Метановые двигатели для авто
Метановый турбо-мотор.
Метановые турбо-моторы – новый этап развития моторостроения. Уже сейчас они являются достойной альтернативой привычным бензиновым моторам.
Чтобы лучше понять преимущество двигателей, в которых в качестве топлива используется природный газ, предлагаю провести сравнительный анализ бензиновых и метановых турбо-моторов.
Основной момент при проектировании и настройке бензиновых турбо-моторов – максимально обезопасить двигатель от детонации.
До тех пор, пока моторы с изменяемой степенью сжатия не получат распространения, бензиновые моторы не сумеют достичь уровня КПД хотя бы дизельного мотора.
Высокий КПД дизельного двигателя обусловлен, прежде всего, высоким пиковым и средним давлением в цилиндрах двигателя за счет максимального наполнения при любых нагрузках.
Дросселирование и узкий диапазон воспламенения приводит к низкому КПД бензинового турбо-мотора в режимах небольших нагрузок. Идеальный мотор (вспоминаем Цикл Карно и адиабатный двигатель) должен работать наоборот, как бы наизнанку, уменьшать начальное и пиковое давление от малых нагрузок к большим.
Система управления двигателем на основе данных давления в цилиндрах позволит максимально точно подобрать углы и состав смеси в зависимости от нагрузки и оборотов мотора.
Проштудируем типичный бензиновый турбо-мотор.
Изначально разжатый, на малых и средних нагрузках (без давления наддува) он работает на обедненных смесях и максимально возможных ранних углах зажигания (скорость распространения фронта горения зависит от состава смеси; рисунок).
График давления и КПД будет низким из-за дросселирования и низкой СЖ.
С ростом нагрузки и давления наддува появляется золотая середина, где возможен идеальный баланс графика роста давления, температуры смеси а также ее удаленных участков в процессе распространения фронта горения (очень важный критерий), состава смеси.
С ростом нагрузки и оборотов (условно турбина вышла на заданный наддув) возникает опасность детонации.
Инструментов для предотвращения детонации три, цель одна- не дать топливной смеси состоящей из остаточных газов (с температурой и количеством, зависящим от оборотов), воздуха (кислорода с нейтральными газами) и топлива (перешедшего из жидкого в газообразное состояние с поглощением тепла — очень важный момент), перешагнуть рубеж температуры самовоспламенения.
В двигателе все процессы косвенно и напрямую зависят друг от друга, и происходят в динамике. Методично попытаюсь объяснить.
Для детонации необходимы два фактора — температура смеси и давление, которые в свою очередь зависят от множества моментов.
Для понимания остановимся на температуре воспламенения – главном критерии детонации.(Процесс горения хорошо описан здесь e-him.ru/?page=dynamic§ion=33&article=210)
Углом зажигания мы снижаем график давления, составом смеси – скорость горения (и давление), не забываем об увеличении объема пространства для горения, с ростом движения поршня (для понимания: максимально возможные обороты мотора – около 25000 оборотов – обуславливаются медленной скоростью горения бензина), и общей температуры за счет поглощения тепла при испарении и увеличении теплоемкости смеси. Скорость горения смеси также зависит от турбулентности – роль которой очень важна.
Для предотвращения детонации изначально снижают угол зажигания, затем в комплексе начинают заливать двигатель топливом.
Двигатель заливают топливом в прямом смысле слова – для поддержания безопасных режимов работы.
Для мощных турбо-моторов (инструмент третий) практикуют откат давления наддува к максимальным оборотам. КПД и экологичность данного мотора, надо сказать, далеки от идеальных (того же адиабатного двигателя).
Рассмотрим метановый турбо-мотор в тех же плоскостях.
Если в бензиновом двигателе главный критерий – детонация, то для метанового мотора это будет термонагруженность и ЕГТ.
Высокая стойкость к детонации (температура самовоспламенения 460 против 290 градусов) и меньшая скорость горения дают возможность работы при более высоких давлениях.
Однако низкая скорость горения ограничивает максимально возможные обороты, а сильный рост ЕГТ – максимальную мощность (в первую очередь ресурс турбокомпрессора).
