Газовый двигатель камаз принцип работы

Раскрыт секрет популярности газодизельного тягача KAMAZ-5490 NEO 15:05, 25 апреля 2019 Версия для печати

Непростая экономическая ситуация и рост цен на топливо поставили грузоперевозчиков в сложное положение. В условиях, когда цена дизельного топлива обогнала стоимость 95-го бензина, компании вынуждены искать способы снижения расходов.

Особенно это актуально для крупных коммерческих перевозчиков, ежегодные пробеги которых измеряются в сотнях тысяч километров.

Выпущенная компанией «КАМАЗ» модификация флагманского тягача KAMAZ-5490 NEO, по заверениям ее представителей, позволит перевозчикам экономить до полумиллиона рублей в год. Новый тягач уже по достоинству оценили крупнейшие отечественные транспортные компании, заказавшие сотни единиц KAMAZ-5490 NEO.

Как же устроен инновационный двутопливный тягач от «КАМАЗа», и в чем кроется секрет экономии?

Экономия на топливе

Серьезная экономия достигается за счет газодизельной системы питания, позволяющей работать как в дизельном, так и в газодизельном режимах. Благодаря битопливной системе, KAMAZ-5490 NEO никогда не встанет у обочины «пустым»: рейс всегда можно закончить на солярке.

Кассета из четырех газовых баллонов, пришедшая на смену правому топливному баку, вмещает 64 куб. м. газа, а топливный бак в левой части — 450 литров. Таким образом, запас хода на одной заправке составляет 450 км в газодизельном режиме и еще 950 км в стандартном дизельном.

По подсчетам производителя, работа этого тягача в газодизельном режиме позволяет транспортным компаниям существенно сократить расходы — экономия около трёх рублей на каждый пройденный километр пути. Простая математика: при пробеге в 100 тысяч км можно сэкономить порядка 300 тысяч рублей, а при среднем для такого тягача годовом пробеге в 185 тысяч км экономия составит более полумиллиона рублей.

Разработчиками битопливной системы для KAMAZ-5490 NEO выступили специалисты голландской компании «Prins». Их уникальная разработка заключается в следующем: газ подается во впускной коллектор двигателя, где смешивается с воздухом и попадает в камеру сгорания. Подача дизельного топлива в этот момент уменьшается, а мощность и крутящий момент двигателя от Mercedes-Benz остаются неизменными.

Чтобы активировать битопливную систему, достаточно нажать на соответствующую кнопку в салоне: если двигатель прогрет до нужной температуры, водитель увидит индикаторы заполнения газовых баллонов — система готова к работе. Если же газ в баллонах закончился — KAMAZ-5490 NEO автоматически перейдет в обычный дизельный режим.

Наряду с экономной двутопливной системой конструкторы «КАМАЗа» предусмотрели и существенный апгрейд конструкции KAMAZ-5490 NEO, который позволил повысить его технические характеристики.

Улучшенные характеристики

В 2017 году «КАМАЗ» произвел модернизацию всех тягачей 5490: «прокачанной» вышла и двутопливная модификация. Подробнее об этом рассказал специалист компании Марсель Хаметов.

«Мы увеличили колесную базу, за счет чего удалось оптимизировались нагрузки по осям — распределение нагрузок на заднюю и переднюю ось стало более правильным. Также мы усилили переднюю подвеску. Кроме того, мы заменили втулки рессор, которые раньше нужно было часто обслуживать, смазывать и менять, на необслуживаемые сайлент-блоки: это более долговечные узлы, обслуживать которые легче и дешевле», — отметил Хаметов.

Благодаря оптимизации распределения нагрузок на оси, апгрейду колесной базы и усилению передней подвески, тягачу под силу перевозить до полутонны дополнительного груза без превышения допустимых осевых нагрузок.

В улучшенной передней подвеске KAMAZ-5490 NEO старые рессоры из «старшей» модели заменили новыми девятитонными, модернизации подверглась и геометрия стабилизатора поперечной устойчивости. Все это позволило повысить надежность и ресурс передней подвески двутопливного тягача.

KAMAZ-5490 NEO оснащены экономичным двигателем Mercedes-Benz OM457LA («Евро-5») мощностью 401 л. с., комфортабельной кабиной на четырехточечной подвеске со спальным местом. Тягач также может похвастаться электропневматическим приводом тормозной системы (EBS), системой курсовой устойчивости (ESP) и противобуксовочной системой (ASR).

Читайте также:  Пинается двигатель на малых оборотах

Таким образом, помимо экономии на топливе благодаря газодизельной системе питания транспортные компании могут рассчитывать также на снижение расходов на техническое обслуживание модернизированной конструкции и на существенный прирост в грузоподъемных характеристиках тягача KAMAZ-5490 NEO.

