Схема ГБО третьего поколения для карбюраторного автомобиля.
1 - баллон 2 - мультиклапан 3 - газовая магистраль высокого давления 4 - выносное заправочное устройство 5 - газовый клапан 6 - редуктор-испаритель 7 - дозатор 8 - смеситель воздуха и газа 9 - бензиновый клапан 10 - переключатель видов топлива
Сжиженный нефтяной газ (пропан-бутан) под давлением поступает из баллона (1) в газовую магистраль высокого давления (3). Расход газа из баллона происходит посредством мультиклапана (2), через который также осуществляется заправка с помощью выносного заправочного устройства (4). По магистрали газ в жидкой фазе попадает в газовый клапан-фильтр (5), который очищает газ от взвесей и смолистых отложений и перекрывает подачу газа при выключении зажигания или при переходе на бензин. Далее очищенный газ по трубопроводу поступает в редуктор-испаритель (6), где давление газа понижается с шестнадцати атмосфер до одной. Интенсивно испаряясь, газ охлаждает редуктор, поэтому последний присоединяется к системе водяного охлаждения двигателя. Циркуляция тосола позволяет избежать обмерзания редуктора и его мембран. Под действием разряжения, создаваемого во впускном коллекторе работающего двигателя, газ из редуктора по шлангу низкого давления через дозатор (7) поступает в смеситель (8), установленный между воздушным фильтром и дросельными заслонками карбюратора. Иногда вместо установки смесителя производится непосредственная врезка газовых штуцеров в карбюратор. Управление режимами работы (на газе или на бензине) осуществляется с помощью переключателя видов топлива (10), установленного на панели приборов. При выборе позиции "ГАЗ" переключатель открывает электромагнитный газовый клапан (5) и отключает электромагнитный бензиновый клапан (9). И, наоборот, при переходе с газа на бензин, переключатель закрывает газовый клапан и открывает бензиновый. С помощью светодиодов переключатель позволяет контролировать, какое топливо используется в данный момент. Переключатель может быть оснащен указателем уровня топлива в баллоне (для этого мультиклапан должен быть оснащен сенсором уровня топлива). Установка ГБО третьего поколения на инжекторные автомобили отличается тем, что вместо бензоклапана для отсечения подачи бензина используется эмулятор форсунок. Когда подается газ, этот эмулятор имитирует работу бензиновых форсунок, чтобы штатный компьютер не перешел в аварийный режим. По этой же причине нужно устанавливать эмулятор лямбда-зонда. Системы газобаллонного оборудования четвертого поколения отличаются тем, что газ подается непосредственно во впускной коллектор через специальные газовые форсунки. Они управляются собственным электронным блоком управления, который синхронизирует свою работу со штатным контроллером и одновременно выполняет функции эмулятора.
Описание основных узлов комплекта газобаллонного оборудования Редуктор-испаритель служит для подогрева смеси пропан-бутана, ее испарения и снижения давления до величины, близкой к атмосферному давлению.
Газовый редуктор разработан для малолитражных автомобилей с объемом двигателя до 1,6л. Благодаря своей компактности легко помещается в подкапотном пространстве автомобиля. Может иметь вакуумное либо электронное управление.
Электромагнитный газовый клапан служит для перекрытия газовой магистрали при стоянке или работе двигателя на бензине. Снабжен фильтром для очистки топливной смеси.
Электромагнитный бензиновый клапан в карбюраторных автомобилях отсекает подачу бензина при работе двигателя на газу. В инжекторных автомобилях его функции выполняет эмулятор форсунок.
Переключатель видов топлива- устанавливается в салоне автомобиля. Встречаются переключатели, на которых с помощью светодиодов показывается уровень газа в баллоне.
Мультиклапан монтируется на горловину баллона. Включает в себя заправочный и расходный клапана, указатель уровня газа и заборную трубку. Специальный скоростной клапан перекрывает утечку газа при аварийном повреждении газовой магистрали.
