Установка автомобильного газового оборудования Альфагаз

+7(925)802-37-09,+7(925)772-37-09

Москва, 1-й Дорожный проезд, дом 7

ВТ-СБ, 10:00-18:00
Автомобильное газовое оборудование
Автомобильное газовое оборудование

Оценка эффективности различных систем подачи газа автомобильных двигателей

   При конвертации серийных бензиновых двигателей на газ возникают дополнительные потери эффективности по сравнению с монотопливными двигателями, спроектированными под конкретное газовое топливо.

   Для определения способа более эффективного использования газового топлива был проведен ряд экспериментов на двигателе ВАЗ 21114 со штатной системой распределенного впрыска бензина и блоком управления «Январь 7.2». Двигатель был установлен на тормозном стенде в лаборатории ДВС Нижегородского государственного технического университета.

   Первоначально был проведен анализ эксплуатационной экономичности наиболее распространенных легковых автомобилей, переоборудованных для работы на сжиженном углеводородном газе (СУГ). Статистика показала, что в день каждый автомобиль совершал две поездки дальностью около 7 км с промежуточным охлаждением автомобиля. Задаваясь средними эксплуатационными расходами топлива, можно приблизительно рассчитать затраты на топливо за год. Расход бензина при эксплуатации прогретого двигателя примем 10 л/100 км, непрогретого – 15 л/100 км. Расходы на СУГ соответственно 13 и 14 л/100 км. Стоимость бензина 27 руб./л, газа – 17 руб./л.

   Рассмотрим три режима движения, отличающихся наличием или отсутствием прогрева двигателя.

 1. «Лето» без прогрева: автомобиль запускается на бензине и сразу начинает движение. Примерно через 500 м двигатель прогревается и переходит на газ. Автомобиль двигается на газе 6,5 км.

2. «Зима» без прогрева: после пуска автомобиль на бензине едет около 2 км, затем переключается на газ и оставшиеся 5 км двигается на этом топливе.

3. «Зима» с прогревом: после пуска автомобиль на месте прогревается до 40 °С, затем движется на газе 7 км.

   В течение года три очень холодных месяца автомобиль эксплуатируется по варианту 3, три холодных месяца – по варианту 2 и шесть теплых – по варианту 1. Общие затраты на топливо для газобаллонного автомобиля (таблица) рассчитаны ориентировочно, поскольку очень зависят от цен на топливо.

   Видно, что типичный газобаллонный автомобиль (двухтопливный) является газовым только на 80 %. 136 л бензина в год не только снижают его экономическую привлекательность, но и сгорают в неблагоприятных условиях. Работа бензинового двигателя при низких температурах окружающего воздуха всегда проходит на обогащенных смесях с большим выбросом несгоревших углеводородов.

   Наиболее привлекательны системы подачи газа, способные работать во всем диапазоне режимов, включая холодный пуск. Газ не требует дополнительного обогащения на непрогретом двигателе, и его расход, а значит и выбросы несгоревших углеводородов практически не увеличиваются.

   Известны четыре поколения газоподающих систем, отличающихся степенью электронного управления и местом ввода газа во впускную трубу [1]. В нашем случае использовались центральный смеситель в паре с газовым редуктором Vialle или система распределенного впрыска газа с электромагнитными форсунками (ЭМФ) «Фаворит» и двухступенчатым газовым редуктором (четвертое поколение). Работа смесителя осуществлялась с помощью ручного дозатора (первое поколение) или электронноуправляемого с обратной связью по кислородному датчику (второе поколение). 

   В варианте с ЭМФ переход на газ осуществляется только после прогрева двигателя до температуры охлаждающей жидкости не менее 40 °С. Пуск холодного двигателя на газе здесь исключен. Блок управления газом перехватывает импульсы с бензиновых форсунок и подает на газовые ЭМФ, увеличивая их длительность на величину соответствующих поправочных коэффициентов. Пуск на бензине на 20 % снижает степень использования альтернативного топлива, увеличивая при этом токсичные выбросы. Количество углеводородов, выброшенных за один из четырех циклов городского движения (198 с), по Правилам ЕЭК ООН № 83 составляет на бензине 22,6, а на газе 0,56 г, то есть в 40 раз меньше.

