5.3. Застосування газоподібного палива у двз

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

Використання газоподібного палива для ДВЗ має переваги порівняно з рідкими паливами:

- зменшується токсичність відпрацьованих газів, що за сучасної концентрації автомобілів істотно оздоровлює навко­лишнє середовище;

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

- висока детонаційна стійкість газоподібного палива доз­воляє підвищи-ти 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.

Важливим є також легкість перебудови карбюраторного двигуна для роботи на газі.

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

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

- металомісткість газобалонних автомобілів збільшується на 65-160 кг, а у випадку використання стиснутого газу – на 400-950 кг, залежно від кількості та маси балонів високого тиску, що призводить до зниження вантажності на 14-18%;

- трудомісткість технічного обслуговування і ремонту газобалонних автомобілів у разі використання зрідженого газу збільшується на 3-5%, а у разі використання стиснутого – на 12-15%;

- у разі використання стиснутого газу пробіг автомобіля на одній заправці скорочується на 40-45%.

Стиснуті гази для газобалонних автомобілів стандарти­зовані за такими видами: природний, коксовий, збагачений. У табл. 1.23 подано 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, небажаною є наявність сірко-водню Н₂S, який викликає корозійне зношування газової апаратури та дета-лей двигуна. Дуже негативно впливає наявність у газі з’єднань CN, які разом з водою утворюють синильну кислоту, внаслідок чого на стінках балонів виникають малі міжкристалічні щілини, які призводять до їх руйнування. Як і для рідкого палива, небажаною є наявність у газі смолянистих сполук, механічних домішок, вологи. Взагалі на автомобілі ставлять циліндричні балони, розраховані на робочий тиск 20 МПа. У одному такому балоні об’ємом 50 л (за водою) утримується 10 м³ газу за нормальних умов.

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 рис. 1.39.

Рис. 1.39. Зміна потужності N_е та крутного моменту М_к двигунів

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

числа обертів колінчастого вала двигуна під час роботи на бензині

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

Зменшення потужності пов’язано зі зменшенням темпера­тури згоряння газоповітряної суміші порівняно з бензиновою, а також із зниженням коефіцієнта наповнення горючої суміші циліндрів двигуна. Однак збільшення ступеня стиску газових двигунів практично вирівнює експлуатаційні властивості авто­мобілів, які працюють 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 змогу використати великий енергетичний потенціал газових родовищ. Разом з тим зрідження метану, який має температуру кипіння нижче –160°С, пов’язане з відповідними труднощами. Окрім того для його зберігання і транспортування необхідна спеціальна термо­статична тара з вакуумом або іншою надійною термоізоляцією. Під час заправляння рідким метаном може виникнути забруднення навколишнього середовища: у разі зрідження 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 й різке збільшення ризику пожежі та вибуху. В той же час об’єм рідкого метану в 3 рази менший, ніж об’єм стиснутого за 20 МПа газу, а маса термостатичних балонів у 8 разів менша за масу балонів стиснутого газу. Но­мінальний тиск в кріогенному балоні, залежно від конструкції, становить 0,07-0,7 МПа.

Фізико-хімічні властивості зрідженого природного газу подано у табл. 1.25.

Таблиця 1.25

Фізико-хімічні властивості зрідженого природного газу

Показники	Значення показників
Густина за температури 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 близько 46,0 мДж/м³. Зріджені гази можна транспортувати у звичайних і автомобільних цистернах. Для заправки ними автомобілів використовують прості та дешеві газонаповнювальні та 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 ніж на 90% об’єму (врахову­ється можливе теплове розширення газу). Решту (10%) займає газоподібна фаза, яка використовується для запуску холодного двигуна.

Відповідно до ГОСТ 27578-87 “Гази вуглеводні зріджені для автомо-більного транспорту” зріджені гази випускають двох марок: ПА – пропан автомобільний, рекомендується використо­вувати за температури від –20 до –35°С; ПБА – пропан-бутан автомобільний, рекомендується використовувати за темпера­тури до –20°С. Фізико-хімічні показники цих газів подано в табл. 1.26.

Таблиця 1.26

Фізико-хімічні властивості зріджених вуглеводневих газів

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 за 40°С Надлишковий тиск насиченої пари, МПа: - за 45°С, не більше - за –35°С, не менше - за –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