Венткоробка крепится на горловину баллона. Внутри нее помещается мультиклапан. В случае утечки газа из баллона венткоробка отводит его пары из багажного отделения наружу. Выносное заправочное устройство служит для безопасного подсоединения заправочного шланга при заправке баллона газом. Обычно врезается в задний бампер.
Емкость для сжиженого нефтяного газа. Встречаются баллоны цилиндрические и торроидальные (для ниши под "запаску"). По правилам техники безопасности заполняются не более, чем на 80% от полного объема.
Газ вместо бензина
Что меняется в конструкции автомобиля при установке газобаллонного оборудования (ГБО)?
Почти ничего. Только в разрыв топливной магистрали вставляется электромагнитный клапан для отключения подачи бензина. Остальные штатные узлы и детали изменениям не подвергаются, газовая аппаратура является дополнением, которое можно в любой момент отвинтить и выбросить. После установки ГБО автомобиль сможет ездить на двух видах топлива - газе и бензине. Какие плюсы у газового топлива по сравнению с бензином? Не только цена, из-за которой обычно ГБО устанавливается:
* при работе на газе не бывает детонации (октановое число больше 100),
* цилиндро-поршневая группа двигателя служит больше (газ не смывает масло со стенок цилиндров и лучше перемешивается с воздухом, что способствует более равномерному сгоранию),
* масло можно менять реже, поскольку оно медленней теряет свои свойства,
* гораздо меньше образуется нагара,
* менее вредный выхлоп.
А минусы?
Их тоже хватает:
* необходимость время от времени сливать конденсат из редуктора,
* баллон в багажнике занимает место, есть тороидальные баллоны, устанавливаемые в нишу запаски, но они довольно дороги,
* ГБО утяжеляет автомобиль на 20-40 кг,
* невозможность завести двигатель в мороз на газе,
* необходимость втрое чаще менять воздушный фильтр,
* очереди на заправках.
Как устроено и работает ГБО?
Гораздо проще, чем бензиновая система питания. Газ хранится в герметичном баллоне, установленном в багажнике. Устройство, аналогичное бензонасосу отсутствует по причине ненужности, газ под давлением поступает в редуктор. Редуктор подогревается охлаждающей жидкостью из системы охлаждения, в нем газ испаряется и уже в газообразном виде (так называемая паровая фаза) идет в смеситель через дозатор. Смеситель - это такая железка хитрой формы, устанавливаемая перед дроссельными заслонками и, как следует из названия, занимается перемешиванием газа с воздухом, то есть, приготовлением рабочей смеси или смесеобразованием. Дозатор - регулировочное устройство. Перед редуктором стоит электромагнитный клапан для отключения подачи газа. Переключатель газ-бензин выводится в салон, обычно ставится на штатное место и фиксируется в трех положениях "газ", "бензин" и "ничего", перекрывая один или два клапана. При выключенном зажигании оба клапана закрыты. Некоторые системы выключают подачу газа, если пропала искра.
Как правильно эксплуатировать автомобиль на газе?
Заводиться надо на бензине. Двигатель заведется и на газе, но мембраны редуктора выйдут из строя быстрее. Переключаться на газ проще всего на ходу по такой схеме: на участке дороги без светофоров, пробок и перебегающих дорогу собак переводите переключатель в нейтральное положение, ждете, когда выработается бензин из поплавковой камеры карбюратора и двигатель попытается заглохнуть, переключаетесь в положение "газ". Перед ночной или просто длительной стоянкой переключитесь на бензин, используя тот же алгоритм. Периодически (раз в две-три заправки, что соответствует примерно 1000 км пробега) сливайте конденсат из редуктора. Операция проста и заключается в отворачивании гайки/винта/другой какой-нибудь штучки с последующим заворачиванием ее обратно после слива. Где именно на вашем редукторе находится штучка/винт/гайка, выясните у установщиков, у них же спросите, как регулировать систему.
Что и как регулировать?
