автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.02, диссертация на тему:Разработка системы пуска и прогрева конвертированного автомобильного газового ДВС с дискретным дозированием топливоподачи

/

,/ На правах рукописи

Тихомиров Станислав Александрович

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПУСКА И ПРОГРЕВА КОНВЕРТИРОВАННОГО АВТОМОБИЛЬНОГО ГАЗОВОГО ДВС С ДИСКРЕТНЫМ ДОЗИРОВАНИЕМ ТОПЛИВОПОДАЧИ

Специальность 05.04.02 - Тепловые двигатели

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

17 АПР 2014

Нижний Новгород 2014

005547071

005547071

Работа выполнена на кафедре «Энергетические установки и тепловые двигатели» Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Химич Владимир Леонидович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,профессор

Дыскин Лев Матвеевич.

кандидат технических наук, профессор Жолобов Лев Алексеевич.

Ведущая организация: Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ).

Защита диссертации состоится 15 мая 2014 г. в 14 часов в аудитории 1258 на заседании диссертационного совета Д212.165.04 в Нижегородском государственном техническом университете по адресу: 603950, г.Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е.Алексеева и на сайте университета по адресу: http://www.nntu.ru/content/aspirantura-i-doktorantura/dissertacii

Автореферат разослан 07 апреля 2014 года

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес ученого секретаря диссертационного совета.

Ученый секретарь .-—-""""'

Диссертационного совета Д212.165.04 доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Главными проблемами развития ДВС на современном этапе остаются снижение токсичных выбросов и улучшение топливной экономичности. Это справедливо и для тех, что используют потенциальные заменители нефтяного топлива - сжиженный нефтяной (СНГ) и компримирован-ный природный (КПГ) газ. Признавая большую экологическую чистоту газовых топлив, мы не реализуем их преимущества именно там, где они очевиднее всего - при пуске и прогреве холодного двигателя. При испытаниях по Европейскому ездовому циклу около 80% всех токсичных компонентов выбрасывается за первый километр пути. При этом среди конструкций, предлагаемых на рынке газовых систем, нет вариантов организующих самостоятельный пуск на газе.

Под маркой однотопливного газового автомобиля выпускаются автомобили, имеющие небольшой бензиновый бак и бензиновую систему топливопо-дачи для пуска. Но даже с дополнительной бензиновой системой однотоплив-ных автомобилей выпускается очень мало. Наиболее распространенным способом газификации транспорта в мире остается конвертация на газ серийного бензинового автомобиля. Такой перевод неизбежно связан с некоторым снижением эксплуатационных показателей двигателя на газе, однако позволяет реализовать весь комплекс экологических требований на прогретом двигателе, обеспечивая регулирование с обратной связью по кислородному датчику и имея достаточное быстродействие при работе на переходных режимах. Организация пуска и прогрева двигателя здесь полностью остается на бензине, притом, что количество холодных дней в нашей стране очень велико.

Поэтому проблемы организации дозирования, смесеобразования, распределения и воспламенения газовоздушной смеси на непрогретом двигателе сохраняют актуальность, особенно в свете экологических требований сегодняшнего дня. Соответственно разработка и исследование системы газоподачи, способной обеспечить пуск, прогрев и последующую работу автомобильного двигателя непосредственно на газе, актуально сегодня как никогда.

Цель работы. Разработка и исследование системы коррекции дискретной газоподачи для организации холодного пуска и прогрева искровых двигателей, конвертированных на питание газовым топливом.

Достижение указанной цели предполагает создание оригинальной конструкции аппаратов газоподачи и предусматривает решение следующих задач: - выбор принципа дозирования газа на пуске-прогреве применительно к существующим двигателям с искровым зажиганием;

3

- аналитическое исследование пределов изменения состава приготовляемой смеси при использовании принятого принципа дозирования;

- разработка элементов системы коррекции и аналитическая оценка их возможностей по обеспечению регулирования;

- разработка общей схемы газоподачи с элементами коррекции, способной переключаться при смене режимов без утраты своих свойств;

- экспериментальные исследования мощностных, экономических, экологических, пусковых качеств двигателя на макетном образце разработанной системы подачи газа.

Объект исследований. Двигатель ВАЗ-21114 с системой дискретной распределенной подачи газа, дополненной корректором пуска.

Методы исследования. При проведении теоретических исследований использованы общие законы газовой динамики, аналитической механики, теория рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания. Экспериментальные исследования проводились на моторном стенде с двигателем ВАЗ-21114.

Научная новизна:

- обоснована необходимость организации для газовых двигателей на режимах холодного пуска и прогрева непрерывной подачи газа при сохранении в целом дискретного дозирования;

- разработан метод пусковой коррекции газоподачи для двигателей, конвертированных на газ с использованием алгоритмов, применяемых для бензина;

- аналитически определены выходные характеристики ограничителя давления, обеспечивающего соответствующую коррекцию при пуске;

- разработан конструктивный комплекс системы газоподачи объединяющий элементы дискретного впрыска и непрерывной подачи газа, позволяющий обеспечить дозирование при пуске и прогреве, равно как и на других режимах.

Основные положения, выносимые на защиту:

в теоретической части - аналитическое исследование системы и элементов газоподачи;

в конструкторской части - конструкция элементов газоподачи для системы питания газовых двигателей;

в экспериментальной части - рабочие характеристики двигателя с экспериментальной системой газоподачи.

Достоверность результатов. Проведенный комплекс экспериментальных исследований на полноразмерном двигателе подтверждает основные теоретические положения, взятые за основу разработанной системы подачи газа.

4

Практическая ценность работы:

- создана конструкция системы газоподачи для конвертации автомобильных бензиновых двигателей, обеспечивающая без существенного усложнения конструкции управление расходом газа, в том числе и на пусковых режимах;

- предложена конструкция корректора пуска, встраиваемого в общую систему без искажения характеристик последней;

- разработан метод конструирования ограничителя давления с позиций достижения плавности переходов при его отключении.

