Оптимизация структуры потребле­ния нефтяного жидкого топлива автомобильным транспортом составля­ет одну из важнейших экономических задач. Не менее остро стоит и пробле­ма загрязнения окружающей среды вредными выбросами двигателей авто­мобилей. Решению этих вопросов спо­собствует более широкое применение на автомобильном транспорте газобал­лонных автомобилей, работающих на природном газе.

В настоящее время использование газовых двигателей достаточно огра­ниченно. При малых масштабах произ­водства экономически оправдано не создание оригинальных конструкций, а конвертация жидкотопливных дви­гателей в газовые с обеспечением их максимальной унификации с базовыми. Ранее проводилось переоборудование карбюраторных двигателей в газовые.

В странах СНГ сегодня эксплуатиру­ется определенное количество автомо­билей, работающих на природном газе, создана сеть автомобильных газозапра­вочных станций. Автомобильные заво­ды России (ЗИЛ, ГАЗ, ПАЗ, ЛАЗ) в конце 90-х гг. прошлого века значительно со­кратили выпуск грузовых автомобилей и автобусов с карбюраторными двига­телями, перейдя на производство авто­мобилей с дизельными двигателями. В связи с этим со временем количество га­зобаллонных автомобилей будетумень-шаться, что приведет к недозагрузке сети автомобильных газозаправочных станций. Кроме того, при переобору­довании карбюраторных двигателей в газовые для работы на природном газе потеря мощности достаточно существенная -до  25%.

Поэтому наиболее рационально использовать газовые двигатели с высокой степенью сжатия, соответствующей октановому числу природного газа, например, созданные на основе дизелей.

Идея переоборудования дизель­ного двигателя в газовый с искровым зажиганием возникла совсем недавно. Сейчас над этим вопросом работают во многих странах мира: США, Канаде, Японии, Западной Европе, России [1-3], но результаты последних исследова­ний достаточно противоречивы. Кроме того, до недавнего времени отсутство­вала целостная технология переобору­дования дизелей в газовые двигатели с искровым зажиганием, производилось переоборудование только отдельных марок двигателей автомобилей.

В Луцком государственном техни­ческом университете (ЛГТУ) разработа­на такая технология. На Всеукраинском конкурсе инновационных технологий в декабре 2006 г. она была высоко оцене­на. При ее разработке учитывался опыт как зарубежных, так и отечественных научных школ. Данная технология поз­воляет получить приемлемые техни­ческие показатели двигателя при уме­ренных затратах на переоборудование. С помощью разработанной технологии можно переоборудовать любой дизель в газовый двигатель, независимо от ко­личества и размещения его цилиндров, а также прочих конструктивных осо­бенностей.

Переоборудование [4, 5] включает в себя демонтаж дизельной системы питания, доработку поршней с целью уменьшения степени сжатия и обес-1 печения нормального протекания ра­бочего процесса за циклом Отто, уста­новление искровой системы зажигания и   дополнительного   газового   обору­дования для хранения и подачи газа в цилиндры двигателя, замену привода управления регулятором частоты вра­щения KB дизеля на привод управления дроссельной заслонкой газовоздушно-1 го смесителя. Проводятся также про­верка газовой системы питания на гер­метичность, необходимые регулировки систем питания и зажигания, которые включают  регулировку состава  газо­воздушной смеси и выставление опти­мального установочного угла опереже­ния зажигания, испытание автомобиля при работе двигателя на малых оборо­тах холостого хода и проверка пробе­гом. При этом необходимо выполнять требования действующих в настоящее время  нормативно-технических доку­ментов, которые регламентируют пере­оборудование автомобилей для работы на компримированном природном газе (КПГ).

Предусматривается также необра­тимое переоборудование, поскольку у газового топлива преимуществ намно­го больше, чем у дизельного, поэтому потребности в обратном переоборудо­вании не будет. Хотя в случае необхо­димости обратное переоборудование возможно. Последующая эксплуатация автомобиля с газовым двигателем, пе­реоборудованным из дизеля, прово­дится соответственно рекомендациям инструкции по эксплуатации газобал­лонного автомобиля.

Для переоборудования дизелей в газовые двигатели применяются сле­дующие комплектующие элементы серийного газового оборудования газобаллонных автомобилей: газовоз­душные смесители, газовые редукторы низкого и высокого давления, электро­магнитные клапаны, газовые баллоны с вентилями и трубопроводами.

Характеристики газовоздушного смесителя и газового редуктора низкого давления (прежде всего, диаметры дозировочных отверстий дозирующего экономайзер-ного устройства) должны быть согласо­ваны с расходными характеристиками двигателя.

Газовый двигатель может быть обо­рудован как обычной электронной сис­темой зажигания с высоковольтным распределителем, так и микропроцес­сорной системой зажигания с инди­видуальными катушками для каждого цилиндра. Лучшим, конечно, является второй вариант, поскольку в этом слу­чае отпадает необходимость установ­ления распределителя зажигания. Для каждой марки двигателя необходимо определять и устанавливать оптималь­ный угол опережения зажигания.

