Ресурс двигателя на метане

Добавим газа: переводим двигатель на метан

Два разных топлива

Как известно, для двигателей внутреннего сгорания применяются два вида газового топлива: сжиженный углеводородный (он же нефтяной) газ или СУГ, а также компримированный (т.е. сжатый) природный газ или КПГ. Первый представляет собой пропан-бутановую смесь, получаемую в качестве побочного продукта при нефтедобыче, а второй на 95% состоит из метана и содержится в природе в чистом виде.

Среди автовладельцев еще распространено мнение, что пропан-бутан для транспорта использовать удобнее, чем метан, однако на сегодняшний день это оказывается уже не более чем устаревшим предубеждением. Технический прогресс не стоит на месте, и сейчас газобаллонное оборудование для метана имеет немногим большую массу и размеры баллонов, чем пропан-бутановое ГБО. Цена метанового оснащения, правда, почти вдвое выше. Однако с учетом денежной компенсации, которую предлагает «Газпром нефть» (подробности чуть далее) есть возможность за ту же сумму, что попросят за пропановое ГБО, поставить оборудование для метана – и пользоваться всеми преимуществами езды на природном газе.

Экономия во всем

По отношению к бензину коэффициент расхода пропан-бутановой смеси составляет примерно 1.15 – 1.20, в то время как для метана он равен 1, т.е. расход получается таким же. При этом цена 1 куб. м метана оказывается примерно в 2,5 раза ниже, чем стоимость эквивалентного ему 1 литра бензина Аи-95.

Кроме прямой экономии на стоимости топлива, важным моментом при использовании метана выступает экономия на расходных материалах и текущем ремонте автомобиля. Среди всех прочих видов углеводородного топлива (пропан-бутан, бензин, дизтопливо) природный газ метан оказывается наиболее «дружелюбным» по отношению к двигателю. Октановое число метана равно 120, что выше, чем у любого бензина, благодаря чему природный газ сгорает равномерно и без детонаций. Нагарообразование в двигателе при использовании метана также минимально, поскольку, в отличие от всех других видов топлива, природный газ не имеет посторонних химических примесей.

Особенно явно все достоинства метана проявляются при эксплуатации автомобиля в городском цикле, с частой сменой нагрузок «малая-средняя», что как раз и является наиболее «вредным» для двигателя. Здесь использование метана позволяет максимально продлить (до 4 раз по сравнению с бензином) срок службы такой дорогостоящей детали, как каталитический нейтрализатор (плюс датчики кислорода), и в 2-3 раза срок службы столь типичных «расходников», какими являются свечи зажигания.

Безопасность и экология

По взрыво- и пожаробезопасности метан превосходит все виды топлива, оказываясь куда более безопасным, чем дизель, бензин (!!) и еще более чем пропан-бутан. В отличие от бензина, метан не может разлиться и, испаряясь, создать взрывоопасные пары (что может происходить и при утечке тяжелого пропан-бутана). Современное метановое ГБО имеет надежную систему защиты, где блокируется утечка газа. При этом сам баллон имеет толщину стенки, рассчитанную на выдерживание давления в 200 кгс/см2, что не позволит произойти взрыву даже при серьезной аварии. Что касается безопасности для окружающей среды, автомобиль на метане уступает здесь разве что электромобилю. Благодаря своей чистоте и полноте сгорания, природный газ бережет не только двигатели, но и природу! О чем мы, сознательные граждане, тоже не должны забывать.

Второе питание

При установке ГБО расставаться навсегда с традиционным бензиновым «питанием» не придется – газобаллонное оборудование ставится параллельно штатной системе. Никаких глобальных технических переделок не потребуется – появятся только баллон и заправочный вентиль в багажном отделении, а в салоне будут установлены переключатель «газ-бензин» и датчик расхода топлива. Также, в зависимости от оборудования, такое переключение может быть реализовано автоматическим способом.

Цены на метановое ГБО низкими никогда не были, поскольку само оборудование является высокотехнологичным и достаточно высоким по себестоимости, а спрос на такое оснащение, позволяющее использовать недорогое топливо с неизменно стандартным качеством, также постоянно растет. Но сейчас есть возможность за установку метанового оборудования заплатить значительно меньше среднерыночной стоимости!