Реализация работы. Результаты экспериментально-теоретических ис-уледований используются для конструкторской проработки газовых систем при конвертировании двигателей на газ в ООО «Арго» (г.Н.Новгород). Теоретические исследования внедрены в Центре безопасности дорожного движения и технической экспертизы (ЦБДЦТЭ, г. Н.Новгород) и ООО «Финанс-эксперт» (г. Н.Новгород) для проведения технической экспертизы газобаллонных автомобилей и выдачи заключений на переоборудованные транспортные средства, в учебный процесс кафедры «Энергетические установки и тепловые двигатели» НГТУ в курсах «Системы ДВС», «Газовые двигатели» при подготовке инженеров по специальности 140501.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались и были одобрены на:

- 79 международной научно-технической конференции «Безопасность транспортных средств в эксплуатации», Н.Новгород: НГТУ, 2012 г;

- всероссийских научно-технических конференциях «Будущее технической науки», НГТУ Н.Новгород, 2010. ..2013 гг.

Публикации. Всего опубликовано 8 научных трудов, в том числе по теме диссертации 7, среди них 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК. Общий объем опубликованного материала составляет 1,2 печ. л., из них принадлежащих автору диссертации 1,0 печ. л.

Структура и объем диссертации. Диссертации состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Диссертация содержит 120 страниц, 54 рисунка, список литературы из 111 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приводится сравнение выходных параметров искровых двигателей при переводе их на газовое топливо. Наибольший вклад в разработку теоретических основ применения газовых топлив и создание средств их реа-

5

лизации сделан отечественными исследователями: Генкиным К.И., Гольдбла-томИ.И., Горшковым С.А., Маховым В.З., Половинкиным В.Н., Самолем Г.И.

Ограниченные возможности механических систем не позволяли обеспечить эффективность работы двигателя на всех режимах. В то же время нельзя не признать, что это был единственный тип газоподающей системы, который позволял на газе осуществлять холодный пуск двигателя, его прогрев и движение автомобиля сразу после пуска. Именно по этой схеме в мире выпускались серийные автомобили, которые были по настоящему однотопливными.

В бензиновых двигателях сегодняшнего поколения основным исполнительным элементом стали электромагнитные форсунки. В настоящее время электромагнитные форсунки разработаны и для подачи газообразного топлива. Для конвертированного двигателя, уже имеющего бензиновые форсунки, геометрически разместить форсунки газовые сложно, и это вынуждает конструкторов располагать их отдельно, а на впускной трубе устанавливаются небольшие распылители, соединенные с форсунками шлангами.

Что касается программ управления, то для однотопливного газового двигателя, например, стационарного, можно разработать программы, в которых прописано управление газоподачей не только на основных рабочих режимах, но и на пуске и прогреве. Применительно к автомобильным двигателям, конвертированным на газ вне конвейера, многообразие не позволяет разрабатывать блоки индивидуально под каждый из них. В результате во всем мире распространился единый подход. Электронный блок и программа управления, анализирующая все датчики, и формирующая выходные сигналы на двигателе, остаются. Более того, ЭБУ продолжает «управлять» топливоподачей, посылая на бензиновые форсунки соответствующие импульсы. При этом устанавливается дополнительный блок управления газом ЭБУ-ГАЗ, который перехватывает эти импульсы с бензиновых форсунок, увеличивает их длительность на величину поправочных коэффициентов и перенаправляет на фор-

6

возд

Рисунок 1 - Схема дискретной системы газоподачи

сунки газовые. Форсунки бензиновые своих импульсов не получают и остаются закрытыми. Работа на газе идет по программе, подготовленной бензиновым ЭБУ.

При пуске на газе использовать такой подход невозможно. Импульсы, подаваемые на бензиновые форсунки на холодном двигателе, многократно увеличены. Бензин подается в больших количествах для компенсации его недостаточной испаряемости. Если по описанному алгоритму управлять на пуске подачей газа, расход газа также будет многократно увеличен. Поскольку газ испарен всегда, смесь становится чрезмерно богатой, а двигатель неработоспособен.

Кроме переобогащения, дискретная подача несет на непрогретых режимах дополнительные проблемы. Каждое открытие форсунки организует на короткое время максимальный расход топлива через нее. Резкий бросок газа превращается в «удар» для всех элементов газового тракта. Если на прогретом двигателе (и редукторе) это переносится относительно безболезненно, то для «холодных» механизмов может стать катастрофичным. Все известные двигатели, которые пускались на газе (это были двигатели со смесителями) имели непрерывную подачу газа. Только такая комбинация непрерывной подачи с небольшим абсолютным расходом давала возможность элементам газоредуцирующей системы безболезненно обеспечивать пуск.

На непрогретых режимах следует считать целесообразным полное игнорирование дискретной подачи газа и ориентирование только на гидравлические свойства самой газоподающей системы. В этой зоне экологическое преимущество газовых двигателей будет достигаться за счет свойств газа, а не нейтрали-

заторов, которые пока неработоспособны. Система газоподачи должна объединять в себе дискретное электронное

управление на подавляющем

Рисунок 2 - Схема системы газоподачи

большинстве режимов, и отдельный модуль, выполняющий функцию корректора на режимах пуска и прогрева. Он должен понизить средний расход газа, поступающий в двигатель на пуске, и кроме того, превращать подачу газа в непрерывную. После прогрева двигателя корректор должен быть легко отключен.

Система газоподачи (рис.2) включает в себя газовый редуктор, подающий газ через пусковой корректор в рампу газовых форсунок, от которых уже газ идет к распылителям, ввернутым непосредственно в патрубках впускной трубы. Узел коррекции максимально прост и не содержит прецизионных подвижных элементов. В потоке газа, проходящего сквозь него, снижается давление, что необходимо для уменьшения обогащения, «скопированного» у бензиновой системы. Как показано далее в работе, при соответствующем подборе площадей и сечений корректора основано правильное функционирование системы понижения давлений в целом.

Весь механизм коррекции оказывает на газовый поток демпфирующее действие. Тем самым выполняется условие по переводу потока газа в более стабильное состояние. Демпфирование может регулироваться выбором сечения канала управления, что потребовало дополнительного анализа.

Во второй главе представлен математический аппарат, разработанный для теоретического изучения особенностей системы газоподачи с корректором пуска. Приведена общая методика исследования. Основным элементом системы становится двухкамерный мем-

н

II

щ

я

\ 5.

