Газовый двигатель: Газовый двигатель внутреннего сгорания – меняет ли топливо принцип действия?

Содержание

Типы газовых двигателей

Двигатели на природном газе подходят для широкого спектра применений, включая легковые автомобили, легкие коммерческие автомобили, вилочные погрузчики, тяжелые грузовики, автобусы, морские суда, даже железнодорожные локомотивы и самолеты. Чистые свойства природного газа и отсутствие твердых частиц часто снижают износ двигателя, а также, увеличении интервалов обслуживания и замены масла. Это еще больше снижает эксплуатационные расходы.

Двигатели доступны в различных форматах, но обычно подпадают под следующие категории:

• Газовый двигатель (монотопливный)
• Газовый двигатель (двухтопливный)
• Газодизельный двигатель
• Газовый двигатель (трех-топливный)
• Прямой впрыск высокого давления, HPDI

Газовый двигатель (монотопливный)
Специальный двигатель использует природный газ в качестве единственного источника топлива. Газовый двигатель имеет преимущество, он «оптимизирован» для работы на природном газе, что обеспечивает максимальную эффективность и оптимальные результаты по выбросам. Некоторые специальные автомобили также оснащены запасным бензиновым баком, который используется, если в автомобилях заканчивается природный газ. Поскольку автомобиль оптимизирован для использования на природном газе, бензин следует использовать только для коротких поездок, а не на регулярной основе.

Газовый двигатель (двухтопливный)
Двухтопливные двигатели работают на природном газе или бензине (или другом топливе с искровым зажиганием, таком как этанол). Примечание. Газовый двигатель использует бензин для зажигания при включении двигателя, поэтому для успешной работы всегда требуется небольшое количество бензина.

Газодизельный двигатель
Газодизельный двигатель использует смесь природного газа и дизельного топлива, причем смесь природного газа и воздуха воспламеняется дизельным «пилотом». Дизель впрыскивается непосредственно в камеру сгорания, а газ вводится в воздухозаборник путем карбюрации или впрыска газа. Смесь природного газа и дизельного топлива варьируется в зависимости от нагрузки и рабочего цикла двигателя, в диапазоне от 80% до 0% газа. При более низких нагрузках на двигатель использование дизельного топлива, как правило, выше, тогда как при более высоких нагрузках на двигатель можно использовать более высокую долю газа. Газодизель обычно является результатом дооборудования дизельного двигателя и имеет преимущество, они не полностью зависят от природного газа для подачи топлива. Таким образом, если в транспортном средстве заканчивается природный газ или он находится вдали от доступного источника топлива для СПГ, он может работать исключительно на дизельном топливе.

Газовый двигатель (трехтопливный)
Относительно недавняя разработка технологий. Транспортное средство с трехтопливной системой использует бензин, этанол и метан. Транспортное средство может работать на бензине, этаноле (либо одновременно на бензине и этаноле) или природном газе. Трехтопливные автомобили впервые появились на рынке в 2005 году в Бразилии, где этанол и природный газ широко используются для транспорта.

Прямой впрыск высокого давления, HPDI
Запатентованная технология канадской компанией Westport заменяет приблизительно 90% дизельного топлива природным газом.

Основой топливной системы HPDI 2.0 является инновационная форсунка с двойной концентрической иглой. Она позволяет впрыскивать под высоким давлением в камеру сгорания небольшие объемы природного газа. Газ подается в конце такта сжатия. Для воспламенения газа при давлении, которое обеспечивает обычный дизельный двигатель, требуется более высокая температура. Поэтому для облегчения воспламенения в цилиндр предварительно впрыскивается небольшое количество дизельного топлива с последующим основным впрыском природного газа. Горящее дизтопливо мгновенно поджигает горячие продукты сгорания в цилиндре, а те, в свою очередь, впрыскиваемую следом порцию природного газа.

Ознакомиться с деталями переоборудования на метан (КПГ) Вы можете на странице нашего каталога:
https://gas-truck.ru/catalog/ustanovka-gbo

Газовый двигатель внутреннего сгорания на природном газе

Автор Алексей Белокуров На чтение 5 мин. Просмотров 188 Опубликовано

Газовый двигатель – это мотор, который использует в качестве горючего пропано-бутановую смесь или природный газ метан. Дал жизнь подобному агрегату немецкий ученый Отто. У него ушло около пятнадцати лет на разработку подобного двигателя. Износ подобных агрегатов сведен на нет, благодаря применению чистого природного газа, который не имеет твердых частиц. Соответственно снижаются расходы на уход и ремонт устройства.

Давайте посмотрим, что из себя представляет этот движок внутреннего сгорания.

Что же такое газовый двигатель внутреннего сгорания

Существует несколько типов газовых двигателей с внутренним сгоранием:

  • монотопливный. Этот агрегат использует газ только в качестве одного источника питания. У подобных устройств экокласс равен Евро 5, а производительность увеличена в несколько раз по сравнению с другими видами моторов. Однако, некоторые транспортные средства с этим мотором оптимизированы под работу на бензине. Водителям рекомендуется ездить на короткие дистанции на бензиновом топливе, так как агрегат может быстро выйти из строя, если постоянно использовать бензин вместо газа;
  • двухтопливный. Разница между первым и двухтопливным двигателе в том, что последний работает как на бензине, так и на газе. Кроме того, автовладельцу нужно постоянно иметь немного бензина в баке, если он ездит на транспортном средстве с этим агрегатом. Потому что для успешного запуска газовый двигатель использует небольшое количество бензина;
  • газодизельный агрегат. В этих моторах используется смесь газа и дизеля. Поджигается газ специальных дизельным «пилотом». Как это происходит: горючее впрыскивается в камеру сгорания, газовая смесь попадает в воздухозаборник, посредством впрыска. Если газовый двигатель работает под большими нагрузками, то соответственно использование дизеля будет больше, чем газа. Если же агрегат не нагружается и работает в спокойном режиме, то максимальное количество газовой смеси, которое используется для работы агрегата, равняется 80 процентам;
  • трехтопливный. Это разработка уже современного типа. В устройстве, работающем на природном газе, используются следующие виды топлива: бензин, метан и этанол. Первая модификация агрегата появилась в 2005 году в Бразилии;
  • HPDI. Эти газовые двигатели оснащены прямым впрыском высокого давления. Впрыск происходит посредством форсунки с двойной концентрической иглой. Смесь попадает в камеру сгорания в конце такта сжатия. Для облегчения воспламенения в камеру впрыскивается небольшое количество дизельного топлива.

Познакомиться с системой питания в двигателях на природном газе можно в следующем блоке.

Система питания двигателя от газобаллонной установки

На транспортных средствах газовая смесь в сжатом виде находится в баллонах. На этих устройствах устанавливается специальный мультиклапан, который позволяет заправлять баллон, и дозировать поступление смеси в газовый двигатель внутреннего сгорания.

Мультиклапан включает в себя:

  • заправочный и расходный вентиль;
  • указатель уровня газа, который в виде поплавка находится внутри баллона;
  • обратный клапан;
  • скоростной клапан;
  • стопорный.

Сжиженная смесь поступает по газовой магистрали в клапан, с установленным фильтрующим устройством. Здесь газ проходит очистку от твердых частиц и смол, которые могут находиться в нем. Затем смесь поступает в газовый испаритель. Давление газа понижается до 1 атмосферы.

Смесь попадает в дозатор и передается в смеситель. В этом приборе смешивается и поступает в камеру сгорания.

Газобаллонные автомобили

Машины с газовым мотором:

  • Камаз 820. 60;
  • Камаз 820.70;
  • трактор «Агромаш ТК85 метан»;
  • автомобиль «Урал Next».

Внимание! Российские компании сотрудничают с западными автомобильными концернами и совместно выпускают гибридные транспортные средства. Например, Ярославский автомобильный завод вместе с Westport создали серию газовых двигателей модели ЯМЗ 530.

Требования, предъявляемые к газообразным топливам

Требования, предъявляемые к двигателям, работающим на природном газе:

  • агрегат должен обеспечивать хорошее смесеобразование;
  • поступающее топливо должно быть высококалорийным;
  • не должно происходить коррозии или коррозийного износа во время работы мотора на природном газе.

Подобные моторы не образуют отложений на впускных и выпускных компонентах. Топливо должно сохранять свои качества при транспортировке. А также стоимость на подобное горючее не должна превышать допустимые цены государством.

