Автомобили ЗИЛ-431610 предназначены для работы на сжатом газовом топливе и на бензине марки А-76. Бензиновая система питания имеет незначительные отличия от системы питания карбюраторного двигателя ЗИЛ-431410. Они заключаются в наличии электромагнитного клапана, установленного между топливным насосом и поплавковой камерой карбюратора, и устройств подвода газа на всех режимах.
Сжиженными называются газы, которые превращаются в жидкость при нормальной температуре и давлении до 1,6 МПа (16 кгс/см2).
Сжатыми называются газы, которые сохраняют газообразное состояние при обычных температурах окружающего воздуха и при сжатии их до любого высокого давления. Как правило, давление сжатия достигает 20 МПа (200 кгс/см2).
Сжиженные газы
В состав сжиженных, или жидких, газов, применяемых для автомобильных двигателей, входят бутан и пропан с добавлением бутилена, пропилена, этана и этилена. Величина давления сжиженного газа имеет важное практическое значение. С одной стороны, давление в баллоне желательно иметь низким, так как при этом можно применять более тонкостенные, а следовательно, и более легкие баллоны. С другой стороны, давление сжиженного газа в баллоне при любой температуре должно быть достаточным для обеспечения подачи топлива к двигателю и работы газовой аппаратуры.
Пропан (а также пропилен) обеспечивает удовлетворительную величину давления в баллоне при любых климатических условиях. Бутан в чистом виде пригоден лишь для районов с жарким климатом, так как при температуре воздуха ниже 0°C он уже не обеспечивает избыточного давления в баллоне. Этан применяется в сжиженных газах в виде незначительных примесей для повышения давления.
Основными производителями сжиженных газов являются:
- газолиновые заводы, вырабатывающие бензин из нефтяных газов; выход сжиженного газа составляет до 50% от производства бензина;
- крекинг-заводы, на которых сжиженные газы получают в качестве побочного продукта в количестве до 3% по весу от исходного сырья;
- заводы, вырабатывающие бензин из каменного угля; выход сжиженного газа доходит до 10...12% от веса основной продукции.
Основные требования, предъявляемые к сжиженным газам:
- соответствие их состава климатическим условиям;
- строго ограниченное содержание загрязняющих и вредных примесей.
При самых низких температурах воздуха давление в баллоне со сжиженным газом не должно быть ниже 0,2 МПа (2 кгс/см2), при самых высоких — не более 1,6 МПа (16 кгс/см2). Предельное содержание сернистых соединений составляет 0,15%. Газ не должен содержать воды, механических примесей, водорастворимых кислот, щелочей и смолистых веществ.
Сжатые газы
Такие газы разделяются на природные (естественные), нефтяные и канализационные.
Природные (естественные) газы добывают из буровых газовых скважин. Природные газы однородны по составу, в большинстве случаев не содержат загрязняющих и вредных примесей, обладают высокими антидетонационными свойствами и дешевы.
Нефтяные газы получают в качестве побочного продукта при добыче нефти, переработке нефти на нефтеперегонных и крекинговых заводах, а также при производстве бензина из нефтяного газа на газолиновых заводах. Нефтяные газы менее однородны по составу и более загрязнены примесями, чем природные газы. Их теплотворность выше теплотворности природных газов, так как они содержат больше тяжелых газов.
Канализационные газы выделяются при переработке сточных вод канализации на специальных станциях, имеющихся в крупных городах. Эти газы состоят главным образом из метана и углекислого газа. Выход канализационного газа со станции переработки сточных вод, обслуживающей население в 100000 чел., достигает 2500 м3 в сут, что заменяет 2000 л бензина.
Сравнение различных видов сжатого газа
Газы с большим содержанием метана и незначительным содержанием тяжелых углеводородов являются наилучшим видом топлива для автомобилей. Наоборот, газы, в которых преобладают водород и окись углерода, имеют низкую теплотворность и поэтому наименее пригодны для использования в качестве автомобильного топлива.
