5. Використання біогазу на транспорті

Ріст кількості автомобілів вимагає значного збільшення об’ємів виробництва бензину. В якості заміни рідкого палива для двигунів внутрішнього згоряння широкого використання може набути біогаз.

Біогаз має октанове число 100…110 (ROZ>100; CZ<10; метанове число 135), тобто він добре підходить для двигунів з високим ступенем стиску, але має невисоку здатність до самозапалювання. Звичайний ступінь стиску становить 8-11. Тому біогаз можна також використовувати в якості альтернативного палива для двигунів внутрішнього згоряння тракторів і автомобілів, без внесення суттєвих змін в конструкцію двигунів і, практично, без значного зменшення їхньої ефективної потужності.

В основному можна вести мову про використання біогазу в одному з двох циклів згоряння, характерних для газових двигунів: в газовому циклі Отто (з іскровим запалюванням) і газодизельному циклі (з вприскуванням невеликої дози запального дизельного палива).

Звичайні двигуни, які працюють по циклу Отто (карбюраторні двигуни), відносно легко перевести на біогаз : достатньо лише замінити карбюратор на змішувач (так переобладнують в окремих випадках двигуни легкових і малих вантажних автомобілів). На рис. 4.13 показано схему автомобільної газобалонної установки на стисненому біогазі.

Для зберігання запасу газу використовують міцні металеві балони. З балонів при відкритих вентилях 1,2 і магістральному вентилі 4 газ поступає до випаровувача 6, який працює за рахунок тепла системи охолодження. Для зниження тиску газ пропускають через редуктор 5. З редуктора газ подається до карбюратора-змішувача 7 або просто змішувача. Карбюратор-змішувач являє собою звичайний карбюратор, який має додаткову трубку – газову форсунку, введену в змішувальну камеру. Таке виконання дозволяє швидко, без будь-яких переробок, перевести роботу двигуна з газу на бензин. Для цієї мети, крім балонів для газу, встановлюється бак 9 для бензину, з якого паливо насосом 8 може подаватися в поплавкову камеру карбюратора-змішувача. Щоб перевести роботу двигуна з одного палива на інше , достатньо перекрити відповідні вентилі і відкрити подачу необхідного палива.

При переведенні карбюраторного двигуна на біогаз (без зміни його конструкції) відбувається зниження потужності на 16…20%, це зниження викликане зменшенням теплотворної здатності газоповітряної суміші на 9…11%.Теплотворна здатність суміші залежить, як відомо, від теплоти згоряння і стехіометричного коефіцієнта. Після невеликої реконструкції, пов’язаної в основному з підвищенням ступеня стиснення до 8-10, потужність ДВЗ може навіть перевищувати потужність бензинових моделей. При переробці бензинового ДВЗ на газовий, замість карбюратора встановлюють газоповітряні змішувачі. При цьому залишаються незмінними головка і кришка ДВЗ.

Аналіз роботи газобалонних автомобілів на скрапленому газі виявив такі її переваги:

• значне зменшення витрат на паливо і загальне зменшення експлуатаційних витрат;

• більш високе октанове число біогазу. Це дає можливість працювати з підвищеним ступенем стиснення при більш збіднених сумішах, що сприяє підвищенню паливної економічності ДВЗ, а отже - зниженню втрат на паливо і загальних експлуатаційних витрат; при цьому забезпечується більш чистий вихлоп (менше СО і СН);

• більш широкі межі спалахування, що має важливе значення у подальших роботах з підвищенням економічності ДВЗ;

• меншу швидкість згоряння, яка сприяє зниженню максимальної температури циклу і підвищенню надійності роботи деталей, що працюють у важких температурних умовах, при цьому зменшується вміст NO у відпрацьованих газах

Негативною стороною застосування стисненого біогазу є велика питома вага балонів у загальній масі автомобіля.

Маса балона місткістю 50 л. на тиск 14,7-19,6 МПа становить 60 кг, а запас ходу автомобіля з таким балоном не перевищує 50-60 км. Тому використовують до 8 балонів, що спричиняє втрату корисної вантажопідйомності на 16%. Вказаний недолік викликає необхідність звернути особливу увагу на застосування біогазу у скрапленому вигляді. Для його зберігання використовують менш громіздкі, але більш складні кріогенні посудини.

Досвід показав не тільки технічну, а й економічну і екологічну доцільність використання скрапленого біогазу у двигунах. Фірма “Біч Еркрафт Корпорейшен ”(США) провела випробування легкового автомобіля, що працював на скрапленому газі. У задньому багажнику автомобіля було встановлено кріогенний бак завдовжки 1 м, діаметром 38 см. і об’ємом 68 л. На цьому газі при одній заправці автомобіль проходив 400 км, на бензині – 440 км. Експлуатаційний тиск у паливній системі був у межах0,14-0,4 МПа.

Узагальнення і аналіз досвіду експлуатації газових автомобілів показує технічну й економічну доцільність застосування біогазу як моторного палива

Одночасно із зниженням токсичності вихлопних газів відзначають, що заміна бензину супроводжується підвищенням моторесурсу двигуна.

Газодизельний цикл здійснюється без примусового згоряння. Біля 10…15% необхідного повного паливного заряду вприскується в вигляді дизельного палива в циліндр для запалювання паливно-повітряної суміші, оскільки точка згоряння газоповітряної суміші вище точки згоряння розсіяного палива. Якщо нема достатньої кількості біогазу, то можна скористатися варіантами роботи зі зміною циклу по газодизельному, чи дизельному циклу. Але потрібно відмітити, що самий економічний із них-газовий цикл Отто.

При переводі дизелів на газове паливо рекомендується здійснити наступні операції.

При переводі на газовий цикл Отто:

• замінити головку циліндрів і свічки ;

• поставити нові поршні , забезпечуючи зменшення ступені стиску, і змінити конфігурацію камери згоряння;

• зняти паливний насос;

• зняти механізм випередження подачі палива;

• поставити новий корпус приводу для регулятора і переривника-розподільника запалювання;

• поставити новий газовий змішувач, який звичайно монтується на втягуючому патрубку дизеля і представляє собою простий змішувач з дросельною заслінкою;

• встановити перед газовим змішувачем газовий редуктор (регулятор тиску газу);

• поставити новий граничний регулятор частоти обертання ;

• поставити нову систему запалювання (індуктивну котушку, переривник-розподільник , проводи , свічки ).

При переводі на газодизельний цикл:

• Замінити поршні , забезпечуючи зміну ступеня стиску ;

• поставити новий змішувач ;

• встановити нові регулюючі органи(на впускному і випускному патрубках);

• поставити новий газовий редуктор, що гарантує постійний передбачуваний тиск газу .

Г азове паливо згорає повніше, тому концентрація окису вуглецю у вихлопі газового двигуна в декілька раз менша. І газові і бензинові автомобілі викидають в атмосферу однакову кількість вуглеводню. Для здоров'я людини шкідливий не вуглеводень, а продукти його окислення. Двигун, який працює на бензині, викидає речовини, які порівняно легко окисляються – етил і етилен, а газовий двигун – метан, який з усіх вуглеводнів найбільш стійкий до окислення. Тому вуглеводневий викид газового автомобіля безпечніший(див. рис. 4.13).

Таким чином для України, яка має вкрай обмежені власні ресурси нафти для одержання бензину і дизельного палива, використання біогазу (виробництво якого може бути дуже великим), як альтернативного палива, є вкрай важливим.

Такий підхід дозволить підвищити стратегічну безпеку України від держав-поставщиків нафти, дозволить істотно покрашити екологічну ситуацію.