Преимущества использования газообразного топлива

В использовании природной газомоторной смеси есть положительные стороны. Вот некоторые из них:

  • малая себестоимость, а значит и цена на подобное горючее будет меньше, чем у бензина или дизеля;
  • стойкость к детонации. Так как октановое число газа равно 105;
  • жизненный ресурс мотора увеличивается в 2 раза, а сам агрегат работает мягко и тихо;
  • в половину увеличивается срок службы свечей зажигания;
  • не образует нагар на стенках цилиндров и клапанах;
  • не образуются смолистые отложения на элементах мотора.

В отличие от бензиновых моторов, токсичность сгоревших газов снижена в этом случае на 80 процентов. Газовая смесь имеет однородный состав по сравнению с бензином. Ее нельзя разбавить более худшим топливом.

Недостатки газообразного топлива

Но есть и недостатки у подобного горючего. К примеру:

  • снижение мощности газового двигателя из-замедленного сгорания газа;
  • возникновение трудностей с зажиганием во время понижения температур ниже минус двадцати градусов;
  • увеличение веса авто. Например, при работе на сжиженном газе вес увеличивается до 50 кг и на сжатом – 800 кг;
  • увеличивается цена на транспортное средство из-за использования дорогостоящего оборудования;
  • сложность технического обслуживания;

А также заправки с газом должны находится на расстоянии 250 км. Больше авто на газе не проедет. Водитель должен соблюдать правила безопасности при использовании топлива с газом в машине. Баллоны с газом должны проходить освидетельствование в ГИБДД,

Кому выгоден двигатель на газе

Сейчас ДВС с газомоторной смесью устанавливают на автобусы, спецтехнику. То есть на транспортные средства, которые сжирают много топлива и работают ежедневно, чтобы уменьшить затраты на бензин или дизель.

Однако появилось много легкового транспорта, работающего на гибридных двигателях. Считается, что газовые двигатели пока еще молодое направление. Оно не достигло технической зрелости.

Заключение

Так или иначе газовые двигатели входят в нашу жизнь. В будущем возможно полное замещение природным газом бензина и дизеля.

Газовый двигатель – Основные средства

О достоинствах газомоторного топлива, в частности метана, сказано немало, но напомним о них еще раз.

Это экологичный выхлоп, удовлетворяющий текущие и даже будущие законодательные требования к токсичности. В рамках культа глобального потепления это важное преимущество, поскольку нормы Euro 5, Euro 6 и все последующие будут насаждаться в обязательном порядке и проблему с выхлопом так или иначе придется решать. К 2020 г. в Евросоюзе новым транспортным средствам будет разрешено производить в среднем не более 95 г СО2 на километр. К 2025 г. этот допустимый предел могут еще опустить. Двигатели на метане способны удовлетворить эти нормы токсичности, и не только благодаря меньшему выбросу СО2. Показатели выбросов твердых частиц в газовых двигателях также ниже, чем у бензиновых или дизельных аналогов.

Далее, газомоторное топливо не смывает масло со стенок цилиндра, что замедляет их износ. Как утверждают пропагандисты газомоторного топлива, ресурс двигателя волшебным образом вырастает в разы. При этом они скромно умалчивают о теплонапряженности работающего на газе двигателя.

И главное преимущество газомоторного топлива – это цена. Цена и только цена покрывает все недостатки газа как моторного топлива. Если мы говорим о метане, то это неразвитая сеть АГНКС, которая буквально привязывает газовый автомобиль к заправке. Количество заправок сжиженным природным газом ничтожно, этот вид газомоторного топлива сегодня представляет собой нишевой, узкоспециальный продукт. Далее, газобаллонное оборудование занимает часть полезной грузоподъемности и полезного пространства, ГБО хлопотно и накладно в обслуживании.

Технический прогресс породил такой вид двигателя, как газодизель, живущий в двух мирах: дизельном и газовом. Но как универсальное средство газодизель не реализует в полном объеме возможности ни того, ни другого мира. Нельзя оптимизировать ни процесс сгорания, ни показатели КПД, ни образование выбросов для двух видов топлива на одном двигателе. Для оптимизации газовоздушного цикла нужно специализированное средство – газовый двигатель.

Сегодня все газовые двигатели используют внешнее образование газовоздушной смеси и воспламенение от свечи зажигания, как в карбюраторном бензиновом двигателе. Альтернативные варианты – в стадии разработки. Газовоздушная смесь образуется во впускном коллекторе путем инжекции газа. Чем ближе к цилиндру происходит этот процесс, тем быстрее реакция двигателя. В идеале газ должен впрыскиваться прямо в камеру сгорания, о чем речь пойдет ниже. Сложность управления не единственный недостаток внешнего смесеобразования.

Инжекция газа управляется электронным блоком, который также регулирует угол опережения зажигания. Метан горит медленнее дизельного топлива, то есть газовоздушная смесь должна воспламеняться раньше, угол опережения также регулируется в зависимости от нагрузки. Кроме того, метану нужна меньшая степень сжатия, нежели дизельному топливу. Так, в атмосферном двигателе степень сжатия снижают до 12–14. Для атмо­сферных двигателей характерен стехиометрический состав газовоздушной смеси, то есть коэффициент избытка воздуха a равен 1, что в какой-то степени компенсирует потерю мощности от снижения степени сжатия. КПД атмосферного газового двигателя на уровне 35%, тогда как у атмосферного же дизеля КПД на уровне 40%.

Автопроизводители рекомендуют использовать в газовых двигателях специальные моторные масла, отличающиеся водостойкостью, пониженной сульфатной зольностью и одновременно высоким значением щелочного числа, но не возбраняются и всесезонные масла для дизельных двигателей классов SAE 15W-40 и 10W-40, которые на практике применяются в девяти случаях из десяти.

Турбокомпрессор позволяет снизить степень сжатия до 10–12 в зависимости от размерности двигателя и давления во впускном тракте, а коэффициент избытка воздуха увеличить до 1,4–1,5. При этом КПД достигает 37%, но одновременно значительно возрастает теплонапряженность двигателя. Для сравнения: КПД турбированного дизельного двигателя достигает 50%.

Повышенная теплонапряженность газового двигателя связана с невозможностью продувки камеры сгорания при перекрытии клапанов, когда в конце такта выпуска одновременно открыты выпускные и впускные клапаны. Поток свежего воздуха, особенно в наддувном двигателе, мог бы охлаждать поверхности камеры сгорания, снижая таким образом теплонапряженность двигателя, а также снижая нагрев свежего заряда, это увеличило бы коэффициент наполнения, но для газового двигателя перекрытие клапанов недопустимо. Из-за внешнего образования газовоздушной смеси воздух всегда подается в цилиндр вместе с метаном, и выпускные клапаны в это время должны быть закрыты во избежание попадания метана в выпускной тракт и взрыва.

Уменьшенная степень сжатия, повышенная теплонапряженность и особенности газовоздушного цикла требуют соответствующих изменений, в частности, в системе охлаждения, в конструкции распредвала и деталей ЦПГ, а также в применяемых для них материалах для сохранения работоспособности и ресурса. Таким образом, стоимость газового двигателя не так уж отличается от стоимости дизельного аналога, а то и выше. Плюс к этому стоимость газобаллонного оборудования.

Флагман отечественного автомобилестроения ПАО «КАМАЗ» серийно выпускает газовые 8-цилиндровые V-образные двигатели серий КамАЗ-820. 60 и КамАЗ-820.70 размерностью 120х130 и рабочим объ­емом 11,762 л. Для газовых двигателей используют ЦПГ, обеспечивающую степень сжатия 12 (у дизельного КамАЗ-740 степень сжатия 17). В цилиндре газовоздушная смесь воспламеняется искровой свечой зажигания, установленной вместо форсунки.

Для большегрузных автомобилей с газовыми двигателями используют специальные свечи зажигания. Так, Federal-Mogul поставляет на рынок свечи с иридиевым центральным электродом и боковым электродом, выполненным из иридия или платины. Конструкция, материалы и характеристики электродов и самих свечей учитывают температурный режим работы большегрузного автомобиля, характерный широким диапазоном нагрузок, и сравнительно высокую степень сжатия.