Главный минус природного газа – отсутствие поглощения тепла при испарении и замещении объема смеси.
Детонация метанового турбо-мотора.
В метановом турбодвигателе детонация возникает в основном по причине большого количества остаточных газов, при высоких оборотах и плохой продувке.
Главным инструментом в борьбе с детонацией является угол опережения зажигания и снижение наддува для уменьшения противодавления на выпуске.
Изменение состава смеси тоже влияет на стойкость к детонации в первую очередь за счет снижения скорости распространения фронта горения, но не является важным инструментом в борьбе с детонацией – важнее обеспечить хорошую продувку мотора.
Идеальный метановый турбо-мотор.
Для создания турбо-мотора с высоким КПД, я пошел бы следующим путем.
При невозможности создания двигателя с изменяемой СЖ, но как можно более близкого к мотору «на изнанку», необходимо максимально использовать свойства природного газа: возможность воспламенения очень обедненных смесей, высокую детонационную стойкость и возможность использования метана в жидком (охлажденном) состоянии.(Очень интересный двигатель с изменяемой СЖ здесь www.mce-5.com/english/index.html)
Едем на метане
По данным испытаний «Авторевю», расход метана для Lada Vesta CNG составляет от 7,8 кубометра на 100 км на трассе до 12 кубометров на 100 км для города. Журнал «За рулем» дает чуть более оптимистичные величины — средний расход порядка 6,2 кубометров на 100 км.
И даже с учетом высокой стоимости метанового ГБО срок его окупаемости при указанном пробеге составляет порядка двух лет. Но это — если ездить исключительно на метане.
Почему ездить на метане сложно
Заправку метаном обеспечивают не привычные нам АЗС, а так называемые АГНКС — компрессорные станции. С советского периода в России осталось около 500 таких станций и за последние годы их общая численность не увеличилась — сейчас их, по оценкам, лишь 360. В каждом регионе насчитывается в среднем 15−20 АГНКС, и они составляют лишь 2% от общего числа заправок.
Редкость АГНКС осложняет использование метанового автомобиля, тем более, и пробег на полной заправке метаном, как правило, невысок. Например, первая серийная легковушка с ГБО — Lada Vesta CNG — имеет баллон на 90 литров, в который можно заправить примерно на 18−20 кубометров метана (величина указывается при атмосферном давлении). На таком количестве автомобиль проходит 250−300 километров. Расстояние между некоторыми АГНКС больше этой величины, поэтому при использовании метанового ГБО часть пробега все равно будет проходить в бензиновом режиме. А это увеличивает время окупаемости оборудования.
Метан — легкий углеводород, состоящий из одного атома углерода и четырех атомов водорода. В нем практически отсутствуют вредные примеси и тяжелые углеводороды, которые приводят к образованию нагара и смол в двигателе.
Выхлоп метановых машин также чище, правда, в нем все равно присутствуют окислы азота, которые образуются из-за высокой температуры в камере сгорания и наличия в ней кислорода. Но содержание сажи, несгоревших углеводородов и угарного газа значительно ниже, чем в случае с бензиновыми и дизельными моторами.
Правда, установка на автомобиль ГБО требует регистрации изменений, и в России процедура забюрокрачена до абсурдности. Самое печальное — это даже не дороговизна и муторность. Главное, процедура почти бесполезна, потому что проверки носят формальный характер и не гарантируют безопасность оборудования для владельца (разве что на бумаге). Тем не менее, несколько лет назад началась кампания по отлову автомобилей с нелегальным ГБО.
С июля нас ждет очередное затягивание гаек, и если сейчас общение с аккредитованными лабораториями возможно в удаленном режиме, то новый ГОСТ 33670 требует посещения такого центра. А их по России — лишь 15.
В каком-то смысле, политика государства противоречива: с одной стороны, людей стимулируют переходить на ГБО, с другой — создают препоны. Забота о безопасности оборудования, работающего под огромным давлением, понятна, но с учетом формальности процедуры вряд ли вызывает понимание у автовладельцев.
А есть ли готовые решения?
Lada Vesta CNG стала первой легковушкой с серийным ГБО для работы на метане, вторым на очереди идет Largus CNG, производство которого стартовало в феврале.
