках подается в небольших количествах на каждый цилиндр. Даже если в моторе имеются неисправности, роста количества хлопков из-за газа в коллекторе не наблюдается.

Моторное масло для двигателей на газу

Необходимо отметить, что специалисты после перехода на газ рекомендуют дополнительно для автомобилей с ГБО. Дело в том, что во время работы на смеси газа и воздуха температура в камере сгорания выше.

Смазка, которая предназначена для бензиновых и дизельных двигателей, может не соответствовать изменившимся условиям. Если просто, разница между расчетными рабочими температурами для бензинового и «газового» масла составляет около 200 градусов по Цельсию.

Для смазочного материала такая разница весьма значительна, некоторые бензиновые и попросту не справляются с такой повышенной температурой. В результате ухудшается защита деталей и узлов мотора. Также обычное масло при работе на газу может стать причиной усиленного коксования двигателя, так как смазка от нагрева «горит», после чего создается много нагара и отложений.

В результате двигатель коксуется, увеличивается расход масла на угар и т.п. Получается, после смены типа топлива, еще нужно отдельно подойти к вопросу подбора масла. Оптимально использовать масла, которые соответствуют требованиям и рекомендациям производителя ДВС по допускам, но также возможно их использование в газовых двигателях.

Сегодня выбор таких продуктов достаточно большой, так что с подбором моторного масла для двигателя на газу не возникает особых проблем. Такие смазки предлагают ведущие бренды Shell, Motul, отечественный Лукойл и другие известные производители.

Что в итоге

Как видно, любые проблемы с двигателем (как на газу, так и без газового оборудования) требуют комплексного подхода для их решения. Речь идет о развернутой , а также о диагностике ГБО и проверке его настроек.

Важно понимать, что на газу двигатель должен работать тихо и ровно, то есть аналогично работе на бензине. Не должно быть роста температуры ДВС, появления прострелов во впуске и выпуске, детонации и т.п. Допускается только небольшая потеря мощности мотора.

Сам газ изначально чище бензина (тем более на территории СНГ бензин содержит много примесей и добавок). Получается, во время работы на газу в моторе скапливается меньше грязи, нагара и отложений. В результате внутри такой двигатель чище.

Еще газ отличается тем, что не имеет свойства попадать в картер ДВС и , что особенно актуально для изношенных моторов с пробегом. Это дает возможность не так часто менять смазку, снижаются потери разжиженного масла на угар и т.д.

Читайте также

Преимущества и недостатки использования газобалонного оборудования. Обслуживание и эксплуатация ГБО, польза и вред газа для двигателя и штатных систем.

Принцип работы и отличительные особенности газовых форсунок. Основные парметры при выборе форсунок для ГБО 4. Какие газовые форсунки лучше купить.

Все плюсы и минусы установки газового оборудования на внедорожник

Неумолимо ползущая вверх цена бензина, помноженная на богатырский аппетит двигателя внедорожника, зачастую наводит его владельца на мысль перевести машину на газовую «диету». С одной стороны, это заманчиво – потратившись раз на установку газобаллонного оборудования, платить затем сущие копейки за удовольствие кататься. Однако любой достигнутый результат, как известно, имеет две стороны. Так каковы же плюсы и минусы альтернативной системы питания?

В качестве автомобильного топлива используют два разных по своим свойствам и происхождению газа: метан, имеющий химическую формулу СН 4 , и пропан-бутан, получаемый в результате смешивания в С 2 Н 8 и С 4 Н 10 .Метан – это тот самый газ, что поступает в городские квартиры по трубам. Пропан-бутановая смесь – сжиженный газ, получаемый в процессе переработки нефти. Последний хорошо знаком дачникам и туристам – именно его продают в баллонах емкостью от 0,5 до 50 л.

Пропан-бутан

Несмотря на то, что принципиальные схемы подачи газа в двигатель в обоих случаях близки, оборудование для метана и для пропан-бутана требуется совершенно разное. Относительно высокая плотность (в 1,5–2 раза тяжелее воздуха) и, главное, относительно высокая температура кипения нефтяного газа позволяют хранить его в виде жидкости, свободное пространство над которой занято насыщенным паром. Благодаря высокой плотности жидкой фазы можно в малом объеме уместить большое количество топлива. По мере расхода газа давление в баллоне снижается, в результате снова происходит испарение, и давление растет, а поскольку во время работы двигателя оба эти процесса происходят практически одновременно и непрерывно, то и давление внутри баллона поддерживается почти без изменений до полного его опустошения. Давление главным образом зависит от температуры окружающей среды. Так, при 0°С в баллоне, заполненном пропан-бутаном, оно составляет всего 0,7 атм, при 20°C – 3–4 атм, а при 50°C оно подбирается уже к 16 атм, что довольно близко к предельному значению для баллонов наиболее распространенных марок. Кстати, именно поэтому в жаркий день оснащенную газом машину лучше парковать в тени. Конечно, при перегреве газифицированное транспортное средство не взорвется – сработает клапан сброса избытка давления, и газ станет мало-помалу уходить в атмосферу. Но это только если клапан имеется…Дело в том, что на дешевую аппаратуру его зачастую не устанавливают, и в случае перегрева баллон может просто лопнуть. Об этом свойстве следует помнить при заправке. Баллон нужно заливать на 80–90%, чтобы в нем оставалась паровая подушка, компенсирующая увеличение объема жидкой фазы.

