Газовый двигатель внутреннего сгорания – меняет ли топливо принцип действия?

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.

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.

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.

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.

Газовый и бензиновый двигатели: что лучше?

Безиновый двигатель лучше или на газу? Спор между сторонниками этих видов топлива длится довольно долго. У тех и у других есть убедительные доводы, подтверждающие их правоту. Мы ознакомимся с мнениями обеих сторон и сделаем свои выводы относительно целесообразности установки на автомобилях газобаллонного оборудования (ГБО).

Газ и бензин: конкуренция на века

Наверняка не все знают, что газовый двигатель старше бензинового. Первый двигатель внутреннего сгорания (ДВС), работающий на газовом топливе, был изобретен бельгийским инженером Жаном Этьеном Ленуаром в 1860 году.

Прародитель современных газовых движков буквально «пожирал» газ, выдавая на-гора КПД всего в 4 %.

Его конкурент, работающий на жидком топливе, появился на свет спустя два десятка лет. Немецкий конструктор Готтлиб Даймлер создал одноцилиндровый бензиновый двигатель, превзошедший газовый по мощности.

Дальнейшее развитие двигателей внутреннего сгорания происходило на основе бензиновых движков, и до конца прошлого века они оставались безусловными лидерами. Однако удорожание бензина заставило задуматься о применении более дешевого вида топлива, и взоры автомобилестроителей снова устремились в сторону более доступного газа.

Преимущества и недостатки двигателя на бензине

Мы собрали и обобщили мнения опытных водителей, имевших дело с газовыми и бензиновыми движками. Вашему вниманию будут предложены доводы, приводимые ими как в пользу одного, так и в пользу другого ДВС.

• Высокую мощность, результатом которой становится отличная динамика разгона и большая скорость. На светофоре вы будете «рвать» с места, а на трассе легко идти с максимальной скоростью.
• Низкий износ клапанов. Бензин смывает с них гарь, которая может стать причиной нарушения их контакта с седлом и прогорания. Это значительно увеличивает ресурс двигателя и продляет ему жизнь.
• Низкий расход топлива. В среднем он на 15 % ниже, чем у двигателей, работающих на газе, поэтому и на заправку приходится заезжать несколько реже.

Однако у бензиновых ДВС есть и масса минусов:

• Высокая стоимость топлива. Бензин вдвое дороже газа, поэтому даже при меньшем расходе в сравнении с газом затраты на жидкое топливо будут больше. В зависимости от марки авто и региональных цен на ГСМ заправка бензинового движка из расчета на 100 тыс. км обойдется дороже газового на 40—60 %.
• Повышенный износ цилиндров двигателя. Бензин образует на них пленку, препятствующую их нормальной смазке, без которой срок службы мотора значительно сокращается.
• Низкое качество топлива. На АЗС стало общепринятой практикой добавлять в бензин различные присадки, которые засоряют двигатель, укорачивая его век.
• Между тем, капремонт или замена движка — удовольствие не из дешевых.
• Угроза окружающей среде. В выхлопных газах автомобиля, даже если он соответствует стандарту евро-4, наблюдается высокая концентрация окиси углерода. СО2 экологи называют главным разрушителем озонового слоя атмосферы, а медики обвиняют в губительном воздействии на здоровье человека.

Преимущества и недостатки газового двигателя

Работающие на газе двигатели имеют ряд привлекательных характеристик, заставляющих водителей делать выбор в их пользу:

• Минимальное содержание в выхлопах оксида углерода и формальдегидов. Экологично, безвредно для здоровья. Минимальный вред для природы и максимальная выгода для любителей путешествовать за границу на своем авто: пограничники к таким автомобилям не имеют претензий.
• Высокое октановое число. Стойкость газа к детонации составляет 100—105 единиц, тогда как у бензина — 80—95. Всем понятно, что от стойкости топлива к возгоранию напрямую зависит безопасность, и с этой точки зрения лучше будут защищены водитель и пассажиры автомобиля с ГБО.
• Низкая нагрузка на цилиндры, следствием которой становится увеличение ресурса двигателя на 15 %.
• Увеличение пробега между заменой моторного масла. Бензин выделяет продукты горения, которые загрязняют смазку и периодически приводят ее в негодность. В случае с газом это происходит в среднем в полтора раза реже. Вы экономите на покупке масла и замене фильтров.
• Экономичность. Как мы уже писали, газ стоит в два раза дешевле бензина, и даже учитывая, что его потребление на 15 % превышает «аппетит» бензинового двигателя, для автомобилистов, которым приходится много ездить, его выгода очевидна.

