Ерлан Нурпеисов: Перевод дизельного двигателя на газ снижает выброс копоти в 10 раз

Прочность якорной цепи равна прочности ее самого слабого звена.

Поговорка старых английских шкиперов

Бензиновый двигатель

Его правильнее называть двигателем с искровым зажиганием. Почему? Хотя бы потому, что производители топлива в некоторых странах добавляют в бензин до 20–24% этилового спирта. Таким образом, двигатель можно назвать бензоспиртовым.

Примерно до середины прошлого века в системе питания таких моторов властвовал карбюратор, а мощность, в основном, зависела от рабочего объема. В настоящее время карбюраторы вымерли, а современников я бы условно разделил на несколько групп:

• безнаддувные двигатели со впрыском во впускной трубопровод (их еще называют атмосферными моторами)
• двигатели с непосредственным впрыском
• наддувные двигатели
• двигатели с непосредственным впрыском и турбонаддувом.

Приблизительно в таком же порядке у этих двигателей растут и показатели технических характеристик, но одновременно уменьшается надежность.

Атмосферный мотор Renault

Безнаддувные двигатели с распределенным впрыском топлива во впускной трубопровод просты по конструкции. Они имеют надежную систему управления. Модификации с регулированием фаз на впуске и выпуске обеспечивают неплохие показатели по литровой мощности (это отношение мощности мотора к его рабочему объему в литрах). Современные двигатели рабочим объемом 1,6 л выдают мощность порядка 125–130 л.с. Улучшить удельные показатели (ту же мощность, снимаемую с единицы рабочего объема) можно только повышением частоты вращения коленчатого вала до 7–8 тыс. об/мин, но это требует создания уже совсем другого, «околоспортивного» двигателя, а также усовершенствованной трансмиссии. Например, еще в начале 1990-х Honda разработала двигатель объемом 1,6 л, который выдавал 160 л.с. Но с современными экологическими нормами о нем лучше даже не вспоминать.

GDI — Gasoline Direct Injection

GDI — Gasoline Direct Injection — впрыск бензина непосредственно в камеру сгорания. Одним из пионеров внедрения системы была фирма Mitsubishi, ну а фирма Kia (их двигатель на фото) творчески развила исследования.
GDI — Gasoline Direct Injection — впрыск бензина непосредственно в камеру сгорания. Одним из пионеров внедрения системы была фирма Mitsubishi, ну а фирма Kia (их двигатель на фото) творчески развила исследования.

Непосредственный впрыск немного улучшает показатели двигателя по мощности и экологичности. Но он ощутимо сложнее, так как требует применения топливного насоса высокого давления (ТНВД) и особых форсунок. А еще распространение таких двигателей сдерживается потребностью в топливе высокого качества. Недаром многие фирмы долгое время не поставляли такие моторы в нашу страну. У нас и без того подъезжаешь к бензоколонке как к столу с рулеткой, а тут еще и двигатель более требовательный.

двигатель с системой электронноуправляемого турбонаддува Lexus

Такой двигатель с системой электронно-управляемого турбонаддува устанавливают на автомобили Lexus.
Такой двигатель с системой электронно-управляемого турбонаддува устанавливают на автомобили Lexus.

Наддув позволяет значительно повысить показатели или уменьшить рабочий объем, сохранив ту же мощность. Полуторалитровый двигатель развивает от 150 л.с. и больше. Максимальный крутящий момент наддувника, в отличие от момента атмосферника, достигается значительно раньше, уже при частоте вращения коленчатого вала 1600–1800 об/мин., причем «полка» высокого крутящего момента может простираться до 4000–4500 об/мин. Все благодаря оптимальному снабжению воздухом поршневой части двигателя с помощью электронно-управляемого турбокомпрессора. В результате наддувный двигатель при небольших и средних нагрузках чуть экономичнее в сравнении с безнаддувным собратом при прочих равных. Такой двигатель прекрасно тянет с самых низов, а на малых оборотах потери энергии на трение меньше из-за меньших путей проходимых всеми деталями двигателя и, соответственно, выше КПД.

Системы топливного насоса высокого давления

Системы топливного насоса высокого давления: 1 — корректор по давлению наддува; 2 — электромагнитный клапан останова двигателя; 3 — корректор по температуре охлаждающей жидкости.
Системы топливного насоса высокого давления: 1 — корректор по давлению наддува; 2 — электромагнитный клапан останова двигателя; 3 — корректор по температуре охлаждающей жидкости.