Двигатели КамАЗ-820 оборудуют системой распределенного впрыска метана во впускной трубопровод через форсунки с электромагнитным дозирующим устройством. Газ инжектируется во впускной тракт каждого цилиндра индивидуально, что позволяет корректировать состав газовоздушной смеси для каждого цилиндра с целью получения минимальных выбросов вредных веществ. Расход газа регулируется микропроцессорной системой в зависимости от давления перед инжектором, подача воздуха регулируется дроссельной заслонкой с приводом от электронной педали акселератора. Микропроцесорная система управляет углом опережения зажигания, обеспечивает защиту от воспламенения метана во впускном трубопроводе при сбое в системе зажигания или неисправности клапанов, а также защиту двигателя от аварийных режимов, поддерживает заданную скорость автомобиля, обеспечивает ограничение крутящего момента на ведущих колесах автомобиля и самодиагностику при включении системы.

«КАМАЗ» в значительной степени унифицировал детали газовых и дизельных двигателей, но далеко не все, и многие внешне схожие детали для дизеля – коленвал, распредвал, поршни с шатунами и кольцами, головки блока цилиндров, турбокомпрессор, водяной насос, масляный насос, впускной трубопровод, поддон картера, картер маховика – не подходят для газового двигателя.

В апреле 2015 г. «КАМАЗ» запустил корпус газовых автомобилей мощностью 8 тыс. единиц техники в год. Производство размещено в бывшем газодизельном корпусе автозавода. Технология сборки следующая: шасси собирают и устанавливают на него газовый двигатель на главном сборочном конвейере автомобильного завода. Потом шасси буксируют в корпус газовых автомобилей для монтажа газобаллонного оборудования и проведения всего цикла испытаний, а также для обкатки автотехники и шасси. При этом газовые двигатели КАМАЗ (в том числе модернизированные с компонентной базой «БОШ»), собираемые на моторном производстве, также проходят испытания и обкатку в полном объеме.

«Автодизель» (Ярославский моторный завод) в содружестве с компанией Westport разработал и выпускает линейку газовых двигателей на базе семейства 4- и 6-цилиндровых рядных двигателей ЯМЗ-530. Шестицилиндровый вариант может устанавливаться на автомобили нового поколения «Урал NEXT».

Как уже говорилось выше, идеальный вариант газового двигателя – это непосредственный впрыск газа в камеру сгорания, но до сих пор мощнейшее глобальное машиностроение не создало такой технологии. В Германии исследования ведет консорциум Direct4Gas, возглавляемый компанией Robert Bosch GmbH в партнерстве с Daimler AG и Штутгартским научно-исследовательским институтом автомобильной техники и двигателей (FKFS). Министерство экономики и энергетики Германии поддержало проект суммой в 3,8 млн евро, что на самом деле не так уж много. Проект будет работать с 2015-го до января 2017 г. На-гора должны выдать промышленный образец системы непосредственного впрыска метана и, что не менее важно, технологию ее производства.

По сравнению с нынешними системами, использующими многоточечный впрыск газа в коллектор, перспективная система непосредственного впрыска способна на 60% увеличить крутящий момент на низких оборотах, то есть ликвидировать слабое место газового двигателя. Непосредственный впрыск решает целый комплекс «детских» болезней газового двигателя, принесенных вместе с внешним смесеобразованием.

В проекте Direct4Gas разрабатывают систему непосредственного впрыска, способную быть надежной и герметичной и дозировать точное количество газа для впрыска. Модификации самого двигателя сведены к минимуму, чтобы промышленность могла использовать прежние компоненты. Команда проекта комплектует экспериментальные газовые двигатели недавно разработанным клапаном впрыска высокого давления. Систему предполагается тестировать в лаборатории и непосредственно на транспортных средствах. Исследователи также изучают образование топливно-воздушной смеси, процесс управления зажиганием и образование токсичных газов. Долгосрочная цель консорциума – это создание условий, при которых технология сможет выйти на рынок.

 

Итак, газовые двигатели – это молодое направление, еще не достигшее технологической зрелости. Зрелость наступит, когда Bosch со товарищи создадут технологию непосредственно впрыска метана в камеру сгорания.

Газовое топливо для коммерческой техники. Газовые двигатели – Основные средства

А. Дмитриевский, канд. техн. наук, ГНЦ РФ «НАМИ»

(Окончание. Начало см. «ОС» № 10, 11, 2007 г.)

Газовые баллоны. Существует два типа газовых баллонов для систем питания на сжиженном газе: цилиндрические и торосферические (по форме запасного колеса). Цилиндрические баллоны выполняются из листовой углеродистой стали сварными с продольным швом. В частности, завод «Калининградгазавтоматика» выпускает комплекты газового оборудования, предусматривающие использование цилиндрических баллонов вместимостью 50 и 65 л, а также торосферических баллонов на 60 л. Фирма «Калина» для газовой аппаратуры использует баллоны от 80 л (масса 34 кг) до 277 л (масса 83 кг), производимые в Пензе, а также выпускаемые в Турции торосферические баллоны вместимостью от 45 л (масса 27 кг) до 90 л (масса 50 кг).

Автомобильные баллоны для сжиженного газа фирмы Stako S.C. (Польша): цилиндрический (а)и тороcферический (б)

Фирма Stako S.C. (Польша) выпускает около 40 вариантов как цилиндрических, так и торосферических баллонов для сжиженного газа. Вместимость цилиндрических баллонов – от 50 до 230 л, торосферических – от 40 до 95 л.

Грузовые автомобили оборудуются баллонами вместимостью от 115 до 274 л. На автобусы ПАЗ-3205 ставят по два баллона AD360/70. Фирма Mobil Gaz System (Пенза и Саранск) использует также цилиндрические баллоны фирмы Stako S.C. (Польша) вместимостью от 50 до 230 л и торосферические – от 34 до 95 л (для установки вместо запасного колеса). Существует много систем, выпускаемых другими производителями.

Фильтр высокого давления: 1 – шпилька; 2 – сетка с фильтрующим элементом; 3 – стакан

В настоящее время на автомобильном транспорте находят применение газобаллонные установки для работы на сжатом газе низкого и среднего давления от 1,2 до 5,0 МПа. Такие газобаллонные установки применяются в основном для городских автобусов, работающих на коротких маршрутах. Газобаллонные установки высокого давления, до 20 МПа, позволяют существенно увеличить пробег между заправками, но при этом намного возрастает масса баллонов, снижая полезную нагрузку автомобиля. Масса металлопластиковых баллонов для сжатого газа находится в пределах 21,4...33,5 кг при вместимости 34,4...51 л соответственно. Масса баллона на 50 л, выполненного из легированной стали, увеличивается до 60 кг.

Фильтр и редуктор высокого давления. Из баллона сжатый газ поступает в фильтр высокого давления. После фильтра устанавливают манометр и электромагнитный газовый клапан высокого давления. В редукторе высокого давления давление газа снижается с 19,6 до 0,6...1,1 МПа. К штуцерам редуктора для подогрева газа подводится жидкость из системы охлаждения двигателя. Дальше газ через клапан низкого давления поступает в газовый редуктор низкого давления и затем в смеситель.

Испарители, редукторы низкого давления и смесители. Их конструкция для пропан-бутана и метана аналогична. Редуктор-испаритель РГ-004 01 (см. рисунок) аналогичен по конструкции редукторам, применяемым в системах питания СНГ.

Редуктор высокого давления: 1 – рычаг; 2 – выход к редуктору низкого давления; 3 – мембрана и водяной патрубок; 4 – шпилька; 5 – пружина предохранительного клапана; 6 – дренажный канал; 7 – канал подвода газа; 8 – клапан высокого давления; 9 – патрубок охлаждающей жидкости

Подогрев осуществляется жидкостью из системы охлаждения двигателя, поступающей в полость Б. При переходе на питание газом напряжение сети подается в обмотку электромагнитного клапана 5, клапан открывается, и газ поступает в полость Д, давление в которой (0,04 ±0,002 МПа) определяется системой «клапан первой ступени 6 – мембрана 7 – торсионная пружина – упорный регулировочный винт». Испарившийся газ через клапан, управляемый рычагом 3 и диафрагмой второй ступени, поступает в полость В, в которой поддерживается давление +5...–10 мм вод. ст., и далее по трубке в смеситель. В редукторе расположен винт регулировки подачи газа на холостом ходу.

Газовые смесители. Газовый смеситель главной дозирующей системы имеет отверстия по окружности диффузора или кольцевую щель, через которую газ подается в смесительную камеру. Его можно устанавливать между воздушным фильтром и входным патрубком карбюратора. Например, газовые смесители НПФ «САГА» устанавливаются в полости воздушного фильтра автомобилей «ГАЗель».