Вариант!

«Газпром нефть» продолжает свою «европейскую» акцию, которая сейчас проводится на территории Санкт-Петербурга и Ленобласти, а также Новгородской, Смоленской и Тверской областей. В рамках этого проекта, каждому автовладельцу предоставляется скидка в 26 тысяч рублей на установку ГБО плюс выдается карта с балансом в 4 тысячи рублей, которые он может расходовать на заправку своего автомобиля на метановых станциях «Газпром нефть». Их число, кстати, в 2014 году будет увеличиваться – в частности, появятся новые станции в Северо-Западном регионе.

Воспользовавшись акцией, можно получить существенную экономию уже на самом первом этапе – установке ГБО. Например, для владельца Renault Logan дооборудование машины метановым ГБО обойдется примерно в 27 500 рублей, в то время как без компенсации эта сумма составила бы 53 500 рублей. Время установки оборудования займет от нескольких часов до двух дней. При этом есть выбор ГБО от различных производителей – отечественных и зарубежных, что также дает возможность сэкономить и позволяет установить более дорогое и высококлассное оснащение.

В зависимости от производителя, на установленное оборудование действует гарантия от 1 года до 2-х лет, сам же срок службы ГБО неограничен. С техосмотром и выездом на автомобиле за границу также не возникает проблем: достаточно только проходить плановые испытания баллонов в автосервисе – один раз в пять лет для металлических баллонов и раз в три года для композитных.

Как ГБО и газ влияет на двигатель

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 дизельный двигатель в Европе уверенно вытесняет бензиновые аналоги. 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.

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.

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.

• 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 прогар клапанов 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, ЦПГ, клапанов и других элементов оказать не может. Еще раз повторимся, для этого настройка должны быть выполнена правильно.

Богатая смесь выводит из строя катализаторы, может возникнуть прогар в выпускной системе, мотор работает с перебоями, возможно появление ошибок и загорание «чека». 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 срок службы свечей зажигания, возникают локальные перегревы.

Далее проблемы прогрессируют, так как неправильная работа свечей и другие факторы становятся причиной обратных хлопков. 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 впускном коллекторе.

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 системой зажигания, неправильно выставленного УОЗ или фаз газораспределения ГРМ, прогара клапанов и по целому ряду других причин.

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 подобрать подходящее моторное масло для автомобилей с ГБО. Дело в том, что во время работы на смеси газа и воздуха температура в камере сгорания выше.

Для смазочного материала такая разница весьма значительна, некоторые бензиновые и универсальные масла 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 компьютерной диагностике мотора, а также о диагностике ГБО и проверке его настроек.

Если ГБО правильно установлено на атмосфеный или турбомотор, после чего настроено должным образом, тогда можно даже сказать о том, что газ благодаря некоторым особенностям лучше бензина по отношению к ресурсу ДВС. Дело в том, что в норме смесь воздуха и газа сгорает в цилиндрах «мягче». В результате ударные нагрузки уменьшаются, особенно при резком ускорении, а также снижается риск детонации.

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 разжижать масло, 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.

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.

Причины, по кторым после нажатия на педаль газа возникают провалы и двигатель начинает захлебываться. Провалы мотора с ГБО при переходе с бензина на газ.

Особенности установки ГБО на мотор с турбонаддувом. Какое газобалонное оборудование лучше ставить на двигатели с турбиной. Советы и рекомендации.

Газобалонное оборудование. Классификация, принципы работы и конструкция. Различные поколения газовых систем, ГБО для моторов с непосредственным впрыском.

Основные причины, кторые приводят к обеднению рабочей смеси. Бедная смесь на карбюраторных и инжекторных ДВС, а также на моторах с ГБО. Диагностика, ремонт.

Вредно ли ГБО для двигателя — ответ опытного моториста

• Особенности мотора на газе и преимущества
• Мифы о рисках и негативном влиянии ГБО на двигатель
• А есть ли явные минусы?

Постоянное подорожание бензина приводит к росту популярности газового баллонного оборудования (ГБО), которое устанавливается параллельно бензиновой топливной системе. Особенно выгодно это тем автомобилям, которые расходуют много топлива и передвигаются на большие расстояния.