ч

Рисунок 3 - Схема ограничителя давлений

бранный узел - ограничитель - понижающий давление на выходе пропорционально управляющему давлению. Постоянное давление после газового редуктора р\, передается под мембрану. Внутренняя часть мембраны 52 воспринимает сверху и снизу одинаковое давление, а внешняя 5, - разность входного и выходного давлений. Газ под давлением поступает дальше в рампу газовых форсунок. Оно зависит от давления управления ру в надмембранной полости и от выходной характеристики ограничителя. Последняя определена из условий равновесия всех сил, действующих на клапан при любом его положении, и может быть представлена выражением: (р1-ру) 5, ам - (ру-р^Б2 ам - - = 0 ;

где: ру - давление газа после газового редуктора; - давление газа после ограничителя; ру - управляющее давление в надмембранной полости; ам - коэффициент активности мембраны; сила пружины, закрывающая клапан; ,РПС - сила предварительного сжатия пружины.

В нашем случае жесткостью мембраны можно пренебречь ввиду малости хода, а также с учетом введенного коэффициента К=Я// , выражение примет следующий вид: р\82К-ру52 К-руБг+р^Бг-П=0; (1)

где П - усилие пружины, поскольку при малых перемещениях мембраны текущее усилие пружины не намного отличается от усилия предварительного ее сжатия.

Решая уравнение относительно р% , получим следующее выражение р, = р, -Я/51,, которое дает искомую зависимость только при статическом состоянии /?, = рг В динамике следует предположить, что равенство рн = ру будет нарушаться, вызывая дополнительные силы в механизме. В работах С.А. Горшкова показано, что работа подобных пневмоповторителей в динамике значительно зависит от сечения канала управления . Чтобы проанализировать поведение механизма представим выражение (1) в форме:

(Р|-Ру) ~{ру-ръ) ^ - П = ; (2)

где Fptз - результирующая сила на мембране.

Преобразования приводят к следующей зависимости: р^ + А- В ру = С (3) где А и В константы, С - величина, пропорциональная результирующей силе на мембране. При С = О несбалансированных усилий на мембране нет. При С > О присутствует сила, направленная вверх, что вызывает резкий подъем тарелки мембраны и соответствующее увеличение сечения. Работа в таком режиме сопровождается существенным перерегулированием. При С < О аналогичная сила направлена вниз, и прижимает тарелку к седлу. Это означает кратковременное блокирование подачи газа при изменении режимов.

Соответственно, потребовалось провести поиск рациональных сечений и объемов полостей в ограничителе, при которых протекание процесса газоподачи на переходных режимах будет максимально близко к статическому. В предположении, что на систему воздействует стандартный единичный импульс, что в нашем случае аналогично скачкообразному увеличению расхода газа через форсунку, расход через нее можно записать следующим образом: (¡т,^ = • с//, а расход через управляющий жиклер: = ■ <И

Очевидно, что при резком изменении расхода газа через ограничитель наступает кратковременное падение давлений как после него р$, так и в камере управления ру . Причем падение управляющего давления протекает медленнее. Поскольку изменения давлений максимально значимы именно на первом отрезке времени, можно заменить реальную экспоненциальную зависимость падения давления на первом малом отрезке времени Л линейной зависимостью.

9

Рассмотрим при этом изменение величин давлений и сил в ограничителе, пользуясь стилизованным уравнением (3). Результаты отразим на графике (рисунок 4).

Слева на графике до ключевого момента Г0 представлено статическое состояние с двумя характерными уровнями давлений - редуктора р, и выходного рх. Они отличаются в соответствии с (3) на величину, определяемую усилием пружины П. От момента воздействия единичного импульса 1„ давления р, и Ру начинают линейно снижаться. Более информативной является линия эквидистантнаяр$ на величину коэффициента А.

Управляющее давление ру может снижаться с различным темпом, зависящим от объема надмембранной камеры ограничителя Уу и сечения канала . Эти вариации представлены тремя линиями ру, ру2, ру, отражающими разный темп изменения ру. Условно продлевая любую линию ру до абсолютного нуля можно определить точку, в которую придет вторая линия Вру. В зависимости от того, совпадет ли она с линией р„ + А, пройдет выше или ниже, будет зависеть величина параметра С, т.е. результирующей силы. В качестве оптимума следует рассматривать случай, где С = 0 и отсутствуют несбалансированные силы в механизме.

Для выбора конструктивных параметров ограничителя можно решить следующую систему уравнений. Определяющим является первый малый отрезок времени Л. Давление после ограничителя при прохождении единичного импульса снижается со скоростью -—р, в то время как падение управляющего давления для ^достижения желаемого уровня сил должно отставать, идти со скоростью -А (рисунок 4).

Введем коэффициент • За период времени Т, за который давление

условно упадет до нуля, справедливо следующее:

т л Л т >Р'-(Р'+А>4 ' „ -р-~-к (4)

Следует различать два типичных случая истечения газовой среды. При докритическом истечении расход зависит от соотношения далений до и после дросселяр2/р1. При закритическом - только от абсолютного давлениярх. Расход газа равен С = цс5'ср1 1

где при докритическом истечении XV =

к+Г

а при зактритическом: W = ,/к ■ I —— к '

2

_ Р^ 1Рг

г- ' 1 , д+и

Для сжиженных газов Я = 186 Дж/(кг К), холодный пуск будем рассматривать в рамках Правил №83 ЕЭК ООН, т.е. при температуре -7°С (266 К), коэффициент расхода примем ц=0,8. Тогда:

рт1 оТ

0,=Р,.р,.1Г-0.0376, ф5=

У2 У у

В развитие (4) можно записать:

ЛТ 1 1 ИТ

4Р, 0,0376 ] • л = ■ ар, или ф, = —■-у" ■ *

-о -Ж 0,0376=-!--

Уу у у {К + \)'У2 1

Поскольку параметр Сбудет различаться для истечения через форсунку с закритическим перепадом и через управляющий жиклер с докритическим, можно записать:

— •5 -УУГ =-?--5 -Ж, . или 5!у

Уу ' > (к+1).у2 - - у--(КТТйП^

Для конкретных исполнений ограничителя, рассматриваемых в данной работе, следует ожидать, что Жы, = 0,7, а Жу = 0,07. Тогда:

с с

=-2--10 (6)

V, (К + Х)-Уг

Таким образом, выявлены основные элементы, определяющие расходные характеристики представленной схемы. Требуемая настройка системы достигается выбором, прежде всего, коэффициента К - соотношения долей площади мембраны ограничителя - задающего основные коэффициенты А и В. Усилие пружины П задает желаемое снижение давления в рампе газовых форсунок исходя из степени обогащения, которую надо убрать на газе.

