В условиях увеличения доли топливных затрат многие грузоперевозчики задумываются о возможности компенсировать рост цен за счет перехода на газ и обращают свое внимание на такой вариант, как газодизель, сочетающий преимущества традиционного дизеля и ГБО. Приобрести оборудование не проблематично, сложнее добиться, чтобы система оптимально работала на популярных дизельных двигателях. О том, как эту задачу решает украинская компания "Изотоп Прибор Сервис", рассказывает портал AutoExpert.
В отличие от ситуации с бензиновыми двигателями, перевод которых на газообразное топливо (в основном, СУГ - сжиженный углеводородный газ) давно не является экзотикой, стандартный дизельный двигатель не может работать на газовом топливе. Во-первых, температура воспламенения газа на 300-320 градусов выше. Во-вторых, высокая степень сжатия дизельного двигателя будет вызывать детонацию. Поэтому, для перевода двигателя в газомоторный режим на метане (СПГ - сжатом природном газе) или пропане (СУГ) - требуется переделка двигателя.
Для снижения степени сжатия и, соответственно, перехода на сжатый природный газ (метан) потребуется установка проставки под ГБЦ, что увеличивает объем камеры сгорания. Также придется установить другие поршни и удлиненные шатуны. Система впрыска дизельного топлива заменяется на газовую, и, конечно, потребуется система искрового зажигания. После этих доработок двигатель будет работать только на газовом топливе, и возврат в дизельный режим возможен только путем обратной переделки двигателя.
Возможно, в некоторых случаях столь радикальный подход оправдан. Полная конвертация на пропан может дать эффект снижения топливных затрат до 35-40% экономии на топливе, а на метан - до 40-50%, в зависимости от цены в конкретном регионе. Однако неудобства возрастают пропорционально экономии. При установке пропанового баллона на место штатного топливного бака пробег автомобиля сократится примерно на 30-40%, поскольку потребление топлива увеличивается с коэффициентом 1,2-1,4 в отношении к дизтопливу. В сочетании с высокой стоимостью конвертации дизельного двигателя в газомоторный режим, это препятствует широкому применению данного решения.
В случае с переводом на метан запас хода сокращается очень существенно, а вес системы хранения ощутимо сказывается на максимальной коммерческой загрузке, поскольку СПГ хранится в сжатом состоянии, под давлением порядка 200 атмосфер. Метановые баллоны тяжелы, дороги (а не слишком тяжелые композитные - очень дороги) и требуют частой поверки, которая тоже стоит денег. Проблему запаса можно решить за счет установки еще большего баллонов, но это означает, что еще больше топлива будет расходоваться на перевозку самого топлива. Поэтому на практике метан прижился только там, где большой запас хода не требуется - в городских перевозках и коммунальном хозяйстве.
Все перечисленные причины заставили разработчиков искать иной, компромиссный вариант, дающий возможность сэкономить на топливе без потери преимуществ дизеля в запасе хода, доступности топлива на любой АЗС и, главное, - без необходимости радикально переделывать двигатель. Таким решением является двухтопливный газодизельный двигатель.
Двухтопливный газодизельный двигатель
Двухтопливные газодизельные двигатели при возможности заправиться газом позволяют экономить на дизельном топливе и притом - смело ехать туда, где нет АГЗС. Двухтопливный газодизель является обычным дизельным двигателем, на который установили дополнительные устройства для работы с газовым топливом. В двухтопливном газодизельном режиме в конце такта сжатия в цилиндры подается некоторое количество дизельного топлива, которое и поджигает газо-воздушную смесь, поступившую на такте впуска.
Газодизельный двигатель может работать только на дизельном топливе, но не может работать только на газу.
Величина степени замещения может колебаться от 15% до 50% для пропана (пропан-бутан). Конкретные значения зависят от вида топливной аппаратуры исходного двигателя, а также совершенства используемой газодизельной системы. На метане, теоретически, возможно замещение до 85%, однако в целях сохранения проектного теплового режима двигателя надо отставлять как минимум треть потребления ДТ для охлаждения топливных форсунок и клапанов. Поэтому реальная разница в замещении пропаном и бутаном - не превышает 20%.
