La relación de compresión para el motor de combustión interna de gas. Problemas modernos de la ciencia y la educación. Relaciones de compresión geométricas y reales

Un motor diésel que funcione exclusivamente con metano ahorrará hasta 60% de la cantidad de costos convencionales y, por supuesto, reducir significativamente la contaminación ambiental.

Podemos convertir virtualmente cualquier motor diesel para usar metano como combustible para motores de gas.

¡No esperes mañana, comienza a ahorrar hoy!

¿Cómo puede funcionar un motor diésel con metano?

Un motor diésel es un motor en el que el encendido del combustible se realiza mediante calentamiento por compresión. Un motor diesel estándar no puede funcionar con gas natural porque el metano tiene un punto de inflamación significativamente más alto que el combustible diesel (DF - 300-330 C, metano - 650 C) que no se puede lograr con las relaciones de compresión utilizadas en los motores diesel.

La segunda razón por la que un motor diésel no puede funcionar con combustible gaseoso es el fenómeno de la detonación, es decir, no estándar (combustión explosiva de combustible, que ocurre con una relación de compresión excesiva. Para motores diesel la relación de compresión de la mezcla de combustible y aire es de 14 a 22 veces, un motor de metano puede tener una relación de compresión de hasta 12 a 16 veces.

Por lo tanto, para transferir un motor diésel al modo de motor de gas, se deben hacer dos cosas principales:

• Reducir la compresión del motor

• Instalar sistema de encendido por chispa

Después de estas modificaciones, su motor funcionará solo con metano. Solo es posible volver al modo diésel después de realizar un trabajo especial.

Para obtener más información sobre la esencia del trabajo realizado, consulte la sección "Cómo es exactamente la conversión de diesel a metano"

¿Qué ahorro puedo conseguir?

El monto de sus ahorros se calcula como la diferencia entre el costo por 100 km de recorrido del combustible diesel antes de la conversión del motor y el costo de la compra de combustible de gas.

por ejemplo, para camión Freigtleiner Cascadia consumo medio el combustible diesel era de 35 litros cada 100 km, y después de la conversión para trabajar con metano, el consumo de combustible de gas era de 42 Nm3. metano. Luego, con el costo del combustible diesel en 31 rublos 100 km. el kilometraje costaba inicialmente 1.085 rublos, y después de la conversión, con el costo del metano de 11 rublos por metro cúbico normal (nm3), 100 km de recorrido comenzaron a costar 462 rublos.

El ahorro ascendió a 623 rublos por 100 kilómetros o 57%. Teniendo en cuenta el kilometraje anual de 100 000 km, el ahorro anual ascendió a 623 000 rublos. El costo de instalar propano en este automóvil fue de 600,000 rublos. Así, el periodo de recuperación del sistema fue de aproximadamente 11 meses.

Además, una ventaja adicional del metano como combustible para motores a gas es que es extremadamente difícil de robar y prácticamente imposible de “drenar”, ya que en condiciones normales es un gas. Por las mismas razones, no es posible venderlo.

El consumo de metano después de la conversión de un motor diesel a un modo de motor de gas puede variar de 1,05 a 1,25 Nm3 de metano por litro de consumo de combustible diesel (dependiendo del diseño del motor diesel, su desgaste, etc.).

Puede leer ejemplos de nuestra experiencia sobre el consumo de metano por motores diesel convertidos por nosotros.

Puede obtener ahorros específicos para su automóvil completando una solicitud de conversión haciendo clic en el botón rojo al final de esta página.

¿Dónde se puede llenar con metano?

En los países de la CEI, hay más de 500 estaciones de GNC, y Rusia cuenta con más de 240 estaciones de servicio de GNC.

Podrás ver actualizar informacion por ubicación y horario de apertura de las estaciones de GNC en el siguiente mapa interactivo. Mapa cortesía de gazmap.ru

Y si hay una tubería de gas al lado de su flota de vehículos, entonces tiene sentido considerar opciones para construir su propia estación de servicio de GNC.

Llámenos y estaremos encantados de asesorarle sobre todas las opciones.

¿Cuál es el kilometraje en una gasolinera con metano?

El metano a bordo del vehículo se almacena en estado gaseoso a alta presión de 200 atmósferas en cilindros especiales. El gran peso y tamaño de estos cilindros es un factor negativo significativo que limita el uso de metano como combustible de motor de gas.

RAGSK LLC utiliza en su trabajo cilindros compuestos de metal y plástico de alta calidad (Tipo-2), certificados para su uso en la Federación Rusa.

La parte interior de estos cilindros está hecha de acero al cromo-molibdeno de alta resistencia, y la parte exterior está envuelta con fibra de vidrio y rellena con resina epoxi.

Para almacenar 1 Nm3 de metano, se requieren 5 litros de volumen hidráulico del cilindro, es decir por ejemplo, un cilindro de 100 litros te permite almacenar unos 20 Nm3 de metano (de hecho, un poco más, debido a que el metano no es un gas ideal y se comprime mejor). El peso de 1 litro de aceite hidráulico es de aproximadamente 0,85 kg, es decir el peso del sistema de almacenamiento para 20 Nm3 de metano será de aproximadamente 100 kg (85 kg es el peso del cilindro y 15 kg es el peso del propio metano).

Los cilindros de almacenamiento de metano tipo 2 se ven así:

El sistema de almacenamiento de metano ensamblado se ve así:

En la práctica, normalmente es posible alcanzar los siguientes valores de kilometraje:

• 200-250 km - para minibuses. Peso del sistema de almacenamiento - 250 kg
• 250-300 km - para autobuses urbanos medianos. Peso del sistema de almacenamiento - 450 kg
• 500 km - para camiones tractores. Peso del sistema de almacenamiento - 900 kg

Puede obtener valores de kilometraje de metano específicos para su automóvil completando una solicitud de conversión haciendo clic en el botón rojo al final de esta página.

¿Cómo se lleva a cabo exactamente la conversión de diésel a metano?

Convertir un motor diesel a modo de gas requerirá una intervención seria en el motor mismo.

Primero tenemos que cambiar la relación de compresión (¿por qué? Consulte la sección "¿Cómo puede funcionar un motor diésel con metano?"). Utilizamos varios métodos para hacer esto, eligiendo el mejor para su motor:

• Fresado de pistones
• Junta debajo de la culata

• Instalación de pistones nuevos
• Acortamiento de biela

En la mayoría de los casos, usamos fresado de pistón (ver ilustración arriba).

Los pistones se verán así después del fresado:

También instalamos una serie de sensores y dispositivos adicionales (acelerador electrónico, sensor de posición del cigüeñal, sensor de cantidad de oxígeno, sensor de detonación, etc.).

Todos los componentes del sistema están controlados por una unidad de control electrónico (ECU).

El conjunto de componentes para la instalación en el motor se verá así:

¿Cambiarán las características del motor cuando funcione con metano?

Para motores modernos equipado con un inflador, esta opinión es errónea.

La vida de alta resistencia del motor diesel original, diseñado para operar con una relación de compresión de 16-22 veces y el alto octanaje del combustible de gas, nos permiten utilizar una relación de compresión de 12-14 veces. Esta alta relación de compresión permite obtener la misma (e incluso mayor) densidad de potencia, trabajando sobre mezclas estequiométricas de combustibles, sin embargo, no es posible el cumplimiento de estándares de toxicidad superiores a la EURO-3, y el estrés térmico del motor convertido también aumenta.