У него были центробежный регулятор опережения впрыска топлива, устройство для обеспечения пусковой подачи топлива, корректор подачи в зависимости от давления наддува и термокорректор, увеличивающий количество топлива при непрогретом двигателе. Внутри был встроен топливоподкачивающий насос. И ко всей системе питания двигателя подходил только один проводок — к электромагнитному клапану. На автомобиле с таким дизелем можно было ездить без аккумулятора и генератора! Стоило вынуть запорный элемент электромагнитного клапана, как дизель становился совсем неподвластным старикам Вольту и Амперу. Пустить машину можно было с толкача, а заглушить передачей. Вот это надежность! Поэтому тогда я голосовал за такой дизель двумя руками.

Современный дизель по уровню сложности и капризности схож с наддувным бензиновым двигателем. Основная причина — система питания Common Rail, которая нагнетает огромные давления, обеспечивая при этом высокие показатели и не менее высокую цену. Прибавьте к этому мочевину и сажевые фильтры, из-за которых электроника периодически выпускает на соседей по потоку целые облака сажи. Все это делает дизель менее привлекательным с потребительской точки зрения.

Подводим итоги

Итак, мы выяснили, можно ли установить газ на дизельный двигатель. Ввиду иного принципа работы, установка ГБО на такой мотор требует больших переделок. Причем в результате все равно этот агрегат будет требовать хоть и небольшую, но порцию дизеля. Экономия от использования такого оборудования есть. Но она настолько незначительная, что никто не заморачивается над вопросом «стоит ли устанавливать газ на дизельный двигатель». Высокие сроки окупаемости и сложность установки – это основные факторы, которые препятствуют использованию газобаллонного оборудования на дизельном моторе.

Переходом с бензина на газ давно никого не удивишь. Это как минимум выгодно, поэтому на вторичном рынке машины с ГБО пользуются повышенным спросом. Даже покупая новый автомобиль, мы интересуемся возможностью монтажа газбаллона. При этом, как правило, выбираем с бензиновым агрегатом, не подозревая о возможности установки ГБО на дизельный двигатель.

дизельный двигатель

Ох, непрост современный дизель!..
Ох, непрост современный дизель!..

Резюмируя, можно сказать, что современный дизель обеспечивает отличные показатели по мощности, тяговитости, экономичности. Но часть производителей так и не решила вопрос с шумом и вибрацией, возникающими из-за гораздо более высокого давления в цилиндрах при сгорании топлива. К тому же всегда есть опасность заправиться топливом не по сезону, а это чревато проблемами с запуском двигателя в мороз. Да и надежностью дизели не блещут из-за конструктивной сложности.

Газификация

Сразу отмечу, что дополнительно установить газовое оборудование с приемлемыми затратами сил и средств можно только на двигатели с искровым зажиганием. Современный дизель перевести на газ можно только в заводских условиях. Что касается перевода на газ обычной бензиновой легковушки, то ужесточение законов, требующее сертификации подобных переделок, как-то оптимизма не прибавляет. Израсходованное время и деньги не окупятся безопасностью эксплуатации. Ведь при очень больших пробегах, а только при таких и ставят газ, «ушатать» автомобиль можно быстрее, чем дело дойдет до следующей проверки. Хотя если пройти все процедуры, то можно ездить, экономя на заправке. Правда, часть багажного отделения будет занята газовым баллоном, разгонная динамика немного снизится, а расход пусть и дешевого газа будет достаточно велик. Конечно, в среднем в два раза более низкая цена газа компенсирует этот перерасход.

Экономический эффект

Самое важное здесь – денежный интерес. Чем цена на нефть выше, тем лучше будут развиваться газотопливные системы. Разработчики постоянно развивают системы, предоставляя все больше дизельных двигателей. Самое главное – наличие соответствующих заправок.

Преимущества газа

Замена топлива газом дает следующие преимущества:

1. Сэкономить время и деньги.
2. Поскольку газ будет гореть лучше, все характеристики и мощность автомобиля возрастут.
3. Двигатель станет работать тише.

Недостатки

Но есть некоторые минусы:

1. Установить ГБО на дизель – недешевое удовольствие.
2. Проблема с заправками. Не во всех местах есть возможность покупки метана.
3. Выгода от ГБО на дизеле будет, только если вы преодолеваете на автомобиле большие расстояния. То есть когда за год выходит больше 50 тысяч километров.

Как можно заметить, все недостатки касаются только цены на материалы. Нет ничего, что бы снижало технические аспекты транспортного средства.