Во избежание упреков в необъективности упомянем и о недостатках газовых двигателей:

• Дорогостоящая установка ГБО. Сегодня специалисты уже ставят ГБО пятого поколения, позволяющее автомобилю минимизировать потери мощности и максимизировать экономию топлива. На инжекторные двигатели ставят газовое оборудование начиная с третьего поколения, цена которого колеблется от 300 до $400. Установка более современного ГБО обойдется в $1500 — 1700.

• Сложности с пуском двигателя в мороз. Специалисты смогли решить эту проблему, создав симбиоз газового и бензинового моторов: с утра и в холодное время года заводитесь на бензине, а ездите на газе.
• Уменьшение объема багажника. Чаще всего газовый баллон размещают в багажнике легкового авто, поэтому полезного места для перевозки вещей и продуктов становится меньше, да и запаску приходится пристраивать в другом месте.
• Низкая тяга. В сравнении с бензиновым топливом газ «забирает» у двигателя от 7 до 15 % мощности. Вы не сможете «выжать» на трассе максимальную цифру на вашем спидометре, да и старт на светофоре будет не таким быстрым.
• Высокая рабочая температура. К ней особенно чувствительны поршни, поэтому придется пристально следить за их исправностью, а заодно за работой системы охлаждения ДВС.

Из-за высокой теплоемкости сгорания газа специалисты советуют взвешенно принимать решение об установке ГБО на автомобилях с японскими двигателями. Парадоксально, но факт: причина кроется в совершенстве мотора японского производителя.
Обладая высокими показателями удельной мощности, такой двигатель работает практически на пределе и имеет минимальный запас прочности. Повышенная тепловая нагрузка на камеру сгорания и клапаны приводит к быстрому износу механизма и выходу из строя.
Информации относительно нежелательности переоборудования других марок автомобилей под газовое топливо мы не встречали.

Двигатель, переделанный под газ, нуждается в более пристальном внимании и уходе, чем бензиновый. Готовьтесь к тому, что придется чаще менять мембрану редуктора (каждые 100 тыс. км) и сливать конденсат (каждые 10 тыс. км).

Мнения по поводу взрывоопасности автомобилей, оборудованных ГБО, раздваиваются. С одной стороны, у вас в машине находится газовый баллон, который может взорваться. С другой — статистика ГАИ фиксирует единичные случаи подобных аварий. При деформации у баллона срабатывает предохранительный клапан, выпускающий часть газа в воздух и понижающий его давление.

ГАИ требует перерегистрировать транспортное средство, если оно было переоборудовано ГБО. Вас заставят документально подтвердить факт наличия у фирмы, занимавшейся установкой оснащения, разрешения на подобный вид деятельности и представить заключение экспертизы о безопасности ГБО. А это время, нервы и деньги.

Устанавливая газовое оснащение, пользуйтесь услугами специализированных СТО, уровень подготовки специалистов которых позволяет произвести качественную наладку оборудования и исключить в дальнейшем возможные поломки.

Кому выгоден двигатель на газе

Давайте подсчитаем, выгодно ли оснащать авто газовым двигателем. Допустим, в день вы преодолеваете расстояние в 120 км, соответственно в год — 43 800 км. При расходе бензина 10 л на 100 км и цене в $1 за 1 л заправка вам обойдется в $4380. Газ при том же пробеге «потянет» на $2518,5. Из цифр видно, что уже в течение первого года вы перекроете затраты на установку оборудования.

