Газообразные топлива

На рисунке  3 приведена принципиальная схема системы подачи сжатого газа.

5 Сжиженные природные газы

     Сжиженные природные газы (СПГ) имеют такое же происхождение и состав, как и компримированные природные газы. Они получаются охлаждением метана до минус 162 °C. Хранятся в теплоизолированных емкостях.

     Независимо  от качества теплоизоляции газосодержащих емкостей (сосуды Дюара), температура  в них повышается, а следовательно, этот способ содержания газового топлива  может быть использован при интенсивной  эксплуатации транспортного средства и его безгаражном хранении, так  как периодически требуется сброс  давления, т. е. выпуск порции газа.

     При переводе автотранспорта на СПГ его  низкую температуру возможно использовать для компенсации потерь мощности или кондиционирования воздуха  в салоне автомобиля.

       Переоборудование автомобиля для работы на СПГ заключается в установке специальной криогенной емкости, небольшого испарителя, использующего тепло выпускных газов, и монтаже газовой топливной аппаратуры, которая аналогична применяемой на газобаллонных автомобилях при работе на КПГ. Затраты на получение СПГ в 2–3 раза больше, чем на получение КПГ. Поэтому сжиженный природный газ целесообразно применять на автомобилях-рефрижераторах, где он может выполнять дополнительные функции хладагента для холодильников и кондиционеров.

6 Водород как моторное  топливо

     Одним из серьезных вопросов в применении водорода в качестве моторного топлива  является выбор способа его хранения на борту автотранспортного средства. Водород – самый легкий среди  химических элементов, поэтому в  заданном объеме его помещается значительно  меньше, чем других видов топлива.

     Так, при комнатной температуре и  нормальном атмосферном давлении водород  занимает примерно в 3 тыс. раз больший  объем, чем бензин с равным количеством  энергии. Поэтому для того, чтобы  заправить машину достаточным количеством  топлива, необходимо либо нагнетать  водород под высоким давлением, либо использовать его в виде криогенной жидкости, либо же оборудовать автомобили сложнейшими топливными системами.

     Обеспечение автозаправочных станций сжатым водородом и заполнение баллонов, находящихся в автомобиле, технически больших проблем не представляет. Современные материалы гарантируют  высокую надежность таких сосудов. Однако увеличивается вес автомобиля и уменьшается полезное пространство, т. к. баллон с одним кг сжатого  при 70 МПа водорода занимает в 7,5 раза больше места, чем энергетически  эквивалентное количество бензина.

     В сжиженном виде водород занимает значительно меньше места, хотя для  этого его необходимо охладить всего  до двух десятков градусов выше абсолютного  нуля. Однако развитие криогенных технологий и успехи, достигнутые в сфере  использования сверхнизких температур, уже сегодня позволяют без особого ущерба полезному пространству автомобиля хранить на его борту запас жидкого водорода, достаточный для пробега 500 км и более.

     Достоинством  данной системы хранения является наименьшая масса и высокая объемная концентрация водорода; жидкий водород эквивалентен газообразному топливу, сжатому  до 170 МПа. Поэтому если к системе  хранения водорода предъявляются ограничения  по массе и по объему, что характерно для транспортных средств, то преимущество имеет криогенная система хранения.

     Жидкий  водород, производство которого растет в мире ежегодно на 5%, является важным элементом инфраструктуры снабжения  потребителей водородом. В США производственные мощности позволяют в год получать до 120 тысяч тонн жидкого водорода, из которых 15% расходуется на РКТ, остальное  используется в химической промышленности (37%), металлургии (21%), электронике (16%), стекольной промышленности (4%).

     Одним из способов связанного хранения водорода являются гидриды. Однако лучшие из известных  сегодня гидридов – железотитановые  и никель-магниевые – уступают по объемным и весовым параметрам криогенному способу хранения водорода.  Проводятся разработки в области  систем хранения водорода с использованием углеродных нанотрубок, но все имеющиеся  на сегодняшний день конструкции  обладают рядом серьезных недостатков, которые не позволяют широко использовать на транспортных средствах.

     Ввиду вышесказанного, очевидно, что в  настоящее время криогенная система  хранения водорода на борту транспортного  средства благодаря своим массовым и объемным характеристикам, а также  уровню безопасности более предпочтительна  по сравнению с гидридной и  системой хранения водорода в сжатом виде.

     Именно  по этому пути идут практически все  автомобилестроительные фирмы. Так, при  проектировании силовой установки  для модели «Ford U» инженеры компании «Ford» за основу взяли четырехцилиндровый двигатель объемом 2,3, хорошо известный  по «Ford Ranger» и «Mondeo». Семи килограммов  водорода, хранящихся в двух криогенных емкостях, расположенных под задними  сиденьями автомобиля, хватает на 500 км пробега. Багажное отделение не пострадало, а 118 л. с. мощности, которую  развивает двигатель, достаточно «Ford U» на все случаи жизни.

     В начале 2004 года два крупнейших автопроизводителя  – «General Motors Corp» и «BMW Group» –  объявили о намерении приступить к совместной разработке оборудования, предназначенного для заправки автомобилей  жидким водородом. О масштабах задачи говорит такая цифра: в одной  только Германии планируется построить  до 10 тыс. криогенных водородных заправочных  станций.

7 Требования к качеству газообразных топлив

     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.

8 Автомобили, работающие на сжатом природном газе

     В нашей стране для работы на сжатом газе предназначены следующие автомобили: грузовые ЗИЛ-138А, ГАЗ-52-27, ГАЗ-52-28, ГАЗ-53-27, КамАЗ-53208, КамАЗ-55118; автобус ЛАЗ-695НГ и легковой ГАЗ-24-27.