Характерно, что при переводе автомобиля на пропан-бутан двигатель становится двухтопливным, так как полностью исключить необходимость использования бензина в эксплуатации не удастся. По крайней мере, пуск и прогрев двигателя в холодную погоду придется выполнять на традиционном топливе, поскольку газ при переходе из жидкой фазы сильно охлаждается, и редуктор требует подогрева охлаждающей жидкостью двигателя. Если же антифриз сам холоден, то температура газа в редукторе может упасть ниже 40°C, и он замерзнет! Поэтому все инструкции по газовому оборудованию рекомендуют запускать мотор на пропан-бутане лишь в том случае, если окружающая температура выше +10°С. Впрочем, современные электронные системы контролируют температуру и переключают подачу разных видов топлива автоматически.

Метан

В отличие от нефтяного газа, метан легче воздуха в 1,6 раза и при утечках быстро улетучивается, что существенно повышает безопасность его использования. Из пределов воспламеняемости (см. табл.1) видно, что для взрыва его должно накопиться в 2,5 раза больше, чем пропан-бутана. Однако изза низкой температуры кипения перевести метан в жидкое состояние для применения в автомобиле не удается, потому рабочее давление в метановой системе составляет 200 атм. Это в свою очередь заставляет вносить в конструкцию большой запас прочности, что сказывается и на весе, и на цене. К примеру, самый простой комплект метанового оборудования для УАЗа сейчас стоит в районе 50 000 рублей, в то время как простейший пропан-бутановый набор для этого автомобиля обойдется в 6000. Вдобавок серьезно сокращается запас хода – газообразного вещества в баллоне помещается гораздо меньше, чем жидкости. Для увеличения пробега на одной заправке в метановой системе обычно используются несколько баллонов, которые бывают трех типоразмеров. Самые емкие (они предназначены для грузовиков и автобусов) разместить во внедорожнике практически невозможно, а пять «легковых» баллонов общим весом 150 кг позволяют проехать на УАЗе всего километров 300. С другой стороны, трехступенчатый редуктор просто понижает давление в метановой магистрали с 200 до 1 атм, и никакого испарения не происходит. Результат – в морозы двигатель на метане заводится даже легче, чем на бензине! К тому же природный газ значительно дешевле не только бензина и солярки, но и пропан-бутана. У нас в стране метан стоит от 4,5 до 7 рублей за кубометр. При этом кубический метр метана примерно «равен» 1,18 л бензина и 1,41 л пропан-бутана.

* бензин состоит из многочисленных компонентов, и химическая формула для него бессмысленна. Возможна только условная, средняя.
** при +150 С и атмосферном давлении
*** в газообразном состоянии

Заправки

В 80-е годы прошлого столетия замена нефти альтернативными видами топлива была объявлена важной народнохозяйственной задачей, а метановое направление – наиболее перспективным для автотранспорта. В результате к 1993 году в России было построено 368 автомобильных газонаполнительных компрессорных станций, расположенных в крупных городах и вдоль всех федеральных трасс. В Москве их 10, и все они расположены на МКАДе, а на магистралях расстояние между АГНКС редко превышает 250 км. Это позволяет спокойно отправляться в дальнее путешествие в любом направлении. Но имейте в виду: редко когда компрессорная станция стоит прямо у шоссе, и для заправки обычно приходится сделать небольшой крюк. Зато благодаря тому, что все АГНКС построены на ответвлениях магистрального газопровода, качество топлива стабильно, за исключением редких случаев, когда системы очистки и осушки на какой-то конкретной станции работают недостаточно эффективно. Впрочем, планируя путешествие, рассчитывать на заправку природным газом вдалеке от больших трасс не стоит – компрессорных станций там просто нет.

Заправить же машину пропанбутаном вдалеке от федеральных трасс вполне реально, поскольку нефтяной газ хранят и возят в цистернах, да и пропановых заправок по стране построено в избытке. Зато тут проще попасть на некондицию (с той же степенью вероятности, что и с бензином). Во-первых, пропан-бутан бывает «зимний» и «летний». Из-за разницы в температуре кипения два компонента газа смешивают в разных пропорциях. В общем, как и с соляркой, тут возможны сезонные перебои. Кроме того, в цистернах газовозов иной раз попадается влага (зачастуюпримесь метана).