Холостой ход регулируется винтом на редукторе, а качество/количество смеси на дозаторе (это который перед смесителем стоит, как мы помним), возможны и другие схемы, однако в любом случае если вы умеете регулировать холостой ход на карбюраторе, бояться вам нечего, регулировки ГБО проще. ХХ лучше выставить процентов на 20 выше положенного, связано это с высокой чувствительностью двигателя к погодным условиям (влажность, давление) при работе на газе. Регулировки карбюратора можно оставить в покое. Угол опережения зажигания можно не трогать, можно поставить пораньше. К сожалению, невозможно добиться, чтобы он был правильным на всех режимах работы двигателя, разработанного для работы на бензине. Не забывайте, что, сделав зажигание слишком ранним, можно получить детонацию, переключившись на бензин.
А оно не рванет?
Может. Только перед этим вонять будет так, что только мертвый не заметит. При появлении запаха газа немедленно останавливайтесь, перекрывайте вентили на баллоне и катайтесь на бензине до выяснения и устранения причин.
Что обычно ломается?
Ломаться почти нечему, в основном электрическая часть, то есть клапаны, следующие на очереди диафрагмы в редукторе и резиновые детали, обычно они служат 3-4 года.
Сколько стоит оборудование?
Цены меняются, а срок окупаемости (вас ведь это интересует?) лежит в пределах 15000..30000 км пробега.
В общем, перед тем, как устанавливать оборудование, решите для себя два главных вопроса: готовы ли вы расстаться с частью багажника и есть ли у вас время стоять в очередях, остальное мелочи.
Классификация газовых систем питания
По принципу работы, применяемые в настоящее время газовые системы, можно разделить на четыре поколения:
I поколение
Механические системы с вакуумным управлением, которые устанавливают на бензиновые карбюраторные автомобили.
II поколение
Механические системы, дополненные электронным дозирующим устройством, работающим по принципу обратной связи с датчиком содержания кислорода (лямбда-зонд). Они устанавливаются на автомобили, оснащенные инжекторным двигателем и каталитическим нейтрализатором отработавших газов.
III поколение
Системы, обеспечивающие распределенный синхронный впрыск газа с дозатором-распределителем, который управляется электронным блоком. Газ подается во впускной коллектор с помощью механических форсунок, которые открываются за счет избыточного давления в магистрали подачи газа.
IV поколение
Системы распределенного последовательного впрыска газа с электромагнитными форсунками, которые управляются более совершенным электронным блоком. Как и в системе предыдущего поколения, газовые форсунки устанавливаются на коллекторе непосредственно у впускного клапана каждого цилиндра.
Системы первого и второго поколений имеют ряд недостатков, и не отвечают действующим в настоящее время стандартам ЕЭК ООН. Токсичность отработавших газов (ОГ) автомобилей, оснащенных такими системами, как правило, находится на уровне норм ЕВРО-1, которые действовали в Европе до 1996 года, и лишь в отдельных случаях приближаются к нормам ЕВРО-2. В связи с этим производители газового оборудования разработали системы третьего и четвертого поколений, которые находят все большее распространение.
Газовые системы в Европе
Системы с распределенным впрыском газа конструктивно сложнее, а значит дороже. Вместе с этим, по сравнению с механическими системами они имеют ряд преимуществ:
* точное дозирование подачи газа;
* меньший расход топлива;
* снижение мощности двигателя только на 2-3% (у систем 1-2 поколений — 5-7%);
* снижение токсичности отработавших газов до норм ЕВРО-3 и ЕВРО-4;
* отсутствие режимов обеднения смеси, которые приводят к резкому повышению температуры впускных и выпускных клапанов и выходу их из строя;
* исключение «хлопков» — эффект возникающий при воспламенении топливной смеси во впускном коллекторе, разрушающий датчики массового расхода воздуха, корпуса воздушных фильтров и другие элементы.