Стоит отметить, еще одним подспорьем для перехода перевозчиков на газодизельные тягачи от «КАМАЗа» является продление гарантии, которая с недавних пор составляет 24 месяца с даты реализации автомобиля без ограничения пробега. Ранее гарантийные обязательства обслуживания автомобиля предусматривали лимит пробега в 200 тысяч километров.

Экологичный тренд

При сгорании газа не возникает твердых частиц, что существенно сокращает степень загрязнения окружающей среды. Таким образом, эксплуатация тягача KAMAZ-5490 NEO выгодна не только с экономической, но и с экологической точки зрения.

С выпуском двутопливной модификации тягача компания «КАМАЗ» поддержала мировой тренд на использование метана в качестве альтернативного вида автомобильного топлива — и не собирается останавливаться на достигнутом.

По словам Марселя Хаметова, в ближайшем будущем компания планирует выпустить еще одну модификацию 5490 NEO, использующую не сжатый, а сжиженный природный газ.

«Принцип работы останется тем же, изменится лишь метод хранения газа: не в газообразном состоянии в баллонах под давлением, а в жидком — в криогенном баке. Преимущество данной модификации — это еще более увеличенный запас хода», — подчеркнул специалист «КАМАЗа».

По словам эксперта, в будущем компания также планирует представить газодизельную модификацию KAMAZ-65209 с подъемной задней осью и колесной формулой 6×2.

Таким образом, «КАМАЗ» не просто поддерживает мировую тенденцию перехода на «голубое топливо», но и становится одним из главных трендсеттеров в области развития газомоторной техники.

Источник

Газовый двигатель

О достоинствах газомоторного топлива, в частности метана, сказано немало, но напомним о них еще раз.

Это экологичный выхлоп, удовлетворяющий текущие и даже будущие законодательные требования к токсичности. В рамках культа глобального потепления это важное преимущество, поскольку нормы Euro 5, Euro 6 и все последующие будут насаждаться в обязательном порядке и проблему с выхлопом так или иначе придется решать. К 2020 г. в Евросоюзе новым транспортным средствам будет разрешено производить в среднем не более 95 г СО2 на километр. К 2025 г. этот допустимый предел могут еще опустить. Двигатели на метане способны удовлетворить эти нормы токсичности, и не только благодаря меньшему выбросу СО2. Показатели выбросов твердых частиц в газовых двигателях также ниже, чем у бензиновых или дизельных аналогов.

Далее, газомоторное топливо не смывает масло со стенок цилиндра, что замедляет их износ. Как утверждают пропагандисты газомоторного топлива, ресурс двигателя волшебным образом вырастает в разы. При этом они скромно умалчивают о теплонапряженности работающего на газе двигателя.

И главное преимущество газомоторного топлива – это цена. Цена и только цена покрывает все недостатки газа как моторного топлива. Если мы говорим о метане, то это неразвитая сеть АГНКС, которая буквально привязывает газовый автомобиль к заправке. Количество заправок сжиженным природным газом ничтожно, этот вид газомоторного топлива сегодня представляет собой нишевой, узкоспециальный продукт. Далее, газобаллонное оборудование занимает часть полезной грузоподъемности и полезного пространства, ГБО хлопотно и накладно в обслуживании.

Технический прогресс породил такой вид двигателя, как газодизель, живущий в двух мирах: дизельном и газовом. Но как универсальное средство газодизель не реализует в полном объеме возможности ни того, ни другого мира. Нельзя оптимизировать ни процесс сгорания, ни показатели КПД, ни образование выбросов для двух видов топлива на одном двигателе. Для оптимизации газовоздушного цикла нужно специализированное средство – газовый двигатель.

Читайте также:  При каких оборотах двигателя меньше расход топлива

Сегодня все газовые двигатели используют внешнее образование газовоздушной смеси и воспламенение от свечи зажигания, как в карбюраторном бензиновом двигателе. Альтернативные варианты – в стадии разработки. Газовоздушная смесь образуется во впускном коллекторе путем инжекции газа. Чем ближе к цилиндру происходит этот процесс, тем быстрее реакция двигателя. В идеале газ должен впрыскиваться прямо в камеру сгорания, о чем речь пойдет ниже. Сложность управления не единственный недостаток внешнего смесеобразования.

Инжекция газа управляется электронным блоком, который также регулирует угол опережения зажигания. Метан горит медленнее дизельного топлива, то есть газовоздушная смесь должна воспламеняться раньше, угол опережения также регулируется в зависимости от нагрузки. Кроме того, метану нужна меньшая степень сжатия, нежели дизельному топливу. Так, в атмосферном двигателе степень сжатия снижают до 12–14. Для атмо­сферных двигателей характерен стехиометрический состав газовоздушной смеси, то есть коэффициент избытка воздуха a равен 1, что в какой-то степени компенсирует потерю мощности от снижения степени сжатия. КПД атмосферного газового двигателя на уровне 35%, тогда как у атмосферного же дизеля КПД на уровне 40%.