Владислав ЛУКШО
Начальник отдела газовых двигателей НАМИ

ВАЖНО ВСЕ

С точки зрения работы оборудования, метан и пропан-бутан похожи, и элементы системы у них все те же самые. Все отличия – в деталях и настройках. Для нас более актуально именно метановое оборудование. Несмотря на то, что оно дороже пропан-бутанового (основную часть цены оборудования составляет цена баллонов), в итоге получается значительная экономия. При установке оборудования очень важно, чтобы оно подходило для конкретного автомобиля и двигателя. Важно все – конфигурация смесителя, дозирующего элемента, чтобы баллоны были установлены правильно, притянуты, не болтались по салону. Можно, конечно, поставить абы какое, и машина поедет. Но на комплекте д л я 1,5-литрового двигателя 3-литровый не сможет реализовать свои возможности. Оборудование ему этого просто не позволит.

Для отечественных машин есть комплекты на все двигатели. То же оборудование мы можем установить и на иномарку, если она близка по параметрам. Но на большие моторы импортных внедорожников, к сожалению, ничего нет. В России самый большой легковой двигатель имеет объем всего 2,5 литра. Грузовые моторы при большем объеме имеют меньшую литровую мощность. Мы с ГАЗовского 4,6-литрового двигателя снимаем чуть больше сотни «лошадей», импортные же внедорожники такого объема имеют под триста. Расход газа определяется не только литражом, но и мощностью. Характеристики тут уже другие, и с нашим оборудованием максимальную мощность этот мотор не разовьет. Скажем, дляшоссе, где двигатель загружен от силы на четверть, возможностей будет хватать. Но если вам потребуется резко ускориться, то двигатель с такой задачей не справится. Оборудование должно обеспечивать нормальные характеристики двигателя во всем диапазоне работы. Нельзя, чтобы на малых оборотах он работал, а на больших – нет. Что касается расположения газовых баллонов в автомобиле, то на внедорожнике их можно устанавливать только в багажнике.

Здоровье мотора

Перевод двигателя на газ заставляет мотор работать в иных условиях, нежели на бензине. С одной стороны, тут явные плюсы. Октановое число пропан-бутановой смеси в любом случае выше 100, а у метана оно и вовсе 117! Следовательно, у газа минимальная склонность к детонации и, со-ответственно, он дает меньше нагрузок на поршневую группу. Кроме того, сгорание газа становится более полным в сравнении с жидким топливом, отсюда снижение нагарообразования и уменьшение токсичности выхлопа. К тому же газ не смывает со стенок цилиндров масло при холодном пуске и не содержит примесей – катализаторов старения металлов. Но, с другой стороны, горение газовой смеси происходит медленнее, что повышает тепловую нагрузку на клапана и их седла. К тому же неправильный выбор, установка и регулировка оборудования усугубляют эту особенность, что обычно приводит к печальным последствиям. Так, если на автомобиль установить редуктор, рассчитанный на меньшую мощность двигателя, он не сможет подавать необходимое количество топлива. В результате двигатель будет работать на обедненной смеси, что чревато не только потерей мощности, но и прогаром клапанов!

Еще один момент: газ горит медленнее, чем бензин, поэтому требуется увеличение угла опережения зажигания. Если этого не сделать, смесь продолжает сгорать, когда поршень уже идет вверх. В результате не только снижается термический КПД двигателя, но и происходит разрушение поршня и клапанов за счет их перегрева горячими газами. Поэтому в системе необходим корректор режимов зажигания. И если в электронных системах последних поколений зажигание перестраивается автоматически, то в недорогих механических системах очень важна точность регулировок опережения зажигания в соответствии с изменившимися условиями сгорания смеси.

Кстати, первые советские инструкции по переводу на метан бензиновых моторов предписывали шлифовать головки блока цилиндров для увеличения степени сжатия. Делалось это с целью оптимизации работы двигателей, созданных для потребления 72-го–76-го бензина. Теоретически это полезно для любого мотора, работающего на низкооктановом бензине. Однако данная процедура делает и без того недешевую работу по «газификации» еще дороже.

После перевода машины на газ иногда возникает еще одно неприятное явление – так называемый «обратный хлопок», когда топливо-воздушная смесь воспламеняется во впускном коллекторе в момент открытия обоих клапанов (момент перекрытия фаз). Однако газовое топливо тут ни при чем, оно лишь выявило проблемы, которые на бензине, в силу его свойств горения, были незаметны. Хлопок может случиться и на обычном бензиновом моторе, но происходит это намного реже и, как правило, без фа-тальных последствий. Причины явления кроются в неисправности системы зажигания или ГРМ. Наиболее подвержены обратным хлопкам впрысковые двигатели с безраспределительной двухискровой системой зажигания, оснащенные рычажно-мембранным газовым оборудованием.

ОТЦЫ И ДЕТИ

Самый первый работоспособный четырехтактный двигатель, созданный немецким изобретателем Николаусом Августом Отто в 1877 году, работал именно на газе. Однако, не в последнюю очередь из-за отсутствия компактных и легких баллонов, практического применения на автомобилях газ не получал очень долго. Прообразом газобаллонных машин в какой-то степени можно считать газогенераторные автомобили, появившиеся во время Первой Мировой войны, достигшие расцвета во время Второй Мировой и окончательно сошедшие со сцены лишь в начале 60х. Работали они на твердом топливе. Разумеется, никто чурки в карбюратор не засовывал и в цилиндрах не сжимал. За кабиной располагались две вертикальные металлические колонны. В одной из них через горящие дрова принудительно протягивался уличный воздух, превращаясь на выходе в горючий газ. Затем он охлаждался, очищался, проходя через сложный фильтр, расположенный в другой колонне, и попадал в смеситель, установленный вместо карбюратора. В военные годы, при острой нехватке бензина, эти машины оказались очень кстати, но были и минусы – длительность запуска двигателя, сложность обслуживания генераторной установки и пожарная небезопасность.