Если вы ездите мало, скажем, 20 км в день. Оплата бензина вам обойдется в $730, а газа — в $419,75. На то, чтобы окупить переоборудование машины под ГБО, вам понадобится более 5 лет.

Вывод: оснащение автомобиля ГБО выгодно тем, кому приходится много ездить. Если вы таксист, водитель маршрутки или коммерческой «газели», газ принесет вам значительную экономию. Если же ваш ежедневный маршрут пролегает от дома до работы и обратно, то овчинка выделки не стоит: бензиновый двигатель это ваш вариант.

В Деталях. ГБО 4 поколения (H-Auto):

Газовое оборудование на авто: характеристики, конструкция, правила установки

Первые силовые агрегаты, работающие за счет сгорания газового топлива, появились ранее бензиновых образцов. Но, тем не менее, были вытеснены на долгие годы этим аналогом, так как устройство газового мотора уступало по уровню мощности бензиновому. Сегодня же эта проблема решена, газовый двигатель внутреннего сгорания является особой разновидностью моторов, работающих по принципу теплового цикла Отто. Для приведения в действие сложного устройства используется газообразное топливо. Большая часть газового оборудования, устанавливаемого на современных автомобилях, функционирует за счет сжиженной смеси пропан-бутан. Но есть и установки, работающие на метане или ином газообразном сырье.

Принцип работы двигателя на сжиженном газе

Классические модели транспортных средств оснащаются силовыми агрегатами на дизеле или бензине. При установке газового двигателя, работающего на сжиженном топливе, наблюдается улучшение работы ДВС. Так, например, запуск мотора в холодное время года улучшается при использовании пропан-бутана. Помимо этого, рабочие циклы внутри блока цилиндров характеризуются большей устойчивостью и равномерностью горения, чем при работе на бензине/дизеле. Главное преимущество работы на сжиженном веществе – чистота топлива. В его составе занижено количество окислов металлов, серы и прочих вредных примесей, негативно сказывающихся на функционировании мотора.

Обратите внимание!

При переоборудовании бензинового мотора на газовое топливо учитывайте, что сжиженное вещество характеризуется меньшей плотностью, поэтому показатель расхода увеличивается. К примеру, машина на сжиженном газе пройдет 0.8 того пути, который она смогла бы преодолеть, используя бензин.

Также в сжиженном газе нет свинца, который добавляется производителями в бензин для улучшения некоторых его свойств. Таким образом, газовые двигатели, использующие сжиженное топливо, более долговечны в эксплуатации. В процессе работы газовая топливная система производит меньшее количество нагара, углеродных образований внутри цилиндров. Эксперты отмечают, что сжиженная газовая смесь характеризуется высшим октановым числом, чем бензиновое топливо. А, значит, степень сжатия подобного вещества выше, поэтому возрастает и уровень КПД силового агрегата.

Принцип работы автомобильного мотора на сжатом газе

Конструкторы двигателей для автомобилей предлагают варианты устройств, функционирующих на сжатом газе – природном метане, который среди аналогичных видов топлива характеризуется наивысшей степенью экологичности. Перевести транспортное средство для работы на метане можно двумя способами:

• Доукомплектовать машину специальным ГБО;
• Установить заводскую метановую силовую установку.

Обратите внимание!

Массового серийного выпуска автомобилей, функционирующих исключительно на газообразном сырье, ведущие автоконцерны не осуществляют. Выпуск подобных автомобильных комплектаций представлен лимитированными линиями, но в Россию официально такие модели не завозятся. Разница в стоимости, если сравнивать с традиционными бензиновыми, в среднем составляет от 150 000 до 200 000 рублей.

Эксперты рекомендуют устанавливать на бензиновые модели дополнительное газобаллонное оборудование для автомобиля любого поколения (с 1 по 5), работающее параллельно с бензиновой цепью. Емкости для содержания метана выполняются в виде цилиндров с округлыми концами и отличаются от традиционных баллонов бытового пользования. Оборудование для авто изготовляется из высокопрокатного стального сплава, характеризующегося большим ресурсом прочности и устойчивости к механическому воздействию. Принцип работы подобной системы позволяет всего за несколько минут перейти из работы на одном типе топлива на другой без остановки работы силового агрегата.

