Машины на газовом топливе

 
Правительственные программы стран, заинтересованных в улучшении экологической  обстановки, направлены на распространение  альтернативных видов топлива.  
В Европе машин, работающих на газе, значительно больше, чем в России. Европейцев привлекают налоговые льготы, предоставляемые государством, невысокая стоимость топлива и его малая токсичность.  
В Италии на сегодняшний день свыше миллиона автомобилей работают на газе. Концерн "Фиат" обратился в правительство Италии с просьбой запустить программу, стимулирующую переход на газ в массовом порядке.  
В Германии фирмы, имеющие отношение к газозаправке, освобождены до конца 2009 года от уплаты так называемого эко-налога, который обязаны платить производители и продавцы бензина и дизтоплива.  
о Внедрение газа на транспорте во многих других странах - США, Канаде, Новой Зеландии, Австралии, Италии и других, также происходит с помощью эффективной кредитной и льготной налоговой политики. Владелец автомобиля (или авто-предприятие) имеет право на льготный целевой кредит на год. За это время он может полностью окупить затраты на установку и эксплуатацию газобалонной аппаратуры, а потом экономить на разнице цен бензина и газа. Для автомобилей, где используется газ, предусмотрены меньшие налоги. И государство от этого не в накладе - разница компенсируется снижаением затрат на здравоохранение и защиту окружающей среды. 

сегодняшний день сжиженный  нефтяной газ (встречающийся в природе  и очищенный углеводород) — единственная альтернатива традиционным видам горючего — бензину и дизельному топливу. С каждым годом газ набирает популярность в европейских странах. В Италии и Нидерландах его применяют  уже на протяжении 40 лет. Запад постепенно приближается к японскому образцу. В Cтране восходящего солнца все такси заправляются этим экологичным видом горючего.  
Как известно, весь автопарк британской королевы Елизаветы II, а это 8 лимузинов, в том числе и RollsRoyce Ее Величества , переведен на экологичный вид топлива — жидкий газ. Автозаправка открыта даже на территории Букингемского дворца.  
Таким образом, порядка 20 стран изменили налоги на продажу автомобилей так, чтобы стимулировать использование более экологичных автомобилей.  

Наша страна является пионером в создании и промышленном выпуске  газобаллонных автомобилей.

Из-за падения добычи нефти  в 80-е годы был принят ряд правительственных  постановлений по газификации автомобильного транспорта. В результате выполнения этих решений за 10 лет (1983-1993 гг.) было построено 191 автомобильная газонаполнительная компрессорная станция (АГНКС) в  России в 129 городах.

Начиная с 1984 г. в России освоен серийный выпуск газового топливного оборудования практически для всех марок автомобилей, составляющих основу грузопассажирского парка: автобусов  ЛиАЗ, ЛАЗ, ПАЗ, Икарус; грузовых автомобилей ЗИЛ, ГАЗ, КамАЗ, МАЗ; легковых ГАЗ, УАЗ, ВАЗ, АЗЛК. Успешно работают на газе тракторы ЛТЗ, МТЗ, «Кировец», речные суда Р-55 и маневровые тепловозы ТЭМ-2. Первый в мире самолет ТУ-156 на природном газе совершил более 100 испытательных полетов.

Главное преимущество природного газа – экологическое. Отработавшие газы двигателей, работающие на природном  газе, содержат низкие уровни вредных  веществ. По составу природный газ  на 90-98% состоит из метана – нетоксичного углеводорода, который при сгорании дает, главным образом, диоксид углерода и воду. Двигатель на природном  газе производит примерно на 65% меньше выбросов оксидов азота и на 80% меньше выбросов твердых частиц, чем  дизельный двигатель, оборудованный  окисляющим каталитическим нейтрализатором.

Работа на природном газе предполагает и ряд других преимуществ. Он фактически не содержит серы, которая  влияет на здоровье людей и закисляет почву и воду, а также разрушает фасады зданий. Если брать все в комплексе, то отработавшие газы двигателя, работающего на природном газе, по наиболее вредным компонентам в несколько раз менее опасны, чем бензиновых или дизельных двигателей. Кроме того, автомобили на природном газе являются бесшумными и меньше вибрируют, чем с дизельными и бензиновыми двигателями.

По расчетам американских специалистов, в случае, если на природном  газе будут работать 14 тыс. автобусов (25% автобусного парка США) и каждый из них будет заправляться газом 300 раз в год, вероятность возгорания составит один раз в 35 – 70 лет. Риск несчастного случая при обращении  с природным газом крайне незначителен. Газ не токсичен и легче воздуха. В случае утечки он поднимается вверх  и быстро смешивается с атмосферным  воздухом, превращаясь во взрывобезопасную смесь.

