2094

Газовый конденсат широкого фракционного состава или близкий к бензиновым фракциям может быть использован в качестве дизельного топлива при дополнительных регулировках топливной аппаратуры – по типу многотопливного двигателя. Двигатель также может работать по принципу двух систем с обогащением впускного воздуха (что заметно усложнит топливную систему обычного дизеля, особенно с жидкостным охлаждением) или на смеси двух видов газовых конденсатов.

Применение водорода в качестве топлива

Целесообразность использования водорода в качестве топлива определяется не только истощением топливных ресурсов, но и тем, что водород является наиболее экологически чистым топливом для тепловых двигателей и установок.

Подача водорода в смеси с воздухом на впуске в дизель невозможна изза низкой температуры воспламенения смеси (преждевременное воспламенение в момент подачи). Возможна работа дизеля с подачей примерно 30 % Н2 на впуске перед закрытием впускного клапана, затем – обычный впрыск дизельного топлива. Предпочтительно подавать Н2 в конце процесса сжатия, а воспламенение начинать до подачи всего заряда Н2. Впрыск Н2 начинают за 5° до ВМТ при давлении 10 МПа.

Более перспективно в ближайшем будущем применение Н2 в качестве добавки к топливу, причем как к дизельному (например с помощью системы с РНД), так и к бензиновому.

Введение 4–5 % водорода в бензовоздушный заряд расширяет пределы воспламенения смеси до = 1,7 при степени сжатия = 5 и до = 2,0 при= 11. Область детонационного сгорания не изменяется. С увеличением> 1,1 с добавкой водорода содержание СО и СН достигает минимальных концентраций: СО= 0,04…0,06 %; СН = 50…60 млн-1. Содержание NOx в ОГ снижается до 40–60 млн-1 при = 6,5 и = 1,6. Рекомендовано вводить 5 %- ю добавку водорода в воздушно-топливный заряд только на режимах холостого хода и малых нагрузок, что позволяет обеспечить устойчивую работу двигателя при = 1,5…1,6 и снизить токсичность.

В настоящее время наиболее широко ведутся работы по переоборудованию легковых автомобилей на питание водородом.

Схема такой системы показана на рис. 1.60.

Некоторые особенности топливных систем двигателей, работающих на водороде, приведены на рис. 1.61, 1.62, 1.63.На схемах условно не показаны датчики, фиксирующие положение заслонок и отдельных узлов.

81

Рис. 1.60. Схема системы подачи водорода легкового автомобиля:

1 – впускной коллектор двигателя; 2 – двигатель; 3,5,8 – трубки подвода водорода; 4, 6 – игольчатые клапаны; 7,13 – манометры; 9 – указатель уровня; 10 – штуцер заправочный; 11,19-клапаны предохранительные

(на давление 0,59 МПа); 12 – мембрана предохранительная; 14 – теплообменник; 15 – насос системы подогрева бака водорода; 16, 17 – 1-й и 2-й круги циркуляции системы подогрева;

18 – криогенный сосуд водорода (вместимость 230 л); 20 – клапан запирающий;21 – диафрагма; 22 – вакуум-насос

а

б

Рис. 1.61. Схемы системы питания двигателя бензином и водородом с помощью карбюратора (а) и узла подачи водорода под впускной клапан (б):

1 – датчик давления водорода; 2 – отсечной клапан; 3 – рабочий клапан; 4 – жиклер водорода; 5 – игла жиклера; 6 – винт холостого хода; 7 – диффузор

водородной смесительной камеры, 8 – водородная форсунка; 9, 10 – диффузоры бензиновой смесительной камеры;11 – воздушная заслонка; 12 – поплавковая камера с дозирующими системами; 13 – кулачок привода дроссельной заслонки смесительной камеры; 14 – дроссельная заслонка бензиновой смесительной камеры;15 – датчик положения педали управления дроссельной заслонки; 16 – педаль управления подачей топлива; 17 – двигатель; 18 – датчик частоты вращения; 19 – дроссельная заслонка водородной смесительной камеры;

20 – датчик положения дроссельной заслонки; 21 – вакуумная камера регулятора расхода водорода; 22 – блок управления расходом водорода; 23 – большая мембрана регулятора; 24-воздушная камера;25 – шток иглы; 26 – малая мембрана; 27 – водородная камера; 28 – штуцер подвода водорода; 29 – впускной трубопровод; 30 – седло клапана; 31 – впускной клапан; I – водород;

II – воздух; III – бензин

83

Рис. 1.62. Гидридная схема питания водородом:

1 и 19 – термопары; 2 – бак; 3 – заправочный вентиль; 4 – предохранительный клапан; 5 – реле давления; 6 – датчик давления; 7 – электромагнитный клапан подачи водорода в двигатель; 8 – блок электронного управления расходом водорода; 9 – редукционный клапан высокого давления; 10 – всережимный вакуумный регулятор расхода водорода; 11 – карбюратор-смеситель;