    Копирование импульсов бензиновых форсунок автоматически вынуждает копировать и накладываемые на них корректирующие воздействия. Например, известно, что бензин не полностью испаряется во впускной трубе. Часть его при подаче из форсунки оседает на стенках впускной системы в виде пленки. На статических режимах наступает некое равновесие между топливом, ушедшим в пленку, и вышедшим из нее. В динамике (открытие или закрытие дросселя) баланс нарушается. По исследованиям [2] и собственным экспериментам восстановление происходит после 20…30 циклов работы (рис. 1).

    В программе управления бензоподачей в течение всех циклов с нарушенным балансом обязательно заложена компенсация осевшего в виде пленки бензина, выражающаяся в подаче дополнительного топлива. В нашем случае линия перехода экспоненциальная, а длительность перехода к статической подаче соответствует N=30 циклам работы двигателя.


   Количество дополнительного топлива, которое будет подано для компенсации баланса за счет пленки, определится как площадь между соответствующими кривыми (заштрихованный участок, см. рис. 1).


   При подаче Gтц впр =10 мг/цикл дополнительная доза составит 95 мг бензина. Gдоп = 100 (1 – е–3) = 95 мг.

   Например, для автомобиля ВАЗ 2110 при движении по городу со средней скоростью 30 км/ч совершается 10 набросов нагрузки за 1 мин, а за 1 ч теряется 60 г бензина. Если общий расход 7 кг/100 км (или 2 кг/ч), то экономичность автомобиля в целом снижается на 3 %. При работе на газе все алгоритмы увеличения цикловых доз сохраняются, хотя и становятся совершенно неоправданными. Прирост расхода газа составит те же 3 %.

   Аналогичное увеличение расхода можно обнаружить и на режимах полных нагрузок. Здесь обратная связь игнорируется блоком управления, и продолжительность бензиновых импульсов существенно увеличивается. На внешней скоростной характеристике двигателя выявлены две характерные зоны высокого обогащения, то есть существенно больше того, что необходимо для обеспечения мощностной смеси (рис. 2).

   В зоне высоких частот вращения (зона I) обогащение вызвано стремлением снизить температуру свежего заряда за счет затрат теплоты на испарение бензина, в зоне малых частот (зона II) – снизить склонность к возникновению детонации. Видно, что оба подхода неактуальны для газообразного топлива, но при копировании импульсов бензиновых форсунок соответственно реализуются и на газе.

   Возможность запуска холодного двигателя на газе демонстрировали традиционные эжекционные смесители. Их применение сегодня ограниченно из-за распространенного мнения об их опасности. Большой объем готовой газовоздушной смеси способен при случайном воспламенении разрушить всю впускную систему. Однако воспламенения такого рода происходят только от переобеднения смеси, то есть неправильного проектирования самого смесителя. Возникает это чаще при динамическом набросе нагрузки или разгоне двигателя на холостом ходу. В этих же условиях должна наблюдаться якобы меньшая динамичность газовых двигателей.

    На том же двигателе ВАЗ 21114 было проведено сравнение динамичности системы впрыска бензина и центрального газового смесителя. Прогретый двигатель из режима самостоятельного холостого хода резким открытием дросселя разгонялся до частоты примерно 4000 мин–1, параметры двигателя фиксировались пишущим осциллографом, который был подключен к датчикам кислорода, положения коленчатого вала и дросселя. Система газоподачи не имела электронных корректоров и была настроена по классическим принципам характеристики идеального карбюратора: на полных нагрузках состав смеси – обогащенный, на частичных – обедненный, на режиме холостого хода – максимально близкий к стехиометрии.

    На рис. 3 представлены осциллограммы изменения частоты вращения и степени открытия дросселя. Последний в обоих случаях открывался примерно за 0,2 с. От момента его открытия до начала отрыва линии частот вращения на газе проходит примерно на 0,1 с меньше, а первые 0,2 с частота вращения на бензине совсем не изменяется. Скорость изменения частоты вращения (установившаяся) на бензине – 6,9, а на газе – 8,3 мин–1/мс.