Заводской вариант не требует отдельной легализации ГБО, кроме того, обе машины сохранили бензобак, а пробег на полной заправке превышает 1000 км.
Но та же Vesta CNG на 170 тысяч рублей дороже аналогично оснащенной бензиновой Vesta, хотя 115 тысяч рублей можно компенсировать по программе EcoGas. Кроме того, в ряде регионов действуют субсидии при покупке метановых машин, например, клиентам предоставляются топливные карты, дающие 50-процентную экономию на первые 1500 кубометров газа.
Одной из проблем метановых машин является объем, который занимает баллон. Багажник Vesta, например, сокращается с 480 до 360 литров. Для фургона Largus тот же 90-литровый баллон сокращает объем еще сильнее — на 315 литров.
Ждет ли нас метановое будущее
Дешевый, экологичный, чистый — трудно представить лучшее топливо для России, чем природный газ. Тем более мы обладаем колоссальными запасами газа: по некоторым оценкам, до четверти мировых.
Есть и риски, например, необходимость хранить газ под давлением в 200 атмосфер предъявляет высокие требования к состоянию ГБО — сертификация и техосмотр метановых машин не должны быть формальностью.
Добавим газа: переводим двигатель на метан
Два разных топлива
Как известно, для двигателей внутреннего сгорания применяются два вида газового топлива: сжиженный углеводородный (он же нефтяной) газ или СУГ, а также компримированный (т.е. сжатый) природный газ или КПГ. Первый представляет собой пропан-бутановую смесь, получаемую в качестве побочного продукта при нефтедобыче, а второй на 95% состоит из метана и содержится в природе в чистом виде.
Экономия во всем
По отношению к бензину коэффициент расхода пропан-бутановой смеси составляет примерно 1.15 – 1.20, в то время как для метана он равен 1, т.е. расход получается таким же. При этом цена 1 куб. м метана оказывается примерно в 2,5 раза ниже, чем стоимость эквивалентного ему 1 литра бензина Аи-95.
Особенно явно все достоинства метана проявляются при эксплуатации автомобиля в городском цикле, с частой сменой нагрузок «малая-средняя», что как раз и является наиболее «вредным» для двигателя. Здесь использование метана позволяет максимально продлить (до 4 раз по сравнению с бензином) срок службы такой дорогостоящей детали, как каталитический нейтрализатор (плюс датчики кислорода), и в 2-3 раза срок службы столь типичных «расходников», какими являются свечи зажигания.
Безопасность и экология
Второе питание
При установке ГБО расставаться навсегда с традиционным бензиновым «питанием» не придется – газобаллонное оборудование ставится параллельно штатной системе. Никаких глобальных технических переделок не потребуется – появятся только баллон и заправочный вентиль в багажном отделении, а в салоне будут установлены переключатель «газ-бензин» и датчик расхода топлива. Также, в зависимости от оборудования, такое переключение может быть реализовано автоматическим способом.
Цены на метановое ГБО низкими никогда не были, поскольку само оборудование является высокотехнологичным и достаточно высоким по себестоимости, а спрос на такое оснащение, позволяющее использовать недорогое топливо с неизменно стандартным качеством, также постоянно растет. Но сейчас есть возможность за установку метанового оборудования заплатить значительно меньше среднерыночной стоимости!
Вариант!
«Газпром нефть» продолжает свою «европейскую» акцию, которая сейчас проводится на территории Санкт-Петербурга и Ленобласти, а также Новгородской, Смоленской и Тверской областей. В рамках этого проекта, каждому автовладельцу предоставляется скидка в 26 тысяч рублей на установку ГБО плюс выдается карта с балансом в 4 тысячи рублей, которые он может расходовать на заправку своего автомобиля на метановых станциях «Газпром нефть». Их число, кстати, в 2014 году будет увеличиваться – в частности, появятся новые станции в Северо-Западном регионе.