Los motores diesel inflables modernos (especialmente con aire intercooler) le permiten trabajar en mezclas significativamente pobres manteniendo la potencia del motor diesel original, manteniendo el régimen térmico dentro de los mismos límites y cumpliendo con los estándares de toxicidad EURO-4.

Para los motores diésel de aspiración natural, ofrecemos 2 alternativas: reducir la potencia operativa en un 10-15 % o utilizar un sistema de inyección de agua en el colector de admisión para mantener una temperatura de funcionamiento aceptable y cumplir con los estándares de emisiones EURO-4

Tipo de dependencias típicas de la potencia sobre la velocidad del motor, por tipo de combustible:

Una solución radical al problema de cambiar el pico de par de un motor de gas es reemplazar la turbina con una turbina sobredimensionada de un tipo especial con una válvula solenoide de derivación a altas velocidades. pero precio alto tal solución no nos da la oportunidad de aplicarla para la conversión individual.

Si es posible, es recomendable utilizar aceites especiales, como LUKOIL EFFORSE 4004 o Shell Mysella LA SAE 40. Esto no es necesario, pero el motor durará mucho tiempo con ellos.

Debido al mayor contenido de agua en los productos de combustión de las mezclas de gas y aire en los motores de gas, pueden surgir problemas con la resistencia al agua de los aceites de motor, y los motores de gas también son más sensibles a la formación de depósitos de cenizas en la cámara de combustión. Por lo tanto, el contenido de cenizas de sulfato de los aceites para motores de gas se limita a valores más bajos y aumentan los requisitos de hidrofobicidad del aceite.

Por supuesto, a nadie le importa el medio ambiente. Pero de todos modos… ?

El motor de gas metano es significativamente superior en términos de todas las características ambientales a un motor de potencia similar que funciona con combustible diesel y es inferior en términos de emisiones solo a los motores eléctricos y de hidrógeno.

Esto se nota especialmente en un indicador tan importante para las grandes ciudades como el humo. Toda la gente del pueblo está bastante molesta por las colas humeantes detrás de los LIAZ. ¡Esto no sucederá con el metano, por lo que no hay formación de hollín durante la combustión del gas!

Como regla general, la clase ambiental para un motor de metano es Euro-4 (sin el uso de urea o un sistema de recirculación de gases). Sin embargo, al instalar un catalizador adicional, es posible aumentar la clase ambiental a Euro-5.

Las ventajas del gas para usarlo como combustible para automóviles son los siguientes indicadores:

Economía de combustible

Economía de combustible Motor de gas- el indicador más importante del motor - está determinado por el octanaje del combustible y el límite de ignición de la mezcla de aire y combustible. El octanaje es una medida de la resistencia a la detonación de un combustible, lo que limita la capacidad del combustible para usarse en motores de alta potencia y bajo consumo de combustible con una alta relación de compresión. En la tecnología moderna, el octanaje es el principal indicador del grado del combustible: cuanto más alto es, mejor y más caro es el combustible. SPBT (mezcla técnica de propano-butano) tiene un octanaje de 100 a 110 unidades, por lo que la detonación no se produce en ningún modo de funcionamiento del motor.

Un análisis de las propiedades termofísicas del combustible y su mezcla combustible (poder calorífico y poder calorífico de la mezcla combustible) muestra que todos los gases son superiores a la gasolina en cuanto a poder calorífico, sin embargo, cuando se mezclan con el aire, su desempeño energético disminuye, que es una de las razones de la disminución de la potencia del motor. La reducción de potencia cuando se opera con combustible licuado es de hasta un 7%. Un motor similar, cuando funciona con metano comprimido (comprimido), pierde hasta el 20% de su potencia.

Al mismo tiempo, los números de alto octanaje le permiten aumentar la relación de compresión. motores de gasolina y aumentar la potencia nominal, pero solo las fábricas de automóviles pueden hacer este trabajo a bajo costo. Dadas las condiciones del sitio de instalación, es demasiado costoso hacer esta revisión y, a menudo, es simplemente imposible.

Números de alto octanaje requieren un aumento en el tiempo de encendido de 5 ° ... 7 °. Sin embargo, el encendido temprano puede provocar el sobrecalentamiento de las piezas del motor. En la práctica de operar motores de gas, ha habido casos de desgaste de las cabezas de los pistones y válvulas durante el encendido demasiado temprano y la operación con mezclas muy pobres.

El consumo específico de combustible del motor es menor, cuanto más pobre es la mezcla de aire y combustible en la que funciona el motor, es decir, menos combustible por 1 kg de aire que ingresa al motor. Sin embargo, las mezclas muy pobres, donde hay muy poco combustible, simplemente no se encienden con una chispa. Esto pone un límite a la mejora de la eficiencia del combustible. En mezclas de gasolina con aire, el contenido máximo de combustible en 1 kg de aire, en el que es posible la ignición, es de 54 g. En una mezcla extremadamente pobre de gas y aire, este contenido es de solo 40 g. El gas natural es mucho más económico que gasolina. Los experimentos han demostrado que el consumo de combustible por cada 100 km cuando se conduce un automóvil que funciona con gasolina a velocidades que oscilan entre 25 y 50 km / h es 2 veces menor que el del mismo automóvil que funciona con gasolina en las mismas condiciones. Los componentes de combustible gaseoso tienen límites de ignición que se desplazan significativamente hacia mezclas pobres, lo que brinda oportunidades adicionales para mejorar la economía de combustible.

Seguridad medioambiental de los motores de gas

Los combustibles de hidrocarburos gaseosos se encuentran entre los combustibles para motores más ecológicos. Las emisiones de sustancias tóxicas con los gases de escape son de 3 a 5 veces menores en comparación con las emisiones cuando funciona con gasolina.
Los motores de gasolina, debido al elevado valor del límite pobre (54 g de combustible por 1 kg de aire), se ven obligados a regular a mezclas ricas, lo que provoca falta de oxígeno en la mezcla y combustión incompleta del combustible. Como resultado, el escape de un motor de este tipo puede contener una cantidad significativa de monóxido de carbono (CO), que siempre se forma cuando falta oxígeno. En el caso de que haya suficiente oxígeno, se desarrolla una alta temperatura en el motor durante la combustión (más de 1800 grados), a la cual el nitrógeno en el aire se oxida por exceso de oxígeno con la formación de óxidos de nitrógeno, cuya toxicidad es 41 veces mayor que la toxicidad del CO.

Además de estos componentes, el escape de los motores de gasolina contiene hidrocarburos y productos de su oxidación incompleta, que se forman en la capa cercana a la pared de la cámara de combustión, donde las paredes enfriadas por agua no permiten que el combustible líquido se evapore en poco tiempo. ciclo del motor y limitar el acceso de oxígeno al combustible. En el caso del uso de combustibles gaseosos, todos estos factores son mucho más débiles, principalmente debido a mezclas más pobres. Prácticamente no se forman productos de combustión incompleta, ya que siempre hay un exceso de oxígeno. Los óxidos de nitrógeno se forman en menor cantidad, ya que con mezclas pobres la temperatura de combustión es mucho más baja. La capa cercana a la pared de la cámara de combustión contiene menos combustible con mezclas pobres de gas y aire que con mezclas más ricas de gasolina y aire. Por lo tanto, con gas correctamente ajustado motor las emisiones de monóxido de carbono a la atmósfera son 5-10 veces menores que las de la gasolina, las de óxidos de nitrógeno son 1,5-2,0 veces menores y las de hidrocarburos son 2-3 veces menores. Esto hace posible cumplir con los prometedores estándares de toxicidad de los vehículos ("Euro-2" y posiblemente "Euro-3") con el desarrollo adecuado del motor.

