5.3. Застосування газоподібного палива у двз

Газ у вигляді палива використовують головним чином для автомобільних двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ) у стисну­тому або розрідженому виді. Для газобалонних автомобілів використовують тільки високо - і середньо калорійні гази в стиснутому або рідкому стані, оскільки тільки вони забезпе­чують досягнення необхідних техніко-економічних показників автомобіля.

Використання газоподібного палива для ДВЗ має переваги в порівнянні з рідкими паливами:

• зменшується токсичність відпрацьованих газів, що при сучасній концентрації автомобілів суттєво оздоровлює навко­лишнє середовище;

• збільшується в середньому на 35...45% моторесурс дви­гуна і в 2-3 рази строк роботи моторного масла, оскільки газо­повітряна суміш не змиває масляної плівки із дзеркал циліндрів;

• висока детонаційна стійкість газоподібного палива доз­воляє підвищити ступінь стиску двигуна та відповідно його потужність до 15% і паливну економічність до 12%;

• поліпшуються розподіл паливної суміші між цилін­драми двигуна і сумішоутворення, що також впливає на підви­щення потужності двигуна.

Зауважимо також легкість перебудови карбюраторного двигуна для роботи на газі.

Проте ці переваги не завжди повністю реалізуються вна­слідок зменшення наповнення циліндрів, оскільки для роботи на газ переводять карбюраторні двигуни, рідше дизелі, а не викори­стовують спеціальні газові двигуни. Крім того переведення двигунів для роботи на газоподібному паливі пов’язано з рядом факторів:

• ціна автомобіля зростає із-за наявності додаткової газо­вої апаратури;

• металоємність газобалонних автомобілів збільшується на 65-160 кг, а при використанні стиснутого газу - на 400-950 кг, залежно від кількості і маси балонів високого тиску, що призводить до зниження вантажопідйомності на 14-18%;

• трудомісткість технічного обслуговування і ремонту газобалонних автомобілів при використанні зрідженого газу збільшується на 3-5%, а при використанні стиснутого - на 12-15%;

• при використанні стиснутого газу пробіг автомобіля на одній заправці скорочується на 40-45%.

Стиснуті гази для газобалонних автомобілів стандарти­зовані зі наступними видами: природний, коксовий, збагачений. В таблиці 1.23 наведені основні показники цих газів.

Головним пальним компонентом газів є метан СН₄. У природному газі вміст метану складає 90-98%, у коксовому металізованому - не менше 65%, у коксовому збагаченому - не менше 50%.

У газоподібному паливі, як і у рідкому, небажано присутності сірководню Н₂S, який викликає корозійний знос газової апаратури та деталей двигуна. Дуже негативно впливає присутність в газі сполучення CN, яке у з’єднанні з водою утворює синильну кислоту, у результаті чого на стінках балонів виникають малі міжкристалічні щілини, які приводять до їх руйнування. Як і для рідкого палива, небажано присутності у газі смолянистих сполук, механічних домішок, вологи. В загалі на автомобілі ставлять циліндричні балони, розраховані на робочий тиск 20 МПа. У одному такому балоні об’ємом 50л (по воді) утримується 10 м³ газу при нормальних умовах.

Переведення стандартних карбюраторних двигунів на газоподібне паливо супроводжується деяким зниженням їх потужності. Це відображають швидкісні характеристики двигу­нів автомобілів ГАЗ-53А та ЗИЛ-130, показані на рисунку 1.39.

Рис. 1.39. Зміна потужності Nе та крутного моменту Мк двигунів

автомобілів ЗИЛ-130 (криві 1) та ГАЗ-53А (криві 2) в залежності від

числа обертів колінчастого валу двигуна при роботі на бензині

(суцільні лінії) та на стиснутому газі (штрихові лінії)

Зменшення потужності пов’язано зі зменшенням темпера­тури згоряння газоповітряної суміші у порівнянні з бензиновою, а також із зниженням коефіцієнту наповнення горючої суміші циліндрів двигуна. Однак збільшення ступеня стиску газових двигунів практично вирівнює експлуатаційні властивості авто­мобілів, працюючих на бензині та газі.

Зріджений природний газ. Основними компонентами цього виду палива є метан (90-97%) і азот (3-4%). Його застосування як моторного палива дає можливість використати великий енергетичний потенціал газових родовищ. Разом з тим зрідження метану, який має температуру кипіння нижче -160°С, пов’язане з відповідними труднощами. Крім того для його зберігання і транспортування необхідна спеціальна термо­статична тара з вакуумом або іншою надійною термоізоляцією. При заправці рідким метаном може виникнути забруднення навколишнього середовища: при зрідженні різко збільшується його вартість; втрати метану від випаровування, навіть в умовах вакуумної ізоляції складають 7,0-8,0% на добу, причому це не тільки втрати палива, але і різке збільшення ризику пожежі і вибуху. В той же час об’єм рідкого метану в 3 рази менший, ніж об’єм стиснутого при 20 МПа газу, а маса термостатичних балонів у 8 разів менша маси балонів стиснутого газу. Но­мінальний тиск в кріогенному балоні, залежно від конструкції, становить 0,07-0,7 МПа.

Фізико-хімічні властивості зрідженого природного газу приведена в таблиці 1.25.

Таблиця 1.25

Фізико-хімічні властивості зрідженого природного газу

Показники	Значення показників
Густина при температурі 0 °С, і тиску 0,1013 МПа, Н/м3	7,00
Температура, °С - кипіння - затвердіння	- 161,74 - 182,5
Критичний тиск, МПа	4,73
Критична температура, °С	- 82,61
Відносна густина за повітрям	0,554
Молярна маса, кг/моль	16,043

Зріджене газоподібне паливо – це пропан-бутанові суміші газів, які мають теплоту згоряння біля 46,0 мДж/м3. Зріджені гази можна транспортувати в звичайних і автомобільних цистернах. Для заправки ними автомобілів використовують прості і дешеві газонаповнювальні і пересувні установки.

Зріджений пропан-бутановий газ має максимальний тиск 1,6 МПа, для його зберігання і транспортування на борту авто­мобіля використовують балони місткістю до 250 дм³. Балони заповнюють зрідженим газом не більше 90% об’єму (врахову­ється можливе теплове розширення газу). Решту (10%) займає газоподібна фаза, яка використовується для пуску холодного двигуна.

Відповідно до ГОСТ 27578-87 “Гази вуглеводні зріджені для автомобільного транспорту” зріджені гази випускають двох марок: ПА - пропан автомобільний, рекомендується використо­вувати при температурі до мінус 20-35°С; ПБА - пропан-бутан автомобільний, рекомендується використовувати при темпера­турі до мінус 20°С. Фізико-хімічні показники цих газів при­ведені в таблиці 1.26.

Марка Показники	ПА	ПБА
Масова частка компонентів, %: - метан і етан - пропан - вуглеводні С5 (і вище) - не насичені вуглеводні, не більше Об’ємна частка рідкого залишку при 40 °С Надлишковий тиск насиченої пари, МПа: - при 45 °С, не більше - при мінус 35 °С, не менше - при мінус 20 °С, не менше Масова частка сірки і сірчистих сполук, % - не більше - у тому числі сірководню, не більше Вміст вільної води і лугів	Не нормуються 90±10 50±10 Не нормується 6 Відсутність 1,6 0,07 - - 0,07 0,01 0,003 Відсутність