Для практических расчетов можно использовать гарантированную степень замещения в 40-60% для метана и 35-50% для пропана.
Запуск двигателя и его работа в режиме малых нагрузок (до 30% от максимума) осуществляется практически на чистом дизельном топливе, так как в таком режиме очень трудно подобрать устойчивые параметры подачи газа. Далее, с ростом нагрузки, начинается благоприятный для газодизельного режима диапазон, и при нагрузках около 70% достигается максимальная степень замещения дизельного топлива газом. На максимальных оборотах сокращается время рабочего цикла, и доля газа снова уменьшается, поскольку он горит дольше и в больших количествах не успевает продуктивно сгорать.
Учитывая все сказанное выше, украинская компания "Изотоп Прибор Сервис", специализирующаяся на поставке и эксплуатации диагностического оборудования для тяжелой коммерческой техники, взялась за доводку одной из существующих систем управления пропанового газодизеля. Цель проекта - довести систему управления для двигателей объемом 9-16 литров до 50%-ного замещения газом с максимальным экономическим эффектом.
Газодизельная система для конкретных двигателей
Как уже было сказано, метановые баллоны тяжелы и маловместительны, а полная конвертация - сложна и лишает возможности ездить на ДТ, поэтому в "Изотоп Прибор Сервис" остановили свой выбор на пропановом газодизеле. Однако цель не просто в том, чтобы начать продавать оборудование - в мире оно уже существует, и приобрести его не проблематично. Цель - создать готовую систему для установки на популярные двигатели, с таким расчетом, чтобы она оптимально работала на каждом из них.
На данный момент прорабатывается технология впрыска газа в коллектор, после турбонаддува. Дело в том, что при подаче перед турбокомпрессором система слишком инертна и не всегда адекватно реагирует на изменения режима работы двигателя из-за большого объема газовоздушной смеси в интеркулере. Вторая проблема - возможность утечки газа и пожара при повреждении интеркулера. Поэтому предпочтительнее подача газа непосредственно в коллектор перед клапанами - это позволяет поддерживать давление подачи газа из расчета +1,5 атмосферы к давлению в коллекторе. За счет использования коротких трубопроводов удается очень быстро вносить коррекцию для поддержания оптимального смесеобразования при изменении оборотов двигателя.
Состояние системы постоянно отслеживаетсяпо температуре ОГ, температуре компрессора, давлению в коллекторе и другим показателям. Показания датчика температуры ОГ используются для определения оптимального соотношения дизтопливо/газ:
Вообще, основное отличие системы, используемой "Изотоп Прибор Сервис", - наличие обратной связи. Количество подаваемого газа не просто рассчитывается по "карте", а определяется, исходя из реальной потребности. Когда электроника сообщается с блоком управления двигателя, получая от него все данные о надуве, температуре двигателя и т.д., система быстрее реагирует на какие-либо изменения и адаптируется.
Для корректной работы газодизеля необходима оптимизация подающей газ системы и обратная связь по всем параметрам, которая обеспечит быструю коррекцию - с каждым поворотом коленчатого вала должна автоматически вноситься коррекция. Газ, который подан в цилиндр, должен там эффективно сгореть и выполнить свою работу, то есть максимально выполнить функцию замещения дорого топлива более дешевым.
В системе, которая сейчас тестируется в "Изотоп Прибор Сервис", помимо привязки к педали газа еще есть режим круиз-контроля, который активируется специальным тумблером. В компании поставили перед собой цель сделать так, чтобы система ничем не отличалась по функционалу от той системы, которая установлена на двигателе, вплоть до того, что она должна видеть сигнал скорости, когда нужно включить ограничитель.
Сама система, электроника и блок управления все учитывает. Блоку указывается модель форсунок согласно каталога, а система отслеживает давление газа, температуру и давление во впускном коллекторе. Благодаря этому система точно рассчитывает объем газа, подаваемого в двигатель - ведь газ имеет большой коэффициент температурного расширения, который должен быть учтен. После чего мы видим объем газа. Да, он расчетный, но это - согласно данным производителя. То есть мы видим, какой объем газа бы подан. В любой момент водитель легким нажатием кнопки может отключить систему, и автомобиль плавно перейдет на дизель.