El uso de gas como combustible para motores es una de las pocas medidas ambientales cuyos costos se compensan con un efecto económico directo en forma de reducción del costo de combustibles y lubricantes. La gran mayoría de las demás actividades ambientales son extremadamente costosas.

En una ciudad con un millón de motores, el uso de gas como combustible puede reducir significativamente la contaminación ambiental. En muchos países, los programas ambientales separados están destinados a resolver este problema, estimulando la conversión de motores de gasolina a gas. Los programas ambientales de Moscú cada año endurecen los requisitos para los propietarios de vehículos en relación con las emisiones de escape. La transición al uso del gas es una solución a un problema ambiental combinado con un efecto económico.

Resistencia al desgaste y seguridad del motor de gas.

La resistencia al desgaste del motor está estrechamente relacionada con la interacción del combustible y el aceite del motor. Uno de los fenómenos desagradables en los motores de gasolina es el lavado de la película de aceite de la superficie interna de los cilindros del motor por la gasolina durante un arranque en frío, cuando el combustible ingresa a los cilindros sin evaporarse. Además, la gasolina en forma líquida ingresa al aceite, se disuelve y diluye, empeorando las propiedades lubricantes. Ambos efectos aceleran el desgaste del motor. El HOS, independientemente de la temperatura del motor, permanece siempre en fase gas, lo que elimina por completo los factores señalados. El GLP (gas licuado de petróleo) no puede ingresar al cilindro como lo hace con los combustibles líquidos convencionales, por lo que no es necesario lavar el motor. La cabeza del bloque y el bloque de los cilindros se desgastan menos que aumenta la duración del servicio del motor.

Si no se siguen las reglas de operación y mantenimiento, cualquier producto técnico presenta un cierto peligro. Las instalaciones de gas no son una excepción. Al mismo tiempo, al determinar los riesgos potenciales, deben tenerse en cuenta propiedades fisicoquímicas objetivas de los gases como la temperatura y los límites de concentración de autoignición. Una explosión o ignición requiere la formación de una mezcla aire-combustible, es decir, una mezcla volumétrica de gas con aire. La presencia de gas en un cilindro a presión excluye la posibilidad de que penetre aire en él, mientras que en los depósitos con gasolina o gasóleo siempre hay una mezcla de sus vapores con el aire.

Como regla general, se instalan en las áreas menos vulnerables y estadísticamente menos dañadas del automóvil. Sobre la base de los datos reales, se calculó la probabilidad de daño y destrucción estructural de la carrocería del automóvil. Los resultados de los cálculos indican que la probabilidad de destrucción de la carrocería del automóvil en el área de los cilindros es del 1-5%.
La experiencia de operar motores a gas, tanto aquí como en el extranjero, demuestra que los motores a gas son menos inflamables y explosivos en situaciones de emergencia.

Viabilidad económica de la aplicación.

La operación de un automóvil en el GOS genera un ahorro del 40%. Dado que, en cuanto a sus características, es la mezcla de propano y butano más cercana a la gasolina, no requiere mayores alteraciones en el aparato motor para utilizarlo. El sistema de alimentación del motor universal conserva un sistema de combustible de gasolina completo y facilita el cambio de gasolina a gas y viceversa. Un motor equipado con un sistema universal puede funcionar tanto con gasolina como con combustible gaseoso. El costo de convertir un automóvil de gasolina en una mezcla de propano y butano, según el equipo seleccionado, varía de 4 a 12 mil rublos.

Cuando se produce gas, el motor no se detiene inmediatamente, sino que deja de funcionar después de 2-4 km de funcionamiento. El sistema de alimentación combinado gas más gasolina es de 1000 km de recorrido en un repostaje de ambos sistemas de combustible. Sin embargo, todavía existen ciertas diferencias en las características de estos combustibles. Entonces, cuando se usa gas licuado, se requiere un voltaje más alto en la bujía para que aparezca una chispa. Puede exceder el voltaje cuando la máquina funciona con gasolina en un 10-15%.

Cambiar el motor a combustible de gas aumenta su vida útil entre 1,5 y 2 veces. El funcionamiento del sistema de encendido mejora, la vida útil de las velas aumenta en un 40%, la mezcla de gas y aire se quema más completamente que cuando funciona con gasolina. Reduce la acumulación de carbón en la cámara de combustión, la culata y los pistones a medida que se reducen los depósitos de carbón.

Otro aspecto de la viabilidad económica del uso de SPBT como combustible para motores es que el uso de gas permite minimizar la posibilidad de descarga no autorizada de combustible.

Los automóviles con un sistema de inyección de combustible equipado con equipo de gas son más fáciles de proteger contra robos que los automóviles con motores de gasolina: al desconectar y llevar consigo un interruptor fácilmente extraíble, puede bloquear de manera confiable el suministro de combustible y así evitar robos. Tal "bloqueador" es difícil de reconocer, lo que sirve como un dispositivo antirrobo serio para el arranque no autorizado del motor.

Por lo tanto, en general, el uso de gas como combustible para motores es rentable, respetuoso con el medio ambiente y bastante seguro.

Evgeny Konstantinov

Mientras que la gasolina y el diesel se encarecen inexorablemente, y todo tipo de alternativas plantas de energía Dado que los vehículos quedan terriblemente alejados de las personas, perdiendo frente a los tradicionales motores de combustión interna en precio, autonomía y costes de funcionamiento, la forma más realista de ahorrar en el repostaje es pasar el coche a “dieta de gas”. A primera vista, esto es beneficioso: el costo de reequipar el automóvil pronto se amortizará debido a la diferencia en los precios del combustible, especialmente en el tráfico comercial y de pasajeros regular. No sin razón, en Moscú y muchas otras ciudades, una proporción significativa de los vehículos municipales se han cambiado a gas desde hace mucho tiempo. Pero aquí surge una pregunta natural: ¿por qué, entonces, la participación de los vehículos de GLP en el flujo de tráfico tanto en nuestro país como en el extranjero no supera un pequeño porcentaje? que se esconde reverso¿botella con gas?

Ciencia y vida // Ilustraciones

Las señales de advertencia en la estación de servicio no carecen de razón: cada conexión de la tubería de gas de proceso es un lugar potencial para fugas de gas combustible.

Los cilindros de gas licuado son más livianos, económicos y de formas más diversas que el gas comprimido y, por lo tanto, son más fáciles de organizar en función del espacio libre en el automóvil y la autonomía requerida.

Preste atención a la diferencia en el precio de los combustibles líquidos y gaseosos.

Cilindros con metano comprimido en la parte trasera de un Gazelle con cubierta basculante.

El reductor-evaporador en el sistema de propano requiere calefacción. La foto muestra claramente la manguera que conecta el intercambiador de calor líquido de la caja de cambios al sistema de refrigeración del motor.

Diagrama esquemático del funcionamiento del equipo de globo de gas en un motor de carburador.

Esquema de funcionamiento de un equipo para gas licuado sin pasarlo a la fase gaseosa en un motor de combustión interna con inyección distribuida.