Особенности национальной установки и работы с ГБО
Установка газового оборудования на автомобиль, особенно оснащенный системой впрыска топлива (инжектор), а также его эксплуатация имеет очень много нюансов. Начнем с самого начала, т.е. с его установки. Если подходить к этому вопросу скрупулезно, то, та установка ГБО, которую почти везде производят, в корне не правильна, т.к. газ, также как и бензин, должен точно дозироваться под потребность двигателя, а на самом деле мы имеем принудительную подачу газа. Далее, при установке внутри (или как переходник) дроссельного патрубка устройства подачи газа (рассекатель), уменьшается больше чем в два раза проходное сечение канала забора воздуха, и естественно, о нормальной динамике и расходе топлива на бензине придется забыть. Также свое влияние оказывает на это и хлопушка, ставящаяся перед ДМРВ. Принудительно обрывая топливные форсунки и бензонасос при работе на газе, в блок управления заносится неправильная информация, вследствие чего он также начинает работать в "неправильном" режиме. Также, перед установкой ГБО, у вас должна быть абсолютно исправна система зажигания - свечи, высоковольтные провода, наконечники свечей, катушки зажигания. После установки ГБО должна быть проведена регулировка редуктора и подачи газа по специальным приборам. Но на этом установка газа совсем не закончена. Если у вас инжекторный автомобиль, то обязательно должна быть произведена коррекция угла опережения зажигания. Следует знать, что для бензина и газа разные кривые угла опережения зажигания, и просто поднятие его не даст необходимого эффекта. Для этого необходимо в контроллер управления системой зажигания устанавливать программу, в которой все это учтено, ну а самым правильным вариантом будет установка двухрежимной программы Газ-Бензин, автоматически переключающейся в зависимости от того, на чем работает двигатель. Если пренебречь всем (или частично всем) вышеописанным, то самое минимальное, что вы получите - это плохую тягу и большой расход на газе и бензине, затрудненный пуск двигателя в холодное время и еще много чего. При постоянной работе на газе закоксовываются топливные форсунки, в результате работа на бензине (с учетом всех "прелестей" установки ГБО) становится просто отвратительной. Не стоит забывать и о том, что "на газе" нужно гораздо чаще заглядывать в клапанный механизм с целью его регулировки. При неудачном стечении обстоятельств, при резком нажатии педали акселератора при работе на газе, произойдет хлопок во впускной коллектор. Последствия его самые разнообразные - от вышедшего из строя датчика массового расхода воздуха до разорванного в клочья корпуса воздушного фильтра вместе с гофрой и ДМРВ. Последствия могут быть и тяжелее. Один раз хлопнет, вы заплатите 50-250$, второй раз хлопнет… Где будет так желаемая экономия на топливе, и не появится ли желание снять ГБО? И в добавок к этому, претензии предъявить-то и некому…
Перед тем как установить газовое оборудование на свой автомобиль, водитель проходит путь от "чайника" (в который что положат, то там и будет вариться) до пользователя. Но только в роли пользователя можно более или менее объективно рассуждать, чем отличается реклама от правды, но в этой стадии уже трудно что-то изменить. От того, какую информацию вы почерпнёте, зависит конечный результат всех стараний, и дальнейших ощущений от езды. То ли вы будете ездить и наслаждаться позитивными моментами, то ли наоборот, нервничать от негативных и корить себя за необдуманный шаг. Именно поэтому небесполезно будет знать некоторые нюансы. Первый миф- о том, что динамика на газе остаётся бензиновой. Самое удивительное, что иногда это говорят водители установившие ГБО. Почему так происходит? Ответ прост: во-первых, субъективные ощущения (никто секундомером не замерял), во-вторых, посмотрите на смеситель газа (проставка-распылитель), который устанавливают сразу после воздухомера (инжекторные машины) или перед дроссельной заслонкой (карбюраторные и некоторые инжекторные). Проходное