     Характеристики  автомобилей, работающих на сжатом природном  газе, приведены в таблице 3

     Установка газовой аппаратуры повышает затраты  на изготовление автомобилей на 20...26 %, также газ предъявляет очень  высокие требования к обеспечению  пожаро- и взрывобезопасности.

     Использование автомобильного транспорта на газообразном топливе требует создания в стране разветвленной сети газозаправочных  станций, поэтому было намечено построить  непосредственно в автохозяйствах несколько сотен малогабаритных контейнерных станций производительностью 75 заправок в сутки.

     Интерес к использованию природного газа на транспорте за рубежом резко возрос в период мирового энергетического  кризиса. Программы замены традиционного  моторного топлива природным  и нефтяным газами реализуются в  США, Италии, Франции, Австралии, Бразилии, Аргентине и других странах.

     В последние годы в ряде стран возобновился интерес к газогенераторным автомобилям, двигатель которых работает на продуктах  газификации твердого топлива, получаемых в специальном устройстве — газогенераторе. 

Таблица 3 Характеристики основных моделей автомобилей, работающих на cжатом природном газе

     При газификации твердого топлива получают оксид углерода, являющийся основным топливным газом. Кроме того, в  продуктах газификации содержатся водород, метан и другие горючие  газы.

     Следует отметить, что в результате применения генераторного газа, получаемого  из различных видов твердого топлива, даже при повышении степени сжатия мощность двигателя снижается нг 15...30 % по сравнению с работой его  на бензине.

     В нашей стране серийно выпускались  газогенераторные автомобили ГАЗ-42 и  ЗИС-21, имевшие массу снаряженной  газогенераторной установки соответственно 360 и 600 кг.

     При всех недостатках газогенераторных автомобилей — сложность эксплуатации, снижение мощности двигателя и грузоподъемности, они обладают одним бесспорным преимуществом  — возможностью работы на доступном  и дешевом твердом топливе. 

9 Автомобили, работающие на сжиженном нефтяном газе

     В нашей стране для работы на сжиженном  газе предназначены следующие автомобили: легковой ГАЗ-24-07; грузовые ЗИЛ-138 и ГАЗ-53-07; автобусы ГАЗ-52-07, ЛиАЗ-677г и ЛАЗ-695П.

     Характеристики  основных моделей автомобилей, предназначенных  для работы на сжиженных газах, приведены  в таблица 4.

     Все газобаллонные автомобили имеют  резервную систему питания на случай отсутствия газа. При этом, ввиду  увеличения степени сжатия двигателей газобаллонных модификаций грузовых автомобилей и автобусов (на 1...2 единицы) их работа на товарном бензине А-76 допускается  лишь в экстренных случаях при  движении с пониженными скоростями (или уменьшенной нагрузкой) на небольшие  расстояния. Запас хода, грузоподъемность, топливная экономичность и тягово-скоростные качества газобаллонных автомобилей  находятся на уровне бензиновых моделей  или отличаются от них незначительно.

     Вместе  с тем опыт эксплуатации газобаллонных  автомобилей показал ряд их преимуществ. Благодаря отсутствию жидкой фазы в топливовоздушной смеси лучше обеспечивается равномерность ее распределения по цилиндрам двигателя, исключается смывание смазки с их зеркала, а загрязнение масла и нагарообразование значительно снижаются. В результате ресурс работы двигателя, его межремонтный пробег возрастают в 1,4...2 раза, а периодичность смены моторного масла в 2...2,5 раза. 
 
 
 

Таблица 4

     Однако  из-за большей сложности газобаллонной  системы питания трудоемкость ее технического обслуживания и ремонта  возрастает на 3... 5 %. Кроме того, из-за худших пусковых свойств сжиженных  газов надежный пуск холодного двигателя  возможен только при температуре  наружного воздуха до — 5...— 7"С. При более низких температурах требуется  его тепловая подготовка, т. е. подогрев с помощью газовых инфракрасных излучателей, горячего воздуха и  др. Допускается также запуск двигателя  на резервном бензине.

     Эксплуатирующиеся в нашей стране газобаллонные  автотранспортные средства имеют меньшую  грузоподъемность, большую теплонапряженность деталей двигателя, а также более  высокие отпускную стоимость  и трудоемкость обслуживания по сравнению  с базовыми автомобилями.

     Эффективность применения газового топлива в карбюраторных  и дизельных двигателях может  быть повышена за счет использова­ния композитных топливных систем питания (таблица 5), т.е. рассчитанных на жидкое углеродное топливо и природный или сжиженный нефтяной газ. 

Таблица 5 Технические характеристики (в %) двигателя автомобиля ВАЗ, работающего на газовой и бензогазовой топливной смеси

10 Заключение

     В заключении можно отметить, что использование  газообразных топлив на автотранспорте целесообразней, чем использование жидких топлив, так как они более экологичны и природосберегающи. Также, преимуществом является то, что запасы газообразных видов топлив, на данный момент,  гараздо больше, чем других видов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованных источников

1. «Газобаллонные автомобили», А. И. Морев, В. Н. Ерохов, Б. А. Бекетов и др. – М.: «Транспорт», 1992.
2. «Автомобильные газовые топливные системы», Владимир Золотницкий. – М.: «Астрель», 1999.
3. П. Ревель, Ч. Ревель ''Среда нашего обитания. Энергетические проблемы человечества'', в 4-х книгах, книга 3-я; Москва, изд-во ''МИР'', 1995 год.
4. http://ru.wikipedia.org/ Водородный_транспорт [электронный ресурс]