Газовой оборудования для двигателя

Газовый «паук» забрался в моторный отсек к бензиновому двигателю
Газовый «паук» забрался в моторный отсек к бензиновому двигателю

Сам я около 15 лет ездил на машинах с газовым оборудованием, причем устанавливал его самостоятельно. Но то были карбюраторные автомобили, где все настройки можно было произвести без спецоборудования. Регистрацией не занимался и опрессовки баллонов не делал никогда. В те времена попросту не было механизмов такой проверки. А сейчас сертификация обязательна, без нее не заправят, без нее не дадут диагностическую карту. Недаром те годы называли лихими девяностыми… Тем не менее ездил и радовался. И это в Москве, хотя случалось и путешествовать по стране.

Итоги

Выскажу личное мнение. Первые семь лет после окончания ВУЗа занимался испытаниями и доводкой дизельных наддувных и атмосферных двигателей. Имел в личном пользовании кучу карбюраторных автомобилей отечественного производства, на многие из которых (от УАЗ-469 до Таврии) ставил газовое оборудование. Работая в издательстве, поездил на многих автомобилях отечественного и зарубежного производства. И сделал я для себя вывод, что нет ничего лучше безнаддувного бензинового двигателя с впрыском топлива и с цепным приводом ГРМ вместо ремня. Самый беспроблемный вариант! А дизельные двигатели имеет смысл ставить на достаточно тяжелые внедорожники, пикапы, развозные фургоны, малые грузовички и далее по списку, вплоть до магистральных тягачей.

Бензиновый, дизельный или газовый — какой двигатель лучше?

ГБО на дизель

применительно к использованию пропана в качестве добавки к соляре для использования в дизельном двигателе — рассуждения об октановых числах это от скуки. ты можешь туда масло из фритюрницы лить у которого никакого числа нет или вообще чо угодно что жидкое и горит и все будет работать

Шустряк. Это когда ты форсунками штатными это масло с фритюрницы прыснешь. Да ещё в смеси с соляркой, цетановое число которой обеспечит воспламенение вовремя… Газ в газодизеле подаётся во впуск как и в карбюраторной бензинке. Единственное отличие — не нужна стехиометрия. Тут всё как всегда на дизеле — сколько подашь топлива столько и мощности получишь. Поджигается этот газ от солярки — потому с мощностью поджига проблем нет. Ибадуллаеву нужно было не систему зажигания изобретать, а впрыск солярки сгородить!

Дальше уже чуть сложнее. Получается два процесса горения. Один происходит в солярочном факеле — тут всё здорово и понятно: горение солярки и газа взаимно улучшают друг друга на всех режимах. Второй — это горение газа вне солярочного факела. Это горение почти как в бензинках происходит — потому на него сильно влияют и стехиометрия и октановое число. Бедная смесь газа самостоятельно практически не горит — потому подавать газ на малых нагрузках и ХХ смысла просто нет — бОльшая часть газа просто пройдёт через поршневую и вылетит в трубу. Особенно на вихрекамернике. На средних нагрузках смесь приближается к стехиометрии и газ начинает гореть самостоятельно. Дожигая ещё и солярочную сажу. Но при повышении нагрузки и увеличении подачи газа при достижении стехиометрии вылазиет чисто бензиновая проблема — детонация. Степень сжатия на вихрекамернике намного превышает октановые характеристики газа, для которого потолок СЖ — 14. В вихрекамернике условия для развития детонации вроде как не очень благоприятные, но выше 40% солярки замещается газом уже негарантированно и не на всех режимах работы двигателя. Речь про пропан-бутан. На метане намного больше, но тенденция таже.

Опчем газ на дизеле — это довесок, удешевляющий затраты на топливо и масло и позволяющий на некоторых режимах получить на 20% больший момент двигателя за счёт значительного сдвига границы дымления. Максимальная мощность фактически не меняется.

за интеркулером? перед турбиной чтоль?

У меня всё не как у людей. И турбина у меня почему-то стоит ДО интеркулера. Газ планирую подавать в жидком виде сразу ПОСЛЕ интеркулера для дополнительного охлаждения сжатого турбиной воздуха испаряющейся жидкой фазой газа. Т.е. никакого нагревателя-испарителя не будет — газ будет испаряться в ресивере перед клапанами.

Наверное будет редуктор с выходным давлением около полутора-двух атмосфер, будет либо одна электронно-управляемая жидкостная газовая(бензиновая?) форсунка(скорее всего), либо два-три электронно-управляемых газовых клапана с обычными газовыми жиклёрами. Ну и стандартная магистраль с газовым баллоном и всей сопутствующей заправочной обвязкой. Т.е. всё довольно просто и абсолютно дёшево. В чём и прелесть.
Изменено 11 марта 2020 пользователем Zhornic