В среде автолюбителей существует множество мифов, которые предостерегают владельцев авто от перехода на газ. Важно разобраться, являются ли обоснованными такие предостережения.

Особенности мотора на газе и преимущества

Чаще всего ГБО устанавливается на автомобили с бензиновым двигателем. В качестве топлива для таких систем используется смесь газов пропана, метана и бутана. При этом метан является природным газом, а бутан – это продукт перегонки нефти.

Данная технология дает ощутимую экономию по сравнению с основными видами современного автомобильного топлива. Кроме того, газ при сгорании дает выхлоп намного чище бензинового. На внутренних деталях двигателя практически не образуется нагар и отложения, поскольку газ не содержит смолы, парафин, свинец, серу. Данная особенность способствует увеличению обязательных интервалов замены моторного масла, которое более длительное время остается чистым.

Высокое октановое число, устойчивость газовой смеси к детонации снижает нагрузку на элементы моторной поршневой группы. Параллельная с бензиновой топливной системой установка ГБО повышает надежность авто, увеличивает запас его хода.

При отсоединении коммутатора завести двигатель не удастся, поэтому такие методы обеспечат надежную защиту автомобиля от угона. Газобаллонное оборудование не содержит дорогостоящих деталей, требующих периодического ремонта. Поэтому в системе по большому счету ничего не ломается. Кроме того, газовую смесь нельзя слить из баллона и продать.

Мифы о рисках и негативном влиянии ГБО на двигатель

На фоне постоянной борьбы за чистоту выхлопа, развития альтернативных вариантов топливных систем, моторных конструкций появляется все больше мнений, негативно характеризующих ГБО для легковых автомобилей. Некоторые из утверждений настойчиво пугают водителей, но являются на самом деле не более чем мифами.

Баллоны имеют свойство взрываться

Это одно из самых распространенных заблуждений. На самом деле баллон имеет гораздо более толстые стенки по сравнению с бензиновыми аналогами, поэтому может выдерживать экстремальные температурные перепады, значительные ударные нагрузки.

Кроме того, система предусматривает четыре аварийных клапана, которые контролируют внутреннее давление, повреждение и обрыв топливной магистрали.

В случае малейшей опасности подача газа мгновенно пресекается. Также из соображений безопасности закачка газа осуществляется только до 80%. Это позволяет газовой смеси расширяться без достижения критичных показателей давления.

На безопасность напрямую влияет качество установки ГБО. При правильном монтаже, регулярном проведении ТО взрыв газового баллона в авто – практически нереальное событие.

Газ вредит мотору

Газовая смесь практически не содержит вредных химических добавок, поэтому не является агрессивной по отношению к любым деталям двигателя. В отличие от бензина, она не смывает со стенок цилиндра защитную антифрикционную масляную пленку.

Соответственно, поршневые кольца меньше изнашиваются из-за трения и поэтому служат дольше. Таким образом, мотор на газе работает намного мягче и меньше подвергается механическому износу. При этом его мощность снижается только на 5-10%.

Быстро прогорают клапана

Газовая смесь внутри камеры сгорания горит медленнее бензина на фоне значительного повышения внутренней температуры. Поэтому выпускные клапаны вместе с седлами, катализатор и лямбда-зонд могут прогореть.

С другой стороны, такая ситуация может возникать только при постоянной агрессивной езде на 4500 оборотах в минуту. Предотвратить такие проблемы может тщательная регулировка клапанов, выполненная в специализированных центрах.

Эксплуатационный ресурс свечей зажигания на газе втрое меньше

Из-за более высокой температуры сгорания газовой смеси свечи зажигания, высоковольтные провода работают не так долго, как в случае бензиновых моторов. Опытные специалисты по ГБО утверждают, что их ресурс уменьшается не больше, чем на 25%.

Не стоит решать данную проблему с помощью специальных газовых свечей, которые стоят гораздо дороже.

Проблемы с зимним запуском

При низких зимних температурах во время холодного пуска двигателя сильно затвердевают и стареют резиновые прокладки. Кроме того, на морозе газ теряет способность испаряться, поэтому повышается вероятность залива свечей зажигания.