12 – двигатель; 13 – выпускной трубопровод; 14 – первый глушитель шума системы выпуска; 15 – трубопровод отвода отработавших газов в атмосферу; 16 – электромагнит, управляющий заслонками в трубопроводах 15 и 17;

17 – трубопровод подвода отработавших газов в бак для нагревания при потреблении водорода; 18 – второй глушитель шума системы выпуска;

I и III – подвод и отвод воды для охлаждения;

II – выпуск отработавших газов из гидридного бака

Рис. 1.63. Схема подачи водорода в дизель 148,5/11:

1 – баллоны; 2 – редукционный клапан; 3 – электротахометр; 4 – тормоз; 5 – форсунка; 6 – дизель; 7 – пламегаситель; 8 – расширительный бачок;

9, 11, 14 – манометры; 10 – игольчатый клапан; 12 – электромагнитный клапан; 13 – сигнальная лампа

84

Использование газов с низкой теплотой сгорания

Рабочие процессы ДВС, использующих газы с низкой теплотой сгорания (Нu 4,665 МДж/м3), исследованы недостаточно, так как в течение длительного времени считалось нецелесообразным применение их в качестве топлива.

Газы такого типа обычно имеют повышенное содержание углекислоты, инертных газов, низкое содержание метана и значительную разбавленность атмосферным воздухом. Отсюда возникают проблемы зажигания горючей смеси. Предположительно, наиболее эффективным средством воспламенения здесь может быть форкамерно-факельное или факельное зажигание.

К числу газов с низкой теплотой сгорания относятся шахтный газ, угольный газ, биогаз (или биометан).

Особенностью всех этих газов является широкий диапазон возможного варьирования в составе газов содержания метана (от 35 до 5 %), а также других компонентов. В реализуемых системах питания таким газом следует предусматривать датчики контроля состава газа и устройство регулирования расхода его в функции от состава. Обязательным условием создания таких систем должно быть условие нераспространения пламени во впускную магистраль.

Большинство таких газов требует предварительной сушки, удаления влаги, а также отделения серы (очистки от серы).

На шахтном метане предпочтительным является рабочий процесс с внешним смесеобразованием, что и предопределяет организацию газодизельного процесса.

В последние годы значительный интерес проявляется к использованию биогаза, получаемого при переработке отходов, очистке сточных вод, утилизации отходов сельского хозяйства, ферм и т.д.

Схемаустановкипоиспользованиюбиогазапоказананарис. 1.64.

После газгольдера-генератора обычно проводят компримирование биогаза в целях создания условий его хранения и повышения массовой теплоты сгорания.

Принципиально доказано, что при соответствующей доработке топливной аппаратуры биогаз в полной мере может заменить бензин в качестве моторного топлива в автомобильном транспорте. Использование его для собственных нужд – для автотранспорта, обслуживания животноводческих ферм, птицефабрик и т.д. – может дать ощутимый экономический эффект.

Использование указанных газов не имеет прямого отношения к общей проблеме использования газа в качестве топлива.

85

Биогаз из газгольдера

Рис. 1.64. Схема компрессорной установки, работающей на биогазе: 1 – компрессор; 2, 3 – электродвигатели; 4 – центробежный нагнетатель; 5 – масляный насос; 6 – перепускной клапан; 7– масляный бак

Однако эксплуатация двигателей на таком газе может стать школой накопления опыта работы с газовыми двигателями ввиду возможности этих двигателей работать как на биогазе, так и на природном газе. Разработка и практическое применение таких ДВС могут ускорить внедрение природного газа в качестве топлива на энергетических и транспортных средствах.

1.5. Применение малотоксичных и нетоксичных двигателей

Малотоксичными являются газотурбинные, роторные и гибридные двигатели, а нетоксичными – инерционные.

Газотурбинный двигатель проще поршневого по конструкции, имеет меньшую массу, легко пускается и значительно меньше загрязняет воздух ядовитыми веществами. Так, в его отработавших газах существенно меньше окислов углерода и углеводородов. Однако двигатель имеет высокую стоимость, большой расход топлива и малую приемистость (медленно развивает максимальную мощность).

Роторный двигатель – это бензиновый двигатель, отличающийся по конструкции от поршневого двигателя. У роторного двигателя нет цилиндров и шатунно-поршневой группы. Вместо поршней двигатель имеет вращающийся ротор, который передает крутящий момент через зубчатую передачу. В двигателе также нет клапанов, а вместо них используются впускные и выпускные отверстия. Двигатель имеет меньшую массу, компактен,

86

прост в производстве, бесшумен и способен работать на бензине с любым октановым числом и без добавок антидетонационных свинцовых присадок. Однако по сравнению с поршневым роторный двигатель менее экономичен. Кроме того, в двигателе трудно обеспечить необходимую герметичностьмеждукорпусомироторомпомереихизнашиваниявэксплуатации.