Из уравнения (6) можно выбрать сечение управляющего жиклера Бу и объем управляющей камеры Уу достаточные для того, чтобы в динамике

система находилась максимально близко к равновесию. В качестве критерия выступает сбалансированность сил на тарелке мембраны при резких скачках расхода, вызванных открытием газовых форсунок.

В третьей главе приведены методы экспериментального исследования рассматриваемой системы, представлены результаты предварительных экспериментов, направленных на приближение характеристик двигателя на газе к оптимальным. В двигатель были внесены стандартные изменения, организуемые при монтаже газового оборудования. Оценка качества смешения и равномерности распределения смеси по цилиндрам проводилась с разными точка-

Ые, кВт 12'

Рисунок 5 - Регулировочные характеристики по составу смеси при постоянном расходе газа и разных точках ввода:

1 - перпендикулярно потоку на 220 мм от клапана;

2 - перпендикулярно потоку на 310 мм от клапана;

3 - под углом к потоку на 180 мм от клапана.

ми ввода газа и с помощью разных распылителей во впускную трубу двигателя ВАЗ-21114. Наилучшим способом сравнения являются регулировочные характеристики по составу смеси, снятые при постоянном расходе газа. Одна из та-Ртр, кПа ких характеристик, снятая для трех вариантов ввода газа, представлена на рис. 5. Заметно некоторое различие в протекании характеристик, однако выявленные различия невелики.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований изготовленного макетного образца системы газоподачи, установленного в лаборатории кафедры «Энергетические установки и тепловые двигатели» НГТУ на стенд с двигателем ВАЗ 21114. Получен комплект регулировочных, нагрузочных и скоростных характеристик для двигателя, оборудованного корректором пуска, и оценены пусковые свойства.

Корректор пуска установлен на участке от газового редуктора до рампы газовых форсунок. В качестве величины для оценки времени прогрева целесообразно принять период до включения блоком управления регулирования по кислородному датчику Т-к. К этому моменту корректор пуска должен быть однозначно выключен. Учитывая экспоненциальную зависимость коэффициента избытка воздуха от времени прогрева, принимая предельно допустимое обеднение смеси с включенным корректором а=1,1, а максимальное обогащение а=0,7 (не допустить возможность образования в продуктах сгорания чистого углерода), можно назначить время включенного состояния корректора Т=0,6 Т\. Поэтому в схему ограничителя, представленного на рисунке 3, был добавлен

12

электромагнитный клапан и пневматический делитель. При выключенном электромагнитном клапане ограничитель давления приобретает свой классический вид. При активированном клапане состояние соответствует принятой концепции организации холодного пуска с пониженным уровнем давления после ограничителя.

После сборки всей системы была проведена калибровка газоподачи. При работе на бензине основной блок управления по сигналу кислородного датчика устанавливает для себя коэффициенты долговременной коррекции. Задача калибровки на газе заключалась в подборе таких передаточных коэффициентов в ЭБУ-ГАЗ, чтобы эти коэффициенты практически не изменялись.

Достаточно распространено мнение, что при работе на газе необходимо увеличивать угол опережения зажигания по сравнению с тем, который устанавливается штатной системой для бензина. Поэтому началом работы стало косвенное сравнение действительных скоростей сгорания и температур отработавших газов бензо- и газовоздушных смесей через определение оптимальных углов зажигания в условиях двигателя, конвертированного на питание СНГ. В качестве режимов выбраны полные нагрузки, как наиболее опасные в плане перегрева клапанов. Результаты для «=4000 мин"1 представлены на рисунке 6.

Видно, что и на бензине и на газе оптимальные углы опережения равны,

что доказывает примерное равенство скоростей сгорания этих двух топлив (аналогичное совпадение наблюдалось и для других режимов). Здесь же представлены температуры отработавших газов, которые монотонно уменьшаются с ростом

опережения зажигания. Рисунок 6 - Регулировочная характеристика по углу опережения зажигания. л=4000 мин"1, полная нагрузка, а=0,91. В целом проведенные сплошные линии - бензин, пунктирные - газ. эксперименты не ВЫЯВИЛИ никакой склонности газовоздушных смесей к замедленному сгоранию. Это дает возможность оставить углы опережения зажигания, заложенные в штатном ЭБУ, без изменений.

На рисунке 7 представлена внешняя скоростная характеристика после проведения всех калибровочных работ. Максимальный крутящий момент двигателя на бензине составил 134 Нм при п = 3500 мин"1. Максимальная мощность

13

Нм i 40

130 >20 НО Í00

СО %

с 2.0

I

.4 у/

!_ 771ч.

.у / / к.

f / / ■ л

jf ■ //

/ y ^ 'Ч

/

\ \ /' со t х Ж

„у"

>000

2000

Ne к8т 60

55

50

45

40

JS

30

20

3000 4ООО 5000 П»и»~!

Рисунок 7 - Внешняя скоростная характеристика

- 62 кВт при п = 5050 мин"1. При работе на СНГ достигнуто Ме тах = 128 Нм и Ne тах = 60,5 кВт примерно при тех же частотах вращения.

Для проверки пусковых качеств двигателя с экспериментальным корректором пуска текущие мгновенные значения параметров фиксировались электронным запоминающим осциллографом с последующей дешифровкой сигналов. Записывались импульсы, подаваемые блоком на бензиновые форсунки, сигнал с датчика давления и температуры газа.

Обработанная запись

процесса пуска на бензине при стартовой температуре -ТС представлена на рисунке 8. По горизонтальной оси отложены порядковые номера рабочих циклов двигателя. Запись была остановлена после того, как двигатель перешел на регулирование по кислородному датчику по завершении (в нашем случае) 980 циклов.