Воспользовавшись акцией, можно получить существенную экономию уже на самом первом этапе – установке ГБО. Например, для владельца Renault Logan дооборудование машины метановым ГБО обойдется примерно в 27 500 рублей, в то время как без компенсации эта сумма составила бы 53 500 рублей. Время установки оборудования займет от нескольких часов до двух дней. При этом есть выбор ГБО от различных производителей – отечественных и зарубежных, что также дает возможность сэкономить и позволяет установить более дорогое и высококлассное оснащение.
В зависимости от производителя, на установленное оборудование действует гарантия от 1 года до 2-х лет, сам же срок службы ГБО неограничен. С техосмотром и выездом на автомобиле за границу также не возникает проблем: достаточно только проходить плановые испытания баллонов в автосервисе – один раз в пять лет для металлических баллонов и раз в три года для композитных.
ГБО-МЕТАН от А до Я. Установка, оформление и эксплуатация.
Процесс установки ГБО метан на новую LADA Granta FL я начал с подготовки необходимых документов с целью дальнейшего узаконивания газобаллонного оборудования.
В моем случае компания «Росметан», которую я выбрал для установки газобаллонного оборудования, большую часть работы по подготовке всех необходимых документов взяла на себя. Так что подавая первое заявление в ГИБДД на разрешение о внесении изменений в конструкцию ТС, я уже имел на руках необходимое в этом случае заключение предварительной технической экспертизы конструкции транспортного средства. Для большего понимания этого не простого дела решил все шаги разложить по пунктам.
Алгоритм действий по оформлению ГБО был такой:
1. Прохождение предварительной технической экспертизы.
Для этого потребовались копии документов:
— документ, удостоверяющий личность владельца авто (паспорт)
— ПТС с двух сторон (паспорт транспортного средства)
— СТС с двух сторон (свидетельство о регистрации ТС)
— фотографии транспортного средства (моторный отсек, номерные таблички, место установки баллона, общий вид).
2. Получение разрешение на установку ГБО в ГИБДД.
Для ГАИ потребовались те же документы, плюс предварительное заключение тех. экспертизы и заявление на разрешение о внесении изменений в конструкцию ТС.
3. Установка газового оборудования в сертифицированной копании — получение заключений и копий сертификатов на оборудование.
После установки газового оборудования на автомобиль, с соблюдением норм и требований, прописанных в заключении лаборатории, компания-установщик выдала заверенный пакет документов:
4. Прохождение техосмотр, получение диагностической карты.
5. Получение: «Протокола технической экспертизы после внесения изменений в конструкцию транспортного средства».
Предоставил все указанные выше документы, в ту же лабораторию. После осмотра автомобиля и проверки всей документации и оплаты, выдали: «Протокол технической экспертизы после внесения изменений в конструкцию транспортного средства».
6. Получение: «Свидетельства о соответствии ТС с внесенными в его конструкцию изменениями».
Далее представил авто и полный перечень документов, для проверки в ГАИ (отделом технадзора).
В итоге осмотра мне было выдано: «Свидетельство о соответствии конструкции ТС требованиям безопасности дорожного движения» (ССКТС).
8. Внесение отметки о ГБО в ПТС и замена СТС на новое, с отметкой.
Записался через ГОСУСЛУГИ в отдел регистрации автомототранспортных средств ГИБДД. Оплата ещё одну госпошлину.
В некоторых регионах предусмотрены налоговые льготы для автомобилей с ГБО, поэтому в ГИБДД сразу стоит попросить распечатать карточку учета ТС.
Затраты на оформление ГБО:
— предварительная экспертиза — 4000 руб.
— протокол после внесения изменений — 4000 руб.
— диагностическая карта – 500 руб.
— оплата первой госпошлины за выдачу ССКТС — 800 руб.
— вторая госпошлина за внесение новых сведений в ПТС и замена СТС — 850 руб.
Процесс установки комплекта ГБО DIGITRONIC MAXI-2 AT-12 AEB.
Перечень работ:
1. Подготовка к монтажу в подкапотной части. Демонтаж аккумулятора и воздушного фильтра.
2. Установка редуктора.
4. Врезка форсунок в коллектор.
5. Монтаж трубки низкого давления.
6. Монтаж газовой рейки, фильтра, датчика МАП и электрических кабелей.
7. Установка ложемента.