Лишь во второй половине ХХ века газовое топливо стало постепенно входить в обиход автомобилистов. Со временем системы совершенствовались, однако принципиальная схема работыоборудования осталась прежней. Из баллона по магистрали высокого давления через фильтр газ попадает в редуктор, назначение которого – снизить давление до близкого к атмосферному. Для пропан-бутана применяют двухступенчатые редукторы, для метана – трехступенчатые, либо двухступенчатые с отдельным редуктором высокого давления. Из редуктора по магистрали низкого давления газ попадает в дозатор, регулирующий подачу топлива. А дальше начинаются отличия. Устройства первого поколения представляют собой чисто механические системы для карбюраторных машин. Они основаны, как и карбюраторы, на принципе всасывания топлива с помощьюразрежения во впускном коллекторе. Второе поколение – механические системы, предназначенные для инжекторных двигателей с каталитическим нейтрализатором. Они оснащаются электронными дозирующими устройствами, которые имеют обратную связь с кислородным датчиком. Третье поколение отличается дозатором-распределителем, управляемым электронным процессором. Газ подается через механические форсунки, работающие от избыточного давления в газовой магистрали. Оборудование такого типа осуществляет синхронный распределенный впрыск газа. Четвертое поколение обеспечивает последовательный распределенный впрыск. Системы оснащаются более совершенными «мозгами» и электромагнитнымифорсунками, расположенными на впускном коллекторе, непосредственно у впускных клапанов. От поколения к поколению системы становились сложнее и дороже. Эти сложности имели своей целью позволить более точно дозировать топливо, чтобы сократить его расход и в итоге снизить потерю мощности.

Мощность и удары

Считается, что при работе на газе падает мощность двигателя. Для внедорожника, трудящегося вне асфальта, это весьма весомая причина, чтобы продолжать ездить на традиционном топливе, если, конечно, потеря существенна. Какова же она на самом деле? Практика показывает, что наиболее заметен разрыв на карбюраторных машинах, оснащенных простейшими газовыми системами. Дело в том, что бензин и газы смешиваются с воздухом во впускном тракте в разных пропорциях. Из-за этого при работе и на пропан-бутане, и особенно на метане, в камеру сгорания попадает менее калорийная горючая смесь. В итоге в первом случае мощность падает на 5–7%, а во втором на 18–20% (в современных системах с распределенным электронным впрыском потери мощности вполовину меньше). И если на трассе потеря даже 20% максимальной мощности будет практически не заметна, то на бездорожье – совсем другое дело, тем более что мощность, как производная крутящего момента, снижается в результате падения последнего. Форма характеристики крутящего момента при переходе на метан не изменяется. Она просто смещается вниз, то есть теряется крутящий момент и в самой важной на бездорожье зоне рабочего диапазона двигателя – зоне низких оборотов.

С другой стороны, боязнь ставить газовые баллоны на внедорожник из-за тряски, прыжков и вероятных ударов о грунт лишена всяких оснований. При проектировании газобаллонных систем инженеры в первую очередь думают о безопасности. Все новые баллоны при сертификации проходят суровые испытания вплоть до того, что их расстреливают и взрывают. По нормативам, баллон должен выдерживать при аварии столкновение с другим автомобилем, а не просто пробой подвески или удар задним свесом о землю. Толщина стенок газового баллона в несколько раз толще, чем у бензобака, и даже облегченный баллон представляет собой алюминиевую или стальную капсулу, на которую многократно намотана стеклоткань, пропитанная синтетическими смолами. Единственное, что важно – его прочное и жесткое крепление в машине.

ДИЗЕЛЬНЫЙ РАКУРС

Говоря о переводе автомобиля на газ, мы обычно предполагаем двигатель, работающий на бензине. Однако газовым (метановым) оборудованием оснащают и дизели. Правда, поставить его на легковой внедорожник вряд ли удастся. Оборудование такого типа рассчитано на дизели тяжелых грузовиков. При этом существует два варианта перевода дизеля на газ. В первом случае двигатель просто дооборудуется газовой системой питания. Пуск происходит на солярке, холостые обороты тоже поддерживаются за счет нее, а вот дальнейшее увеличение оборотов происходит за счет впрыска газа непосредственно в цилиндры через комплект дополнительных форсунок. Как следствие – мощность мотора при работе на газе не только не падает, но и способна возрасти. При этом солярка все равно поступает в двигатель: метан не способен воспламеняться от сжатия, и требуется запальная доза дизельного топлива. Нехватка жидкого топлива на высоких оборотах сказывается на охлаждении форсунок. Во всем остальном система газоподачи тут идентична бензиновым двигателям. В другом варианте дизельный двигатель полностью конвертируют в газовый, уменьшая степень сжатия и устанавливая искровую систему зажигания. Мотор навсегда перестает работать на солярке, а в качестве резервного топлива используется бензин.