Кривая а закономерно поднимается, демонстрируя обеднение смеси по мере прогрева. Концентрация СО в отработавших газах по мере прогрева снижается, приближаясь к моменту перехода на регулирование по кислородному датчику к значению около 0,4%. Ломаный вид кривой отражает

только погрешности заме-150 300 450 600 750 900

ра газоанализатором и Рисунок 8 - Процесс пуска на бензине при -ГС сглажен линией тренда.

14

со,................................................................................................................................................r0t

% *а<

16

12

Ррвд /

.......... \ ................................................... 1 У ' " * '

............ :............:.............:...............v..............\ /г......

V

Пробные пуски на газе при температуре -7°С "были реализованы со стандартной газовой системой без корректора пуска. Результаты представлены на

рисунке 9 в зависимости £>р от Тх- Смесь существенно 2>5 переобогащена, что является следствием слепого копирования бензиновых 1.5 импульсов. По истечении времени всего 0,1 -Тх наблюдается неконтроли-°>5 руемое дополнительное обогащение. Здесь же 0,1 °>2 °>3 т>- представлена кривая из-

Рисунок 9 - Пуск на газе дискретный без корректора менения давления газа в

газовом редукторе рреа. Оно не остается постоянным, а начинает скачкообразно подниматься, и к концу испытания превышает исходное давление почти втрое. Объяснение кроется в дискретной работе газовых форсунок. Их циклическое открытие инициирует пульсирующий расход газа через систему. Холодный газовый редуктор не успевает справиться с испарением газа во время «бросков». К концу записи двигатель встал от переобогащения.

Дальнейший эксперимент был проведен с установленным корректором пуска. По истечении времени 0,6-7^ клапан управления корректором отключался. Запись холодного пуска представлена на рисунке 10.

Следует отметить, что пуск был удачным, сразу после пуска давление газа Ррсд понизилось, компенсируя избыточную для газа длительность импульсов. Коэффициент избытка воздуха изменяется подобно тому, что на бензине, но с бблыыим обеднением. Концентрация СО не превышала 4%. После выключения клапана управления корректора давление газа поднялось на стандартный уровень 120 кПа, смесь обогатилась до значений примерно а=0,8, концентрация СО поднялась. Однако к этому моменту двигатель успел прогреться до положительной температуры в системе охлаждения. Поскольку газовый редуктор был «отделен» от газовых форсунок корректором пуска, пульсации газа сглаживались. Это видно по более «гладкой» форме кривой давления газа.

После всех замеров было проведено сравнение площади под кривой СО за время Тл для пуска на бензине, и на газе с корректором. Эта площадь отражает интегральный (массовый) выброс окиси углерода за указанное время - Мсо-На бензине величина Мсо составила 5,4 г, на газе - 0,96 г., что в 5,6 раза мень-

ше. В пересчете на Европейский ездовой цикл (Испытание Тип VI) это соответствовало бы выбросам СО 6,7 г/км на бензине и 1,2 г/км на газе.

После стендовых испытаний корректор пуска был перенесен на автомобиль с установленной системой газоподачи четвертого поколения. Двигатель одного рабочего объема, что позволило не перестраивать корректор. Автомобиль выдерживался на улице в течение минимум 6 часов с последующим пуском на газе. Минимальная температура окружающего воздуха, при которой осуществлялся пуск и прогрев двигателя - минус 16°С.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В свете современных подходов снижения токсичности при конвертации искровых ДВС допустима только распределенная подача газа. Для организации холодного пуска двигателя непосредственно на газе разработан вариант, объединяющий в себе дискретное электронное управление на подавляющем большинстве режимов, и дополнительный модуль, выполняющий функцию корректора на режимах пуска и прогрева.

2. Параметрический анализ разработанной схемы газоподачи выявил основные факторы, обеспечивающие пуск: подача газа должна стать непрерывной на участке газового редуктора и проходить под пониженным давлением на газовых форсунках. Разработан двухкамерный корректор пуска, позволяющий простыми конструктивными решениями ограничить выходное давление газа. Определены конструктивные параметры редуцирующей системы, позволяющие видоизменять уровни выходных давлений.

3. Получены выходные характеристики ограничителя давления газа. Выявлены основные элементы корректора, определяющие расход. Наиболее весомым определено соотношение площадей долей мембраны ограничителя, которое должно быть близко к 4,5. Для обеспечения работы корректора при резких

16

Рисунок 10 - Пуск на газе с корректором пуска

скачках расхода, вызванных открытием форсунок, проведен расчет объема камеры управления и сечения управляющего жиклера. В рассмотренной схеме отношение площади жиклера к объему камеры управления должно быть в 1,82 раза больше отношения площади сечения применяемой газовой форсунки к объему трубопровода от корректора до блока форсунок.

4. Выполнены все предварительные калибровки системы газоподачи с установленным корректором и экспериментальное исследование макетного образца исследуемой системы газоподачи.

Сделано сравнение точек ввода газа во впускную трубу двигателя. Выявлено, что различия в поведении двигателя невелики, и при монтаже газового оборудования можно уделять внимание только технологической простоте.

Проведена косвенная оценка скоростей сгорания бензиновых и газовых смесей, которая показала минимальные различия. Установлено, что углы опережения зажигания при работе на газе могут быть оставлены без изменений.

Снят комплект нагрузочных характеристик. Параметры внешних скоростных характеристик хорошо согласуются с ожидаемыми, а именно, снижение мощности по сравнению с бензиновым вариантом примерно 4%.

5. Проведен комплекс экспериментов по холодному пуску двигателя при температуре -ТС с разными вариантами топливоподачи. Чисто дискретная подача газа через электромагнитные форсунки оказалась неудачной. В случае установки корректора пуска понижение давления вместе с непрерывностью расхода газа позволили осуществить холодный пуск при приемлемом уровне обогащения смеси без опасения за работоспособность газового редуктора. Суммарный выброс окиси углерода за время Т\ при пуске-прогреве на газе составил 0,96 г, что в 5,6 раза меньше аналогичного выброса на бензине.

После переноса корректора пуска на автомобиль с имеющимся газобаллонным оборудованием четвертого поколения были осуществлены пробные пуски при температуре воздуха до -16°С. Оптимальная длительность включения корректора пуска (в долях от времени перехода на регулирование по датчику кислорода) - О.б-Тл.