Поэтому важно придерживаться правильного алгоритма запуска двигателя на морозе. Вначале нужно завести машину на бензине, прогреть мотор, газовый редуктор до рабочей температуры, а уже после этого переходить на газ. Следует помнить, что для ДВС крайне необходимо периодически работать на бензине.

А есть ли явные минусы?

Недостатки установки ГБО на легковой автомобиль можно перечислить по пунктам:

• высокая стоимость установки;
• увеличение общей массы автомобиля;
• потеря полезного пространства багажника;
• снижение динамики разгона и скорости, необходимость дополнительной регулировки зажигания;
• недостаточное количество газовых заправок;
• неполная заправка из-за особенностей оборудования.

Каждый водитель самостоятельно определяет для себя целесообразность ГБО. Важно доверить данную работу исключительно профессионалам, а в процессе эксплуатации проводить регулярное ТО.

Влияние газа на двигатель автомобиля с ГБО

Последнее обновление – 11 октября 2019 в 12:27

В условиях постоянного удорожания нефтяного топлива каждый автолюбитель задумывается, как ездить на автомобиле экономнее. Одной из альтернатив бензину и дизельному топливу является газ, а именно — пропан-бутановая смесь или метан.

Несмотря на все преимущества работы автомобиля на газе, среди водителей наблюдается устойчивое мнение, что эксплуатировать машину на газе не стоит, так как это негативно сказывается на ее силовой установке. Поэтому в данной статье рассмотрим, как влияет газ на двигатель автомобиля.

Газ для мотора с положительной стороны

Перечислим основные достоинства использования газового топлива для работы ДВС (с учетом правильной регулировки и эксплуатации машины, а также своевременной замены комплектующих):

• Ресурс двигателя, работающего на газе и бензине, отличается в пользу газового топлива. В среднем продолжительность работы мотора увеличивается на 30%.
• Газовоздушная смесь заполняет цилиндр в отличие от бензина равномернее, и, как результат, происходит более плавное, и полное сгорание смеси, что ведет к снижению детонации и нагрузки на детали цилиндропоршневой группы;
• Газ не имеет в своем составе тяжелых примесей (смолы, сернистые соединения, парафины и свинец), в связи с чем не образуются абразивные вещества, влияющие на износ деталей;
• Температура сгорания выше, чем у бензинового и дизельного топлива, что приводит к удалению нагара;
• В отличие от бензина, газ не смывает масло со стенок цилиндра и не разжижает его;
• Минимальное негативное воздействие на датчик кислорода и каталитический нейтрализатор, так как газ не имеет в своем составе тяжелых примесей.

Вреден ли газ для двигателя?

Противники использования газобаллонного оборудования утверждают, что влияние газа оказывает негативное воздействие на двигатель автомобиля. Быстрее выходят из строя поршневые кольца, клапаны и топливные форсунки, потому что они не рассчитаны для работы в повышенном температурном режиме. Данное утверждение верно лишь отчасти.

Действительно, перечисленные детали могут преждевременно приходить в негодность. Однако связано это не совсем с температурным режимом, а с неправильной регулировкой газораспределительного механизма и неправильной эксплуатацией автомобиля.

Рассмотрим, какой вред ГБО оказывает на двигатель:

1. Небольшое снижение динамики авто является следствием медленного сгорания газового топлива.
2. ГБО требователен к качеству воздушной смеси, поэтому воздушный фильтр придется менять немного чаще.
3. Если вы заметили, что расход газа увеличился, проверьте воздушный фильтр, вероятнее всего, его нужно заменить.
4. Иногда при переходе на газ наблюдается обратный хлопок, но газобаллонное оборудование здесь не причем. Это связано с неисправностями ДВС:

• неправильная регулировка зажигания, в том числе фаз ГРМ;
• неисправности деталей системы зажигания.

Сушка двигателя на газу: вымысел или реальность

Многие водители боятся ставить газовое оборудование, столкнувшись с мнением, о прогаре клапанов после установки ГБО, так как «газ сушит ДВС». Однако сушка двигателя происходит — в результате неправильной подборки оборудования, ввиду отсутствия опыта у установщиков. Кроме того, некоторые «специалисты» считают, что настраивать ничего не нужно, для этого существует автокалибровка. Итогом таких горе-умельцев становятся проблемы с двигателем и разочарование в газовом топливе автовладельцев. Про то как найти грамотного мастера мы писали тут.