Компоненты системы газодизельного двигателя
На данный момент в "Изотоп Прибор Сервис" подбирают оптимальные по цене и характеристикам комплектующие. Форсунки рассматриваются и польские, и китайские, и японские. Производители предоставляют данные о пропускной способности форсунки и том, при каких параметрах достигнута данная производительность. Тут надо понимать, что газовые форсунки отличаются от тех, которые предназначены для жидкого топлива. У разных газовых форсунок отличается пропускная способность - количество подаваемого газа в зависимости от времени, температуры и давления газа, поэтому нет одинаково подходящей для всех моторов форсунки. Кроме того, в форсунку может попасть смола (фильтры всего не удерживают), собраться конденсат, соответственно, снизится пропускная способность, и система должна адекватно на это реагировать.
Что касается баллонов, то уже практически определились с их украинским производителем. Цена на его баллоны ниже, а их качество не уступает импортным аналогам. Возможно, отечественные не так красиво покрашены, но на качество это не влияет, и польские коллеги - специалисты по ГБО - не возражают против использования данных баллонов. Тем более что украинского производства только сам баллон, а все остальное - импортного производства: арматура и мультиклапаны используются импортные, сама арматура надежная, имеет предохранительные клапаны, бронированные и пластиковые трубопроводы, предназначенные специально для пропановых баллонов - все сопровождается сертификатом безопасности.
Компоненты газовой топливной системы: форсунка (1), топливная рампа для форсунок (2), фильтр очистки газа с клапаном и без (3 и 4), блок управления газовой аппаратурой (5):
Эксплуатационные характеристики газодизеля
Перевод на газодизельный двухтопливный режим, проведенный правильно, может даже улучшить эксплуатационные характеристики двигателя. Так, в газе отсутствует сера, а при его сгорании выделяется меньше углерода и транспорт становится более экологичным. Основной предрассудок относительно газа - что он снижает ресурс и, в частности, ведет к прогару клапанов, вызван использованием ГБО с неправильными настройками. В частности, если слишком обеднить смесь, то газ горит медленнее и не успевает сгорать полностью, догорая уже на выпуске. Если правильно и грамотно все настроить, отследить параметры, эксплуатация автомобиля не нарушается.
Если заменить большую часть топлива газом, то двигатель будет намного чище, не так будет образовываться нагар, будет дольше служить масло. Таким образом, можно увеличить сервисный интервал по замене масла. Производитель газового оборудования рекомендует межсервисный интервал - 40 000 км пробега.
Есть разница в установке газа на Евро 3 и Евро 4. Во-первых, это скорость обмена данными, наличие катализатора и системы AdBlue (система впрыска карбамида, ее еще называют "мочевина"). Эта система рассчитывает впрыск жидкости - 4% от расхода топлива. На компьютере автомобиля с газодизельным двигателем уменьшается расход дизельного топлива, соответственно уменьшается и расход карбамида. Если расход принять за 18 литров дизельного топлива на 100 километров, соответственно и 4% уменьшаются, что дает существенную экономию на недешевом реактиве AdBlue.
Александр Романенко, тест-инженер "Изотоп Прибор Сервис":
- В Европе на такие системы также есть спрос, но пока нет производителя контроллеров, который бы мог обеспечить все выдвигаемые в ЕС требования. На данном этапе польский производитель готов развивать систему в данном направлении. А в Украине есть перевозчик, которому интересно поучаствовать в данном эксперименте, и он же предоставил автомобили различных типов и производителей - от Евро 3 до Евро 5.
Сотрудничество с Польшей для нас выгодно, так как мы получаем нормальный продукт, который дальше продвигаем на рынке. Периодически встречаемся с производителями и разработчиками данного оборудования, высказываем свои требования, участвуем в процессе доработки электронной системы. Мы обмениваемся отчетами, снимаем данные с автомобиля, производитель добавляет их в блок управления.