8. Монтаж баллона CNG-2 80л.
9. Прокладка магистрали высокого давления.
10. Подключение электромагнитного клапана.
11. Первая заправка.
13. Проверка на утечку.
Преимущества:
— низкая цена топлива,
— экологичность,
— плавная работа двигателя,
— господдержка в виде налоговых послаблений и субсидий,
— возможность самостоятельной заправки от газовой трубы + спец. компрессор.
Недостатки:
— уменьшение пространства багажника (см. переделка подсветки багажника);
— большой по размеру и весу баллон;
— открывать капот при каждой заправке (см. установка газовых упоров);
— дальность хода на баллоне 80л город/трасса 250-300 км,
— слабо развитая инфраструктура заправочных станций и спец. автосервисов (обзор заправок),
— снижение динамики и разгона (решается двойной прошивкой),
— освидетельствование баллона (ТИП-2) 1 раз в 3 года,
— дорогостоящее оборудование.
Расход.
Предыдущий мой автомобиль (Лада Гранта 1-го поколения 8 кл.) был на пропане, так что есть, с чем сравнить…
Метан — сейчас заправляю полный бак 80л (18 кубов) 270-300 руб. на 250-300 км.
Пропан — это же расстояние выходило 700 руб.
Вывод: экономия в сравнении с пропаном в 2 раза, а с бензином так в вообще в 3; по моим подсчетам, при пробеге в 20-30 тыс.км в год, ГБО-метан окупится на 2-ом году эксплуатации.
P.S. Несмотря на сложность оформления и дороговизну установки, каждая поездка на заправку своего рода «праздник», т.к цена на природный газ существенно ниже, чем цена бензина и пропана. Это перекрывает все неудобства и минусы.
Запчасти
Лада Гранта Лифтбек 2019, двигатель бензиновый 1.6 л., 87 л. с., передний привод, механическая коробка передач — своими руками
Машины в продаже
Комментарии 79
Здравствуйте. Есть кое какие вопросы, по поводу установки. Можете ответить? Как с вами можно связаться-личка закрыта
интересно, а почему такой большой расход. выходит более 25 литров метана на 100 км. я вот задумываюсь установкой метана вместо пропана. уж больно он подорожал. 35р литр. но если гранта проезжает до 300 км на 80л. то сколько же проедет волга.км 200 что ли
Думаю, 230-260 км будет проезжать, Гранта всё-же из класса малолитража
Если считать как вы, то получается «литр» метана стоит меньше 4 рублей за литр.
В Волгу вы можете поставить и балон побольше, литров так на 100 или 120 и пробег будет такой же как и у автора…
Думаю, 230-260 км будет проезжать, Гранта всё-же из класса малолитража
Подскажите что надо ставить на гранту АКПП чтоб не так мощность была заметна. Вариатор или прошивку на метане
У меня механика и двойная прошивка, через реле — так на много бодрее. Но вот с автоматом не подскажу, хотя все же прошивка в любом случае должна динамики подтянуть
Вот интересует как на автомате машина едет. И нормально ли будет ехать с матаном или не стоит. Хорошо спасибо за ответ.
Думаю, все будет ок! Двигатель на метане работает тише и плавно.
Вот интересует как на автомате машина едет. И нормально ли будет ехать с матаном или не стоит. Хорошо спасибо за ответ.
Если у него на механике дальность хода по городу 80км. Может это конечно опечатка. То какая будет у вас на автомате? Максимум 150км в городе при объеме балона 18 кубов. Из них 10 км минимум это поездка на заправку только ради самого факта заправки. Итого 140км запас хода. Это очень очень мало.
Добрый вечер! Регулировку произвожу подбором шайб каждые 15 000 км. стоимость от 500 до 1000р у нас на гаражах.
Понял. Т.е у вас еще старый двигатель. Спсибо.
Добрый вечер! Всё отлично, каждая поездка на заправку — праздник)
А вы на каком пробеге установили ГБО? Как думаете при 3 000 км можно уже?)
на 11 000, думаю, да.
А вы на каком пробеге установили ГБО? Как думаете при 3 000 км можно уже?)
Да без разницы пробег, чем раньше тем лучше.