6. Результаты экспериментально-теоретических исследований используются для конструкторской проработки газовых систем при переоборудовании двигателей на газ в ООО «Арго» (г.Н.Новгород). Теоретические исследования внедрены в Центре безопасности дорожного движения и технической экспертизы (ЦБДЦТЭ, г. Н.Новгород) и ООО «Финанс-эксперт» (г. Н.Новгород) для проведения технической экспертизы газобаллонных автомобилей и выдачи заключений на переоборудованные транспортные средства, на кафедре «Энергетические установки и тепловые двигатели» в курсах «Системы ДВС», «Газовые двигатели» при подготовке инженеров по специальности 140501.

17

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Тихомиров, С.А. Оценка эффективности различных систем подачи газа автомобильных двигателей/ Скворцова М.А., Тихомиров С.А.// Транспорт на альтернативном топливе, 2012.-№3, С-20-22.

2. Тихомиров, С.А. Экспериментальное сравнение процессов сгорания бензиновых и газовых топлив в автомобильном двигателе / Транспорт на альтернативном топливе, 2013 - №3, С-48-51.

3. Тихомиров, С.А. Выбор оптимальных режимов работы искрового ДВС с мехатронной системой газораспределения / Тихомирова О.Б., Ушаков М.Ю. // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 5. С. 140.

Статьи, опубликованные в сборниках научных трудов

4. Тихомиров, С.А. Экспериментальная оценка оптимальных углов опережения зажигания газового двигателя. / Материалы международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки». Н.Новгород: НГТУ, 2010.

5. Тихомиров, С.А. Использование биотоплива в автомобильных двигателях / Материалы международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки». Н.Новгород: НГТУ, 2011.

6. Тихомиров, С.А. Развитие автомобильных систем подачи газа с электромагнитными форсунками / Материалы международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки». Н.Новгород: НГТУ, 2012.

7. Тихомиров, С.А. Организация холодного пуска на газе конвертированного бензинового двигателя / Материалы 79 международной научно-технической конференции «Безопасность транспортных средств в эксплуатации». Н.Новгород: НГТУ, 3-4 октября 2012.

8. Тихомиров, С.А. Направления экологического развития газовых двигателей /18 сессия молодых ученых. Н.Новгород, 2013.

Подписано к печати 31.03.14. Формат 60х84'/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч.-изд.л.1,0. Тираж 100 экз. Заказ 241.

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.Алексеева. Типография НГТУ, 603950, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

На правах рукописи

04201460246

ТИХОМИРОВ СТАНИСЛАВ АЛЕКСАНДРОВИЧ

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПУСКА И ПРОГРЕВА КОНВЕРТИРОВАННОГО АВТОМОБИЛЬНОГО ГАЗОВОГО ДВС С ДИСКРЕТНЫМ ДОЗИРОВАНИЕМ ТОПЛИВОПОДАЧИ

Специальность 05.04.02 - Тепловые двигатели

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель д.т.н., профессор В.Л. Химич

Нижний Новгород 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 9

1.1 Анализ существующих систем топливоподачи газовых двигателей 20

1.1.1 Системы газоподачи с эжекционным смесителем 22 1.1.1.1 Эжекционные системы с электронным управлением 25

1.1.2 Системы подачи газа под избыточным давлением 25

1.1.2.1 Системы непрерывной подачи газа 26

1.1.2.2 Дискретные системы подачи газа 29

1.2 Обоснование выбора объекта исследования и методика исследования 33

1.2.1 Двигатель как объект управления 33

1.2.2 Оценка потенциальных возможностей традиционных принципов дозирования и схема объекта исследования 36

1.2.3 Цели и задачи исследования 42

2 РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ И ИХ ИССЛЕДОВАНИЕ 43

2.1 Особенности работы дискретной системы газоподачи 43

2.2 Схема дискретной системы газоподачи с корректором пуска 46

2.3 Математическая модель течения газа 49

2.3.1 Выбор параметров пускового ограничителя давлений 53

2.3.2 Определение выходных характеристик ограничителя давлений

58

2.3.3 Анализ герметичности редуцирующей системы и расходные характеристики редуктора 67

2.4 Выводы 70

3 МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ 71

3.1 Общие методы исследования 71

3.2 Изыскания смесеобразующей части системы 72

3.3 Макетный образец системы газоподачи 77

3.4 Экспериментальная установка и методика исследования 82

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛНОРАЗМЕРНОГО

ДВИГАТЕЛЯ 88

4.1 Сравнительные характеристики на бензине и газе 88

4.2 Действительные нагрузочные и скоростные характеристики 94

4.3 Пусковые характеристики 99

4.4 Выводы 106

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 108

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 110

ПРИЛОЖЕНИЯ 120

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы.

Автомобильный транспорт относится к числу наиболее крупных потребителей энергетических ресурсов. На его долю приходится 73% потребляемого топлива, из которого две трети сжигается бензиновыми двигателями. Независимо от способа внешнего смесеобразования (карбюратор, центральный или распределенный впрыск бензина) существуют особые режимы работы двигателя, при которых образование топливовоздушной смеси затруднено.

Имеется в виду в первую очередь холодный пуск и прогрев, где ухудшение испарения топлива приводит к тому, что к моменту подачи искры испаряется лишь незначительная его часть, составляющая по разным оценкам от 3 до 10%. Поэтому для обеспечения надежного пуска бензинового двигателя необходимо обеспечить составы смеси а = 0,2...0,5. По мере прогрева двигателя вплоть до достижения им нормального температурного режима работы также требуется обеспечение обогащенных смесей, значительная часть которых не сгорает в цилиндре полностью и выбрасывается с ОГ в окружающую среду в виде окиси углерода и несгоревших углеводородов.

На современном этапе развития главными проблемами бензиновых ДВС остаются снижение токсичных выбросов с отработавшими газами и улучшение топливной экономичности. Режимы холодного пуска и прогрева в этом плане являются самыми неблагоприятными. При испытаниях по Европейскому ездовому циклу около 80% всех токсичных компонентов выбрасывается за первый километр пути - шестую часть по времени от общей длительности.