Почему горят клапана на газу? Реальные причины

Основной причиной, почему горят впускные и выпускные клапана на газу, является качество газовоздушной смеси.

Богатая смесь оказывает положительное влияние на мотор – помогает очищать детали камеры сгорания от нагара и несгоревшего топлива. Но ведет к увеличенному расходу газа, преждевременному выходу из строя катализатора и возможному прогару коллектора или деталей выпускной системы.

При правильной регулировке ГБО, негативного влияния на катализатор не оказывается.

Бедная смесь повышает риск просадки клапанов и их преждевременного выхода из строя из-за высокой температуры сгорания. Также обедненная смесь ведет к ранней замене свечей зажигания. Поэтому не стоит настраивать систему, в угоду экономии газа.

Качество смеси на ГБО 1 и 2 поколений было очень сложно отрегулировать, ГБО 4 поколения позволяет более точно это сделать.

Кроме этого, клапана сгорают из-за неплотного прилегания к седлу в результате неправильно отрегулированного зазора. На автомобилях, где зазор регулируется гидрокомпенсаторами, такой проблемы нет, так как он устанавливается автоматически.

Как избежать вредного влияния ГБО на ДВС

Рассмотрев положительное и отрицательное воздействие газа как топлива, сохранить ресурс и избежать вреда для двигателя автомобиля можно, но при условии правильной настройки и выполнении следующих рекомендаций:

1. Установку и настройку газобаллонного оборудования необходимо проводить в сервисе, где работают обученные и квалифицированные специалисты;
2. Внимательно подбирать оборудование для вашего транспортного средства;
3. Своевременно проводить работы, связанные с техническим обслуживанием двигателя и заменой расходных материалов;
4. Контролировать правильную настройку зажигания и качество газовой смеси;
5. Периодически проверять герметичность соединений газобаллонного оборудования.

Подведём итоги

В целом использование газа для ДВС является более предпочтительным, а убивает двигатель неправильная регулировка. Если при установке газобаллонного оборудования все работы были проведены качественно, настройка оборудования сделана правильно, а эксплуатация автомобиля осуществляется в соответствии с рекомендациями, то можно не беспокоиться за состояние двигателя.

Видео на тему: «Как влияет газ на двигатель автомобиля».

Газовый двигатель

О достоинствах газомоторного топлива, в частности метана, сказано немало, но напомним о них еще раз.

Это экологичный выхлоп, удовлетворяющий текущие и даже будущие законодательные требования к токсичности. В рамках культа глобального потепления это важное преимущество, поскольку нормы Euro 5, Euro 6 и все последующие будут насаждаться в обязательном порядке и проблему с выхлопом так или иначе придется решать. К 2020 г. в Евросоюзе новым транспортным средствам будет разрешено производить в среднем не более 95 г СО2 на километр. К 2025 г. этот допустимый предел могут еще опустить. Двигатели на метане способны удовлетворить эти нормы токсичности, и не только благодаря меньшему выбросу СО2. Показатели выбросов твердых частиц в газовых двигателях также ниже, чем у бензиновых или дизельных аналогов.

Далее, газомоторное топливо не смывает масло со стенок цилиндра, что замедляет их износ. Как утверждают пропагандисты газомоторного топлива, ресурс двигателя волшебным образом вырастает в разы. При этом они скромно умалчивают о теплонапряженности работающего на газе двигателя.

И главное преимущество газомоторного топлива – это цена. Цена и только цена покрывает все недостатки газа как моторного топлива. Если мы говорим о метане, то это неразвитая сеть АГНКС, которая буквально привязывает газовый автомобиль к заправке. Количество заправок сжиженным природным газом ничтожно, этот вид газомоторного топлива сегодня представляет собой нишевой, узкоспециальный продукт. Далее, газобаллонное оборудование занимает часть полезной грузоподъемности и полезного пространства, ГБО хлопотно и накладно в обслуживании.

Технический прогресс породил такой вид двигателя, как газодизель, живущий в двух мирах: дизельном и газовом. Но как универсальное средство газодизель не реализует в полном объеме возможности ни того, ни другого мира. Нельзя оптимизировать ни процесс сгорания, ни показатели КПД, ни образование выбросов для двух видов топлива на одном двигателе. Для оптимизации газовоздушного цикла нужно специализированное средство – газовый двигатель.