На частичных нагрузках из кольцевого сечения смесителя газ с высокой скоростью проходит через щель приоткрытой дроссельной заслонки, что обеспечивает хорошее перемешивание его с воздухом. На полных нагрузках обогащение смеси осуществляется экономайзером, имеющим регулировочный винт для коррекции состава смеси.

Схема редуктора-испарителя РГ-004 01: Б – полость жидкостного подогрева газа; В – полость второй ступени; Г – надмембранная полость; Д – полость первой ступени; 1 – клапан второй ступени; 2 – мембрана второй ступени; 3 – рычаг второй ступени; 4 – угольник входной; 5 – клапан входной электромагнитный; 6 – клапан первой ступени; 7 – мембрана первой ступени; 8 – якорь

Рядом фирм разработаны электромагнитные газовые форсунки для распределенной по цилиндрам подачи газа. Один из вариантов – электромагнитный газовый клапан ЭГК-2,0 с шариковым затвором. Фирмами ПК НПФ «ЭКИП», ООО «Газмотор-Комплект», ОАО «Автосистема», ОАО «Рыбинский завод приборостроения» разработаны двухтопливные системы с распределенной фазированной подачей как природного газа, так и бензина.

Микропроцессорная система управления впрыском обеспечивает переключение режима работы (газ/ бензин) без выработки бензина, оптимальные углы опережения зажигания, экономию газа до 20%, диагностику состояния компонентов двухтопливной системы. Давление газа устанавливается электроуправляемым (безмембранным) газовым редуктором с регулируемым давлением в диапазоне 0,25...1,0 МПа. На входе в него поддерживается давление около 1,2 МПа с помощью редуктора высокого давления.

Саратовское автоагрегатное производство ООО «СЭПО-ЗЭМ» создало следующие элементы газотопливной аппаратуры:

• редуктор давления для природного газа РВД-200/3-25 при рабочем давлении на входе от 20,0 до 0,8 МПа с погрешностью ±4%. Давление на выходе ±0,5 МПа при расходе газа от 1,5 до 25,0 кг/ч;

• электромагнитную газовую форсунку ФЭК-23 (-24, -26) для распределенной подачи природного газа в систему впуска под давлением 10 кПа. Динамический расход воздуха при управляющем импульсе 8 мс – 0,45 л/с ± 3%;

Электроприводный трехступенчатый редуктор компании Landi Renzo, (мод. TN 1/BM) для впрысковых и карбюраторных двигателей на природном газе, оснащенный манометром и входным электромагнитным клапаном высокого давления. Выпускается пять версий редуктора: для двигателей мощностью до 100 кВт, до 184 кВт и до 160 кВт

• дозатор газа (природного и нефтяного) для двигателей с рабочим объемом цилиндров 1,1...3,0 л;

• 8-разрядный блок управления шаговым двигателем дозатора газа БУПГ-01 для поддержания оптимального состава смеси клапаном, бензиновым и газовым электромагнитными клапанами, ограничением максимальной частоты вращения, диагностики канала дозирования топлива.

Широкое распространение в России получила продукция ряда итальянских фирм. Компании Landi Renzo и OMVL производят несколько вариантов систем впрыска для 4-, 6- и 8-цилиндровых двигателей мощностью от 75 до 250 л.с. с самодиагностикой ОВD и уровнем токсичности Еurо 3 и Еurо 4. Кроме того, эти же компании и компании Lovato, Voltran (для фирмы ITALGAS) выпускают много вариантов как вакуумных, так и электроприводных редукторов для впрысковых и карбюраторных двигателей. На cнимке вверху показан электроприводный трехступенчатый редуктор компании Landi Renzo (модель TN 1/BМ).

Конвертирование дизельных двигателей на газовое топливо. При конвертировании дизельных двигателей на газовое топливо вместо дизельной аппаратуры для воспламенения газовоздушной смеси устанавливают систему зажигания, аналогичную системе бензинового двигателя. Степень сжатия снижается до 11...12. Преимуществом двигателей, конвертированных на газовое топливо, является существенное снижение их стоимости за счет замены дорогостоящей дизельной аппаратуры на систему зажигания от свечи.

При этом достигается экономия дизельного топлива, исключается выброс сажи и твердых частиц, появляется возможность применить обычный, трехкомпонентный нейтрализатор с обратной связью от кислородного датчика для снижения выброса СО, СН и оксидов азота, снизить жесткость работы и уровень шума. К числу проявляющихся недостатков относятся проблемы, связанные с необходимостью повысить пробивное напряжение системы зажигания, применять «холодные» свечи зажигания и обеспечить их ресурс из-за высокой степени сжатия. Увеличивается неравномерность распределения смеси по цилиндрам, повышается тепловая нагрузка на поршень, что ограничивает форсирование двигателя. Ряд недостатков удается устранить, применив распределенный фазированный впрыск газа после закрытия выпускных клапанов.

Одним из вариантов применения системы питания с впрыском природного газа является газовый двигатель КамАЗ для автобусов и коммунальной техники модели Э 820.01-200, выполненный на базе дизеля 740.50-320 (рабочий объем цилиндров 11,75 л). В двигателе вместо форсунок установлены искровые свечи зажигания, изменены поршни с целью снижения степени сжатия до 12,2. Двигатель оборудован системой распределенного впрыска газа через форсунки с электромагнитным дозирующим устройством.

Микропроцессорная система управления обеспечивает регулировку расхода газа за счет изменения давления перед форсунками, регулировку количества воздуха дроссельной заслонкой с электроприводом от «электронной» педали акселератора, управление углом опережения зажигания, поддержание заданной скорости автомобиля, ограничение крутящего момента на ведущих колесах автомобиля, самодиагностику, защиту двигателя от аварийных режимов.

Ведутся работы по конвертации двигателя ЯМЗ-236 НЕ2 на питание газом с искровым зажиганием и микропроцессорной системой управления топливоподачей на базе 16-разрядного процессора. Газовые двигатели комплектуют турбокомпрессором и системой нейтрализации отработавших газов. Уже много лет ведутся работы по непосредственному впрыску газа в цилиндры, что обеспечит существенное увеличение мощностных показателей. Однако вследствие многочисленных проблем с созданием топливоподающей аппаратуры и систем управления эти разработки массового применения еще не нашли.

Переоборудование бензиновых двигателей «на газ». Учитывая, что скорость сгорания газовых смесей ниже, чем бензовоздушных, в системе зажигания должно быть предусмотрено два варианта характеристик угла опережения зажигания для бензина и для газа. Это достигается применением электронных систем управления.

При переводе двигателя на питание пропан-бутаном обычно требуется повысить напряжение системы зажигания в среднем на 20. ..40% при равных искровых промежутках. Рекомендуется уменьшить зазор между контактами свечей на 20...40%. Кроме того, на 80...90 °С повышается температура наконечника изолятора свечи, поэтому для газовых двигателей выпускают специальные свечи с более длинным серебряным центральным электродом, что обеспечивает высокую стабильность системы зажигания в процессе эксплуатации. Эти свечи можно использовать и при работе на бензине.

Тракторные двигатели на газовом топливе. ГНЦ РФ НАМИ и АО «Автосистема» разработали газодизельную аппаратуру для питания природным газом тракторных двигателей.

Имеется ряд опытных моделей тракторов, оборудованных этой системой:

у модели Т-30 «Владимирец» с тремя баллонами вместимостью по 51 л каждый номинальная мощность двигателя – 23,5 кВт, расход топлива в дизельном режиме – 228 г/кВт•ч, при газодизельном цикле – 68,4 г/кВт•ч дизельного топлива и 6,6 м3/ч природного газа. Длительность транспортных работ на одной заправке – 23,0 ч, в том числе по газодизельному циклу 10,5 ч (при работе только по дизельному циклу – 16,7 ч). Масса трактора за счет установки газового оборудования с металлопластиковыми баллонами увеличивается на 1060 кг;

Тракторы холдинговой компании «Агротехэнерго» с газодизельной аппаратурой ГНЦ РФ НАМИ и АО «Автосистема»: слева – трактор Т-30 «Владимирец», справа – МТЗ-82

трактор МТЗ-82 с четырьмя баллонами по 51 л и двигателем номинальной мощностью 55 кВт. Расход топлива при номинальной мощности в дизельном режиме 13,5 кг/ч, при газодизельном цикле – 2,6 кг/ч дизельного топлива и 13,2 м3/ч природного газа. Длительность транспортных работ на одной заправке – 23,0 ч, в том числе по газодизельному циклу 10,5 ч (при работе только по дизельному циклу – 16,7 ч).