сечение смесителя меньше штатного проходного сечения воздуховода, на который он устанавливается. У двигателя эффект такой, как у человека, одевшего противогаз- ходить ещё как-то можно, но бежать трудно. Чем это чревато? Очень просто: динамика автомобиля на бензине падает, особенно на высоких оборотах. Вот и получается: не ГБО хорошо "тянет", а бензиновая динамика ухудшается. При использовании ГБО приходится жертвовать бензиновой динамикой. Миф второй- о том, что хлопки во впускной коллектор при строгом соблюдении всех правил обслуживания- явление контролируемое. Для начала давайте ознакомимся с этими правилами. Первое- это содержание высоковольтных элементов(провода,трамблёр,свечи и т.д) не просто в рабочем, а в идеальном состоянии. То есть замена свечей через каждые 10000км, это не сложно, но если машина не новая то вероятность того, что зажигание неидеально очень высока, а замена всех элементов на иномарку обойдётся в копеечку. И даже замена не гарантирует безопасность, малейший сбой по любой другой причине (например проникновение влаги в трамблёр) системы зажигания влечёт за собой хлопок. Второе: связанное со смесеобразованием- это необходимость точного регулирования редуктора и регулярной замены таких капризных резиновых мембран. При этом инструкция рекомендует резко не ускоряться, зимой прогревать двигатель до 80С(попробуйте: всю зиму вы будете только прогреваться, естественно на бензине), не доезжать баллон до полного опустошения. Третье: клапанная система головки блока должна быть идеальна, любая неплотность клапана чревата поджигом смеси которая идёт через впускной коллектор. И даже при исполнении всех этих рекомендаций вероятность хлопка уменьшается не на много. Миф третий- о том, что гаситель хлопкового эффекта (хлопушка) даже если хлопнет, спасёт элементы бензиновой инжекторной системы. Во-первых, при хлопке кроме шума и недоумённых взглядов из проезжающих рядом машин, часто происходит остановка двигателя, и если это на светофоре, просто приходится крутить стартером, а сразу после хлопка заводится плохо, но когда хлопнет при манёвре (обгон, переезд перекрёстка и т.д.), то остановка двигателя чревата ДТП со всеми вытекающими последствиями. Во-вторых, после серии сильных хлопков не спасает даже хлопушка. Грустно ездить зная, что в любой момент может так хлопнуть, что дальше придётся идти пешком.
МИФЫ И ПРАВДА О МЕТАНЕ
Выбросы автомобильного транспорта, как известно, – один из главных источников загрязнения атмосферы больших населенных пунктов. Одним из способов снижения вредных выбросов является перевод автомобилей на газообразное топливо – природный газ метан, который в теории при оптимальном сгорании выделяет меньше вредных веществ по сравнению с жидким топливом (бензин, дизельное топливо). Однако на практике из-за несовершенства большинства газовых систем добиться оптимальных параметров газовоздушной смеси не удается, что приводит не к уменьшению, а к увеличению содержания вредных выбросов в выхлопных газах транспортных средств.
Классификация газовых систем
Все представленное на рынке многообразие газобаллонных систем для автотранспорта, работающего на сжатом природном газе, можно разделить на несколько классов:
а) по способу смесеобразования: -традиционные эжекторные системы с внешним смесеобразованием, где регуляторы количества газового топлива, поступающего в двигатель, выполнены на рычажномембранных механизмах с отдельным смесителем "газвоздух”; -инжекторные системы с центральным или распределенным поцилиндровым впрыском газового топлива. б) по способу поджига газового топлива: -системы с электроискровой системой зажигания; -газодизельные системы. Рассмотрим подробнее каждый из представленных классов газобаллонных систем. Класс рычажномембранных систем с внешним смесеобразованием. По терминологии бензиновых двигателей эти системы выполнены по принципу карбюратора, где газ и воздух смешиваются в специальном устройстве (смесителе), а смесь всасывается во впускной трубопровод за счет