В этом свете объясним повышенный интерес к альтернативным видам топлива, как в нашей стране, так и за рубежом, где в большинстве разработаны национальные программы их реализации. Потенциальными заменителями нефтяного топлива чаще всего выступают спирты, эфиры, масла растительного

происхождения. Однако исторически наибольшее распространение в этом качестве получили сжиженный нефтяной (СНГ) и компримированный природный (КПГ) газ. Как моторное топливо, СНГ и КПГ превосходят жидкие нефтяные топлива, прежде всего в силу своего агрегатного состояния.

Признавая экологическую чистоту газовых топлив, для реализации их потенциальных преимуществ необходимо решить целый комплекс задач, которые в разной степени решены для бензиновых двигателей. Прежде всего, это относится к топливной аппаратуре газовых ДВС, которая остается вторичной по отношению к бензиновой. В результате закрепления за ними вспомогательной роли, газам не удается проявить свои свойства именно там, где преимущества очевиднее всего - при пуске и прогреве холодного двигателя. Несмотря на достаточно широкий спектр предлагаемых на рынке газовых систем, среди конструкций, заслуживающих внимания, нет вариантов организующих самостоятельный пуск на газе.

Однотопливные (моновалентные) газовые автомобили гарантируют и высокие энергетические показатели, и низкие выбросы в эксплуатации. В эпоху механических систем они осуществляли и холодный пуск в том числе. Сегодня под маркой однотопливного газового автомобиля выпускаются автомобили, имеющие небольшой бензиновый бак и бензиновую систему топливоподачи для пуска.

Но даже с дополнительной бензиновой системой моновалентных автомобилей выпускается действительно очень мало. Наиболее распространенным способом газификации транспорта в мире остается конвертация на газ серийного бензинового автомобиля. Такой перевод неизбежно связан с некоторым снижением эксплуатационных показателей двигателя на газе, однако позволяет реализовать весь комплекс экологических требований на прогретом двигателе: обеспечивает регулирование с обратной связью по кислородному датчику, имеет быстродействие достаточное для обработки переходных режимов. Организация пуска и прогрева двигателя здесь

полностью остается на бензине, притом, что количество холодных дней в нашей стране очень велико.

Поэтому проблемы организации дозирования, смесеобразования, распределения и воспламенения газовоздушной смеси на непрогретом двигателе сохраняют актуальность, особенно в свете экологических требований сегодняшнего дня. Соответственно разработка и исследование системы газоподачи, способной обеспечить пуск, прогрев и последующую работу автомобильного двигателя непосредственно на газе, актуально сегодня как никогда.

Цель работы.

Разработка и исследование системы коррекции дискретной газоподачи для организации холодного пуска и прогрева искровых двигателей, конвертированных на питание газовым топливом.

Объект исследований.

Двигатель ВАЗ-21114 с системой дискретной распределенной подачи газа, дополненной корректором пуска.

Общая методика исследований.

При проведении теоретических исследований использованы общие законы газовой динамики, аналитической механики, теория рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания. Экспериментальные исследования проводились на моторном стенде с двигателем ВАЗ-21114.

Научная новизна работы:

- обоснована необходимость организации для газовых двигателей на режимах холодного пуска и прогрева непрерывной подачи газа при сохранении в целом дискретного регулирования;

- разработан метод пусковой коррекции газоподачи для двигателей, конвертированных на газ с использованием алгоритмов, применяемых для бензина;

- аналитически определены выходные характеристики ограничителя давления, обеспечивающего соответствующую коррекцию при пуске;

разработан конструктивный комплекс системы газоподачи объединяющий элементы дискретного впрыска и непрерывной подачи газа, позволяющий обеспечить дозирование при пуске и прогреве, равно как и на других режимах.

Основные положения, выносимые на защиту:

в теоретической части - аналитическое исследование системы и элементов системы газоподачи;

в конструкторской части - конструкция аппаратов газоподачи для системы питания газовых двигателей;

в экспериментальной части - рабочие характеристики двигателя с экспериментальной системой газоподачи.

Достоверность результатов.

Проведенный комплекс экспериментальных исследований на полноразмерном двигателе подтверждает основные теоретические положения, взятые за основу разработанной системы подачи газа.

Практическая ценность работы:

создана конструкция системы газоподачи для конвертации автомобильных бензиновых двигателей, обеспечивающая без существенного усложнения конструкции управление расходом газа, в том числе и на пусковых режимах;

- предложена конструкция корректора пуска, встраиваемого в общую систему без искажения характеристик последней;

- разработан метод конструирования ограничителя давления с позиций достижения плавности переходов при его отключении.

Реализация работы. Результаты экспериментально-теоретических исследований используются для конструкторской проработки газовых систем при конвертировании двигателей на газ в ООО «Арго» (г.Н.Новгород). Теоретические исследования внедрены в Центре безопасности дорожного движения и технической экспертизы (ЦБДДТЭ, г. Н.Новгород) и ООО «Финанс-Эксперт» (г. Н.Новгород) для проведения технической экспертизы газобаллонных автомобилей и выдачи заключений на переоборудованные транспортные средства. На кафедре «Энергетические установки и тепловые двигатели» используются в курсах «Системы ДВС», «Газовые двигатели» при подготовке инженеров по специальности 140501.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались и были одобрены на:

- 79 международной научно-технической конференции «Безопасность транспортных средств в эксплуатации», Н.Новгород: НГТУ, 2012 г;

всероссийских научно-технической конференциях «Будущее технической науки», НГТУ Н.Новгород, 2010...2013 гг;

Публикации. Всего опубликовано 8 научных трудов, и по теме диссертации 7, среди них 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК. Общий объем опубликованного материала составляет 1,2 печ. л., из них принадлежащих автору диссертации 1,0 печ. л.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Диссертация содержит 120 страниц, 54 рисунка, список литературы из 111 наименований.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Из всех отраслей хозяйственной деятельности человека энергетика оказывает самое большое влияние на нашу жизнь. Тепло и свет в домах, транспортные потоки и работа промышленности — все это требует затрат энергии. Просчеты в этой области имеют самые серьезные последствия. При этом человечество крайне нерационально расходует имеющиеся в его распоряжении источники. Удовлетворение непрерывно возрастающих энергетических потребностей в мире осуществляется, прежде всего, за счет потребления нефти. Лишь отдельные государства, например, США, на уровне своих правительств рассматривают и геополитический императив - сокращение зависимости экономики от импортной нефти и замещение ее собственным природным газом.