Имеются и другие модели тракторов, например ДТ-75, Т-150К, К-707, с газодизельными двигателями номинальной мощностью от 66 до 198 кВт.

Страницы истории

Газ (фр. gaz, от греч. chaos – хаос), агрегатное состояние вещества, в котором оно равномерно заполняет весь предоставленный ему объем.

Вы знаете, что газовый двигатель появился раньше, чем бензиновый? За многолетнюю историю двигателя внутреннего сгорания в качестве топлива конструкторы использовали самые разные вещества, том числе и такие экзотические, как спирт, водород, рапсовое масло и даже древесные чурки (для газогенераторных двигателей). Первый коммерческий ДВС работал на светильном газе. Затем перешли к использованию бензина и дизельного топлива. Прошло много времени, прежде чем разработчики снова вернулись к идее применять газ, а именно метан (сжатый газ) и пропан-бутановые смеси (сжиженный газ). История использования газа как топлива для двигателя внутреннего сгорания берет свое начало еще в XIX в.

1823 г. – англичанин Самуэль Браун построил газовый ДВС на светильном газе.

1842 г. Дрейк (Англия) запатентовал газовый двигатель с калильным зажиганием.

1860 г. Выдан патент Жану Этьену Ленуару, наладившему затем выпуск ДВС на светильном газе.

1928 г. Прошла испытания газогенераторная установка конструкции проф. В.С. Наумова на шасси FIAT 15-ter.

1935 г. Испытательный пробег газогенераторных автомобилей ЗИС-5 и ГАЗ-АА, оснащенных газовыми двигателями и газогенераторами, по маршруту Москва–Ленинград–Москва. В качестве топлива использовался газ, полученный в газогенераторах из древесных чурок, угольных брикетов, торфа.

Газогенераторные установки были довольно громоздкими и тяжелыми. Их масса колебалась от 400 до 600 кг. В результате газогенераторная модификация, скажем, грузовика ЗИС-5 теряла полтонны грузоподъемности. Розжиг газогенератора занимал 10...14 минут, расход древесных чурок равнялся около 53 кг/100 км пути, а запас хода – 60...70 км. Работа над газобаллонными автомобилями развернулась у нас с середины 1936 г. главным образом благодаря институту НАТИ. В конце 1930-х годов с конвейеров советских автозаводов начали сходить газобаллонные грузовики ЗИС-30 и ГАЗ-44, в двигателях которых применялся газ, вырабатываемый не газогенераторами, а подаваемый из баллонов, заправленных на газонаполнительной станции.

Газовый двигатель | Двигатель прогресса

February 7, 2011

Устройство и принцип действия газового двигателя

Газовый двигатель – особый вид двигателя внутреннего сгорания, работающий на газообразном топливе,  работающий по циклу Отто. Чаще всего газовые двигатели работаю на пропане, но есть и другие, работающие на попутных (нефтяных), сжиженном, доменных, генераторных и других видах газообразного топлива.

Цикл Отто – процесс описывающий термодинамическую работу ДВС, с воспламенение сжатой смеси с помощью стороннего источника энергии (свечи зажигания)

Принципиальное отличие газовых двигателей от бензиновых и дизельных в более высокой степени сжатия. Применение газа позволяет избежать излишнего износа деталей, так как процессы сгорания топливовоздушной смеси происходят более правильно, благодаря исходному (газообразному) состоянию топлива.  Также газовые двигатели более экономичны, так как газ стоит дешевле нефти и легче добывается.

К несомненным преимуществам двигателей на газе стоит отнести безопасность и бездымность выхлопа, что делает их незаменимыми при использовании на погрузчиках в больших складах, а также под землей и на общественном транспорте

Сами по себе газовые двигатели редко выпускаются серийно, чаще всего они появляются после переделки традиционных ДВС, путем оборудования их специальным газовым оборудованием.

По большей части любой бензиновый ДВС может стать универсальным если поставить на него газовое оборудование. Любую машину Российского производства как правило легко переоборудовать на газ, при условии грамотного подхода.

Пи переоборудовании машины на газ в багажник

Но у таких газовых двигателей есть один существенный недостаток. Пи понижении температуры окружающего воздуха, давление в баллоне падает и автомобиль невозможно завести, поэтому чаще всего применяются гибридные установки – газ/бензин. Заводится машина с бензина, а затем переключается на газ.

Оборудование автомобиля газобаллонным оборудованием не займет много времени и производится во многих мастерских по всему миру.

1 – баллон 2 – мультиклапан 3 – газовая магистраль высокого давления 4 – выносное заправочное устройство 5 – газовый клапан 6 – редуктор-испаритель 7 – дозатор 8 – смеситель воздуха и газа 9 – бензиновый клапан 10 – переключатель видов топлива

Газель обрудованная ГБО

Однако не только бензиновый но дизельный двигатель можно перевести на газ, для этого дизель снабжается системой зажигания, поскольку при сильном сжатии газ не детонирует как дизельное топливо.  Еще одним способом воспламенить топливо является впрыскивание вместе с газом в цилиндры еще ди дизельного топлива, в количестве примерно 40-50%.

Газовый двигатель, переоборудованный из дизельного наиболее полно раскрывает все плюсы использования газа, так как степень сжатия в дизелях намного выше, что позволяет добиться КПД в районе 30-45%.

В сумме переоборудование двигателей на газ достаточно дорогое удовольствие – от 500 до 1000 долларов за импортное оборудование, но при условии достаточно интенсивной езды, затраты на ГБО окупаются достаточно быстро, поскольку газ стоит примерно в два раза дешевле бензина или дизельного топлива.

В начале статьи приведена фотография газового двигателя Caterpillar G 3508, мощностью 528 кВт, объемом 34,5 литра и степенью сжатия 9:1.