По энергетическому и  расходному эквиваленту 1м3 природного газа заменяет в эксплуатации примерно 1л бензина или дизельного топлива. При этом, что особенно важно для  транспортников в нынешней нелегкой ситуации с постоянно растущими  ценами на топливо, стоимость природного газа ограничена специальным постановлением Правительства России, что не позволит ей неограниченно возрасти при росте спроса на газ. Согласно этому постановлению, 1м3 газа не может стоить дороже 0,5л самого дешевого бензина марки А-76.

Оценка достоинств и недостатков  использования природного газа на транспорте, сделанная еще в 50-е годы, продолжает жить и сегодня.

Достоинства природного газа, как природного топлива:

- повышение моторесурса двигателя в 1,5 раза;

- отсутствие детонации  (октановое число газа 105-110);

- отсутствие нагара на  поршнях и свечах, а также в  отработавших газах;

- более длительный срок  моторного масла (в 1,5-2 раза) с  благотворным влиянием его на  срок службы всех деталей, износ  которых зависит от качества  смазки;

- увеличение срока службы  свечей в 1,5-2 раза;

- общее улучшение экологических  параметров отработавших газов  (за исключением запаха);

- уменьшение затрат на  топливо в 1,5-2 раза.

Недостатки процесса газификации  автомобиля:

- снижение мощности двигателя  (бензинового) – от 10 до 15%;

- ухудшение тягово-скоростных  свойств транспортного средства (время разгона возрастает на 24-30%, максимальная скорость движения  снижается на 5-6%, максимальный угол  преодолеваемого подъема снижается  на 30-40%);

- возможность появления  запаха газа в салоне (в случае  неисправности глушителя или  кузова);

- вес и объем баллона  с газом;

- удорожание обслуживания  топливной аппаратуры.

- на давление газа в  баллоне оказывает влияние температура  окружающей среды. Поэтому надо  следить, чтобы машина не перегревалась.  В случае же пребывания, например, в жаркой местности необходимо  выработать несколько литров  газа, прежде чем ставить машину  на стоянку. При полном заполнении  баллона (паровая подушка отсутствует)  даже незначительное повышение  температуры может привести к  резкому увеличению давления.

Автомобильная арматура имеет  специальное устройство, автоматически  перекрывающее заправочный канал  при достижении заполнения полезного  объема баллона на 80%. При достижении указанного объема дальнейшая заправка баллона прекращается.

На газозаправочные станции  газ может поступать с отклонением  от ГОСТ 27578-87. Такое топливо с  точки зрения воздействия на двигатель  и газовую установку крайне агрессивно, так как в его состав входят (более 1%) вредные компоненты. В них  увеличена массовая доля непредельных углеводородов, серы, сернистых соединений и др.

Но бывает и так, что  отпускаемый на АГЗС сжиженный газ  вообще не соответствует требованиям  ГОСТа, не отличается стабильностью качества. Заправка газом производится медленнее, чем бензином - примерно 6 мин.

И, наконец, что особенно опасно, при пользовании газобаллонной  установкой, находящейся под высоким  давлением, возможность утечки газа, а поэтому требуется строгое  соблюдение всех мер безопасности.

Если появляется запах  газа в салоне автомобиля или в  багажном отделении, а также в  подкапотном пространстве, необходимо проверить все элементы аппаратуры на герметичность: с помощью кисти  наносят мыльный раствор в  места соединений трубопроводов - появление  мыльных пузырей свидетельствует  о негерметичности стыка.

Во время эксплуатации автомобиля необходимо следить за тем, чтобы газовый баллон был надежно  укреплен на стяжных хомутах. Ослабление крепления баллона может привести к его повреждению, а также  к разрыву газопровода.

Для хранения автомобиля с  газом в закрытом помещении на каждом трубопроводе, выходящем из баллона, предусмотрено не менее  трех независимых друг от друга запорных устройств. На заправочном трубопроводе: вентиль на блоке арматуры, обратный клапан блока арматуры, заглушка заправочного устройства. На трубопроводе, питающем двигатель: вентиль блока арматуры, скоростной клапан, электромагнитный газовый клапан с фильтром и разгрузочное устройство редуктора.

На природном газе может  работать и бензиновый, и дизель, и другие виды двигателей. На эффективность  перевода на природный газ влияет целый ряд факторов. Условно их можно разделить на две группы.

Первая – технические  факторы: изменение затрат на топливо, основную и дополнительную заработную плату, затраты на смазочные и  другие эксплуатационные материалы, на шины, на техническое обслуживание и ремонт, амортизационные отчисления, накладные расходы.

Вторая – организационно-технические  факторы, которые оцениваются изменением коэффициентов использования пробега, грузо- и пассажировместимости, технической скорости и др.