Итоги

Строго говоря, нет никакой принципиальной разницы между установкой газобаллонного оборудования на внедорожник, легковушку или, скажем, грузовик. Все четырехтактные двигатели внутреннего сгорания построены на одном принципе работы. Важно лишь подобрать адекватную модель оборудования. В первую очередь это касается редуктора. Для владельцев внедорожников ситуация несколько усложняется тем, что на рынке предложение всегда реагирует на спрос, а газовое оборудование, как показывают маркетинговые исследования, наиболее востребовано владельцами машин с двигателями объемом 1,5–2 л и мощностью до 150–170 л.с. Предложение же по «большим» моторам крайне ограничено, причем найти метановое оборудование для них практически невозможно. Владельцам внедорожников с небольшими двигателями легче, но широкий выбор заставляет задуматься о том, что же все-таки установить. У метана более чем привлекательная цена, но даже простейшее оборудование стоит столько, что самые продвинутые пропановые системы покажутся бюджетными. К тому же скудная география заправок и серьезное снижение полезной грузоподъемности… Впрочем, проблема размещения баллонов актуальна для любого из газовых видов топлива, равно как и снижение мощности двигателя. Посему очевидно, что для спорта газ не годится. Что же до всех остальных, то надо сразу понять и принять, что газ – это компромисс. К тому же при нехватке мощности на бездорожье всегда можно перейти на бензин…

Критерии истины

Чтобы понять, как изменяется поведение автомобиля после перехода на газ, мы взяли на тест две машины, представляющие две крайние ступени эволюции газовых систем. Одна – метановый УАЗ с карбюраторным УМЗ 417 и механической системой подачи газа первого поколения. Единственный прибор в данной системе, работающий от электричества – переключатель видов топлива. Другая – пропановая « Нива », оснащенная электронным впрыском четвертого поколения с электромагнитными форсунками, способными работать как с нефтяным, так и природным газом на моторах практически любого объема благодаря сменным жиклерам. Форсунками управляет газовый процессор, пересчитывающий сигналы штатного электронного блока управления и кислородного датчика и определяющий степень и длительность открытия газовых форсунок.

В основном нас интересовало практическое выражение разницы в мощности двигателя при работе на бензине и газе. Чтобы почувствовать эту разницу, мы замерили максимальную скорость и эластичность двигателя двух автомобилей в обоих режимах. Стоит оговориться: результаты наших испытаний дают лишь приблизительную картину проявления свойств газобаллонного оборудования. В каждом конкретном случае динамометрические показатели работы автомобиля на разных видах топлива будут отличаться в зависимости от настроек системы и состояния оборудования. В последнем мы убедились, едва начали тест. У обеих машин оказались технические недостатки одного свойства. УАЗ ездит только на метане, и его карбюратор забыл «вкус» бензина (ради чистоты эксперимента был куплен и установлен новенький К-151), а « Нива », напротив, щеголяет очень умным, самонастраивающимся инжектором, газовый процессор которого пересчитывает под свои нужды сигналы бензинового.

Прежде чем устанавливать измерительную аппаратуру и выезжать на дорогу, мы взвесили машины. То, что масса возросла за счет задней части (где и расположены баллоны), никого не удивило. Однако легкая емкость с пропан-бутаном принципиально не повлияла на развесовку. На переднюю ось пустого автомобиля все равно приходится на 100 с лишним килограммов больше, чем на заднюю. У УАЗа ситуация обратная – на заднюю ось приходится почти на 150 кг больше. Для езды по бездорожью порожняком – это хорошо, но грузоподъемность машины сильно пострадала.

Если с замером максимальной скорости все оказалось просто, то для теста на эластичность двигателя была выбрана следующая методика. УАЗ должен был разгоняться на четвертой передаче с 40 до 80 км/ч, а « Нива », соответственно, на четвертой с 60 до 100 км/ч. Измерялись время, за которое автомобили набирали заданную скорость, и расстояние, которое они за это время проезжали.

Начав с УАЗа, мы ожидали потери мощности, но не настолько. Кроме того, удивил сам характер работы двигателя на газе и огромный разброс в результатах от заезда к заезду. Среднеарифметический показатель эластичности оказался меньше бензинового в 1,8 раза! Да и по максимальной скорости разница между метаном и бензином оказалась несколько больше ожидаемой. Проанализировав ситуацию, мы решили, что причину «плохого поведения» следует искать в газовом редукторе. Установленное оборудование очень старо и, вероятнее всего, с возрастом мембрана редуктора просто потеряла эластичность. Зато работа УАЗа на бензине не расстроила и не удивила. Разница в пробегах не превысила 30 метров, а «максималка» оказалась близка к паспортным значениям. Что же касается «Нивы», то автомобиль проявил себя вполне предсказуемо, продемонстрировав в серии заездов совсем небольшой разброс. При этом показатели работы на бензине превзошли газовые, но незначительно. Правда, значения максимальной скорости до паспортных так и не дотянули.

