Основными требованиями, предъявляемыми к качеству топлив для газобаллонных автомобилей, являются следующие:
хорошая смешиваемость с воздухом для образования однородной горючей смеси;
высокая калорийность образуемой горючей смеси;
отсутствие детонации при сгорании в цилиндрах двигателя;
минимальное содержание смолистых веществ и механических примесей;
минимальное содержание веществ, вызывающих коррозию поверхностей деталей, окисление и разжижение масла в картере двигателя;
минимальное образование токсичных и канцерогенных веществ в продуктах сгорания;
способность сохранять состав и свойства во времени и объеме;
невысокая цена производства и транспортировки.
Различают сжатые и сжиженные горючие газы.
Сжиженные газы
Основными компонентами сжиженных газов (современного топлива для двигателей) являются пропан С3Н8, бутан С4Н10 и их смеси. Получают эти углеводороды из газов, сопутствующих нефти, при бурении скважин и из газообразных фракций, образующихся при различных видах переработки нефтепродуктов и каменного угля.
Критические температуры пропана (97 °С) и бутана (126°С) значительно выше обычных температур окружающей среды, поэтому эти углеводороды при небольшом давлении (без охлаждения) переходят в жидкое состояние. При 20 ˚С пропан сжижается под давлением 0,716 МПа, а бутан — под давлением 0,103 МПа, т. е. газобаллонные установки для производства сжиженного газа являются установками среднего давления.
Хранят сжиженные газы в баллонах емкостью 250 л (162...225 л газа обеспечивают запас хода автомобиля до 500 км), рассчитанных на рабочее давление 1,6 МПа. В таких условиях даже чистый пропан находится в жидком виде, что позволяет эксплуатировать автомобили на сжиженных нефтяных газах (СНГ) круглогодично (кроме южных районов в летнее время, где температура выше 48,5 °С).
На рис. 4.1 приведена схема автомобильного баллона для сжиженного газа.
|
Октановое число пропана 105, а нормального бутана и изобутана 94. Плотность сжиженных газов составляет 510... 580 кг/м3, т.е. они почти в два раза легче воды. Вязкость газов очень мала, что облегчает транспортирование их по трубопроводам. Коэффициент объемного расширения СНГ очень велик, т. е. при повышении наружной температуры они значительно расширяются, поэтому при заполнении резервуаров необходимо оставлять свободное пространство (примерно 15 % емкости). В нормальном состоянии СНГ неядовиты и не имеют запаха.
Рис. 4.1. Схема автомобильного баллона для сжиженного газа
1 — предохранительный клапан, 2 — указатель уровня жидкой фазы, 3 — наполнительный клапан, 4 — паровая фаза, 5 — расходный вентиль для паровой фазы, 6 — расходный вентиль для жидкой фазы, 7 — стенка баллона, 8 — спускная пробка, 9 — жидкая фаза
СНГ вдвое дешевле бензина и при этом обеспечивают до 10...20% экономии энергии, т.е для автомобиля, расходующего на 100 км пробега 15л высокооктанового бензина, достаточно 13 л СНГ, а для автомобиля с расходом 11л бензина на 100 км достаточно 9,8 л СНГ.
На рис. 4.2 приведена принципиальная схема подачи СНГ.
Применение СНГ можно рассматривать как первоначальный этап перехода промышленности и транспорта в будущем на водородную энергетику, так как технология их производства, хранения и распределения во многом идентична.
Установлено, что при переходе транспортных дизелей на сжиженный газ самым рациональным является непосредственное впрыскивание в цилиндр двигателя топливной смеси, состоящей из сжиженного газа (пропан-бутана), дизельного топлива и присадки, интенсифицирующей процесс горения. Этот способ требует менее сложной переделки топливоподающей аппаратуры и позволяет обеспечивать регулирование двигателя. Введенное в состав бутанпропановой смеси некоторое количество обычного дизельного топлива улучшает ее самовоспламеняемость и одновременно смазывает трущиеся детали топливной аппаратуры.
Пропан и бутан являются ценным сырьем для химической промышленности, что ограничивает перспективы их широкого применения на автомобильном транспорте.
ГОСТ 27578 — 87 «Газы углеводородные сжиженные для автомобильного транспорта» устанавливает следующие марки СНГ: ПА — пропан автомобильный для применения в зимний период при температуре от —20° до —30 °С; ПБА — пропан-бутан автомобильный для применения при температуре не ниже —20 °С (табл. 4.1).
Рис 4.2. Принципиальная схема системы подачи сжиженного газа
1 — топливный баллон, 2 — магистральный вентиль, 3 — испаритель, 4 — фильтр, 5 — двухступенчатый редуктор, б — дозатор газа, 7 — карбюратор-смеситель, 8 — манометры
Таблица 4.1. Физико-химические показатели углеводородных сжиженных газов
|