Журнал газовых двигателей

Страна

AFGHANISTANALAND ISLANDSALBANIAALGERIAAMERICAN SAMOAANDORRAANGOLAANGUILLAANTARCTICAANTIGUA И BARBUDAARGENTINAARMENIAARUBAASCENSION ISLANDAUSTRALIAAUSTRIAAZERBAIDJANAZORES ISLANDSBAHAMASBAHRAINBANGLADESHBARBADOSBELARUSBELGIUMBELIZEBENINBERMUDABHUTANBOLIVIABOPHUTHATSWANABOSNIA-HERZEGOVINABOTSWANABOUVET ISLANDBRAZILBRITISH ИНД OCE TERRBRITISH ВИРГИНСКОГО ISLBRUNEI DARUSSALAMBULGARIABURKINA FASOBURMABURUNDICAMBODIACAMEROONCANADACAPE VERDECAYMAN ISLANDSCENTRAL АФРИКАНСКОГО REPUCHADCHANNEL ISLANDSCHILECHINACHRISTMAS ISLANDCOCOS (Keeling) ISLCOLOMBIACOMOROSCOMW Indep STESCONGOCOOK ISLANDSCORSICACOSTA RICACROATIACUBACURACAOCYPRUSCZECH REPUBLICDENMARKDJIBOUTIDOMINICADOMINICAN REPUBLICEAST ASIA * ИСТ TIMORECUADOREGYPTEL SALVADORENGLANDEQUATORIAL GUINEAERITREAESTONIAETHIOPIAFALKLAND ISLANDSFAROE ISLANDSFIJIFINLANDFORMER CZECHOSLAVAKIFR ЗАПАД INDIESFRANCEFRENCH GUYANAFRENCH POLYNESIAFRENCH ЮЖНОЕ TERRGABONGAMBIAGAZAGEORGIAGERMANYGHANAGIBRALTARGREAT BRITAINGREECEGREENLANDGRENADAGUADELOUPEGUAMGUATEMALAGUERN SEYGUINEAGUINEA BISSAUGUYANAHAITIHEARD & МАКДОНАЛЬД ISLHONDURASHONG KONGHUNGARYICELANDINDIAINDIAN ОКЕАН ISLINDONESIAIRANIRAQIRELANDISLE ИЗ MANISRAELITALYIVORY ПОБЕРЕЖЬЕ (КОТ JAMAICAJAPANJERSEYJORDANKAMPUCHEAKAZAKHSTANKENYAKIRIBATIKUWAITKYRGYZSTANLAOLAOSLATVIALEBANONLEEWARD ISLLEMLESOTHOLIBERIALIBYA (N АРАБ JAMAHI) LIECHTENSTEINLITHUANIALUXEMBOURGMACAOMACEDONIA (Former) MADAGASCARMALAWIMALAYSIAMALDIVESMALIMALTAMARSHALL ISLANDSMARTINIQUEMAURITANIAMAURITIUSMAYOTTEMEXICOMICRONESIAMOLDAVIAMOLDOVAMONACOMONGOLIAMONTENEGROMONTSERRATMOROCCOMOZAMBIQUEMYANMAR (БИРМА) N МАРИАНА ISLANDSNAMIBIANAURUNEPALNETHER ANTILLESNETHERLANDSNEW CALEDONIANEW HERBRIDESNEW ZEALANDNICARAGUANIGERNIGERIANIUENORFOLK ISLANDNORTH KOREANORTHERN IRELANDNORWAYOKINAWAOMANPAKISTANPALAUPALESTINIAN TERRITORPANAMAPAPUA N GUINEAPAPUA НОВЫЙ GUINEAPARAGUAYPERUPHILIPPINESPITCAIRN ISLANDPOLANDPORTUGALQATARREUNIONROMANIARUSSIAN FEDERATIONRWANDAS ГРУЗИЯ & SANDWICHSAINT HELENASAINT KITTS & NEVISSAINT LUCIASAINT TOME, PRINCSAINT VINCENT AND GRSAMOASAN MARINOSAO ТОМЕ / PRINCISAUDI ARABIASCOTLANDSENEGALSERBIASEYCHELLESSIERRA LEONESINGAPORESLOVAK REPUBLICSLOVAKIASLOVENIASOLOMON ISLANDSSOMALIASOUTH AFRICASOUTH KOREASOUTH ТИХООКЕАНСКИЙ ISSOUTH ЗАПАД AFRICASPAINSRI LANKAST CHRISTPHR / NVST LUCIAST ПЬЕРА & MIQUELONST Винсент / GRENSUDANSURINAMESVALBARD & ЯН MAYENSWAZILANDSWEDENSWITZERLANDSYRIATAIWANTAJIKISTANTANZANIATHAILANDTIMOR-LESTETOGOTOKELAU ISTONGATRANSKEITRINIDAD И TOBAGOTUNISIATURKEYTURKMENISTANTURKS CAICOSTUVALUUGANDAUKRAINEUNITED АРАБ EMIRATESURUGUAYUSAUZBEKISTANVANUATUVATICAN ГОРОД STATEVENEZUELAVIETNAMWALESWALLIS / Futuna IWEST ​​AFRICAWEST INDIESWESTERN SAHARAWINDWARD ISLYEMENYUGOSLAVIAZAIREZAMBIAZIMBABWE

газовых турбин | Производитель | Энергетика

  • Перейти к содержанию
  • Перейти к главной навигации
  • Перейти к глобальной навигации (выбор страны, поиск)
  • В нижний колонтитул
Главная
  • Предложения
  • Новости
  • Компания
Связаться с нами

Глобальный

Глобальный

Выберите страну / регион

EX1 Газовый двигатель | E-Z-GO

Перейти к основному содержанию
  • Флот
  • Личное
  • Исследуйте E-Z-GO Закрыть Плюс
  • Найти дилера
  • Меню Закрыть MenuPlus
  • SearchPlus
  1. Технологии
  2. Газовый двигатель EX1
  • Транспортные средства
    • Экспресс S2
    • Экспресс S4
    • Экспресс S6
    • Экспресс L6
    • Свобода RXV
    • Свобода TXT
    • Доблесть
    • Ограниченный выпуск
    • Cushman Транспортные средства
  • Технологии
    • Литиевый силовой агрегат ELiTE
    • 72-вольтная трансмиссия
    • Газовый двигатель EX1
  • Инструменты для покупок
    • Искать в инвентаре
    • Сделать запрос
    • Найти дилера
    • Сборка и цена
    • Магазин Аксессуары
    • Финансирование
    • Справочник покупателя

Газогенератор - Жидкостные ракетные двигатели (J-2X, RS-25, общие)


Добро пожаловать в собачью будку J-2X. В последний раз, когда мы встречались здесь, мы обсуждали основы того, что именно делает что-то ракетой. Как я объяснил, на концептуальном уровне ракеты на самом деле не являются «ракетостроением». Вы собираете топливо вместе, зажигаете его и выбрасываете из задней части машины. Достаточно просто.

Хорошо, но как вы переместите такое количество топлива и создадите столько дыма и огня, достаточное, чтобы привести в движение нечто такое большое, как, скажем, Сатурн V, который был более 300 футов высотой и весил миллионы фунтов? Вот здесь все становится интересно и технически сложно.Как я уже сказал, все дело в силе. А чтобы получить мощность, вы используете двигатель.

То, что делает ракетный двигатель двигателем, - это то, что он содержит больше, чем просто камеру сгорания, в которой смешиваются пороховые вещества. Это механизм, который после запуска питается и питает себя. Во время работы ракетный двигатель использует некоторый цикл - некоторую цепь трубопроводов, термодинамики и сгорания, клапаны, систему управления и вращающееся оборудование - чтобы поддерживать себя в рабочем состоянии и генерировать тягу.

Подумайте о двигателе вашего автомобиля. Вы поворачиваете ключ, двигатель заводится и заводится, а затем он может часами простаивать на холостом ходу, счастливо работая сам по себе, превращая бензин и воздух в механическую энергию без каких-либо дополнительных усилий с вашей стороны. Вам не нужно вручную закачивать газ в форсунки (или карбюратор). Вам не нужно включать его в розетку, чтобы подавать больше электроэнергии. Он самодостаточен, пока вы его не выключите или пока у вас не закончится бензин. Вот что действительно делает его двигателем.То же самое и с ракетным двигателем, за исключением того, что продукт не является механической энергией; продукт представляет собой очень быстро движущиеся газы, создающие большую тягу.

При концептуальном проектировании ракетного двигателя, с точки зрения превращения его в двигатель, всегда ставилась цель: «Как вы поддерживаете насосную работу?» Это чрезвычайно мощные насосы, перемещающие много-много жидкости, поэтому вам понадобится мощный источник энергии для их привода. Ответ - использовать то, что у вас уже есть в двигателе: топливо. Есть разные способы сделать это, и, следовательно, у вас разные «циклы» двигателя, т.е.е., расположение компонентов. Наиболее распространенными циклами ракетных двигателей являются цикл газогенератора (примеры включают J-2X, J-2, F-1, RS-68 и Vulcain 2 - см. Рисунки выше), цикл детандера (примеры включают RL10 и Vinci) и цикл ступенчатого сгорания (примеры включают главный двигатель космического корабля "Шаттл" и RS-170/180). В дополнение к ним существует множество других циклов и вариаций. Каждый цикл имеет свои преимущества и недостатки и, как правило, ограничения, связанные с физикой. Выбор правильного цикла, подходящего для миссии, обычно является первым решением, которое должен принять разработчик двигателя.Поскольку это блог, посвященный J-2X, я сосредоточусь на газогенераторном тактовом двигателе.

В идеале, что вы хотели бы сделать с ракетным двигателем, так это использовать все ваше топливо как можно более эффективно, что означает, что вы хотели бы использовать все его для создания тяги. Однако в газогенераторном двигателе вы сразу допускаете потерю некоторой эффективности для достижения большей простоты двигателя. Вы используете определенное количество топлива, введенного в двигатель, почти полностью для поддержания его работы, а не для создания тяги.На практике это означает, что у вас есть отдельная небольшая камера сгорания внутри двигателя, которая ничего не делает, а производит газы для привода турбин, подключенных к топливным насосам. По сравнению с большим количеством пропеллента, прокачиваемого через весь двигатель, количество топлива, поступающего в газогенератор, невелико (менее 3% для J-2X), но однажды использованное для привода турбомашины, выхлопные газы сливаются из большей части его энергия, генерирующая тягу.

Ниже представлена ​​упрощенная схема газогенераторного ракетного двигателя, такого как J-2X.Топливо, жидкий водород (топливо) и жидкий кислород (окислитель), попадают в двигатель и сразу же попадают в насосы: турбонасос топлива (FTP) и турбонасос окислителя (OTP). Здесь механическая энергия прядильных насосов преобразуется в высокое давление жидкого топлива.