Андрей БОРЗУНОВ
Владелец УАЗа

НЕТ ПРОБЛЕМ С ХОЛОДНЫМ ПУСКОМ

На этой машине стоит простейшая газовая система. Пробег ее неизвестен, так как она успела поработать на нескольких автомобилях. УАЗ – пятая машина, на которую установлен данный комплект. Вещь кондовая и неубиваемая, никаких проблем не доставляла. Метановые баллоны (у меня их пять штук приблизительно по 33 литра) очень удачного диаметра – помещаются под задним сиденьем, в отличие от пропановых, которым место только в багажнике. Устанавливал все сам, методом проб и ошибок. Головку блока прошлифовал под 98-й бензин и перешел на метан окончательно и бесповоротно.

На бездорожье действительно тяги маловато, но на дачу пролезть хватает. Динамика на трассе волнует мало, главное – достигнута цель получить дешевый газ и платить за топливо минимально. Судите сами: заправить пять баллонов, приблизительно 30 кубов, по 7 рублей за куб, стоит 210 рублей (это в Москве, а на периферии дешевле). Запас хода на одной заправке – 250 километров минимум. Получается, что один километр стоит 80–90 копеек. И еще – в отличие от пропана, на метане у меня не было проблем с холодным пуском.

Прочность якорной цепи равна прочности ее самого слабого звена.

Поговорка старых английских шкиперов

Бензиновый двигатель

Его правильнее называть двигателем с искровым зажиганием. Почему? Хотя бы потому, что производители топлива в некоторых странах добавляют в бензин до 20–24% этилового спирта. Таким образом, двигатель можно назвать бензоспиртовым.

Примерно до середины прошлого века в системе питания таких моторов карбюратор, а мощность, в основном, зависела от рабочего объема. В настоящее время карбюраторы вымерли, а современников я бы условно разделил на несколько групп:

• безнаддувные двигатели со впрыском во впускной трубопровод (их еще называют атмосферными моторами)
• двигатели с непосредственным впрыском
• наддувные двигатели
• двигатели с непосредственным впрыском и турбонаддувом.

Приблизительно в таком же порядке у этих двигателей растут и показатели технических характеристик, но одновременно уменьшается надежность.

Безнаддувные двигатели с распределенным впрыском топлива во впускной трубопровод просты по конструкции. Они имеют надежную систему управления. Модификации с регулированием фаз на и выпуске обеспечивают неплохие показатели по литровой мощности (это отношение мощности мотора к его рабочему объему в литрах). Современные двигатели рабочим объемом 1,6 л выдают мощность порядка 125–130 л.с. Улучшить удельные показатели (ту же мощность, снимаемую с единицы рабочего объема) можно только повышением частоты вращения коленчатого вала до 7–8 тыс. об/мин, но это требует создания уже совсем другого, «околоспортивного» двигателя, а также усовершенствованной трансмиссии. Например, еще в начале 1990-х Honda разработала двигатель объемом 1,6 л, который выдавал 160 л.с. Но с современными экологическими нормами о нем лучше даже не вспоминать.

Непосредственный впрыск немного улучшает показатели двигателя по мощности и экологичности. Но он ощутимо сложнее, так как требует применения топливного насоса высокого давления (ТНВД) и особых форсунок. А еще распространение таких двигателей сдерживается потребностью в топливе высокого качества. Недаром многие фирмы долгое время не поставляли такие моторы в нашу страну. У нас и без того подъезжаешь к бензоколонке как к столу с рулеткой, а тут еще и двигатель более требовательный.

Наддув позволяет значительно повысить показатели или уменьшить рабочий объем, сохранив ту же мощность. Полуторалитровый развивает от 150 л.с. и больше. Максимальный крутящий момент наддувника, в отличие от момента атмосферника, достигается значительно раньше, уже при частоте вращения коленчатого вала 1600–1800 об/мин., причем «полка» высокого крутящего момента может простираться до 4000–4500 об/мин. Все благодаря оптимальному снабжению воздухом поршневой части двигателя с помощью электронно-управляемого . В результате наддувный двигатель при небольших и средних нагрузках чуть экономичнее в сравнении с безнаддувным собратом при прочих равных. Такой двигатель прекрасно тянет с самых низов, а на малых оборотах потери энергии на трение меньше из-за меньших путей проходимых всеми деталями двигателя и, соответственно, выше КПД.

Однако статистика говорит о том, что наддувных моторов продается все-таки значительно меньше, чем атмосферных. Почему?

Первая причина - такие двигатели сложнее и несколько дороже в производстве. Да и налоговых льгот при малом рабочем объеме мотора у нас в стране нет, в отличие, к примеру, от той же Европы.

Вторая причина - ограниченный ресурс , обычно не превышающий 150 000 км пробега. Более нагружена у наддувных двигателей и поршневая часть, а где нагрузки, там и повышенный износ.