Сегодня все газовые двигатели используют внешнее образование газовоздушной смеси и воспламенение от свечи зажигания, как в карбюраторном бензиновом двигателе. Альтернативные варианты – в стадии разработки. Газовоздушная смесь образуется во впускном коллекторе путем инжекции газа. Чем ближе к цилиндру происходит этот процесс, тем быстрее реакция двигателя. В идеале газ должен впрыскиваться прямо в камеру сгорания, о чем речь пойдет ниже. Сложность управления не единственный недостаток внешнего смесеобразования.

Инжекция газа управляется электронным блоком, который также регулирует угол опережения зажигания. Метан горит медленнее дизельного топлива, то есть газовоздушная смесь должна воспламеняться раньше, угол опережения также регулируется в зависимости от нагрузки. Кроме того, метану нужна меньшая степень сжатия, нежели дизельному топливу. Так, в атмосферном двигателе степень сжатия снижают до 12–14. Для атмо­сферных двигателей характерен стехиометрический состав газовоздушной смеси, то есть коэффициент избытка воздуха a равен 1, что в какой-то степени компенсирует потерю мощности от снижения степени сжатия. КПД атмосферного газового двигателя на уровне 35%, тогда как у атмосферного же дизеля КПД на уровне 40%.

Автопроизводители рекомендуют использовать в газовых двигателях специальные моторные масла, отличающиеся водостойкостью, пониженной сульфатной зольностью и одновременно высоким значением щелочного числа, но не возбраняются и всесезонные масла для дизельных двигателей классов SAE 15W-40 и 10W-40, которые на практике применяются в девяти случаях из десяти.

Турбокомпрессор позволяет снизить степень сжатия до 10–12 в зависимости от размерности двигателя и давления во впускном тракте, а коэффициент избытка воздуха увеличить до 1,4–1,5. При этом КПД достигает 37%, но одновременно значительно возрастает теплонапряженность двигателя. Для сравнения: КПД турбированного дизельного двигателя достигает 50%.

Повышенная теплонапряженность газового двигателя связана с невозможностью продувки камеры сгорания при перекрытии клапанов, когда в конце такта выпуска одновременно открыты выпускные и впускные клапаны. Поток свежего воздуха, особенно в наддувном двигателе, мог бы охлаждать поверхности камеры сгорания, снижая таким образом теплонапряженность двигателя, а также снижая нагрев свежего заряда, это увеличило бы коэффициент наполнения, но для газового двигателя перекрытие клапанов недопустимо. Из-за внешнего образования газовоздушной смеси воздух всегда подается в цилиндр вместе с метаном, и выпускные клапаны в это время должны быть закрыты во избежание попадания метана в выпускной тракт и взрыва.

Уменьшенная степень сжатия, повышенная теплонапряженность и особенности газовоздушного цикла требуют соответствующих изменений, в частности, в системе охлаждения, в конструкции распредвала и деталей ЦПГ, а также в применяемых для них материалах для сохранения работоспособности и ресурса. Таким образом, стоимость газового двигателя не так уж отличается от стоимости дизельного аналога, а то и выше. Плюс к этому стоимость газобаллонного оборудования.

Флагман отечественного автомобилестроения ПАО «КАМАЗ» серийно выпускает газовые 8-цилиндровые V-образные двигатели серий КамАЗ-820.60 и КамАЗ-820.70 размерностью 120х130 и рабочим объ­емом 11,762 л. Для газовых двигателей используют ЦПГ, обеспечивающую степень сжатия 12 (у дизельного КамАЗ-740 степень сжатия 17). В цилиндре газовоздушная смесь воспламеняется искровой свечой зажигания, установленной вместо форсунки.

Для большегрузных автомобилей с газовыми двигателями используют специальные свечи зажигания. Так, Federal-Mogul поставляет на рынок свечи с иридиевым центральным электродом и боковым электродом, выполненным из иридия или платины. Конструкция, материалы и характеристики электродов и самих свечей учитывают температурный режим работы большегрузного автомобиля, характерный широким диапазоном нагрузок, и сравнительно высокую степень сжатия.