El propano-butano se almacena y transporta en tanques (en la foto detrás de la puerta azul). Gracias a esta movilidad, la estación de servicio puede colocarse en cualquier lugar conveniente y, si es necesario, transferirse rápidamente a otro.

En la columna de propano, no solo se llenan los automóviles, sino también los cilindros domésticos.

La columna de gas licuado se ve diferente a la de gasolina, pero el proceso de recarga es similar. La lectura del combustible lleno es en litros.

El concepto de "gas combustible de automoción" incluye dos mezclas de composición completamente diferente: el gas natural, en el que hasta el 98% es metano, y el propano-butano producido a partir del gas asociado al petróleo. Además de la inflamabilidad incondicional, también tienen un estado común de agregación a presión atmosférica y temperaturas cómodas para la vida. Sin embargo, a bajas temperaturas, las propiedades físicas de estos dos conjuntos de hidrocarburos ligeros son bastante diferentes. Debido a esto, requieren equipos completamente diferentes para el almacenamiento a bordo y el suministro al motor, y en funcionamiento, los automóviles con diferentes sistemas de suministro de gas tienen varias diferencias significativas.

gas licuado

La mezcla de propano y butano es bien conocida por los turistas y veraneantes: es la que se llena en los cilindros de gas domésticos. También constituye la mayor parte del gas que se desperdicia en las antorchas de las empresas productoras y procesadoras de petróleo. La composición proporcional de la mezcla de combustible propano-butano puede variar. El punto no está tanto en la composición inicial del gas de petróleo, sino en las propiedades de temperatura del combustible resultante. Como combustible para motores, el butano puro (C 4 H 10) es bueno en todos los aspectos, excepto que ya pasa a estado líquido a 0,5 ° C a presión atmosférica. Por lo tanto, se le agrega propano menos calórico, pero más resistente al frío (C 2 H 8) con un punto de ebullición de -43 ° C. La proporción de estos gases en la mezcla marca el límite inferior de temperatura para el uso de combustible, que por la misma razón puede ser "verano" e "invierno".

Relativamente calor el propano-butano en ebullición, incluso en la versión "invierno", le permite almacenarlo en cilindros en forma de líquido: incluso bajo una ligera presión, pasa a la fase líquida. De ahí otro nombre para el combustible de propano-butano: gas licuado. Es conveniente y económico: la alta densidad de la fase líquida le permite colocar una gran cantidad de combustible en un pequeño volumen. El espacio libre sobre el líquido en el cilindro está ocupado por vapor saturado. A medida que se consume el gas, la presión en el cilindro permanece constante hasta que se vacía. Los conductores de automóviles de "propano" deben llenar el tanque hasta un máximo del 90% al repostar para dejar espacio para un colchón de vapor en el interior.

La presión dentro del cilindro depende principalmente de la temperatura ambiente. A temperaturas negativas, cae por debajo de una atmósfera, pero incluso esto es suficiente para mantener el rendimiento del sistema. Pero con el calentamiento crece rápidamente. A 20°C, la presión en el cilindro ya es de 3-4 atmósferas, ya 50°C llega a 15-16 atmósferas. Para la mayoría de los cilindros de gas para automóviles, estos valores están cerca del límite. Y esto quiere decir que cuando se sobrecaliente en una calurosa tarde de sol del sur, un carro oscuro con una botella de gas licuado a bordo... No, no explotará, como en una película de acción de Hollywood, sino que comenzará a arrojar el exceso de propano. -butano a la atmósfera a través de una válvula de seguridad diseñada específicamente para tal caso. Por la noche, cuando vuelva a hacer frío, habrá menos combustible en el cilindro, pero nadie ni nada saldrá lastimado. Es cierto que, como muestran las estadísticas, algunos aficionados también ahorran en una válvula de seguridad de vez en cuando para reponer la crónica de incidentes.

gas comprimido

Otros principios sustentan el funcionamiento de los equipos globo de gas para vehículos que consumen como combustible gas natural, comúnmente denominado metano en la vida cotidiana por su principal componente. Este es el mismo gas que se suministra a través de tuberías a los apartamentos de la ciudad. A diferencia del gas de petróleo, el metano (CH 4) tiene una densidad baja (1,6 veces más ligero que el aire) y, lo que es más importante, un punto de ebullición bajo. Pasa al estado líquido sólo a –164°C. La presencia de un pequeño porcentaje de impurezas de otros hidrocarburos en el gas natural no cambia mucho las propiedades del metano puro. Esto significa que convertir este gas en un líquido para usar en un automóvil es increíblemente difícil. En la última década, se ha trabajado activamente en la creación de los llamados tanques criogénicos, que permiten almacenar metano licuado en un automóvil a temperaturas de -150 ° C e inferiores y presiones de hasta 6 atmósferas. Se crearon prototipos de transporte y gasolineras para esta opción de combustible. Pero hasta ahora esta tecnología no ha recibido una distribución práctica.

Por lo tanto, en la gran mayoría de los casos, para su uso como combustible para motores, el metano simplemente se comprime, llevando la presión en el cilindro a 200 atmósferas. Como resultado, la fuerza y, en consecuencia, la masa de dicho cilindro debería ser notablemente mayor que la del propano. Sí, y colocado en el mismo volumen de gas comprimido es significativamente menor que el licuado (en términos de moles). Y esto es una disminución de la autonomía del coche. Otro inconveniente es el precio. Un margen de seguridad significativamente mayor incorporado en los equipos de metano resulta ser que el precio de un kit para un automóvil resulta ser casi diez veces mayor que el de un equipo de propano de una clase similar.

Los cilindros de metano vienen en tres tamaños, de los cuales coche de pasajeros solo se pueden acomodar los más pequeños, con un volumen de 33 litros. Pero para garantizar un alcance garantizado de trescientos kilómetros, se necesitan cinco cilindros de este tipo, con una masa total de 150 kg. Está claro que en una ciudad pequeña y compacta no tiene sentido llevar constantemente esa carga en lugar de equipaje útil. Por lo tanto, hay una razón para convertir solo automóviles grandes a metano. En primer lugar, camiones y autobuses.

Con todo esto, el metano tiene dos ventajas significativas sobre el gas de petróleo. Primero, es incluso más barato y no está atado al precio del petróleo. Y en segundo lugar, el equipo de metano está estructuralmente asegurado contra problemas con el funcionamiento en invierno y permite, si se desea, prescindir de la gasolina. En el caso del propano-butano en nuestras condiciones climáticas, tal enfoque no funcionará. De hecho, el coche seguirá siendo de doble combustible. La razón es el gas licuado. Más precisamente, en el hecho de que en el proceso de evaporación activa, el gas se enfría bruscamente. Como resultado, la temperatura en el cilindro cae bruscamente, y especialmente en el reductor de gas. Para evitar la congelación del equipo, la caja de cambios se calienta mediante la incorporación de un intercambiador de calor conectado al sistema de refrigeración del motor. Pero para que este sistema comience a funcionar, primero se debe calentar el líquido en la línea. Por lo tanto, se recomienda arrancar y calentar el motor a una temperatura ambiente inferior a 10 °C estrictamente con gasolina. Y solo entonces, con la salida del motor encendida Temperatura de funcionamiento, cambiar a gas. Sin embargo, los sistemas electrónicos modernos cambian todo por sí solos, sin la ayuda de un conductor, controlando automáticamente la temperatura y evitando que el equipo se congele. Es cierto que para mantener el correcto funcionamiento de la electrónica en estos sistemas, es imposible vaciar el tanque de gasolina hasta que se seque, incluso en climas cálidos. El modo de arranque con gas es de emergencia para dicho equipo, y el sistema solo se puede cambiar a la fuerza en caso de emergencia.