Пока что обкатываем систему на тестовых автомобилях, которые должны пройти определенное расстояние. Мы обвешиваем автомобиль датчиками и манометрами, подбираем форсунки с наименьшим временем реакции (закрытие/открытие клапана), для того чтобы система всегда выполняла коррекцию. Сейчас программа дорабатывается так, чтобы полностью мониторить работу двигателя и автомобиля в целом.
В целом автомобиль эксплуатируется в штатном режиме, единственное, что часть дизельного топлива будет замещена газом без потери мощности или крутящего момента. Мы даже стараемся что-то улучшить и выйти на цифру замещения газом дизеля 50%. При этом у нас не увеличивается расход топлива, то есть, если на каждые 100 км уходило 30 литров ДТ, то и суммарный расход останется в тех же пределах. На сегодняшний день газ почти вдвое дешевле дизельного топлива, т.е. 50% замещения будут означать 25% экономии на топливе. Даже при замещении 35-40% дизельного топлива экономический эффект с лихвой оправдывает установку газового оборудования.
Основные автомобили, на которых мы проводим испытания - стандарта Евро 4. Мы делаем акцент на автомобили новых поколений (Евро 4, Евро 5), потому что на автомобили Евро 0 - Евро 3 поставить газ не проблема, но эффект будет невелик. Мы ориентированы на новые автомобили массовой эксплуатации, так как они более экономичны, а если их еще сделать экономичными в плане используемого топлива, они будут очень выгодными.
Преимущество газа не тольков цене - он чище и горит медленнее. При правильной установке весь газ может окисляться в цилиндре - сгорать и нормально работать, давление в цилиндре при этом будет оптимальным. При переходе на крутящий момент температура будет повышаться. На больших автомобилях обороты меньше. Степень сжатия сейчас снизили до 18, хотя раньше она была 22-25. Компенсация происходит за счет турбонаддува. Мы, за счет этого, на газу выигрываем еще больше.
Конечный продукт должен быть прост в установке, чтобы любой установщик, который прошел обучение, мог его просто смонтировать. Под оборудование уже будут готовые прошивки под определенную модель автомобиля, испытанные в разных режимах. Их можно будет корректировать в пределах разумного. Мы также хотим полностью исключить проблемы с некорректной установкой или монтажом. Мы будем обучать специалистов, как это правильно и грамотно сделать, потому что именно за этими системами будущее и они обладают большим потенциалом как для эксплуатантов, так и для установщиков.
Заключительное слово в пользу газодизеля
Итак, кратко перечислим все преимущества, которые дает двухтопливный газодизель. Дооборудование дешевле, чем конвертация в газомоторное ТС, и несравнимо дешевле покупки нового экономичного транспорта. Большой пробег на одной заправке (в газодизельном и обычном режиме) достигается за счет более экономного расхода газа, использования части дизельного топлива и отказа от хранения резервного объема газа, поскольку на двухтопливном газодизеле можно ехать "до пустых баллонов". Характеристики двигателя не изменяются. Мощность, момент и их зависимости от оборотов не изменяются.
Срок выполнения работ по установке газодизеля составляет 1-3 дня. Двигатель остается тем же, с теми же недорогими запчастями и процедурами обслуживания, в то время как специальный газовый двигатель требует редких и более дорогих комплектующих. Объем прохождения дизельного топлива через форсунки в газодизельном режиме уменьшается до 2 раз, соответственно и уменьшается негативное воздействие некачественного топлива на форсунки.
Наконец, имеет значение и возможность продажи газодизельного автомобиля без финансовых потерь. Можно самостоятельно перевести ТС обратно в дизельный режим, а снятое газодизельное оборудование установить на новое транспортное средство или продать. Можно взять автомобиль в лизинг, использовать как газодизельный, а потом вернуть в лизинговую компанию, как обычный автомобиль. И конечно, все время использования автомобиля - экономить 25% на топливе.
Фото: autoexpert.com.ua
autoExpert