В структуре затрат статья «топливо» - наиболее весомая, она дает практически всю экономию средств.

Кроме того, совершенно обязательно  создание производственно-технической  базы (ПТБ), обеспечивающей безопасную эксплуатацию, обслуживание и ремонт подвижного состава на основе руководящего документа РД-3112199-98 «Требования  пожарной безопасности для предприятий, эксплуатирующих автотранспортные средства на компримированном природном  газе».

Важнейшей проблемой, возникающей  при эксплуатации газовых транспортных средств, стало восстановление утраченной работоспособности при отказах  газовой системы автомобилей.

Однако, отмеченные трудности, в большинстве известных публикаций в целом при экономической  оценке дают положительный баланс в  использовании газового топлива.

Перевод автомобиля на газовое  топливо не требует конструктивной переделки двигателя: достаточно установить газобаллонное оборудование.

Для владельцев иномарок, двигатели  которых рассчитаны на высокосортный, а стало быть и дорогой бензин, использование газа может быть неплохим выходом из положения.

Газовое топливо дешевле  бензина. А стоимость самого газового оборудования и услуг по его установке  на легковой автомобиль не превышает 240 долларов США.

Чтобы лишний раз убедиться  в достоверности этой экономической  реальности, воспользуемся общепринятой формулой для определения денежных затрат на топливо (газ или бензин) при преодолении 1 км пути:

3 = 0,01*Н*Ц,

где З - затраты на газ (бензин), руб./км;

Н - норма расхода газа (бензина), л/100 км;

Ц - цена газа (бензина), руб. /л

Рассчитав по этой формуле  стоимость бензинового и газового топлива, затрачиваемого на преодоление  одного и того же участка пути (в  нашем случае - одного километра), можно  сделать вывод в пользу последнего.

Итак, налицо: долговечность  двигателя, экономичность в эксплуатации и относительная безвредность для  окружающей среды - тройная выгода для  всех!

Опыт авторов и других исследователей по конвертации для  работы на природном газе в газовые  и газодизели убедительно показывает, что создавшаяся проблема носит комплексный характер, основная составляющая которой, технические решения.

В 80-е годы возобновилась  работа по конвертации дизелей в  газодизели. Основными исполнителями стали исследователи дизелей, которые используя прежний опыт работ, заложили в управление принцип качественного регулирования. Не разобравшись, что используемый в системе питания двухступенчатый газовый редуктор (взят с карбюраторного двигателя) работает по принципу количественного регулирования. Были созданы конструкции использующие одновременно два противоположных принципа регулирования. Как результат: управление газодизелем было нестабильным. На отдельных режимах газодизель работал на дизельном топливе. В среднем система питания газодизеля КамАЗ позволяла замещать газами только 25-30% дизельного топлива. Ее неработоспособность стала причиной отказа эксплуатационников использовать газодизеля.

Одновременно испытывалась система питания, созданная авторами данного материала. На дизель установили газовый карбюратор. В основе системы  питания заложен принцип количественного  регулирования для одновременного управления подачей жидкого и  газового топлив. Во время межведомственных испытаний автобуса «Икарус-260» 9испытания  на полигоне НИЦИАМТ) газодизель Габа-Ман работал с использованием 90-95% природного газа и 5-10% дизельного топлива. Нужно отметить, что такие результаты подтверждаются другими исследованиями газодизелей. Однако преодолеть ведомственный барьер, установленный НАМИ не удалось и работы в начале 90-х годов были приостановлены.

Для создания газового двигателя  на базе дизеля необходимо уменьшить  степень сжатия, снять систему  подачи дизельного топлива, установить систему искрового зажигания  и систему подачи газовоздушной смеси в цилиндры. Этим путем пошли большинство исследователей. Но сертифицировать пока удалось газовый двигатель для стационарных установок с узкими диапазонами изменения нагрузочных характеристик. На автомобиле газовый двигатель с таким простым набором изменений дизеля работает неустойчиво.

На наш взгляд развивать  идею конвертации дизелей в «чисто»  газовые ранее подобранные двигатели  нецелесообразно, т.к. оплачивается двойная  работа. Различие в рабочем процессе конструкции и системах управления и др. бензинового и дизельного двигателей достаточно изучено.

Поэтому сегодня, когда стоит  задача создания малотоксичных и  экономичных двигателей определяющим является вид топлива. Под заданное топливо необходимо проектировать  двигатель способный эффективно его сжигать.

Наш анализ должен убедить  читателя, что природный газ сегодня  является единственным доступным заменителем  бензину и дизельному топливу. И  для его использования требуется  разработка газового двигателя нового технического уровня.