Сравнение сжиженных и сжатых газов
Как высококалорийные сжатые газы, так и сжиженные бутано-пропановые газы являются высококачественным топливом для автомобильных двигателей.
Однако сжиженные газы обладают существенными преимуществами перед сжатыми газами:
- значительно более низкое рабочее давление (до 1,6 МПа против 20 МПа), что позволяет применять более легкие и дешевые баллоны и газопроводы;
- возможность перевозки в железнодорожных и автомобильных цистернах на любые расстояния; перевозка сжатых газов практически не осуществляется;
- более дешевые и простые газозаправочные устройства, не требующие сложного оборудования; заправка баллонов сжатым газом возможна лишь на газонаполнительных станциях, снабженных компрессорами высокого давления;
- увеличенная дальность поездок и большая полезная грузоподъемность газобаллонных автомобилей, работающих на сжиженных газах.
Сжатые газы, в свою очередь, имеют преимущества перед сжиженными:
- это дешевый, часто малоиспользуемый вид местного топлива; сжиженные газы, наоборот, являются более дорогим продуктом, применяемым при производстве ряда ценных химических веществ, высокосортных бензинов, в бытовых целях и др.;
- источники природных и промышленных газов расположены в самых различных районах страны, что позволяет значительно сократить доставку жидкого топлива в эти регионы;
- станции заправки сжиженными газами менее распространены.
Для автомобильного транспорта целесообразно использование как сжиженных, так и сжатых газов, в зависимости от наличия местных источников газа и от возможности организации газоснабжения.
Преимущества газового топлива по сравнению с бензином
К числу преимуществ горючих газов перед бензином следует отнести:
- более легкое и полное перемешивание топлива с воздухом;
- более равномерное распределение топлива по отдельным цилиндрам двигателя;
- полное отсутствие разжижения картерного масла топливом и смывания масляной пленки со стенок цилиндров;
- уменьшение нагара на поршнях, клапанах и стенках камеры сгорания;
- меньшая ядовитость отработавших газов вследствие более полного сгорания топлива, чем при работе на бензине;
- значительное уменьшение износа деталей цилиндропоршневой группы двигателя;
- высокие антидетонационные свойства газообразного топлива и связанная с этим возможность значительно повысить степень сжатия в двигателе, что повышает мощность и снижает расход топлива.
Недостатки горючих газов как топлива для автомобильных двигателей
В качестве топлива для автомобильных двигателей горючие газы имеют следующие недостатки:
- усложнение и удорожание системы топливоподачи, так как газовые баллоны с их арматурой, газопроводы и газовая аппаратура сложнее по конструкции, дороже и тяжелее, чем бензобак, бензопроводы и бензонасос;
- снижение мощности при переводе бензинового двигателя на газ без всяких переделок. Это обусловлено более низкой теплопроводностью газовоздушной смеси по сравнению с бензиновоздушной смесью и ухудшением наполнения цилиндров двигателя вследствие более высокой температуры горючей смеси во впускном трубопроводе.
Температура горючей смеси при работе на газе на 15...20°C выше, чем при работе на бензине, так как на испарение бензина в карбюраторе и впускном трубопроводе затрачивается некоторое количество теплоты.
При одинаковом составе горючей смеси теплотворность газовоздушной смеси для всех видов газов, за исключением окиси углерода, ниже теплотворности бензиновоздушной смеси: для природного газа на 9%, для коксового газа на 10%, для сжиженных газов на 2...3%.
Подогрев впускного трубопровода, необходимый при работе на бензине, вреден при работе на всех видах газов, так как вызывает снижение мощности на 4...6%.
Общее снижение мощности двигателя при переводе его с бензина на газ без переделок составляет: для сжиженных газов 5...9%, для сжатых газов 13...21%.
Снижение мощности двигателей, а также их топливной экономичности при работе на газе может быть полностью устранено, если повысить степень сжатия, отделить впускной трубопровод от выпускного, установить специальный газовый смеситель. Введение этих изменений позволяет не только сохранить мощность и экономичность двигателя при его работе на газе, но и значительно повысить их.