Сейчас производители газового оборудования автомобилей предлагают новинку – баллон металлокомпозитного образца, главные отличия – это меньшая масса и увеличение срока службы без переосвидетельствования (в среднем 5 лет). По техническом нормам емкости для ГБО должны успешно переносить уровень давления, превышающий рабочий показатель в полтора раза.

Процедура перевода дизельного агрегата в режим использования газообразного топлива требует некоторых модификаций в конструкции мотора. Для работы на метане необходимо изменить уровень сжатия. Для разных машин этот процесс выполняется различными способами, главные среди которых:

• Фрезеровка поршневого элемента;
• Установка прокладки под ГБЦ;
• Замена поршневого комплекта;
• Укорочение шатуна.

Как правило, специалисты прибегают к методу фрезерования поршней. Помимо изменения степени сжатия внутри агрегата, необходимо вмонтировать систему впрыска нового топлива, включающую специальные форсунки и искровое зажигание. Только после установки этих дополнительных комплектующих систем дизельный автомобиль сможет использовать газ в качестве топлива. В завершение процедуры монтажа газовой установки на дизельном транспорте монтируется система управления газовым двигателем, представленная функциональным электронным блоком.

Некоторые производители известных транспортных средств предлагают уникальные заводские модели авто с метановыми моторами. К их числу относят немецкие компании Opel, BMW, Volkswagen, Mercedes-Benz. Примером подобного лимитированного продукта считается VW Passat Variant Ecofuel Sportline. Схема работы силового агрегата этой машины полностью построена на использовании природного газа – метана. Объем двигателя упомянутой модели составляет 1.4 л, а уровень производительности достигает показателя в 150 л. с.

Конструктивные особенности газобаллонного оборудования

Главное отличие в двигателе внутреннего сгорания, использующего газообразное горючее, от бензиновых и дизельных аналогов заключается в повышенном уровне сжатия. Такие установки уменьшают износ конструктивных элементов автомобиля, характеризуются экономичностью в обслуживании и эксплуатации за счет низкой себестоимости добываемого сырья. Автомобили отечественного производства можно доукомплектовать газовым оснащением, вмонтировав ГБО.

Схема установленной газовой конструкции на автомобиле представлена на рисунке:

1. Заправочный элемент (выносной);
2. Емкость для хранения газообразного горючего;
3. Мультиклапан;
4. Редуктор-испаритель;
5. Газовый фильтр;
6. Клапан;
7. Устройство для переключения работы на разных типах топлива;
8. Устройство смешивания газа с воздухом и дозирующий элемент;
9. Магистральная линия для подачи топлива (под высоким уровнем давления).

Схема конструкции переоборудованного дизельного силового агрегата на работу с газом такая:

Компоненты оборудования для работы авто на газе

Монтаж газобаллонного оборудования выполняется с четким соблюдением технологических норм и стандартов безопасности, поэтому эксперты рекомендуют доверить эту процедуру профессионалам. Специализированные сервисные центры по завершению установки предоставляют владельцу авто гарантию на качество проделанной работы и безопасность эксплуатации. Конструкция ГБО для бензинового автомобиля включает следующие компоненты:

• Газобаллон с необходимыми комплектующими элементами, предназначенными для безопасной заправки топливом, а также подачи оного в мотор;
• Газопровод с дополнительными деталями, соединяющий баллон и двигатель;
• Редуктор давления, преобразующий высокий уровень давления газообразного вещества до нужного показателя в рабочем моторе;
• Устройство для выбора горючего вещества: дает возможность переходить из использования бензинового топлива на работу на метане или ином типе газообразного горючего;
• Смеситель, участвующий в процессе получения горючей смеси.

Дизельный силовой агрегат, работающий на газообразном горючем, включает такие дополнительные компоненты:

• Емкость для хранения газообразного горючего;
• Клапан;
• Редуктор давления;
• Газовая форсунка;
• Дизельная форсунка;
• Устройство для переключения;
• Датчик оборотов;
• Электронная система управления.