   Система с центральным смесителем была дополнена электронным корректором смеси по сигналу кислородного датчика. Были сняты две нагрузочные характеристики на частоте n=3000 мин–1 (рис. 4).

   Видно, что характеристики смесителя с электронным поддержанием стехиометрического состава смеси идут намного ровнее, переход на обогащенные смеси осуществляется только в зоне полных нагрузок. Смеситель без обратной связи также переходит на обогащенные смеси только при полных нагрузках, а в зоне средних нагрузок работает на обедненных смесях, близких к экономичным. Разница в расходах газа при одной и той же мощности здесь доходит до 10 %.

   При эксплуатации автомобилей с системами газоподачи разных поколений водитель не в состоянии самостоятельно выявить какие-либо различия, поскольку плавность работы, динамика разгона, максимальная скорость остаются примерно на одном уровне.

   Таким образом, принцип работы систем газоподачи четвертого поколения с ЭМФ позволяет заместить бензин газом только на 80 %, что обусловлено обязательным пуском на бензине. Это примерно в 40 раз повышает токсичность автомобилей в холодной фазе ездового цикла. Дополнительные потери (примерно 3 % расхода топлива в городском режиме эксплуатации) происходят в результате копирования бензинового алгоритма работы на переходных режимах. Еще столько же теряется на полных нагрузках, где в программах управления подачей бензина заложена работа на очень богатых смесях, неоправданных для газа.

   Вопреки распространенному мнению в динамике разгона двигатель со смесителем не уступает или даже выигрывает у двигателя на бензине. Опасность так называемых «хлопков» существует только в системах с неоптимальной характеристикой. При правильной подготовке смеси смеситель, настроенный по традиционным канонам характеристики идеального карбюратора, показывает повышение экономичности до 10 % по сравнению с системами с тем же смесителем, но с обратной связью по кислородному датчику и стехиометрической смеси.

   В то же время использование смесителей с обратной связью обеспечило высокую степень очистки отработавших газов в нейтрализаторе. Токсичность отработавших газов автомобиля как на бензине, так и на газе легко укладывается в нормы действующего технического регламента.

   Возможность пуска на газе гарантирует многократное снижение выбросов токсичных веществ в холодной фазе. В условиях российского климата это должно перекрывать потери, получаемые из-за меньшей гибкости электронного управления таких систем.

 

Авторы:

М.А. Скворцова, аспирант Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева,

С.А. Тихомиров, аспирант Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева

Внимание!
24.06.2016 09:22

Новая услуга: регистрация ГБО в ГИБДД

Новость дня - компания "АльфаГаз" оказывает услуги по предоставлению клиентам, желающим установить газовое оборудование на автомобиль полного комплекта документов для внесения изменений в ПТС ТС в соответствии с техрегламентом Таможенного союза.

подробнее...

Внимание!
03.11.2015 21:30

Оплата установки ГБО пластиковыми картами

Вниманию наших клиентов: с ноября 2015 года мы начали прием к оплате банковских карт основных платежных систем. 

подробнее...

Внимание!
26.03.2012 22:20

Владельцам Шеви-Нива

Хорошая новость для владельцев Шеви-Нивы: появились сертифицированные тольяттинские глушители для Нивы, установка которых дает возможность разместить газовый баллон под днищем автомобиля.

подробнее...


Яндекс цитирования 16.03.2017 08:43

Природный газ как моторное топливо незаменим для достижения целей энергетической политики Германии

В рамках финального этапа германской гоночной серии DTM в Хоккенхайме «Газпром Германия» и «Ауди» провели совместную конференцию, посвящённую потенциальному вкладу природного газа, био- и синтетического метана в достижение целей энергетической политики Германии.

подробнее

10.02.2017 10:19

Голубое топливо для голубого неба.

В Софии (Болгария) прошла международная конференция «Голубое топливо для голубого неба».

подробнее

13.01.2017 10:14

Тест Ford Focus LPG: экономим с пропан-бутаном

В конце февраля этого года во Всеволожске выпустили опытную партию двухтопливных Фокусов. Мы взяли один из них и сравнили с обычной бензиновой версией. Итак, закачиваем пропан в Ford Focus.

подробнее