После выхода из насосов небольшое количество каждого пороха отводится для подачи в газогенератор (GG). GG - это, по сути, небольшой ракетный двигатель, встроенный в большой ракетный двигатель.Он производит горячие продукты сгорания под высоким давлением, пар и газообразный водород, которые используются сначала для привода турбины, соединенной с топливным насосом, а затем турбины, соединенной с насосом окислителя. После приведения в действие двух турбин этот еще теплый газ сначала используется для нагрева гелия, протекающего через теплообменник (HEX), который используется для создания давления в кислородном баллоне ступени, а затем сбрасывается вдоль стенок удлинителя сопла для сохранения это относительно круто. Видео ниже представляет собой компонентный тест J-2X GG, проведенный в NASA MSFC.Даже при относительно небольшом количестве топлива, которое сжигает ГГ, выделяется огромное количество энергии для работы турбонасосов.

Остальной жидкий кислород, выходящий из насоса окислителя, то есть тот, который не идет в GG, направляется через главный инжектор в основную камеру сгорания (MCC). Главный инжектор аналогичен топливному инжектору автомобильного двигателя, за исключением того, что здесь он впрыскивает два топлива через сотни элементов инжектора. Эффективность этого впрыска и смешивание топлива имеют решающее значение для общей производительности двигателя.

Водородный контур после топливного насоса более сложный. Это связано с тем, что водород используется для охлаждения стенок сопла и камеры сгорания. Стенки этих двух компонентов по существу полые. Они содержат сотни каналов для протекания водорода, тем самым предохраняя стенки от плавления из-за экстремально высоких температур в закрытой зоне горения. Выполнив свою работу в качестве хладагента, водород затем направляется через главный инжектор в MCC. На схеме не показан тот факт, что очень небольшое количество теплого газообразного водорода отводится перед подачей в главный инжектор и направляется обратно на ступень для создания давления в резервуаре с водородом (например, гелий через HEX на стороне кислорода. ).

Именно в MCC смешанный водород и кислород сгорают с образованием пара и остаточного газообразного водорода. Температура этого сгорания составляет примерно 6000 градусов по Фаренгейту, а в J-2X давление составляет примерно 1300 фунтов на квадратный дюйм. Эти продукты сгорания затем ускоряются до звуковой скорости в сужающемся горловине МКЦ, а затем до сверхзвуковых скоростей вниз по расширяющемуся соплу и его удлинению. Как обсуждалось ранее, именно высокоскоростной выброс этих горячих газов создает тягу.

Обратите внимание, что выхлопные газы турбины, сбрасываемые вдоль удлинения сопла, все еще создают некоторую тягу, но не так эффективно, как продукты сгорания, которые ускоряются через горловину сопла. Эта потеря эффективности - цена, которую вы платите за этот относительно простой цикл двигателя. Для сравнения с более сложным двигательным циклом поищите в Интернете схему главного двигателя космического корабля (SSME).

FYI, другими элементами, обозначенными на схеме цикла GG выше, являются регулирующие клапаны: главный топливный клапан (MFV), главный клапан окислителя (MOV), топливный клапан газогенератора (GGFV) и газовый клапан. клапан окислителя генератора (ГГОВ).Эти первичные клапаны, наряду с несколькими другими второстепенными, используются для управления двигателем во время запуска и остановки двигателя.

Вот как работает газогенераторный двигатель, такой как J-2X. По мере продолжения этого блога и по мере того, как мы приближаемся к тестированию в следующем году, я буду продолжать сообщать о развитии компонентов, составляющих движок.

Двигатели на природном газе

Двигатели на природном газе

Hannu Jääskeläinen

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием.Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Двигатели, работающие на природном газе, могут варьироваться от небольших двигателей малой мощности до низкооборотных двухтактных судовых двигателей мощностью более 60 МВт. Доминирующим циклом двигателя может быть Отто или Дизель, с использованием нескольких различных методов приготовления смеси и зажигания. Большинство коммерческих и разрабатываемых двигателей, работающих на природном газе, можно разделить на четыре типа технологий: (1) двигатели со стехиометрическим циклом Отто; (2) сжигание обедненной смеси, двигатели с циклом Отто; (3) двухтопливные двигатели смешанного цикла (комбинация Отто и Дизеля) и (4) дизельные двигатели, работающие на природном газе.Эти технологии демонстрируют различия в тепловом КПД, производительности и требованиях к дополнительной обработке.

Введение

Низкая стоимость природного газа по сравнению с дизельным топливом и бензином в сочетании с различными регулирующими мерами, связанными с выбросами, по-прежнему вызывает значительный интерес к природному газу как альтернативному топливу для двигателей внутреннего сгорания. Производители двигателей ответили поставкой новых, специально созданных двигателей, работающих на природном газе, в размерах от небольших легких двигателей мощностью несколько кВт до низкооборотных двухтактных судовых двигателей мощностью более 60 МВт. В 2019 году WinGD заявила, что их двухтопливный двигатель 12X92DF является самым мощным двигателем с циклом Отто с мощностью 63 840 кВт [4829] . Производители оригинального оборудования и поставщики послепродажного обслуживания также предоставляют комплекты для переоборудования, которые позволяют переоборудовать существующие дизельные и бензиновые двигатели для работы на природном газе.

Двигатели, работающие на природном газе, можно разделить на категории по многочисленным параметрам, в том числе: подготовка смеси (предварительно смешанная или не предварительно смешанная), зажигание (искровое зажигание или пилотный дизель) и доминирующий цикл двигателя (отто или дизель).Одна из распространенных категорий: Рис. 1 [4247] :

  • Предварительная смесь, искровое зажигание, только природный газ
  • Предварительно смешанный заряд, пилотное зажигание дизеля, комбинированное топливо природный газ / дизельное топливо
  • Прямой впрыск природного газа под высоким давлением, пилотное зажигание дизеля, комбинированное топливо природный газ / дизельное топливо
Рисунок 1 . Три категории двигателей, работающих на природном газе

(Источник: Wärtsilä)

Вышеупомянутая группа адекватно охватывает коммерческие двигатели размером примерно до 2.5 л / цилиндр, когда также рассматриваются более крупные двигатели, возникает ряд проблем при представлении общих концепций между некоторыми из различных подходов. В частности, двухтопливные двигатели, работающие на обедненной смеси, с воспламенением от небольшого (<~ 5% топливной энергии) дизельного микропилотного двигателя имеют больше общего с двигателями SI, работающими на обедненной смеси, чем с двухтопливными двигателями, использующими более крупный дизельный пилот % топливной энергии). Он также не охватывает некоторые концепции на стадии разработки. Следующая категоризация является более общей и отражает общие концепции между различными подходами:

  • Двигатели со стехиометрическим циклом Отто
  • Дизельное топливо, двигатели с циклом Отто
  • Двухтопливные двигатели смешанного цикла (комбинация двигателей Отто и дизеля)
  • Дизельные двигатели, работающие на природном газе

В двигателях со стехиометрическим циклом Отто используется предварительно смешанная «почти стехиометрическая» воздушно-топливная смесь, и они зажигаются свечой зажигания. Важным мотивом для использования стехиометрических двигателей является тот факт, что они могут использовать трехкомпонентный катализатор (TWC), иногда также называемый катализатором неселективного каталитического восстановления (NSCR), для снижения NOx и окисления CO и углеводородов в выхлопе. . Следует отметить, что пиковая эффективность преобразования NOx, CO и HC в TWC с природным газом просто богата стехиометрией, и двигатели, работающие на природном газе, сжигающие «стехиометрическую» топливно-воздушную смесь, обычно калибруются для работы в слегка обогащенном состоянии.Это отражено в терминологии, используемой для стационарных двигателей, работающих на природном газе, для которых двигатели, работающие на природном газе, использующие смесь, близкую к стехиометрической, иногда называют двигателями «богатого горения».

В двигателях с циклом Отто с обедненным сжиганием используется обедненная предварительно смешанная воздушно-топливная смесь с несколькими вариантами зажигания. Свеча зажигания или дизельный микропилот - два наиболее распространенных варианта. Свечи накаливания также нашли ограниченное коммерческое применение. Одним из важных преимуществ двигателей с циклом Отто, работающего на обедненной смеси, является их высокий термический КПД тормозов (BTE), который во многих случаях может достигать 50%.Если на двигателях, работающих на обедненной смеси, требуется дополнительная обработка, для контроля NOx можно использовать СКВ мочевины. Катализаторы окисления метана требуют высокой температуры выхлопных газов, чтобы быть эффективными, и полезны только в некоторых стационарных применениях.