создаваемого разрежения. Западные фирмы несколько усложняют традиционные механические системы, вводя в них различные усовершенствования. К примеру, используют: -регулирование количества подаваемого газа не только по разрежению во впускном коллекторе, но и по лямбдазонду, сигнал с которого обрабатывается электронным блоком (для поддержания параметров токсичности в заданных пределах), а также по изменению температуры двигателя, воздуха и газа; -поддержание стабильных оборотов холостого хода регулированием подачи воздуха или топлива при помощи дополнительных шиберных или лопастных устройств с электроприводом (в электронный блок управления поступает информация о частоте вращения коленчатого вала двигателя); -предотвращение разрушения двигателя во время обратной вспышки путем введения в систему предохранительного клапана (антихлопина). Введение электронных регулировок в традиционные механические системы, конечно, не устранило их основные недостатки: невозможность дозирования газа по цилиндрам, большую инерционность газового потока, низкую надежность механических регуляторов давления и высокое содержание несгоревших углеводородов. Но, тем не менее, позволило значительно увеличить стабильность их работы, что при относительно невысокой стоимости сохраняет их привлекательность для потребителя. Причем с учетом того, что жесткой проверки фактических вредных выбросов в эксплуатации никто и не проводит. Проверка "полицейскими” измерителями токсичности в таких системах никакого "криминала” не выявляет. Однако тщательное тестирование подобных систем показывает, что по содержанию вредных выбросов в выхлопных газах механические системы с электронными улучшениями значительно уступают современным бензиновым инжекторным двигателям. Кроме того, установка эжекторных газовых систем на большинство инжекторных бензиновых ДВС приводит к риску появления обратной вспышки газа во впускном трубопроводе и разрушению двигателя. Специальные устройства (антихлопины) проблему не устраняют, а только предохраняют двигатель от полного разрушения. Инжекторные системы с центральным впрыском газа, оснащенные микропроцессорными блоками управления, по своим характеристикам занимают промежуточное положение между традиционными эжекторными и распределительными инжекторными системами подготовки газовоздушной смеси и имеют следующие прогрессивные преимущества: -стабильное дозирование газа независимо от внешних условий (степени засоренности воздушного фильтра, уменьшения плотности газа при повышении температуры); -минимальные доработки агрегатов двигателя при установке газовой системы (по сравнению с распределенной инжекторной); -высокие энергетические показатели, стабильность параметров во времени; -возможность коррекции состава газовоздушной смеси по лямбдазонду (при работе с 3-х компонентным нейтрализатором); К недостаткам можно отнести: -значительную инерционность системы за счет больших паразитных объемов впускного ресивера; -невозможность дозирования топливной смеси индивидуально для каждого цилиндра; -выброс несгоревшего метана в выпускную систему за счет значительного перекрытия впускных и выпускных клапанов современных двигателей (снижение экономичности и увеличение выбросов углеводородов СН). Инжекторные системы с распределенным впрыском газа (ИРС) – наиболее современные системы подачи газа в цилиндры ДВС, позволяющие получить самые совершенные характеристики газового двигателя. Все ИРС оснащены мощными микропроцессорными блоками управления, позволяющими: -дозировать подачу газа индивидуально для каждого цилиндра, добиваясь идеального сгорания -обеспечить минимальный расход газа, так как впрыск газа в цилиндр производится только в цикле всасывания индивидуально для каждого цилиндра, нет перетекания газа из выпускной трубы в выхлопную систему вследствие перекрытия клапанов, как в системах с внешним смесеобразованием); -обеспечить максимальную динамику двигателя, так как практически сведена к минимуму инерционность системы (минимум паразитных объемов).
