Содержание

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

Классификация газового топлива . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .5

Сжиженные и сжатые газы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

Достоинства и недостатки применения газового топлива на автомобиле. . . . 8

Другие виды газа. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . 10

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Введение

Автомобиль по праву считается детищем XX века. Появившись в начале столетия, он прошел невиданный эволюционный путь, обеспечив современному человеку возможность преодолевать за короткое время большие расстояния, комфорт и удобство передвижения. Развитие автомобилестроения обеспечило быстрое развитие нефтяной отрасли. Своему ведущему положению в мировой экономике она во многом обязана двигателю внутреннего сгорания (ДВС).

Но на рубеже веков стало очевидным, что автомобиль породил ряд проблем, три из которых можно смело считать общечеловеческими. Это экологические и ресурсные проблемы, проблемы утилизации. Но на сегодня только утилизацию автомобиля можно считать технически решенной проблемой.

В настоящее время среди множества вариантов альтернативных видов топлива наилучшие шансы потеснить традиционные бензин и дизельное топливо имеют природный газ и спирты, прежде всего в силу своей низкой себестоимости и налаженного производства. Автомобили, использующие в качестве топлива сжиженные углеводородные газы (пропан-бутановые смеси), обеспечивают качественно новый уровень экономичности автомобиля и его экологичности.

В настоящее время все большее число машин переводится на газовое топливо. Главный аргумент "газификации" — значительно меньшая цена пропан-бутана. При том, что на приобретение и монтаж российской системы надо затратить около 300 долларов, а самая дорогая импортная установка в сочетании с тороидальным баллоном обходится в 600 долларов, при нынешнем соотношении цен на пропан-бутан и бензин все затраты окупаются за 20—40 тысяч километров пробега.

Еще одним существенным преимуществом газового топлива по сравнению с бензином является то, что газ не смывает со стенок цилиндра масляную пленку, в результате чего существенно повышается ресурс двигателя и увеличивается срок службы моторного масла. Кроме того, большее октановое число пропан-бутана значительно уменьшает вероятность детонационных процессов, и двигатель начинает работать заметно "мягче", чем на бензине. Есть и еще один сильный аргумент — теоретически выхлоп "газифицированных" автомобилей даже чище, чем у машин с бензиновыми двигателями, оснащенными каталитическими нейтрализаторами!

Но при этом существуют и минусы, появляющиеся в следствие перехода автомобиля на газ.

Во-первых, это баллон в багажнике.  Во-вторых, это необходимость следить за чистотой рабочей полости редуктора — к сожалению, степень очистки отечественной газовой смеси крайне низкая, и в редукторе постоянно скапливается парафиново-смоляной конденсат, который приходится сливать через две-три заправки. Кроме того, именно из-за сильной загрязненности российского газа все заявления о высокой экологичности автомобилей, работающих на газовом топливе, превращаются в пустой звук.

Также возникают сложности при заправке газом. Например, зимой малейшая неплотность соединения заправочного пистолета и штуцера из-за налипших кристалликов льда может привести к тому, что газ под давлением стравится наружу, что небезопасно.

А главное — это небольшое число заправочных станций при достаточно большом парке автомобилей с газобаллонной аппаратурой.

Также важным является то, что о пропан-бутан, так же, как и бензин, является продуктом, получаемым из нефти. А значит, и запасы этого вида топлива ограничены запасами нефтяных месторождений. Поэтому разработчики газовых топливных систем утверждают, что будущее топливо всего автотранспорта — это не сжиженный пропан-бутан, а сжатый метан. К тому же, его можно получать путем синтеза.

Классификация газового топлива

Все горючие газы, используемые в энергетике, промышленности, автомобильном хозяйстве и быту в качестве топлива, по происхождению делятся на природные и искусственные. Природные газы добываются из недр Земли, искусственные вырабатываются на газовых заводах или получаются в качестве побочного продукта различных технологических процессов.

Природные горючие газы по характеру залегания их в недрах Земли делятся на газы, добываемые из чисто газовых месторождений, которые обычно называют природными, и попутные нефтяные (нефтепромысловые) газы, добываемые вместе с нефтью из нефтяных или нефтегазовых месторождений.

Искусственные горючие газы делятся на различные виды в соответствии с технологией их получения. Основными из этих видов являются следующие: коксовый газ, представляющий собой побочный продукт процесса сухой перегонки жирных каменных углей; сланцевый газ, являющийся основным продуктом сухой перегонки горючих сланцев; генераторные газы, получаемые путем безостаточной газификации различных низкосортных твердых топлив и в свою очередь разделяющиеся на воздушный, водяной, смешанный и парокислородный генераторные газы; доменный газ, представляющий собой побочный продукт процесса выплавки чугуна из железных руд; нефтяной газ, получаемый как побочный продукт процессов термической переработки нефти и нефтепродуктов, и сжиженный газ, получаемый при отбензинивании жирных природных, попутных и искусственных нефтяных газов, а также в процессе стабилизации нефти и ее термической переработки.