Разработанная технология охваты­вает переоборудование как новых ди­зелей, так и тех, которые были в эксплу­атации. Что касается переоборудования новых дизелей, то для его удешевления предлагается поставка двигателей на автосборочное производство без ди­зельной топливной аппаратуры и уста­новка газовой аппаратуры и системы зажигания непосредственно на заводе. Единственным отличием газовой мо­дификации двигателя от дизеля, кроме отличия в системе питания, является изменение формы днища поршня. В современных дизелях конструктивно применяются преимущественно каме­ры сгорания в днище поршня, поэтому в двигателях с искровым зажиганием и внешним смесеобразованием.               

На рис. 2 показаны камеры сгорания двигателя Д-240. Переоборудование производилось за счет установки недо­рогого серийного оборудования произ­водства стран СНГ. Выбранный подход позволил минимизировать финансовые расходы на переоборудование.

В переоборудованном газовом дви­гателе необходимо было обеспечить ограничение максимальной частоты вращения KB двигателя. Номинальная частота вращения KB этого двигателя должна быть такою же, как и у дизеля, во избежание возрастания инерцион­ных сил. Эта частота вращения KB до­статочно низкая для двигателя с искро­вым зажиганием, поэтому при резком снятии нагрузки он может значительно ее превысить. Для ограничения макси­мальных значений частоты вращения KB двигателя на нем был установлен газовый смеситель с исполнительным механизмом ограничителя частоты вра­щения центробежно-вакуумного типа. Датчик ограничителя установлен на двигателе в приводе счетчика моточа­сов и отрегулирован на срабатывание при превышении номинальной часто­ты вращения KB двигателя изменением жесткости пружины клапана.

                                        

Важным   преимуществом   газовых двигателей,  работающих на КПГ, яв- I ляются малые выбросы в атмосферу двуокиси углерода, которая вызывает образование парникового эффекта на Земле. Это объясняется тем, что в при- I родном газе содержится меньше угле­рода, чем в нефтяных топливах.

Поскольку газовый двигатель вы­брасывает меньше вредных веществ I с отработавшими газами, совсем не выбрасывает сажу и имеет малую шум-ность, целесообразной будет установ­ка газовых двигателей вместо дизелей на городских автобусах, что позволит значительно улучшить экологичес­кую обстановку в больших городах. В частности, конвертация дизелей оте­чественного производства в газовые двигатели даст возможность выйти на уровень требований по токсичности отработавших газов «Евро-2», а в перс­пективе - и на «Евро-3». В подтвержде­ние этого нужно сказать, что сейчас в Европе на КПГ эксплуатируются более 2500 городских автобусов только марки «MAN Lions Siti» с газовыми двигателя­ми серии D2866, созданными на основе дизелей. Также на базе дизеля разрабо­тан и эксплуатируется газовый автобус «Скания Omni Link».

Чтобы на городском автобусе не произошло уменьшения пассажи-ровместимости, возможна установка меньшего количества газовых балло­нов. С этой же целью целесообразно применять дозаправку газом на ко­нечных остановках от городской газот­ранспортной сети или от передвижных автогазозаправщиков.

Проведенные в университете иссле­дования выявили некоторые особен­ности протекания рабочего процесса газового двигателя. В частности, следу­ет отметить, что газовоздушная смесь имеет худшую воспламеняемость в сравнении с бензовоздушной смесью. Поэтому для компенсации более низ­кой воспламеняемости газовоздушной смеси нужно применять системы зажи­гания высокой энергии и более совер­шенные свечи зажигания.

Перевод даже части автомобилей с дизельными двигателями на питание КПГ даст значительный экономический эффект в масштабах государства. При переводе на КПГ затраты на топливно-смазочные   материалы   уменьшаются более чем в два раза.

       

Стоимость пере­оборудования автомобиля ГАЗ-ЗЗО9 с дизелем в газобаллонный автомобиль составляет около 2000 долл. США. Расчеты показывают, что срок окупае­мости инвестиций составляет от 9 до 12 мес. В дальнейшем владелец такого автомобиля будет получать прибыль 5000 долл. США в год при годовом про­беге автомобиля 60 тыс. км за счет ис­пользования более дешевого топлива. Кроме того, нельзя забывать об эко­логическом эффекте от уменьшения загрязнения окружающей среды вред­ными выбросами двигателей.

Применение газовых двигателей, переоборудованных из дизелей, на тракторах и другой сельхозтехнике позволит снизить себестоимость сель­скохозяйственной продукции. Для этого необходимо так разместить на тракторе газовые баллоны, чтобы не произошло ухудшения его агротех­нических показателей. В частности, размещение баллонов возможно на задней полураме (для Т-150К и К-700А) или на крыше кабины (для других тракторов). 

          

Колесные  тракторы,  переоборудованные в газобаллонные по разработанной технологии, можно использовать на транспортных рабо­тах. Для применения их на полевых работах необходимо обеспечить все-режимное регулирование частоты вращения KB двигателя. Для обеспече­ния машинно-тракторного парка КПГ могут быть использованы различные типы передвижных газозаправщиков или   стационарные   газозаправщики, подключаемые к газовым сетям низкого давления.