Los equipos de metano no tienen dificultades con la puesta en marcha en invierno. Por el contrario, es aún más fácil arrancar el motor con este gas en climas fríos que con gasolina. La ausencia de una fase líquida no requiere el calentamiento del reductor, que solo baja la presión en el sistema de 200 atmósferas de transporte a una de trabajo.

Milagros inyección directa

Lo más difícil es convertir los motores modernos con inyección directa de combustible en los cilindros a gas. La razón es que los inyectores de gas se ubican tradicionalmente en el tracto de admisión, donde se produce la formación de la mezcla en todos los demás tipos de motores de combustión interna sin inyección directa. Pero la presencia de tal tacha por completo la posibilidad de añadir suministro de gas de forma tan sencilla y tecnológica. En primer lugar, idealmente, el gas también debe alimentarse directamente al cilindro y, en segundo lugar, y más importante, el combustible líquido sirve para enfriar sus propias boquillas de inyección directa. Sin él, fallan muy rápidamente por sobrecalentamiento.

Hay soluciones a este problema, y ​​al menos dos. El primero convierte el motor en uno de combustible dual. Fue inventado hace mucho tiempo, incluso antes de la llegada de la inyección directa en los motores de gasolina, y se propuso adaptar los motores diésel para trabajar con metano. El gas no se enciende por compresión y, por lo tanto, el "diésel carbonatado" se inicia con combustible diésel y continúa trabajando en él en el modo de marcha en vacío y carga mínima. Y entonces entra en juego el gas. Es debido a su suministro que la velocidad de rotación del cigüeñal se regula en el modo de revoluciones medias y altas. Para esta bomba de inyección ( bomba de combustible alta presión) limitan el suministro de combustible líquido al 25-30% del valor nominal. El metano ingresa al motor a través de su propia línea, sin pasar por la bomba de inyección. No hay problemas con su lubricación debido a una disminución en el suministro de combustible diesel a altas velocidades. Los inyectores diesel continúan siendo enfriados por el combustible que los atraviesa. Es cierto que la carga térmica sobre ellos en el modo de alta velocidad aún permanece aumentada.

Un esquema de potencia similar comenzó a usarse para motores de gasolina con inyección directa. Además, trabaja con equipos tanto de metano como de propano-butano. Pero en este último caso, una solución alternativa que ha aparecido recientemente se considera más prometedora. Todo comenzó con la idea de abandonar la tradicional caja de cambios del evaporador y suministrar propano-butano al motor a presión en fase líquida. Los siguientes pasos fueron el rechazo de inyectores de gas y el suministro de gas licuado a través de inyectores de gasolina estándar. Se agregó al circuito un módulo de emparejamiento electrónico, conectando una línea de gas o gasolina según la situación. Al mismo tiempo, el nuevo sistema ha perdido los problemas tradicionales con un arranque en frío con gas: sin evaporación, sin enfriamiento. Es cierto que el costo del equipo para motores con inyección directa en ambos casos es tal que solo vale la pena con un kilometraje muy alto.

Por cierto, la viabilidad económica limita el uso de equipos de globo de gas en motores diesel. Es por razones de beneficio para los motores de encendido por compresión que solo se utilizan equipos de metano, y solo los motores de equipos pesados ​​equipados con bombas de combustible tradicionales de alta presión son adecuados en términos de características. El hecho es que la transferencia de pequeños motores de pasajeros económicos de diesel a gas no se paga por sí mismo, y el desarrollo y implementación técnica equipos de gas para últimos motores con un riel común (common rail) en la actualidad se consideran económicamente injustificados.

Es cierto que existe otra forma alternativa de convertir diésel en gas: convertirlo por completo en un motor de gas con encendido por chispa. En tal motor, la relación de compresión disminuye a 10-11 unidades, aparecen velas y electricidad de alto voltaje, y se despide para siempre del combustible diesel. Pero comienza a consumir gasolina sin dolor.

Las condiciones de trabajo

Las antiguas instrucciones soviéticas para convertir automóviles de gasolina a gas requerían rectificar las cabezas de los cilindros (culatas) para aumentar la relación de compresión. Esto es comprensible: el objeto de la gasificación en ellos era unidades de potencia vehículos comerciales que funcionan con gasolina con un octanaje de 76 o menos. El metano tiene un octanaje de 117, mientras que las mezclas de propano y butano tienen alrededor de cien. Por lo tanto, ambos combustibles gaseosos son significativamente menos propensos a la detonación que la gasolina y permiten aumentar la relación de compresión del motor para optimizar el proceso de combustión.

Además, para los motores de carburador arcaicos equipados con sistemas mecánicos de suministro de gas, un aumento en la relación de compresión permitió compensar la pérdida de potencia que se producía al cambiar a gas. El hecho es que la gasolina y los gases se mezclan con el aire en el conducto de admisión en proporciones completamente diferentes, por lo que cuando se usa propano-butano, y especialmente metano, el motor debe funcionar con una mezcla significativamente más pobre. Como resultado, se reduce el par motor, lo que provoca una caída de potencia del 5-7 % en el primer caso y del 18-20 % en el segundo. Al mismo tiempo, en el gráfico de la externa características de velocidad la forma de la curva de par de cada motor en particular permanece sin cambios. Simplemente desplaza hacia abajo el "eje de Newton-metro".

Sin embargo, para motores con sistemas electronicos inyección equipada con sistemas modernos suministro de gas, todas estas recomendaciones y cifras casi no tienen valor práctico. Porque, en primer lugar, su relación de compresión ya es suficiente, e incluso para la transición al metano, el trabajo de rectificar la culata es completamente injustificado económicamente. Y en segundo lugar, el procesador del equipo de gas, coordinado con la electrónica del coche, organiza el suministro de combustible de forma que al menos la mitad compense el citado fallo de par. En sistemas con inyección directa y en motores gas-diesel, el combustible gas en ciertos rangos de velocidad es completamente capaz de aumentar el par.

Además, la electrónica controla claramente el tiempo de encendido requerido, que, al cambiar a gas, debe ser mayor que para la gasolina, en igualdad de condiciones. El combustible de gas se quema más lentamente, lo que significa que debe encenderse antes. Por la misma razón, aumenta la carga térmica sobre las válvulas y sus asientos. Por otro lado, la carga de choque en el grupo cilindro-pistón se vuelve más pequeña. Además, el arranque en invierno con metano es mucho más útil que con gasolina: el gas no elimina el aceite de las paredes del cilindro. Y, en general, el combustible de gas no contiene catalizadores de envejecimiento de metales, una combustión más completa del combustible reduce la toxicidad del escape y los depósitos de carbón en los cilindros.