Приведенный перечень не исчерпывает всего разнообразия существующих горючих газов, но те разновидности их, которые здесь не упомянуты, используются в качестве топлива лишь в небольшом количестве и существенного значения в народном хозяйстве нашей страны не имеют.

По физическому состоянию горючие газы делятся на две группы: сжатые и сжиженные. Если критическая температура углеводородов ниже обычных температур при эксплуатации автомобилей, то их применяют в сжатом виде, а если выше - то в сжиженном виде под давлением 1,5...2,0 МПа.

Требования к газообразным топливам:

      обеспечение хорошего смесеобразования;

      высокая калорийность горючей смеси;

      отсутствие коррозии и коррозионных износов;

      минимальное образование отложений во впускном и выпускном трактах;

      сохранение качества при хранении и транспортировании;

      низкая стоимость производства и транспортирования.

Сжиженные и сжатые газы

Сжиженные газы. Основные компоненты – пропан и бутан. Получают из попутных нефтяных газов, из газообразных фракций при переработке нефтепродуктов и каменных углей. Поэтому они получили название сжиженных нефтяных газов. Для их обозначения часто используют аббревиатуру «СНГ».

Критические температуры пропана (+97) и бутана (+126) выше температуры окружающей среды, поэтому их легко можно перевести в жидкое состояние. При +20°С пропан сжижается при 0,716, а бутан - при 0,103 МПа.

СНГ хранят под давлением 1,6 МПа. Давление насыщенных парав СНГ изменяется от 0,27 МПа при -10°С до 1,6 МПа при +45°С. СНГ имеет высокий коэффициент теплового расширения. Повышение температуры на 1°С влечет за собой рост давления в газовом баллоне на 0,6...0,7 МПа, что может привести к его разрушению. Поэтому в баллонах предусматривается паровая подушка объемом не менее 10% полезной емкости.

Промышленность выпускает СНГ для автомобилей двух марок:

      СПБТЗ - смесь пропана и бутана техническая зимняя;

      СПБТЛ - ... летняя.

В состав СНГ добавляют специальные вещества (одоранты), имеющие сильный запах, т.к. СНГ не имеет ни цвета не запаха, и обнаружить их утечку сложно. Для этой цели используют этилмеркаптан C2H4SH, имеющий резкий неприятный запах, который ощущается уже при концентрации 0,19 г на 1000м3 воздуха.

Самое перспективное топливо из числа альтернативных — это природный газ. Но он пока проигрывает солярке, и одна из причин в том, что дизтопливо обладает более высоким энергетическим потенциалом. Если из 1 литра дизтоплива можно получить 10 кВтч энергии, то такое же количество сжиженного (и охлажденного до -160) газа дает 7 кВтч, а литр газа, сжатого до 200 атмосфер, и того меньше — 2,5 кВтч.

Сжатые газы. Основные компоненты - метан СН, окись углерода СО и водород Нз. Получают из горючих газов различного происхождения -природных, попутных нефтяных, коксовых и других. Их называют сжатыми природными газами или СПГ. Содержание метана в СПГ составляет 40... 82%. Критическая температура метана составляет -82°С, поэтому без охлаждения СПГ перевести в жидкое состояние нельзя. Существует две марки СПГ - А и Б, которые отличаются содержанием метана и азота.

Газобаллонные установки для СПГ рассчитаны на работу при давлении 19,6 МПА. Баллоны для СПГ изготавливаются толстостенными и имеют большую массу. Так, батарея из 8 50-литровых баллонов весит более 0,5 т. Следовательно, существенно снижается грузоподъемность автомобиля. Кроме того пробег автомобиля на одной заправке при работе на СПГ в 2 раза меньше, чем на бензине. Более перспективна криогенная технология хранения СПГ в сжиженном виде. Метан легче воздуха, поэтому при утечках скапливается в верхней части помещения. Метан имеет высокую детонационную стойкость, поэтому двигатели можно форсировать по степени сжатия. СПГ воспламеняется в камере сгорания при температуре 635...645 °С, что значительно выше температуры воспламенения бензина. Это затрудняет пуск двигателя, особенно при низких температурах воздуха. В то же время по опасности воспламенения и пожароопасносности они значительно безопаснее бензина.