Стереотипы не выдержали испытаний
Если внимательно проанализировать публикации в отечественных журналах о газовых автомобилях, работающих на природном газе, то можно выявить следующие устойчивые тенденции стереотипы:
1. Газовый автомобиль на метане по определению имеет более чистый выхлоп по сравнению с бензиновым вариантом. 2. Размещение в багажнике современных пластиковых баллонов незначительно утяжеляет вес автомобиля. 3. Потеря мощности двигателя составляет 10-15%. 4. Динамика автомобиля на метане незначительно хуже, чем на бензине. 5. Затраты на переоборудование автомобиля на метан быстро окупаются за счет значительно более дешевого газового топлива. Так что же реально дает владельцу перевод бензинового автомобиля на метан с газовым карбюратором и внешним смесеобразованием? Вопервых,- это снижение объема багажного отделения в два раза при увеличении массы задней части автомобиля на 50-60 кг. Вовторых, снижение максимальной мощности двигателя до 35%. Втретьих, происходит ухудшение динамических характеристик автомобиля до 25%. Вчетвертых, наблюдается (впрочем, далеко не всегда) незначительное улучшение токсичности выхлопных газов. Впятых, – окупаемость затрат при пробеге не менее 30 тыс. км при скромной цене за газовый комплект и при цене метана не более 50% стоимости бензина АИ80. В-шестых, возникает необходимость еженедельной регулировки оборотов холостого хода и системы ПХХ, которые в механических системах никакой стабильностью не обладают. И, наконец, требуется ежедневная заправка метаном при холостом пробеге до АГНКС и обратно. Как видим, налицо существенная разница в фактах и публикациях. Рассмотрим подробнее ее фактические причины на примере конкретных автомобилей с инжекторными бензиновыми двигателями, переведенными на природный газ. Реальные изменения динамических свойств автомобиля рассмотрим на примере газовой модификации автомобиля DAEWOO NEXIA с двухлитровым инжекторным двигателем (газовое оборудование именитой итальянской фирмы "Ловато”), который испытывался на Дмитровском автополигоне. Анализ проведенных испытаний показывает, что установка газового смесителя ухудшает динамику автомобиля при работе на бензине на инжекторном (DAEWOO NEXIA) двигателе за счет частичного дросселирования воздушного потока. На метане при полном открытии дроссельной заслонки скорость воздушного потока мала, в связи с чем обедняется смесь и ухудшается эластичность двигателя на 18-27%. При езде по городу на метане и средней загрузке автомобиля ухудшение эластичности эквивалентно переходу на одну передачу ниже по сравнению с бензином. Далее. Максимальная скорость на метане меньше, чем на бензине в среднем на 46%. Разгон с места до 100 км/час на метане хуже на 11-13% по сравнению с разгоном на бензине. А также происходит снижение максимальной мощности двигателя до 40% изза замещения части воздуха метаном и уменьшения фактического коэффициента наполнения. Следует учитывать, что тесту подвергали тщательно отрегулированный автомобиль с отъюстированной газовой системой. (Ухудшение динамических характеристик газовых автомобилей с серийной газовой аппаратурой достигает 25% и более). Теперь немного о токсичности газового автомобиля. Расхожее мнение о низкой токсичности автомобилей, работающих на природном газе и бензине, в практической эксплуатации эжекторных механических систем не подтверждается при более или менее тщательной проверке состава выхлопных газов. Несмотря на высокое октановое число и хорошее смешение метана с воздухом есть ряд причин, которые не позволяют обеспечить требуемых экологических показателей. Так, углы опережения зажигания оптимальны только при работе на бензине, при работе на метане их необходимо увеличить и оптимизировать заново на моторном стенде. Это первое. Второе – современные двигатели имеют перекрытие фаз открытия впускных и закрытия выпускных клапанов до 40 градусов поворота коленчатого вала. Поэтому часть метана напрямую попадает в выхлопную систему, увеличивая в несколько раз предельно допустимые концентрации углеводородов (CH) и расход газового топлива. Еще одной антиэкологической причиной является невозможность обеспечить требуемое для оптимального сгорания соотношение "газвоздух” во всем диапазоне частот вращения, температур и нагрузок изза отсутствия обратных связей в регуляторе топливоподачи. В результате чего – растут выбросы CO, CH. Наконец, необходимо сказать об отсутствии временной стабильности регулировок, связанной со старением резиновых мембран и регулирующих пружин. Изменяются диаметры дросселирующих отверстий вследствие загрязнения органическими соединениями. Все это приводит не только к неустойчивой работе двигателя, но и к резкому увеличению содержания вредных примесей в выхлопных газах автомобиля. Таким образом, испытания различных рычажномембранных систем, проведенных в лаборатории токсичности, показали, что без коррекции состава газовоздушной смеси по лямбдазонду и наличия катализатора в выхлопной системе эжекторные системы не обеспечивают требований норм ЕВРО1 при динамических испытаниях, в то время как базовый бензиновый инжекторный двигатель значительно превосходит эти нормы. Расход газового топлива все того же DAEWOO NEXIA был также определен во время испытаний. В режиме городского цикла он составил 9,9 м. куб/100 км при работе на метане (9,6 л/100 км при работе на бензине). При этом реальный пробег по шоссе составил 140 км при полной емкости баллонов 16 м. куб (два металлопластиковых баллона по 35 л каждый).