Navegación autónoma

Quizás la desventaja más notable en un coche de gasolina es su limitada autonomía. En primer lugar, el consumo de combustible gaseoso, si se considera en volumen, es superior al de gasolina, y más aún al del gasóleo. Y en segundo lugar, el coche de gasolina resulta estar atado a las estaciones de servicio correspondientes. De lo contrario, el significado de su traslado a combustible alternativo comienza a tender a cero. Es especialmente difícil para quienes conducen con metano. Hay muy pocas estaciones de gas metano y todas están conectadas a gasoductos principales. Estas son solo pequeñas estaciones compresoras en ramas de la tubería principal. A finales de los 80 y principios de los 90 del siglo XX en nuestro país, intentaron convertir activamente el transporte a metano en el marco del programa estatal. Fue entonces cuando aparecieron la mayoría de las estaciones de gas metano. Para 1993, se habían construido 368 de ellos y, desde entonces, este número, si es que lo ha hecho, ha crecido solo levemente. La mayoría de las gasolineras están ubicadas en la parte europea del país, cerca de ciudades y carreteras federales. Pero al mismo tiempo, su ubicación se determinó no tanto desde el punto de vista de la conveniencia de los automovilistas, sino desde el punto de vista de los trabajadores del gas. Por lo tanto, solo en casos muy raros, las estaciones de servicio se ubicaron directamente en la carretera y casi nunca dentro de las megaciudades. Casi en todas partes, para repostar con metano, es necesario desviarse durante varios kilómetros hacia alguna zona industrial. Por ello, a la hora de planificar una ruta de largo recorrido, hay que buscar y recordar previamente estas gasolineras. Lo único que es conveniente en tal situación es estable. alta calidad combustible en cualquiera de las estaciones de metano. El gas del gasoducto principal es muy problemático para diluir o estropear. A menos que el filtro o el sistema de secado en una de estas gasolineras pueda fallar repentinamente.

El propano-butano se puede transportar en cisternas, y debido a esta propiedad, la geografía de las gasolineras para ello es mucho más amplia. En algunas regiones, puede repostar incluso en el interior más lejano. Pero no está de más estudiar la presencia de estaciones de propano en la próxima ruta, para que su repentina ausencia en la carretera no se convierta en una desagradable sorpresa. Al mismo tiempo, el gas licuado siempre deja cierto riesgo de entrar en combustibles fuera de temporada o simplemente de mala calidad.

Mucho se ha dicho sobre las ventajas del combustible para motores de gas, en particular el metano, pero recordémoslas una vez más.

Es un escape respetuoso con el medio ambiente que cumple con las normativas de emisiones actuales e incluso futuras. Como parte del culto al calentamiento global, esta es una ventaja importante, ya que Euro 5, Euro 6 y todos los estándares posteriores se aplicarán sin falta y el problema del escape deberá resolverse de una forma u otra. Para 2020, la UE permitirá que los vehículos nuevos produzcan un promedio de no más de 95 g de CO2 por kilómetro. Para 2025, este límite permitido aún puede reducirse. Los motores de gas natural pueden cumplir con estos estándares de emisión, y no solo por sus menores emisiones de CO2. Las emisiones de partículas en los motores de gas también son más bajas que las de sus contrapartes de gasolina o diesel.

Además, el combustible de motor a gas no lava el aceite de las paredes del cilindro, lo que ralentiza su desgaste. Según los propagandistas del combustible de motor a gas, el recurso del motor aumenta mágicamente de manera significativa. Al mismo tiempo, guardan un modesto silencio sobre el estrés térmico de un motor que funciona con gas.

Y la principal ventaja del combustible para motores de gas es el precio. El precio y sólo el precio cubre todas las carencias del gas como carburante. Si estamos hablando de metano, entonces esta es una red de estaciones de servicio de GNC sin desarrollar, que literalmente vincula un automóvil de gasolina a una estación de servicio. El número de estaciones de servicio con gas natural licuado es insignificante, hoy en día este tipo de combustible de motor de gas es un producto de nicho y altamente especializado. Además, el equipo de globos de gas ocupa parte de la capacidad de carga útil y el espacio utilizable, HBO es problemático y costoso de mantener.

El progreso tecnológico ha dado lugar a un tipo de motor como el gasóleo, conviviendo en dos mundos: el diésel y el gas. Pero como medio universal, el gas-diésel no comprende plenamente las posibilidades de uno u otro mundo. No es posible optimizar el proceso de combustión, la eficiencia o las emisiones para dos combustibles en el mismo motor. Para optimizar el ciclo gas-aire, se necesita una herramienta especializada: un motor de gas.

Hoy en día, todos los motores de gasolina usan formación externa de mezcla de gas/aire y encendido por bujía, como en un motor de gasolina con carburador. Alternativas- en desarrollo. La mezcla gas-aire se forma en el colector de admisión mediante inyección de gas. Cuanto más cerca del cilindro se produce este proceso, más rápida es la reacción del motor. Idealmente, el gas debe inyectarse directamente en la cámara de combustión, como se explica a continuación. La complejidad del control no es la única desventaja de la mezcla externa.

La inyección de gas está controlada por una unidad electrónica, que también controla el tiempo de encendido. El metano se quema más lentamente que el gasóleo, es decir, la mezcla aire-gas debe encenderse antes, el ángulo de avance también se regula en función de la carga. Además, el metano necesita una relación de compresión más baja que combustible diesel. Entonces, en un motor de aspiración natural, la relación de compresión se reduce a 12-14. Para los motores atmosféricos, la composición estequiométrica de la mezcla gas-aire es típica, es decir, el coeficiente de exceso de aire a es igual a 1, lo que en cierta medida compensa la pérdida de potencia por una disminución en la relación de compresión. La eficiencia de un motor de gas atmosférico está en el nivel del 35%, mientras que la eficiencia de un motor diésel atmosférico está en el nivel del 40%.

Los fabricantes de automóviles recomiendan el uso de aceites de motor, caracterizado por la resistencia al agua, bajo contenido de cenizas sulfatadas y al mismo tiempo un alto índice de base, pero no están prohibidos los aceites multigrado para motores diesel de las clases SAE 15W-40 y 10W-40, que se utilizan en la práctica en nueve de los casos. diez.

El turbocompresor le permite reducir la relación de compresión a 10–12, según el tamaño del motor y la presión en el conducto de admisión, y aumentar la relación de exceso de aire a 1,4–1,5. En este caso, la eficiencia alcanza el 37%, pero al mismo tiempo, el estrés térmico del motor aumenta significativamente. A modo de comparación: la eficiencia de un motor diesel turboalimentado alcanza el 50%.

El aumento del estrés térmico del motor de gas está asociado a la imposibilidad de purgar la cámara de combustión cuando las válvulas están cerradas, cuando al final de la carrera de escape, el escape y válvulas de admisión. El flujo de aire fresco, especialmente en un motor sobrealimentado, podría enfriar las superficies de la cámara de combustión, reduciendo así la densidad de calor del motor, y también reduciendo el calentamiento de la carga fresca, esto aumentaría la relación de llenado, pero por un motor de gasolina, la superposición de válvulas es inaceptable. Debido a la formación externa de la mezcla de aire y gas, siempre se suministra aire al cilindro junto con el metano, y las válvulas de escape deben cerrarse en este momento para evitar que el metano ingrese al tracto de escape y explote.

Una relación de compresión reducida, un aumento del estrés térmico y las características del ciclo gas-aire requieren cambios apropiados, en particular, en el sistema de refrigeración, en el diseño del árbol de levas y las piezas del CPG, así como en los materiales utilizados para mantener el rendimiento. y recurso Por lo tanto, el costo de un motor de gasolina no es tan diferente del costo de una contraparte diesel, o incluso mayor. Además, el costo de los equipos de gas.