Двигатели КамАЗ-820 оборудуют системой распределенного впрыска метана во впускной трубопровод через форсунки с электромагнитным дозирующим устройством. Газ инжектируется во впускной тракт каждого цилиндра индивидуально, что позволяет корректировать состав газовоздушной смеси для каждого цилиндра с целью получения минимальных выбросов вредных веществ. Расход газа регулируется микропроцессорной системой в зависимости от давления перед инжектором, подача воздуха регулируется дроссельной заслонкой с приводом от электронной педали акселератора. Микропроцесорная система управляет углом опережения зажигания, обеспечивает защиту от воспламенения метана во впускном трубопроводе при сбое в системе зажигания или неисправности клапанов, а также защиту двигателя от аварийных режимов, поддерживает заданную скорость автомобиля, обеспечивает ограничение крутящего момента на ведущих колесах автомобиля и самодиагностику при включении системы.

«КАМАЗ» в значительной степени унифицировал детали газовых и дизельных двигателей, но далеко не все, и многие внешне схожие детали для дизеля – коленвал, распредвал, поршни с шатунами и кольцами, головки блока цилиндров, турбокомпрессор, водяной насос, масляный насос, впускной трубопровод, поддон картера, картер маховика – не подходят для газового двигателя.

В апреле 2015 г. «КАМАЗ» запустил корпус газовых автомобилей мощностью 8 тыс. единиц техники в год. Производство размещено в бывшем газодизельном корпусе автозавода. Технология сборки следующая: шасси собирают и устанавливают на него газовый двигатель на главном сборочном конвейере автомобильного завода. Потом шасси буксируют в корпус газовых автомобилей для монтажа газобаллонного оборудования и проведения всего цикла испытаний, а также для обкатки автотехники и шасси. При этом газовые двигатели КАМАЗ (в том числе модернизированные с компонентной базой «БОШ»), собираемые на моторном производстве, также проходят испытания и обкатку в полном объеме.

«Автодизель» (Ярославский моторный завод) в содружестве с компанией Westport разработал и выпускает линейку газовых двигателей на базе семейства 4- и 6-цилиндровых рядных двигателей ЯМЗ-530. Шестицилиндровый вариант может устанавливаться на автомобили нового поколения «Урал NEXT».

Как уже говорилось выше, идеальный вариант газового двигателя – это непосредственный впрыск газа в камеру сгорания, но до сих пор мощнейшее глобальное машиностроение не создало такой технологии. В Германии исследования ведет консорциум Direct4Gas, возглавляемый компанией Robert Bosch GmbH в партнерстве с Daimler AG и Штутгартским научно-исследовательским институтом автомобильной техники и двигателей (FKFS). Министерство экономики и энергетики Германии поддержало проект суммой в 3,8 млн евро, что на самом деле не так уж много. Проект будет работать с 2015-го до января 2017 г. На-гора должны выдать промышленный образец системы непосредственного впрыска метана и, что не менее важно, технологию ее производства.

По сравнению с нынешними системами, использующими многоточечный впрыск газа в коллектор, перспективная система непосредственного впрыска способна на 60% увеличить крутящий момент на низких оборотах, то есть ликвидировать слабое место газового двигателя. Непосредственный впрыск решает целый комплекс «детских» болезней газового двигателя, принесенных вместе с внешним смесеобразованием.

В проекте Direct4Gas разрабатывают систему непосредственного впрыска, способную быть надежной и герметичной и дозировать точное количество газа для впрыска. Модификации самого двигателя сведены к минимуму, чтобы промышленность могла использовать прежние компоненты. Команда проекта комплектует экспериментальные газовые двигатели недавно разработанным клапаном впрыска высокого давления. Систему предполагается тестировать в лаборатории и непосредственно на транспортных средствах. Исследователи также изучают образование топливно-воздушной смеси, процесс управления зажиганием и образование токсичных газов. Долгосрочная цель консорциума – это создание условий, при которых технология сможет выйти на рынок.

Итак, газовые двигатели – это молодое направление, еще не достигшее технологической зрелости. Зрелость наступит, когда Bosch со товарищи создадут технологию непосредственно впрыска метана в камеру сгорания.