Сравнительный анализ работы ДВС на разном топливе

Автомобильные силовые установки, использующие в рабочем состоянии различное горючее, в целом работают по общему принципу, поэтому владельцы личного транспорта могут с легкостью переоборудовать ДВС, сделав устройство газовым или же гибридным. Система питания, подающая газ, монтируется специалистами как на легковые модели, так и машины с большой грузоподъемностью. Каждый из видов топлива для мотора внутреннего сгорания имеет плюсы и минусы, поэтому, принимая решение о переоснащении машины, следует провести сравнительный анализ каждого из них.

Преимущества бензинового агрегата:

• Более высокие показатели мощности мотора, что обеспечивает быстрое увеличение скоростного режима и улучшению динамику;
• Износ клапанов происходит медленнее, так как жидкое топливо удаляет с них гарь, вызывающую нарушение контактов в работе с седлом и прогорание. Таким образом, бензин повышает срок эксплуатации силового агрегата;
• Потребление этого горючего ниже, чем газообразного (в среднем на 15%).

К существенным недостатком бензиновой установки эксперты относят дороговизну упомянутого топлива, низкие качественные характеристики, ускорение износа цилиндров, вредные выхлопы и прочие вещества, выделяемые в атмосферу.

Преимущества газового двигателя такие:

• Продукты, выделяемые в процессе сгорания газообразного горючего, не содержат вредные компоненты (свинец, сера, углероды), поэтому этот тип топлива более экологичен;
• Высший показатель октанового числа;
• Снижение рабочей нагрузки на блок цилиндров, что защищает их от преждевременного износа и повышает запас прочности мотора (в среднем на 15%);
• Не выделяет продуктов горения, как бензин, поэтому замена технической жидкости в двигателе (масла) требуется реже (в полтора раза);
• Дешевизна: учитывая стоимость бензина и дизеля, цена газа на заправках ниже почти в 2 раза, что понижает затраты на оплату топлива, несмотря на то, что расход газообразного горючего выше.

Решаясь установить газовое оборудование для автомобиля, учитывайте также минусы подобного оснащения:

• Для установки требуется дополнительное пространство. Как правило, емкость для хранения газа монтируется в багажнике, поэтому его полезная площадь сокращается;
• Дороговизна установки ГБО: стоимость монтажа системы зависит от класса двигателя автомобиля, который переоснащается. Помимо этого, необходимо оплатить услуги специалистов, выполняющих работу и покупку дополнительных комплектующих устройств;
• Снижение мощности силового агрегата, поэтому скорость набирается медленнее.

Принимать решение в пользу установки ГБО следует с учетом того, как быстро установка окупится. Во-первых, при монтаже газа будьте готовы к более частой потребности посещения техцентра для ТО мотора. Система питания газом выделяет конденсат, который рекомендуется удалять через каждые 10 000 км пробега. Также после 100 000 км пробега заменяется мембрана редуктора.

Все достоинства газового оборудования раскрываются при установке подобного оснащения на дизельных автомобилях. Уровень сжатия в ДТ моторе выше, поэтому показатель КПД также возрастает, составляя 30-45%. Для работы системы необходимо регулирование давление газа, что возможно за счет установки специального оборудования. В среднем переоборудование транспортного средства обойдется в 500-1000 условных единиц (с учетом цен на иностранное оборудование), поэтому процедура выгодна для тех автомобилистов, которые часто ездят на авто и преодолевают большие расстояния. Тогда ГБО окупиться быстрее, учитывая соотношение цен бензина и газа.

Источник Источник Источник Источник http://carnovato.ru/gazovyj-dvigatel-vnutrennego-sgoranija/
Источник Источник http://megapoisk.com/sravnenie-benzinovogo-i-gazovogo-dvigatelej
Источник http://znayauto.ru/dvigatel/drugie/gazovoe-oborudovanie-na-avto-harakteristiki-konstruktsiya-pravila-ustanovki.html