Двигатели внутреннего сгорания, питаемые природным газом

Двигатели внутреннего сгорания, питаемые природным газом.

Актуальность разработок двигателей внутреннего сгорания, питаемых природным газом, применительно к России ранее и сейчас определяется:

1. большими запасами природного газа, которыми обладает Россия;
2. большим объемом добычи природного газа (Россия занимает одно из ведущих мест);
3. возможностью, при сравнительно небольших затратах, обеспечить выполнение современных и перспективных норм по выбросам вредным веществ с отработавшими газами;
4. снижением шумоизлучения по сравнению с базовым дизелем;
5. повышением моторесурса двигателя;
6. снижением затрат на горюче-смазочные материалы.

В МАДИ группой, руководимой профессором А.С. Хачияном были:

• Разработана и внедрена методика перевода дизелей без наддува производства ОАО «КАМАЗ» мощностью 140 кВт на питание компримированным природным газом (рис. 1) с использованием искрового зажигания, позволяющая выполнять работы по доработке дизелей, находящихся в эксплуатации и не выработавших ресурса, непосредственно на автотранспортных предприятиях. Предлагаемая методика конвертации дизеля без наддува применена на пяти автобусах (три автобуса А-4216/17 и два ЛиАЗ-5256), укомплектованных двигателями КАМАЗ 74119.10.
• Разработаны варианты двигателей, питаемых природным газом, с управляемым газотурбинным наддувом (рис. 2), испытания которых на стенде (стационарные режимы) показали возможность выполнения норм по вредным выбросам уровня ЕВРО-4 и ЕВРО-5 по всем компонентам (твердые частицы, оксиды азота NO_x и углерода CO, суммарно углеводородов CH).

Рис. 1. Газовый двигатель без наддува

Рис. 2. Газовый двигатель с наддувом

В последние годы ведутся работы по созданию газодизеля (рис. 3) с минимизированной подачей запальной порции дизельного топлива, обладающего наряду с низкими выбросами вредных нормируемых веществ (CH, NO_x, CO) и низкими выбросами основного парникового газа – диоксида углерода (СО₂).

Рис. 3. Газодизель на моторном стенде

Для исследования возможности воспламенения гомогенной газовоздушной смеси при условии внешнего смесеобразования очень малой по величине запальной порции дизельного топлива 4 … 5 мм³ на базе дизелей «КАМАЗ» (компоновка V8, iV_h=10,85 дм³, D/S=120х120 мм) и «FORD - HCPA» (компоновка R4, iV_h =1,75 дм³, D/S=82,5х82 мм) созданы экспериментальные образцы двигателей, в которых запальная порция дизельного топлива, подается аккумуляторной топливной системой типа Common Rail. Для проведения моторных испытаний разработаны электронные системы управления двигателями.

Первые результаты испытаний на дизеле «КАМАЗ» показали:

1. На режиме холостого хода двигатель устойчиво работает на режиме минимальной частоты вращения коленчатого вала с α=4,1. При этом, в сравнении с дизелем, концентрация СО₂ ниже на 42%, а NO_x – в 50 раз. Теплота, вводимая с природным газом, составляет на режима минимальной частоты вращения холостого хода 86% от всей вводимой теплоты.
2. На малой рабочей частоте вращения (n=1000 мин^-1) диапазон регулирования по нагрузке от минимально устойчивого до максимального крутящего момента по составу смеси  составляет 2,27 раза (от α=3,2 до α=1,4). На режиме максимального крутящего момента теплота, вводимая с природным газом, составляет почти 95% от всей вводимой теплоты.

Контактная информация

Разработчики: к.т.н., проф. Хачиян Алексей Сергеевич,

                         к.т.н., с.н.с. Шишлов Иван Геннадьевич.

8(499)1550880, remin@akado.ru – А.С. Хачиян

8(499)1550880, astra510@yandex.ru – И.Г. Шишлов