1.8. Система питания газового двигателя

Газообразное топливо, применяемое в двигателях внутреннего сгорания автомобилей, состоит из горючих и инертных газов. В качестве газообразного топлива применяют природные газы, в основном, метан. В дополнении к метану, это бутан и этан.

Газообразное состояние, являющееся одним из преимуществ, обуславливает в то же время два коренных недостатка: малую концентрацию энергии в единице объёма и специфику транспортирования и хранения. Концентрация энергии в единице объёма природного газа при атмосферном давлении в 800…1000 раз меньше, чем в единице нефтяного топлива.

В автомобильных двигателях применяют сжимаемые газы и сжиженные.

Сжимаемые газы обычно состоят из смеси метана, свободного водорода и окиси углерода, а также некоторого количества инертных газов – азота, углекислого газа, кислорода и др. При нормальной температуре сжимаемые газы могут быть сжаты до высокого давления 20 МПа и не переходят в жидкое состояние.

Газообразное топливо практически беззольно. В нём отсутствуют неиспарившиеся жидкие фракции, которые в жидком топливе вызывают смывание смазки со стенок цилиндров, усиливая износ. Срок службы масла в газовом двигателе выше и к самому маслу не предъявляют высокие требования.

В автомобильных двигателях используются две марки: ПА – пропан автомобильный и ПБА – пропан-бутан автомобильный. Сжиженный газ обладает повышенными антидетонационными свойствами. Октановое число пропан-бутана более 100, что позволяет газовому двигателю работать без детонации. Более высокие пределы меняемости газовоздушной смеси обеспечивают работу на более бедных смесях. Это снижает токсичность и способствует экономии топлива. Так, у двигателя, работающего на газе, количество вредных выбросов CO, CH, NO_x в два раза, а твёрдых – в три раза меньше, чем предусмотрено нормами EURO – 2. Отсутствие у газа растворяющих и смывающих свойств, способствует увеличению срока службы моторного масла в 1,5 – 2 раза.

Система питания пропан-бутановым сжиженным газом имеет следующие особенности.

Газ хранится в баллоне в жидком и газообразном состояниях при давлении газа над жидкой фазой, не превышающем 1,6 МПа и, зависящим от его состава и температуры.

При пуске двигателя, когда температура в системе охлаждения составляет менее 60 ⁰С, из баллона отбирается газовая фаза через открытый расходный вентиль. При этом вентиль жидкой фазы закрыт. После прогрева двигателя до температуры выше 60 ⁰С вентили переключают.

Газ через электромагнитный клапан поступает в подогреватель, где он нагревается и испаряется за счёт теплоты жидкости системы охлаждения. Затем газ через фильтр проходит в двухступенчетый редуктор с дозирующим экономайзерным устройством, где его давление снижается почти до атмосферного. Давление и расход газа на выходе из редуктора автоматически регулируются клапанами, управляемыми системами пружин и диафрагм в зависимости от разрежения в диффузоре и в задроссельным пространстве. Редуктор автоматически прекращает подачу газа в двигатель при его остановке.

Резервная система питания бензином обеспечивает кратковременную работу двигателя при получении до 50% его номинальной мощности.

Система питания сжатым природным газом принципиально не отличается от системы питания сжиженным газом, но имеет свои особенности. Газ, основу которого составляет метан, хранится в баллонах, объединённых в две батареи под давлением до 20 МПа.

Работу системы водитель контролирует по двум манометрам: один показывает давление газа и, следовательно, его запас в баллонах, а второй – правильность регулировки редуктора низкого давления.

В настоящее время прорабатываются вопросы хранения природного газа при t=-160 ⁰C в криогенных баках. Однако есть проблемы связанные с их стоимостью, обслуживанием и надёжностью.