Преимущества СПГ перед бензинами:

      повышается срок службы моторного масла в 2,0...3,0 раза;

      увеличивается ресурс двигателя на 35...40% вследствие отсутствия нагара на деталях цилиндро-поршневой группы;

      увеличивается на 40% срок службы свечей зажигания;

      на 90% снижается выброс вредных веществ с отработавшими газами, особенно СО.

Недостатки СПГ:

      цена автомобиля возрастает примерно на 27%;

      трудоемкость ТО и ТР возрастает на 7...8;

      мощность двигателя снижается на 18...20%, время разгона увеличивается на 24...30%, максимальная скорость уменьшается на 5...6%, максимальные углы преодолеваемых подъемов уменьшаются на 30...40%, эксплуатация автомобиля с прицепом затрудняется;

      дальность ездки на одной заправке не превышает 200...250км;

      грузоподъемность автомобиля снижается 9...14%.

С учетом достоинств и недостатков автомобилей, работающих на СПГ, определена область их рационального использования - перевозки в крупных городах и прилегающих к ним районах.

Достоинства и недостатки применения газового топлива на автомобиле

У автомобилей, переведенных на газовое топливо проявляется ряд достоинств. К ним относятся следующие:

      уменьшение суммарной токсичности выхлопных газов в 1,5- 2 раза;

      перевод автомобиля на газ не требует серьезной переделки двигателя;

      невысокая стоимость топлива и, следовательно, быстрая окупаемость установки оборудования;

      износ двигателя уменьшается на 35-45%. Это связано с тем, что газ, в отличие от бензина, не растворяет масляную плёнку в цилиндре, что способствует лучшей смазке пары "цилиндр-поршень", при этом срок службы масла увеличивается на 30-40%;

      работа двигателя на газе становится мягче, потому что газ сгорает немного медленнее, но равномернее, чем бензин и потому нет ударной нагрузки на цилиндропоршневую группу, которые неизбежно появляются при сгорании бензина;

      более высокое содержание водорода в газе обеспечивает более полное его сгорание, что способствует снижению СО, в камере сгорания не накапливаются смолистые отложения, уменьшается нагарообразование на свечах, а ресурс их увеличивается на 40%;

      газ - высококачественное топливо с октановым числом около 105. Поэтому ни на одном режиме работы двигателя не возникает детонация.

      при выработке газа двигатель останавливается не сразу, а прекращает работу через 2-4 км пробега;

      комбинированная система питания газ плюс бензин - это 1000 км пути на одной заправке обеих топливных систем, а значит - можно не возить с собой канистру с бензином;

      газовые баллоны тороидальной формы умещаются в нише, свободной от запасного колеса, у автомобилей типов хэтчбек и универсал;

      современные газовые топливные системы, выпускаемые в России и за рубежом, компактны и удобны. По форме они столь разнообразны, что в автомобиле можно установить даже два баллона, не стеснив при этом водителя и пассажиров;

      автомобили с системой впрыска топлива, оборудованные газовой аппаратурой, проще защищать от угона, чем автомобили с бензиновыми двигателями: отсоединив и забрав домой легкосъемный коммутатор, можно надежно заблокировать подачу обоих видов топлива и тем самым воспрепятствовать угону. Такой "блокиратор" трудно распознать, что служит серьезным препятствием для несанкционированного пуска двигателя;

      газ не содержит вредных примесей, разрушающих двигатель и каталитический нейтрализатор;

      двигатель, работающий на газе, требует минимальной регулировки.

      отсутствие детонации при работе двигателя;

      уменьшение уровня шума на 2-3 db;

      увеличение пробега на одной заправке в 2-3 раза.

Также у машин на газе проявляются и недостатки. К ним относят:

      трудности в приобретении запасных частей (ремкомплектов для импортных редукторов, газовых фильтров, блоков арматуры);

      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);

      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;

      потерю полезного объема багажника, занимаемого газовым баллоном;

      затруднения с пуском холодного двигателя;

      незначительное увеличение расхода потребляемого газа в литрах по сравнению с бензином;

      увеличение металлоемкости автомобиля на 30 - 40 кг;

      заправка газом производится медленнее, чем бензином - примерно 6 мин.

Другие виды газа

Природный газ. Природный газ в большинстве стран является наиболее распространенным видом альтернативного моторного топлива. Природный газ в качестве моторного топлива может применяться как в виде компримированного, сжатого до давления 200 атмосфер, газа, так и в виде сжиженного, охлажденного до -160°С газа. В настоящее время наиболее перспективным является применение сжиженного газа (пропан-бутан). В Европе это топливо называется LPG (Liquefied petroleum gas - сжиженный бензиновый газ). В то время как сжатый газ (метан) находится в баках под давлением 200 бар, что само по себе представляет повышенную опасность, LPG сжиживается при давлении 6-8 бар.

Диметилэфир. Диметилэфир является производной метанола, который получается в процессе синтетического преобразования газа в жидкое состояние. Существуют разработки по переоборудованию дизельных двигателей под диметилэфир. При этом существенно улучшаются экологические характеристики двигателя.

В последние годы разрабатываются технологические процессы получения диметилэфира из синтетического горючего газа, производимого из угля. В отличие от сжиженного природного газа, диметилэфир менее конкурентоспособен, в основном по причине того, что теплотворная способность на тонну диметилэфира на 45% ниже теплотворности на тонну сжиженного природного газа. Также для производства диметилэфира требуется не только более высокий уровень предварительных капиталовложений, но и больший объем сырьевого газа для производства продукта с эквивалентной теплотворной способностью.

В будущем диметилэфир можно рассматривать только в качестве продукта, имеющего ограниченные возможности, так как производство сжиженного природного газа характеризуется более значительной экономией за счет масштабов производства, более низким уровнем капитальных затрат и более высокой эффективностью процесса производства.

Шахтный метан. В последнее время к числу альтернативных видов автомобильных топлив стали относить и шахтный метан, добываемый из угольных пород. Так, к 1990 г. в США, Италии, Германии и Великобритании на шахтном метане работали свыше 90 тыс. автомобилей. В Великобритании, например, он широко используется в качестве моторного топлива для рейсовых автобусов в угольных регионах страны. Содержание метана в шахтном газе колеблется от 1 до 98%. Прогнозируется, что газовая добыча метана в угольных бассейнах мира уже в ближайшее время составит 96-135 млрд м3. Общие ресурсы метана в угольных пластах России составляют, по различным источникам, 48-65 трлн м3.

Биогаз. Представляет собой смесь метана и углекислого газа и является продуктом метанового брожения органических веществ растительного и животного происхождения. Биогаз относится к топливам, получаемым из местного сырья. Хотя потенциальных источников для его производства достаточно много, на практике круг их сужается вследствие географических, климатических, экономических и других факторов.

Биогаз как альтернативный энергоноситель может служить высококалорийным топливом. Предназначен для улучшения технико-эксплуатационных и экологических показателей работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и стационарных энергоустановок. Биогаз, представляющий собой продукты брожения отходов биологической деятельности человека и животных, содержит приблизительно 68% СН4, 2% Н2 и до 30% СО2. После отмывки от углекислоты этот газ является достаточно однородным топливом, содержащим до 80% метана с теплотворной способностью более 25 МДж/м3. Применение биогаза в качестве топлива для ДВС осуществляется путем использования серийно выпускаемой топливной аппаратуры для природного газа с коррекцией соотношения “топливо-воздух”. Некоторое снижение эффективной мощности, вызванное присутствием балластных компонентов, практически полностью компенсируется за счет высоких антидетонационных качеств биогаза путем соответствующего повышения степени сжатия. Присутствие небольшого количества водорода в биогазе положительно сказывается на качестве протекания рабочего процесса ДВС и не вызывает характерных для водородных двигателей преждевременного воспламенения рабочей смеси и так называемой обратной вспышки.

Заключение

Наиболее широко в мире для питания двигателей внутреннего сгорания используют два вида газового топлива - сжиженную смесь пропана и бутана, получаемую при перегонке нефти (распространенное название "нефтяной газ"), и природный газ метан.

В России наиболее распространены "пропановые" газовые системы

Важной особенностью автомобилей, переоборудуемых на сжиженный нефтяной газ, является оснащение их комплектом газобаллонного оборудования для обеспечения работы на газовом топливе при сохранении штатной бензиновой системы питания. При переоборудовании базовых грузовых и легковых автомобилей на сжиженный нефтяной газ не требуется принципиальных изменений конструкций.

Список литературы

1.      Голубев И.Р., Новиков Ю.В. Окружающая среда и транспорт. – М.: Транспорт, 1987.

2.       Золотницкий. В.А. "Система питания газобензиновых двигателей", Москва, 2000 г.

3.      Иванов В.Н., Сторчевус В.К., Доброхотов В.С. Экология и автомобилизация. – Киев: Будiвельник, 1983.

4.      Мурзаков В. В.  Горючие газы и их свойства. Издательство «Недра» Ленинградское отделение Ленинград 1970

5.      Романовский С. А. Горючие газы: производство, распределение и очистка / Романовский С.А. - Киев: Техника, 1964. - 268с.

6.      Хомяк Я.В., Скорченко В.Ф. Автомобильные дороги и окружающая среда. – Киев: Вища школа, 1983.

7.      Якубовский Ю. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды. – М.: Транспорт, 1979.

2