El buque insignia de la industria automotriz nacional, PJSC KAMAZ, produce en serie motores de gas de 8 cilindros en forma de V de las series KamAZ-820.60 y KamAZ-820.70 con una dimensión de 120x130 y un volumen de trabajo de 11.762 litros. Para los motores de gas, se utiliza un CPG que proporciona una relación de compresión de 12 (para un KamAZ-740 diesel, una relación de compresión de 17). En el cilindro, la mezcla de gas y aire se enciende mediante una bujía instalada en lugar de la boquilla.

Para vehículos pesados ​​con motores de gas, se utilizan bujías especiales. Por ejemplo, Federal-Mogul comercializa bujías con un electrodo central de iridio y un electrodo de masa de iridio o platino. El diseño, los materiales y las características de los electrodos y las propias bujías tienen en cuenta el régimen de temperatura de un vehículo pesado, que se caracteriza por una amplia gama de cargas y una relación de compresión relativamente alta.

Los motores KamAZ-820 están equipados con un sistema de inyección de metano distribuido en la tubería de admisión a través de boquillas con un dispositivo de dosificación electromagnético. El gas se inyecta en el conducto de admisión de cada cilindro de forma individual, lo que permite ajustar la composición de la mezcla gas-aire de cada cilindro para obtener las mínimas emisiones de sustancias nocivas. El flujo de gas está regulado por un sistema de microprocesador en función de la presión frente al inyector, el suministro de aire está regulado por una válvula de mariposa accionada por un pedal de acelerador electrónico. El sistema de microprocesador controla el tiempo de encendido, brinda protección contra la ignición del metano en la tubería de admisión en caso de una falla en el sistema de ignición o una falla en la válvula, así como también protege el motor de los modos de emergencia, mantiene una velocidad determinada del vehículo, proporciona limitación de par en las ruedas motrices del vehículo y autodiagnóstico cuando el sistema está encendido.

KAMAZ unificó en gran medida las partes de los motores de gas y diesel, pero no todas, y muchas partes aparentemente similares para un motor diesel: cigüeñal, árbol de levas, pistones con bielas y anillos, culatas, turbocompresor, bomba de agua, bomba de aceite, tubería de admisión, sumidero, carcasa del volante - no apto para un motor de gasolina.

En abril de 2015, KAMAZ puso en marcha un edificio de vehículos a gas con una capacidad de 8.000 vehículos al año. La producción está ubicada en el antiguo edificio de gas-diésel de la planta de automóviles. La tecnología de ensamblaje es la siguiente: el chasis se ensambla y se instala un motor de gas en la línea de ensamblaje principal fábrica de automóviles. Luego, el chasis se remolca hacia la carrocería de los vehículos a gas para la instalación del equipo de cilindros de gas y todo el ciclo de prueba, así como para hacer funcionar los vehículos y el chasis. Al mismo tiempo, los motores de gas KAMAZ (incluidos los mejorados con la base de componentes BOSCH) ensamblados en la producción del motor también se prueban y prueban por completo.

Avtodizel (Yaroslavl Motor Plant), en colaboración con Westport, ha desarrollado y produce una línea de motores a gas basados ​​en la familia YaMZ-530 de motores en línea de 4 y 6 cilindros. La versión de seis cilindros se puede instalar en vehículos Ural NEXT de nueva generación.

Como se mencionó anteriormente, la versión ideal de un motor de gas es la inyección directa de gas en la cámara de combustión, pero hasta ahora la ingeniería mecánica mundial más poderosa no ha creado tal tecnología. En Alemania, la investigación la está llevando a cabo el consorcio Direct4Gas dirigido por Robert Bosch GmbH en colaboración con Daimler AG y el Instituto de Investigación de Motores y Automoción de Stuttgart (FKFS). El Ministerio de Economía y Energía de Alemania apoyó el proyecto con 3,8 millones de euros, que en realidad no es tanto. El proyecto tendrá una duración de 2015 a enero de 2017. Nagora deberá emitir un diseño industrial del sistema de inyección directa de metano y, no menos importante, la tecnología para su producción.

En comparación con los sistemas actuales que utilizan inyección de gas de colector multipunto, el futuro sistema de inyección directa es capaz de aumentar un 60 % el par bajas revoluciones, es decir, eliminar debilidad Motor de gas. La inyección directa soluciona toda una gama de enfermedades "infantiles" de un motor de gas traídas junto con la carburación externa.

El proyecto Direct4Gas está desarrollando un sistema de inyección directa que es capaz de ser fiable y estanco y medir la cantidad exacta de gas a inyectar. Las modificaciones al motor en sí se reducen al mínimo para que la industria pueda usar componentes heredados. El equipo del proyecto completa los motores de gas experimentales con una válvula de inyección de alta presión recientemente desarrollada. Se supone que el sistema debe probarse en el laboratorio y directamente en vehículos. Los investigadores también están estudiando la formación de mezclas de aire y combustible, el proceso de control de encendido y la formación de gases tóxicos. El objetivo a largo plazo del consorcio es crear condiciones bajo las cuales la tecnología pueda ingresar al mercado.

Entonces, los motores de gas son una dirección joven que aún no ha alcanzado la madurez tecnológica. La madurez llegará cuando Bosch y sus compañeros creen tecnología para inyectar metano directamente en la cámara de combustión.

INGENIERIA

CDU 62l.43.052

IMPLEMENTACIÓN TÉCNICA DE CAMBIO DE ÍNDICE DE COMPRESIÓN DE UN PEQUEÑO MOTOR POTENCIADO A GAS NATURAL

FI Abramchuk, Profesor, Doctor en Ciencias Técnicas, A.N. Kabanov, Profesor Asociado, Ph.D.,

AP Kuzmenko, estudiante de doctorado, KhNADU

Anotación. Se presentan los resultados de la implementación técnica del cambio de relación de compresión en el motor MeMZ-307, que fue convertido para funcionar con gas natural.

Palabras clave: relación de compresión, motor de automóvil, gas natural.

IMPLEMENTACIÓN TÉCNICA DE CAMBIO DE ETAPA DE CIERRE DE UN MOTOR DE COCHE PEQUEÑO,

QUE FUNCIONA EN GAS NATURAL

FI Abramchuk, Profesor, Doctor en Ciencias Técnicas, O.M. Kabanov, Profesor Asociado, Ph.D.,

AP Kuzmenko, estudiante de doctorado, KhNADU

Resumen. Se dan los resultados de la implementación técnica del cambio de la etapa de compresión del motor MeMZ-307, re-dominación para la operación con gas natural.

Palabras clave: etapa de compresión, motor de automóvil, gas natural.

REALIZACIÓN TÉCNICA DE VARIACIÓN DE LA RELACIÓN DE COMPRESIÓN DE MOTORES A GAS NATURAL AUTOMOTRIZ DE PEQUEÑA CAPACIDAD

F. Abramchuk, Profesor, Doctor en Ciencias Técnicas, A. Kabanov, Profesor Asociado, Doctor en Ciencias Técnicas, A. Kuzmenko, posgraduado, KhNAHU

resumen. Se dan los resultados de la realización técnica de la variación de la relación de compresión del motor MeMZ-3Q7 convertido para funcionar con gas natural.

Palabras clave: relación de compresión, motor automotriz, gas natural.

Introducción

El desarrollo y la operación exitosa de motores de gas puro que funcionan con gas natural dependen de Buena elección los principales parámetros del proceso de trabajo que determinan sus características técnicas, económicas y ambientales. En primer lugar, esto se refiere a la elección de la relación de compresión.