В двухтопливных двигателях смешанного цикла используется обедненная предварительно смешанная воздушно-топливная смесь, воспламеняемая значительным пилотным двигателем дизельного топлива, что составляет более ~ 15% от общей энергии топлива. Они упоминаются здесь как двигатели со смешанным циклом, потому что пилотный дизельный двигатель вносит значительный вклад в общее тепловыделение при сгорании предварительно смешанной смеси природного газа и воздуха. Важным преимуществом этого подхода является то, что существующие дизельные двигатели (либо используемые двигатели, либо существующие платформы дизельных двигателей от производителя двигателей) могут быть относительно легко преобразованы для использования природного газа - популярное соображение, когда разница в ценах на дизельное топливо и природный газ составляет большой.

В дизельных двигателях, работающих на природном газе, природный газ предварительно не смешивается с воздухом. Вместо этого природный газ впрыскивается прямо в камеру сгорания под высоким давлением почти так же, как это делается в дизельном двигателе.Однако, в отличие от дизельных двигателей, требуется источник зажигания. Основным средством зажигания струй природного газа является зажигание небольшого дизельного двигателя непосредственно перед впрыском газа. Этот подход иногда называют прямым впрыском высокого давления (HPDI) или газодизелем. Также исследуются возможности зажигания с помощью свечи накаливания или свечи зажигания с форкамерой. Важным преимуществом этого подхода является то, что достижима более высокая удельная мощность и может использоваться более высокая степень сжатия по сравнению с подходами с предварительным смешиванием.

В таблице 1 суммированы эти подходы с более подробной информацией, представленной ниже. Доступны и другие сводные данные, аналогичные таблице 1, но в основном они ориентированы только на приложения с тяжелыми условиями эксплуатации [3568] [4323] .

Таблица 1
Сравнение различных систем сгорания для двигателей, работающих на природном газе
Стехиометрический цикл Отто Цикл Отто сжигания обедненной смеси Двухтопливный смешанный цикл Дизельный цикл
Состояние смеси воздух / топливо Общее состояние смеси воздух / топливо Стехиометрический Бедный
Доминирующий цикл двигателя Отто Отто / Дизель Дизель
Технология Варианты зажигания 9 910 Свеча зажигания 900
  • Свеча зажигания форкамеры (пассивная или активная)
  • Дизельный микропилот с открытой камерой
  • Дизельный микропилот, форкамер
  • Свеча накаливания, предварительная камера (ограниченное применение)
    • Пилотный дизель, открытая камера
    • Пилотный дизель, открытая камера
    • Свеча накаливания, открытая камера (опытная)
    • Свеча зажигания форкамеры (опытная)
    Контроль выбросов из двигателя
    • NOx: EGR, угол опережения зажигания
    • CH 4 : объемы щелей камеры сгорания, продувочный поток, закрытая вентиляция картера (CCV)
    • ПМ: расход масла
    • NOx: AFR, угол опережения зажигания
    • CH 4 : объемы щелей камеры сгорания, продувочный поток, CCV, объемные потери при сгорании
    • ПМ: расход масла
    • NOx: AFR, пилотное дизельное топливо, шт. , угол опережения зажигания
    • CH 4 : объемы щелей камеры сгорания, продувочный поток, CCV, объемные потери при сгорании
    • ПМ: пилотное кол-во дизеля, расход масла
    • NOx: EGR, угол впрыска
    • ПМ: аналог дизельного
    Опции системы последующей обработки (ATS)
    • TWC для NOx, CH 4 , CO
    • PM: ATS не требуется до 2010 США и Euro VI-D
    • NOx: Мочевина SCR
    • CH 4 : MOC в ограниченных применениях
    • NOx: Мочевина SCR
    • CH 4 : MOC в ограниченных применениях
    • NOx: Мочевина SCR
    • CH 4 : обычно не требуется
    • PM: DPF (активная регенерация требует DOC + дизельное топливо)
    Первичное применение
    • Легкие, средние и тяжелые условия
    • Стационарный <~ 1 МВт
    • Модернизация железнодорожных и крупногабаритных внедорожников, дизельное топливо
    • Тяжелые, стационарные и морские
    КПД, BTE, без WHR
    • <40%, коммерческие двигатели; ~ 45% BTE потенциал
    • Для тяжелых условий эксплуатации: <46%; Потенциал КПД аналогичный дизельному, ~ 50%
    • Низкоскоростной судовой: <48%, коммерческие двигатели
    Преимущества
    • 100% замена дизельного топлива
    • Низкие выбросы NOx и CH 4
    • Простой пассивный АТС
    • Работает с КПГ или СПГ
    • Высокая эффективность
    • Можно избежать использования свечей зажигания
    • Возможна работа только на дизельном топливе (только на двух видах топлива)
    • Работает с КПГ или СПГ
    • 100% дизельная подстанция (кроме дизельной микропилотной)
    • Замена дизельного топлива до> 99% с помощью дизельного микропилота
    • Высокая эффективность
    • Свечи зажигания отсутствуют
    • Возможна работа только на дизельном топливе
    • Возможна модернизация существующих дизельных двигателей
    • Работает с КПГ или СПГ
    • Высокая удельная мощность
    • Ударопрочный
    • Высокая эффективность
    • Можно избежать использования свечей зажигания
    • Замена дизельного топлива до 95%
    • Низкий CH 4 Выбросы
    • Устойчивость к изменениям в составе топливного газа
    Проблемы
    • Срок службы свечи зажигания
    • Меньшая удельная мощность по сравнению с дизелем
    • Низкий КПД по сравнению с дизелем
    • Работа при высоких нагрузках может быть ограничена детонацией
    • Срок службы свечи зажигания (только искровое зажигание)
    • Несгоревшие CH 4 Выбросы
    • Работа при высоких нагрузках на NG может быть ограничена детонацией
    • Замена дизельного топлива ограничена ~ 50-85%
    • Пропуски воспламенения при малой нагрузке с NG
    • Несгоревшие CH 4 Выбросы
    • Работа при высоких нагрузках на NG может быть ограничена детонацией
    • Работа только на дизельном топливе невозможна
    • СПГ только для мобильных приложений. Для КПГ требуется компрессор большой мощности с большой площадью основания
    • Высокая стоимость и сложность
    • PM и NOx требуют полного дизельного двигателя ATS (для тяжелых условий эксплуатации)

    ###

    Papp Двигатель на благородном газе «RWGresearch

    RWG Исследования
    • Дом
    • Форум
    • Прямая трансляция
    • Открытых проектов
      • Исследование 3D-печати
      • Бесщеточный шпиндель с ЧПУ Build 3DP
      • Холодный синтез / LENR
      • DYI Изготовление поли-магнитов CMR
      • Магнитная левитация и комплекты
      • Двигатель на благородном газе Папп
      • Стэнли Мейерс WFC Tech.
      • Мотор-генератор "Infinity"
      • В поисках ответов
      • Мотоцикл Voltzilla EV
      • Автоматический импульсный генератор пожарной последовательности.
      • Генератор Ленца Лоулесс
      • Блок питания, сборка
      • Математические исследования на основе вихрей
      • Источник постоянного напряжения переменного тока
      • Honda PA50II «Хот-Род» Хоббит
      • Магнитный тестер
      • Зарядная система Bedini
      • Счетчик сжигания топлива
      • Жерар Морен
      • Эксперименты по импульсному намагничиванию
      • Джон Хатчисон (Эффект Хатчисона)
      • Водяной мост высокого напряжения
      • 10,000J Cap Bank
      • Электролизные стержни
      • Стерлинговый двигатель
      • Устройство для намотки рулонов
      • «В детстве» (проекты)
      • CommutaCar EV
      • Эдвард Лидскалнин PMH
      • Мини-рельсовый пистолет
      • Выпрямитель проволоки / счетчик
      • 10,000 Джоулей RailGun
      • №2 MH Cincinati Mill
      • Репликация TheGAPpower
      • Конструкция K’nex
      • MEP006A 60 кВт GenSet
    • Видео на YouTube
    • События
      • 2018 Импульсный двигатель PMBO Build Off
      • PMBO 2020
      • Импульсный двигатель, сборка 2016 г.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *