4.2. Вуглеводневі гази

Перспективність використання вуглеводневих газів - стисненого природного газу (СПГ) і скрапленого нафтового газу (СНД) - в якості альтернативного моторного палива для ДВЗ вже стала очевидною для більшості країн світу. Пов'язано це, перш за все, з їх низькою вартістю, розвиненою видобутком і доступністю в багатьох регіонах світу.

Беручи до уваги, що Росія володіє величезними запасами природного газу (приблизно 1/3 всіх світових запасів), освоєння його в якості моторного палива для автотранспортних засобів має для нашої країни стратегічне значення.

Вуглеводневі гази як моторне паливо володіють рядом важливих переваг перед бензином і дизельним паливом.

Основні властивості СПГ і СНД у порівнянні з іншими видами паливами представлені в таблиці 4.2.

Таблиця 4.2

Основні властивості палив

Показники	СПГ	СНГ	Бензин	Дизельне паливо
Октанове число (за моторним методом)	110	95…105	72…84	-
Межі займистості по α	0,6…1,9	0,4…1,7	0,3…1,4	-
Теплота згоряння нормальної суміші, МДж/нм3	3,4	3,56	3,74	3,75
Коефіцієнт дифузії в повітрі, см2 / с	0,19	0,1	0,06	0,048
Мінімальна енергія запалювання, мДж	0,29	0,26	0,24…0,27	-

Вуглеводневі гази мають високу детонаційної стійкістю. Це забезпечує можливість використання високих ступенів стиснення в ДВЗ з іскровим запалюванням, що сприятливо позначається на паливній економічності двигуна.

Газ краще бензину змішується з повітрям, тому в процесі сумішоутворення готується більш гомогенна паливо-повітряна суміш, яка більш повно згорає в двигуні. Останній обставині також сприяють більш широкі межі займання вуглеводневих газів.

При використанні газу як палива для автомобільних двигунів виключається можливість попадання рідкої фази в циліндри ДВЗ, внаслідок чого знижується змивання масляної плівки зі стінок циліндра і сповільнюється зношування циліндро-поршневої групи. Термін служби моторного масла збільшується в 1,5 ... 2 рази, а витрата його в експлуатації зменшується на 15 ... 20%

При правильному регулюванні і нормальному оптимальному режимі роботи системи подачі газового палива застосування газу помітно знижує сумарну токсичність відпрацьованих газів. Так, більш ніж в три рази зменшується кількість СО, більш ніж у 1,5 рази скорочується вміст CnHm (при роботі на СНД), викиди оксидів азоту NOx знижуються більш ніж в 1,2 рази. Димність дизельного ДВЗ при роботі на газовому паливі в три рази нижче, ніж при роботі на дизельному паливі.

При використанні вуглеводневих газів істотно знижуються питомі витрати на паливо. При застосуванні СПГ і СНД вони менше відповідно на 45 ... 55% і 35 ... 42%.

Особливістю автомобілів, що використовують вуглеводневі гази, є наявність газобалонної установки, яка представляє собою комплект газового, бензинового або дизельного обладнання.

Переклад автомобілів на газове паливо вимагає деяких конструктивних змін, інакше потужність ДВЗ може знизитися на 6 ... 18%, а витрата палива збільшиться на 10 ... 11%, що пов'язано з меншою теплотою згоряння газів.

Сучасні заходи щодо переведення бензинового ДВЗ на газове паливо полягають у збільшенні ступеня стиснення на 1,5 ... 2 одиниці, зменшенні підігріву впускного патрубка, застосуванні систем упорскування палива.

У разі бензинових двигунів для легкових автомобілів найбільш часто застосовується концепція двопаливного двигуна, що працює як на зрідженому нафтовому газі, так і на бензині. При цьому газову паливну апаратуру можна встановити на будь моделі легкових автомобілів вітчизняного та іноземного виробництва з карбюратором або системою уприскування, якщо конструкція дозволяє розмістити в багажнику балон з СНД. Газову апаратуру встановлюють також на малотоннажних автомобілях типу «Газель», на вантажних автомобілях і автобусах з двигуном робочим об'ємом не більше 4,0 л.

Для стисненого газу застосовують газобалонні установки (балони, арматура, редуктор, газопроводи тощо), розраховані на роботу при високому тиску - порядку 20 МПа. У міру витрачання газу з балона безперервно зменшується і робочий тиск в ньому.

Установка газової системи живлення, особливого СПГ, значно ускладнює автомобіль і ускладнює його конструкцію (таблиця 4.3).

Таблиця 4.3

Порівняльні характеристики систем зберігання палива

Параметр	Бензин	СПГ	СНГ
Обсяг палива, л	76	415	100
Маса палива, кг	53	37	51
Маса палива + маса паливного бака	68	500	85

Частково вирішити дану проблему для природного газу можна за рахунок створення конструкцій балонів високого тиску, призначених для роботи з робочими тисками 30 МПа і більше, а також розвитком кріогенних систем бортового зберігання природного газу (при зріджуванні обсяг природного газу зменшується приблизно в 600 разів).

Основні труднощі використання СНД і СПГ в дизелях полягають в їх більш високій температурі самозаймання.

З цієї причини найбільшого поширення набув нині газодизельний процес, при якому на впуску в циліндри подається газоповітряна суміш, а наприкінці такту стиснення впорскується незначне пілотне кількість дизельного палива. Використання дизельних двигунів за газодизельним циклом дає зниження в кілька разів викиду сажі і на 40 ... 50% - альдегідів і поліароматичних сполук.

До недоліком природного газу можна віднести малу активність при горінні. Причина цього пов'язана з тим, що реакція окислення основного компонента природного газу - метану - відноситься до числа важкорозчеплюваних. Тому у суміші природного газу з повітрям у двигуні розтягнутий у часі процес згоряння, що призводить до погіршення ефективності роботи двигуна і підвищенню викидів CnHm. Особливо помітним це стає в міру збіднення газоповітряної суміші.