El gas natural, que tiene un alto octanaje (110-130), le permite aumentar la relación de compresión. Valor máximo de grado

la compresión, excluyendo la detonación, se puede elegir en primera aproximación por cálculo. Sin embargo, es posible verificar y refinar los datos calculados solo experimentalmente.

Análisis de publicación

En progreso mientras se traduce motor de gasolina(Vh = 1 l) del automóvil VW POLO para gas natural, se simplifica la forma de la superficie de disparo del pistón. La reducción del volumen de la cámara de compresión condujo a un aumento en la relación de compresión de 10,7 a 13,5.

En el motor D21A, el pistón se modificó para reducir la relación de compresión de 16,5 a 9,5. La cámara de combustión hemisférica para diesel ha sido modificada para el proceso de trabajo de un motor de gas con encendido por chispa.

Al convertir el motor diésel YaMZ-236 en un motor de gasolina, la relación de compresión también se redujo de 16,2 a 12 debido a la reelaboración del pistón.

Propósito y declaración del problema

El objetivo del trabajo es desarrollar el diseño de las partes de la cámara de combustión del motor MeMZ-307, que permita proporcionar una relación de compresión de e = 12 y e = 14 para estudios experimentales.

Elegir un enfoque para cambiar la relación de compresión

Para un motor de gasolina de pequeña capacidad convertible a gas, cambiar la relación de compresión significa que aumenta en comparación con el motor de combustión interna base. Hay varias formas de realizar esta tarea.

En el caso ideal, es deseable instalar un sistema para cambiar la relación de compresión en el motor, que permita realizar esta tarea en tiempo real, incluso sin interrumpir el funcionamiento del motor. Sin embargo, tales sistemas son muy costosos y complejos en diseño y operación; cambios significativos en el diseño, y son también un elemento de falta de fiabilidad del motor.

También puede cambiar la relación de compresión aumentando el número o el grosor de las juntas entre la culata y el bloque de cilindros. Este método es económico, pero aumenta la probabilidad de que se quemen las juntas si se altera el proceso normal de combustión. Además, este método de regulación de la relación de compresión se caracteriza por una baja precisión, ya que el valor de e dependerá de la fuerza de apriete de las tuercas en los espárragos de la cabeza y de la calidad de las juntas. Muy a menudo, este método se utiliza para reducir la relación de compresión.

El uso de revestimientos para pistones es técnicamente difícil, ya que existe el problema de la fijación fiable de un revestimiento relativamente delgado (alrededor de 1 mm) al pistón y el funcionamiento fiable de esta fijación en una cámara de combustión.

La mejor opción es la fabricación de conjuntos de pistones, cada uno de los cuales proporciona un determinado grado de compresión. Este método requiere el desmontaje parcial del motor para cambiar la relación de compresión, sin embargo, proporciona una precisión suficientemente alta del valor de e en el experimento y la confiabilidad del motor con una relación de compresión modificada (la resistencia y confiabilidad de la estructura del motor). los elementos no se reducen). Además, este método es relativamente barato.

Resultados de la investigacion

La esencia del problema era utilizar rasgos positivos gas natural (alto octanaje) y características de formación de la mezcla, para compensar la pérdida de potencia cuando el motor funciona con este combustible. Para llevar a cabo la tarea, se decidió cambiar la relación de compresión.

De acuerdo con el plan experimental, la relación de compresión debe cambiar de e = 9.8 (equipo estándar) a e = 14. Se recomienda elegir un valor intermedio de la relación de compresión e = 12 (como el promedio aritmético de los valores extremos). de e). Si es necesario, es posible fabricar juegos de pistones que proporcionen otras relaciones de compresión intermedias.

Para la implementación técnica de las relaciones de compresión indicadas, se realizaron cálculos, desarrollos de diseño y verificación experimental de volúmenes de cámaras de compresión por el método de vertido. Los resultados del derrame se muestran en las tablas 1 y 2.

Tabla 1 Resultados del lavado de la cámara de combustión en la culata

1 cil. 2 cil. 3 cil. 4 cil.

22,78 22,81 22,79 22,79

Tabla 2 Los resultados del lavado de la cámara de combustión en los pistones (el pistón está instalado en el cilindro)

1 cil. 2 cil. 3 cil. 4 cil.

9,7 9,68 9,71 9,69

El espesor de la junta en estado comprimido es de 1 mm. El hundimiento del pistón en relación con el plano del bloque de cilindros es de 0,5 mm, que se determinó mediante mediciones.

En consecuencia, el volumen de la cámara de combustión Vc estará compuesto por el volumen en la culata Ug, el volumen en el pistón Vn y el volumen del espacio entre el pistón y la culata (el pistón se hunde con respecto al plano del bloque de cilindros). + espesor de la junta) Ush = 6,6 cm3.

Vc = 22,79 + 9,7 + 4,4 = 36,89 (cm3).

Se decidió cambiar la relación de compresión cambiando el volumen de la cámara de combustión cambiando la geometría de la cabeza del pistón, ya que este método le permite implementar todas las opciones para la relación de compresión y, al mismo tiempo, es posible volver a equipamiento estandar.

En la fig. 1 muestra la configuración estándar de las piezas de la cámara de combustión con volúmenes de pistón Yn = 7,5 cm3.

Arroz. 1. Equipo en serie de las piezas de la cámara de combustión Yc = 36,9 cm3 (e = 9,8)

Para obtener una relación de compresión e = 12, basta completar la cámara de combustión con un pistón de fondo plano, en el que se hacen dos pequeñas muestras con un volumen total

0,1 cm3, evitando que las válvulas de admisión y escape se encuentren con el pistón durante

superposición. En este caso, el volumen de la cámara de compresión es

Vc = 36,9 - 7,4 = 29,5 (cm3).

En este caso, el espacio entre el pistón y la culata sigue siendo 8 = 1,5 mm. El diseño de la cámara de combustión, proporcionando є = 12, se muestra en la fig. 2.

Arroz. 2. Conjunto completo de piezas de la cámara de combustión de un motor a gas para obtener una relación de compresión є = 12 (Us = 29,5 m3)

Se acepta realizar la relación de compresión є = 14 aumentando la altura del pistón con un fondo plano en H = 1 mm. En este caso, el pistón también tiene dos selecciones para válvulas con un volumen total de 0,2 cm3. El volumen de la cámara de compresión se reduce en

DU \u003d - Yo \u003d. 0,1 = 4,42 (cm3).

Esta configuración de las partes de la cámara de combustión da el volumen

Vc = 29,4 - 4,22 = 25,18 (cm3).

En la fig. 3 muestra la configuración de la cámara de combustión, proporcionando una relación de compresión є = 13,9.

El espacio entre la superficie de disparo del pistón y la culata es de 0,5 mm, que es suficiente para el funcionamiento normal de las piezas.

Arroz. 3. Conjunto completo de piezas de la cámara de combustión de un motor a gas con e = 13,9 (Us = 25,18 cm3)

1. La simplificación de la forma geométrica de la superficie de disparo del pistón (cabeza plana con dos pequeñas selecciones) permitió aumentar la relación de compresión de 9,8 a 12.

2. Reducción del espacio entre la culata y el pistón en el PMS a 5 = 0,5 mm y simplificación de la forma geométrica de la línea de disparo

la superficie del pistón permitió aumentar є a 13.9 unidades.

Literatura

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Revisor: M. A. Podrigalo, Profesor, Doctor en Ciencias Técnicas, KhNADU.