Третья причина - турбонаддув подразумевает разветвленную сеть трубопроводов, датчиков, приводов и жгутов проводов, которые могут соскочить, заржаветь и потерять герметичность. А любая поломка в системе управления может вывести из строя сам двигатель или агрегат турбонаддува. Также наддувные двигатели нежелательно глушить сразу после работы на напряженных режимах. Больше всего страдает раскаленный турбокомпрессор, т.к. циркуляция масла прекращается мгновенно, а ротор продолжает вращаться с большой частотой. К слову, турботаймер, призванный компенсировать этот недостаток, получил распространение лишь в качестве опции нештатных сигнализаций. Наконец, фанаты породистого звука признают, что выхлоп от турбодвигателей звучит недостаточно привлекательно.

А теперь смешаем одно острое блюдо с другим. Совместим турбонаддув и непосредственный впрыск! В результате получим двигатель, который будет еще чуть мощнее, ощутимо сложнее и капризнее, да еще и чувствительнее к качеству топлива.

Может - ну его? И - виват честный атмосферник?

Дизель

Второе его название - двигатель с воспламенением от сжатия.

Будучи двигателистом по образованию, считаю, что золотой век уже миновал. Самые надежные и безотказные из них, на мой взгляд, были в 80-х годах прошлого века. Тогда на легковых автомобилях бал правили вихрекамерные дизели рабочим объемом от 1,5 до 2,5 л. Чаще - без наддува, но и снабженные турбокомпрессором тоже попадались. При этом зачастую почти всю систему питания представлял самый совершенный по тем временам дизельный топливный насос фирмы Bosch серии VE.

У него были центробежный регулятор опережения впрыска топлива, устройство для обеспечения пусковой подачи топлива, корректор подачи в зависимости от давления наддува и термокорректор, увеличивающий количество топлива при непрогретом двигателе. Внутри был встроен топливоподкачивающий насос. И ко всей системе питания двигателя подходил только один проводок - к электромагнитному клапану. На автомобиле с таким дизелем можно было ездить без аккумулятора и генератора! Стоило вынуть запорный элемент электромагнитного клапана, как дизель становился совсем неподвластным старикам Вольту и Амперу. Пустить машину можно было с толкача, а заглушить передачей. Вот это надежность! Поэтому тогда я голосовал за такой дизель двумя руками.

Современный дизель по уровню сложности и капризности схож с наддувным бензиновым двигателем. Основная причина - система питания Common Rail, которая нагнетает огромные давления, обеспечивая при этом высокие показатели и не менее высокую цену. Прибавьте к этому мочевину и сажевые фильтры, из-за которых электроника периодически выпускает на соседей по потоку целые облака сажи. Все это делает дизель менее привлекательным с потребительской точки зрения.

Резюмируя, можно сказать, что современный дизель обеспечивает отличные показатели по мощности, тяговитости, экономичности. Но часть производителей так и не решила вопрос с шумом и вибрацией, возникающими из-за гораздо более высокого давления в цилиндрах при сгорании топлива. К тому же всегда есть опасность заправиться , а это чревато проблемами с запуском двигателя в мороз. Да и надежностью дизели не блещут из-за конструктивной сложности.

Газификация

Сразу отмечу, что дополнительно установить газовое оборудование с приемлемыми затратами сил и средств можно только на двигатели с искровым зажиганием. Современный дизель перевести на газ можно только в заводских условиях. Что касается перевода на газ обычной бензиновой легковушки, то ужесточение законов, требующее подобных переделок, как-то оптимизма не прибавляет. Израсходованное время и деньги не окупятся безопасностью эксплуатации. Ведь при очень больших пробегах, а только при таких и ставят газ, «ушатать» автомобиль можно быстрее, чем дело дойдет до следующей проверки. Хотя если пройти все процедуры, то можно ездить, экономя на заправке. Правда, часть багажного отделения будет занята газовым баллоном, разгонная динамика немного снизится, а расход пусть и дешевого газа будет достаточно велик. Конечно, в среднем в два раза более низкая цена газа компенсирует этот перерасход.

Сам я около 15 лет ездил на машинах с газовым оборудованием, причем устанавливал его самостоятельно. Но то были карбюраторные автомобили, где все настройки можно было произвести без спецоборудования. Регистрацией не занимался и опрессовки баллонов не делал никогда. В те времена попросту не было механизмов такой проверки. А сейчас сертификация обязательна, без нее не заправят, без нее не дадут диагностическую карту. Недаром те годы называли лихими девяностыми... Тем не менее ездил и радовался. И это в Москве, хотя случалось и путешествовать по стране.

Итоги

Выскажу личное мнение. Первые семь лет после окончания ВУЗа занимался испытаниями и доводкой дизельных наддувных и атмосферных двигателей. Имел в личном пользовании кучу карбюраторных автомобилей отечественного производства, на многие из которых (от УАЗ-469 до Таврии) ставил газовое оборудование. Работая в издательстве, поездил на многих автомобилях отечественного и зарубежного производства. И сделал я для себя вывод, что нет ничего лучше безнаддувного бензинового двигателя с впрыском топлива и с цепным приводом ГРМ вместо ремня. Самый беспроблемный вариант! А дизельные двигатели имеет смысл ставить на достаточно тяжелые внедорожники, пикапы, развозные фургоны, малые грузовички и далее по списку, вплоть до магистральных тягачей.