В настоящее время кроме экономических аспектов использования сырьевых ресурсов все большее значение приобретает экологическая составляющая. Наиболее остро проблема проявляется в мегаполисах и крупных городах, где к промышленным выбросам добавляются выбросы автотранспорта. На сегодня в Российской Федерации в эксплуатации находится более 35 млн. автотранспортных средств, при этом их доля среди всех техногенных источников по выбросам загрязняющих веществ в атмосферу достигает 45%. Ситуация обостряется низкой средней скоростью движения транспорта в городах. В таких условиях автомобильные двигатели вынуждены работать в зоне самых малых нагрузок, где средний КПД не превышает 15%. [69]. На этом фоне закономерен рост числа гибридных автомобилей, способных накапливать часть энергии торможения, и обеспечивающих работу ДВС только в зоне высоких КПД.

Как бы экономичны не были гибридные автомобили, огромную роль в результирующем загрязнении играет топливо первичных двигателей внутреннего сгорания. В результате по многим направлениям ведутся поиски

видов и способов использования топлива, при сгорании которых образуются малотоксичные выбросы.

Одна из самых популярных тем - получение моторных топлив из возобновляемых источников энергии. Однако в публикациях прослеживается неоднозначная оценка реальных стоимости и возможностей альтернативных источников энергии, особенно связанных с биологическим воспроизводством. Использование спиртов, метилового и этилового, требует развитого специализированного производства. Использовать пищевые растительные продукты для производства биотоплив нецелесообразно из гуманных соображений, когда в мире недоедают более двух миллионов человек, а во-вторых, менее эффективно, чем из целлюлозы.

Постепенно ученые приходят к мнению, что нас не спасет и водородная энергетика. Затраты энергии для производства водорода многократно превышают таковые для обеспечения традиционного жидкого топлива. Экономически целесообразными признаны только способы получения водорода или метанола из органического топлива. Например, способом каталитической конверсии метана.

х 1 млн тонн в нефтяном эквиваленте

1,600

1 .200 800

400 0

1990 1995 2000 2005

Рисунок 1.1 Относительные доли топлива, используемого на транспорте [34]

В результате на транспорте в качестве топлива доминирует нефть в форме легких (бензин) или тяжелых (дизельное топливо) углеводородов. На третьем-четвертом месте газообразные топлива, являющиеся либо продуктом переработки той же нефти (сжиженный нефтяной газ СНГ), либо продуктом, добытым в недрах (компримированный природный газ КПГ). Биотоплива сегодня применяются только как добавки к основным топливам. К бензинам может быть добавлен спирт (этиловый или метиловый), к дизельным топливам добавляются масла растительного происхождения (рапс...).

В таблице 1 [111] приводятся результаты исследования наиболее распространенных автомобилей, работающих на четырех известных топливах. Токсичные компоненты распределены по группам воздействия — здоровье человека, влияние на экологию планеты, долгосрочное воздействие на климат.

Таблица 1. Сравнительные выбросы токсичных веществ от автомобилей, работающих на различных топливах____

- -——топливо компонент ~~ ——_____ бензин дизель СНГ КПГ

Здоровье

N0. ++ -- ++ ++

твердые частицы + - + ++

ПАУ + + ++ ++

1,3-бутадиен + ++ + ++

легкие альдегиды ++ + ++ ++

бензол+толуол+ксилол + ++ + ++

озонообразующие (смог) + ++ + +

фосфорорганика + - + +

Экология

фосфорорганика (смог) + - + +

закисление (кислотные дожди) + - + +

эвтрофикация (цветение водоемов) + - + +

Климат

глобальное потепление - + + ++

ЕС-ОС* ++ 0 ++ ++

* ЕС-ОС - разность количества выброшенного элементарного углерода (сажи) и органического углерода. Органический углерод способствует глобальному похолоданию, потому что он состоит из аэрозольных частиц, которые отражают солнечный свет обратно в космос.

Чем больше «плюсов» и меньше «минусов» в таблице, тем выше экологическое качество топлива в целом. Видно, что дизельные двигатели «...не смогут приблизиться к другим топливам, несмотря ни на какие темпы развития технологий». При этом в таблице есть результаты, полученные на газовых автомобилях, которые выглядят убедительно. Подтверждением тому могут стать независимые испытания легковых автомобилей, проводимые автомобильным клубом АйАС (рис. 1.2) [101].

NG

Традиционные бензиновые автомобили занимают нишу в интервале от 50 до 75 баллов (из максимальных 90), дизельные в среднем еще хуже. Лидером стал гибридный автомобиль, в котором соединены все известные технологии снижения выбросов - TOYOTA PR1US - 89 баллов. Но на наш взгляд интереснее участник «номер два», получивший 87 баллов. Это VOLVO V70 В ¡Fuel (CNG'), относительно большой серийный бензиновый автомобиль, конвертированный на питание природным газом.

О 1С 20 30 40 ЕС

Pollution Rating

Рисунок 1.2 Результаты экологического теста автомобилей ADAC'

Масштабное использование газовых топлив на автотранспорте начинается с сороковых годов прошлого века. Сегодня парк газобаллонных автомобилей в мире насчитывает в общей сложности около 15 миллионов машин, или 1,5 процента всего автопарка.

3,000,000

© Casey Research 2012

Рисунок 1.3 Рост парка газовых автомобилей 1999...2010 по странам мира

Горючие газы, применяемые в качестве топлива для транспортных газобаллонных установок, должны образовывать смеси с воздухом, имеющие большую теплотворность (для достижения высоких мощностей двигателей), иметь высокую теплоту сгорания (для повышения экономичности и запаса хода) при незначительном весе и габаритах баллонов. Для обеспечения последнего условия газы на борту автомобилей должны храниться с максимальной плотностью. Это достигается сжатием их до высоких давлений или переводом в жидкое состояние. Перевод в жидкое состояние возможен для любого газ