Гибридные двигатели менее токсичны и более бесшумны по сравнению с поршневыми. На автомобиле (рисунок 1.2) устанавливаются два двигателя – двигатель 1 внутреннего сгорания и тяговый электродвигатель 4. В условиях города используется электродвигатель, который работает от аккумуляторной батареи 3, а при выезде из города – двигатель внутреннего сгорания. При работе двигателя внутреннего сгорания генератор 2 подзаряжает аккумуляторную батарею. Автомобиль с гибридными двигателями сложнее по конструкции и дороже в производстве, чем электромобиль.

Рис. 1.65. Автомобиль с гибридными двигателями: 1 – двигатель внутреннего сгорания; 2 – генератор; 3 – аккумуляторная батарея; 4 – электродвигатель

Инерционный двигатель представляет собой маховик. Большое преимущество маховика состоит в его экологической чистоте с отсутствием токсичных отходов и практически бесшумной работой, а также высоким КПД.

Но недостатком, препятствующим внедрению маховика, является его малая энергоемкость и, следовательно, незначительный пробег автомобиля между подзарядками (раскручиванием) маховика. Кроме того, определенную сложность представляет трансмиссия, передающая энергию от маховика к ведущим колесам автомобиля.

Снижение расхода топлива транспортных средств и загрязнения окружающей среды возможно не только изменением конструкции автомобилей, но и методами и средствами технической эксплуатации автомобилей.

Для оперативного ежедневного контроля за состоянием подвижного состава автотранспортного предприятия (АТП) разработан сигнализатор уровня энергосбережения (УЭАТП), представляющий собой компьютерную программу, основанную на фиксации и анализе показателей использования автомобиля при оформлении путевых листов.

87

1.6. Сигнализатор уровня энергосбережения на автотранспортном предприятии

Программа включает блоки формирования баз данных по путевым листам (рис.1.66), наличному подвижному составу АТП, справочным сведениям об автомобилях и водительскому составу АТП.

ВодительскийсоставАТП

ОбслуживающийсоставАТП

Базаданныхопутевыхлистах

СигнализаторУЭАТП

Рис. 1.66. Структурно-логическая схема сигнализатора уровня энергосбережения на автотранспортном предприятии

Подготовленные данные обрабатываются с помощью расчётно-анали- зирующего блока, алгоритм которого использует известные методики определения фактического и нормативного расходов топлива. С помощью блока индикации результаты расчета и анализа выводятся на монитор компьютера руководящих работников автотранспортного предприятия. Данная информация является основанием для своевременного принятия решений по коррекции процесса производственной и технической эксплуатации автомобилей соответствующими службами АТП.

Программа устанавливается на компьютере диспетчера АТП. Базы данных с характеристиками различных марок автомобилей и прицепов прилагаются к сигнализатору УЭАТП.

При необходимости можно производить изменения в существующей базе с помощью электронного справочника (рис. 1.67), который также позволяет получать информацию по эксплуатационным характеристикам ав-

88

томобилей, используя все достоинства системы управления базами данных Paradox – поиск, сортировку, выделение информации.

Рис. 1.67. Справочник по характеристикам автомобилей

Предварительная подготовка сигнализатора УЭАТП заключается в создании базы данных по автомобилям и прицепам автотранспортного предприятия (государственному и заводскому номерам, датам выпуска и ввода в эксплуатацию и т.п.), а также по кадровому составу водителей (стажу работы, квалификации). Для выполнения указанных действий в программе предусмотрены редакторы соответствующих баз данных аналогичные справочнику.

Непосредственные операции с программой выполняет диспетчер АТП при оформлении путевых листов, одновременно создавая базу данных об использовании подвижного состава. Учет работы автотранспортных средств производится с помощью редактора путевых листов (рис. 1.68), который использует ранее созданные базы о подвижном составе и водителях. В программе реализована форма путевого листа грузового автомобиля (форма № 4С).

89

Рис. 1.68. Редактор путевых листов

Редактор путевого листа позволяет вводить и сохранять в базе данных общие сведения об автотранспортном агрегате (автомобиле и прицепах), о работе водителя и автомобиля (дате, показаниях спидометра на момент выезда и возврата), движении горючего (сколько выдано, остатки на момент выезда и возврата).

После возвращения путевого листа оператор регистрирует результаты выполненной работы (количество перевезенных грузов, пробег с грузом и общий) и производит расчет фактически израсходованного топлива и его нормы расхода, используя кнопку "Расчет" (см. рис. 1.68).

Законченная запись по путевому листу является объектом дальнейшего анализа эффективности эксплуатации подвижного состава АТП, выполняемого блоком индикации программы (рис.1.69).

90