Первый газовый двигатель внутреннего сгорания был разработан немецким изобретателем Н. Отто. Принцип его работы заключался в том, что горючая смесь предварительно подвергалась сильному сжатию в верхней точке положения поршня. На создание экономичного двигателя, КПД которого достигал 15 %, изобретателю потребовалось около 15 лет, он получил название четырехтактного, поскольку рабочий цикл в нем протекал за четыре хода поршня.

Содержание статьи:

Газовый двигатель внутреннего сгорания – общее описание агрегата

Современные двигатели такого рода работают на природном и попутном газах, а также на сжиженном пропан-бутане, доменном газе и других. Преимущество таких двигателей заключается в меньшем износе основных узлов и деталей, что достигается путем создания качественной горючей смеси и ее эффективного сжигания. К тому же, в выхлопах практически отсутствуют вредные примеси.

КПД современных двигателей на таком топливе достигает порядка 42 %. Наиболее широко они применяются в газовой и нефтяной промышленности в качестве приводных устройств на газоперекачивающих установках. В последнее время перестали быть новинкой такие агрегаты и в автомобиле.

В отличие от них первый двигатель Отто был достаточно низкооборотным и обладал большой массой. При увеличении оборотов вала до 180 об/мин происходили перебои в его работе, а также ускоренный износ золотника. В качестве бака для хранения газа использовался большой резервуар, поэтому установка его на автомобили была попросту невозможной, однако его стали широко применять на различных заводах и фабриках.

Система питания газовых двигателей и общая схема устройства

Система питания газовых двигателей внутреннего сгорания, которая устанавливается на автомобилях – это дозирующая система, позволяющая использовать вместо бензина сжиженный газ. В ее комплект входят:

• топливный баллон, который может иметь различную форму;
• переключатель вида топлива, вмонтированный в салон автомобиля;
• редуктор-испаритель, который предназначен для подогрева и испарения сжиженного топлива;
• газовый клапан (электромагнитный), перекрывающий подачу топлива во время стоянки автомобиля;
• электромагнитный бензиновый клапан или эмулятор форсунок, служащий для перекрытия подачи бензина во время использования газа;
• заправочное устройство (выносное);
• мультиклапан, который предотвращает утечку газа.

Принцип работы газового двигателя

Работает такое оборудование практически так же, как и бензиновое. Вначале сжиженный газ по топливной магистрали поступает в клапан-фильтр, где проходит предварительную очистку от различных взвесей и смол. Далее очищенный газ поступает в редуктор-испаритель, в котором его давление понижается до 1 атмосферы, после чего через дозатор подается в смеситель.

В оборудовании для инжекторных двигателей не применяется бензиновый клапан, вместо него устанавливается эмулятор форсунок.

Газовый двигатель своими руками – реально ли это?

В настоящее время на автомобилях применяются две схемы подключения оборудования:

• классическая – газ подается непосредственно в карбюратор или инжектор;
• последовательная – топливо поступает в форсунки, которые установлены параллельно с бензиновыми.

Классическая схема считается менее затратной, отличается простотой установки, но имеет существенный недостаток. При переключении режимов образуется смесь низкого качества, в результате чего двигатель быстро изнашивается. На сегодняшний день последовательная система хоть и является более дорогостоящей, но отличается более качественной подачей газа.

Основные достоинства применения такого оборудования:

1. Возможность легко создать газовый двигатель своими руками, то есть смонтировать установку на автомобиле самостоятельно.
2. Низкая стоимость топлива.
3. Высокое октановое число.
4. Отсутствие вредных выбросов.
5. Более качественная работа двигателя.
6. Благодаря применению газа значительно увеличивается ресурс двигателя.

Недостатки:

1. Снижение динамики разгона автомобиля.
2. Существенно возрастает нагрузка на клапаны газораспределительного механизма.
3. Все оборудование занимает слишком много места.
4. Сложности с использованием оборудования в зимнее время.

Газобаллонное оборудование (ГБО), которое дополнительно может встраиваться своими руками в уже существующую топливную систему автомобиля, приобретается на рынке, каждой модели двигателя соответствует своя модель ГБО. Заправочный баллон с комплектующими (клапан и испаритель) крепится в какой-нибудь нише, чаще всего это место для «запаски».

Следом подсоединяется выносное заправочное устройство, отверстие которого будет выходить на внешнюю сторону кузова. А затем на двигателе устанавливаются клапаны против утечки газа, для перекрывания бензина при включении газа.

А в салоне автомобиля располагается переключатель бензин-газ. Если вы сомневаетесь в своих знания о традиционном устройстве мотора, то не рискуйте к нему присоединять ГБО, лучше обратитесь к специалистам.