Каким должен быть газовый двигатель
Представленные выше результаты испытаний и их анализ приводит к мысли, что на самом деле все преимущества газового двигателя на метане – миф, придуманный либо энтузиастами, либо лоббистами "Газпрома”. Как использовать перспективное моторное топливо – метан, чтобы на самом деле получить приличные характеристики газового двигателя? Ответы на этот вопрос в теории давно известны, только практическая реализация теоретических построений несколько затянулась.
Прежде всего, необходимо понять, что чисто газовый (однотопливный) двигатель – это самостоятельный тип двигателя, и любое приспособление бензинового двигателя для работы на природном газе – всегда проигрыш. Для газового двигателя оптимальной конструкции необходимо увеличить степень сжатия до 12-13 единиц и обеспечить избыток воздуха (т. е. ввести дополнительный нагнетатель воздуха). Подачу газа нужно производить индивидуально в каждый цилиндр, обеспечивая при этом более точное дозирование, чем на бензине, так как отсутствие топливной пленки при работе на метане вызывает практически мгновенную реакцию на ошибки в дозировании газовоздушной смеси. А для доведения показателей токсичности газового двигателя до норм Евро-3 требуется применение специальных нейтрализаторов выхлопных газов (температура нейтрализации метановых углеводородов почти на 450 градусов выше, чем для бензина). Результаты проведенных работ показали, что газодизельные двигатели при работе на метане не только не теряют энергетических показателей, но и позволяют улучшить зависимость развиваемого момента от частоты вращения, сделав характеристику момента более плоской в области низких частот вращения, что сразу же улучшило маневренность автомобиля и его эластичность. Значительно снизился выброс сажи, CO, NОx по сравнению с базовым дизелем, при этом немного увеличился процент метаносодержащих углеводородов. Замещение дизельного топлива на метан достигается не менее 78-83% ( 50% у механических газовых систем). Электронный многорежимный регулятор (симбиоз всережимного и трехрежимного регулятора) обеспечил оптимальное распределение крутящего момента на частичных нагрузках, что опять же значительно улучшило на этот раз управляемость автомобиля по сравнению с механическими газовыми системами. Таким образом, встроенная диагностическая система и высокая надежность компонентов газовой системы обеспечивают межремонтный пробег автомобиля не менее 60 тыс. км. Что касается газобензиновых двигателей, то для этого класса силовых агрегатов необходимым условием является работа как на метане, так и на бензине, поэтому никаких серьезных изменений в конструкцию двигателя не вносилось. Доработка двигателя ЗМЗ-4062.10 для работы на метане свелась к установке газовой рампы с высокоскоростными газовыми инжекторами и замене штатного электронного блока "Микас” на новый газобензиновый блок разработки ЗАО "Газомотор” и ФГУП РЗП. Результаты стендовых моторных и лабораторнодорожных испытаний автомобиля ГАЗ-3110 с газобензиновым инжекторным двигателем показали (в скобках приведены результаты испытаний механической эжекторной газовой системы на том же двигателе): -снижение максимальной мощности и номинального момента, неизбежные при работе на метане, составило 24% и 16% соответственно (38% и 25%); -максимальная скорость снизилась на 2,3% (на 7%); -эластичность автомобиля ухудшилась на 9% (на 20%); -время разгона с места до 100км/час составило 18с против 17с в бензиновом варианте (22с); -показатели токсичности соответствуют требованиям норм ЕВРО2 (не выполнены требования норм ЕВРО1); -расход метана на 100 км пробега по городскому циклу составил 10,2 куб.м (с механической эжекторной системой при прочих равных условиях не менее 14 куб.м); -окупаемость комплекта газовой аппаратуры составляет 3035 тыс. км пробега за счет более низкой цены газового топлива.