Автопроизводители рекомендуют использовать в газовых двигателях специальные моторные масла, отличающиеся водостойкостью, пониженной сульфатной зольностью и одновременно высоким значением щелочного числа, но не возбраняются и всесезонные масла для дизельных двигателей классов SAE 15W-40 и 10W-40, которые на практике применяются в девяти случаях из десяти.

Турбокомпрессор позволяет снизить степень сжатия до 10–12 в зависимости от размерности двигателя и давления во впускном тракте, а коэффициент избытка воздуха увеличить до 1,4–1,5. При этом КПД достигает 37%, но одновременно значительно возрастает теплонапряженность двигателя. Для сравнения: КПД турбированного дизельного двигателя достигает 50%.

Повышенная теплонапряженность газового двигателя связана с невозможностью продувки камеры сгорания при перекрытии клапанов, когда в конце такта выпуска одновременно открыты выпускные и впускные клапаны. Поток свежего воздуха, особенно в наддувном двигателе, мог бы охлаждать поверхности камеры сгорания, снижая таким образом теплонапряженность двигателя, а также снижая нагрев свежего заряда, это увеличило бы коэффициент наполнения, но для газового двигателя перекрытие клапанов недопустимо. Из-за внешнего образования газовоздушной смеси воздух всегда подается в цилиндр вместе с метаном, и выпускные клапаны в это время должны быть закрыты во избежание попадания метана в выпускной тракт и взрыва.

Уменьшенная степень сжатия, повышенная теплонапряженность и особенности газовоздушного цикла требуют соответствующих изменений, в частности, в системе охлаждения, в конструкции распредвала и деталей ЦПГ, а также в применяемых для них материалах для сохранения работоспособности и ресурса. Таким образом, стоимость газового двигателя не так уж отличается от стоимости дизельного аналога, а то и выше. Плюс к этому стоимость газобаллонного оборудования.

Флагман отечественного автомобилестроения ПАО «КАМАЗ» серийно выпускает газовые 8-цилиндровые V-образные двигатели серий КамАЗ-820.60 и КамАЗ-820.70 размерностью 120х130 и рабочим объ­емом 11,762 л. Для газовых двигателей используют ЦПГ, обеспечивающую степень сжатия 12 (у дизельного КамАЗ-740 степень сжатия 17). В цилиндре газовоздушная смесь воспламеняется искровой свечой зажигания, установленной вместо форсунки.

Для большегрузных автомобилей с газовыми двигателями используют специальные свечи зажигания. Так, Federal-Mogul поставляет на рынок свечи с иридиевым центральным электродом и боковым электродом, выполненным из иридия или платины. Конструкция, материалы и характеристики электродов и самих свечей учитывают температурный режим работы большегрузного автомобиля, характерный широким диапазоном нагрузок, и сравнительно высокую степень сжатия.

Двигатели КамАЗ-820 оборудуют системой распределенного впрыска метана во впускной трубопровод через форсунки с электромагнитным дозирующим устройством. Газ инжектируется во впускной тракт каждого цилиндра индивидуально, что позволяет корректировать состав газовоздушной смеси для каждого цилиндра с целью получения минимальных выбросов вредных веществ. Расход газа регулируется микропроцессорной системой в зависимости от давления перед инжектором, подача воздуха регулируется дроссельной заслонкой с приводом от электронной педали акселератора. Микропроцесорная система управляет углом опережения зажигания, обеспечивает защиту от воспламенения метана во впускном трубопроводе при сбое в системе зажигания или неисправности клапанов, а также защиту двигателя от аварийных режимов, поддерживает заданную скорость автомобиля, обеспечивает ограничение крутящего момента на ведущих колесах автомобиля и самодиагностику при включении системы.

Читайте также:  Частая замена масла в двигателе хорошо или плохо

«КАМАЗ» в значительной степени унифицировал детали газовых и дизельных двигателей, но далеко не все, и многие внешне схожие детали для дизеля – коленвал, распредвал, поршни с шатунами и кольцами, головки блока цилиндров, турбокомпрессор, водяной насос, масляный насос, впускной трубопровод, поддон картера, картер маховика – не подходят для газового двигателя.

В апреле 2015 г. «КАМАЗ» запустил корпус газовых автомобилей мощностью 8 тыс. единиц техники в год. Производство размещено в бывшем газодизельном корпусе автозавода. Технология сборки следующая: шасси собирают и устанавливают на него газовый двигатель на главном сборочном конвейере автомобильного завода. Потом шасси буксируют в корпус газовых автомобилей для монтажа газобаллонного оборудования и проведения всего цикла испытаний, а также для обкатки автотехники и шасси. При этом газовые двигатели КАМАЗ (в том числе модернизированные с компонентной базой «БОШ»), собираемые на моторном производстве, также проходят испытания и обкатку в полном объеме.

«Автодизель» (Ярославский моторный завод) в содружестве с компанией Westport разработал и выпускает линейку газовых двигателей на базе семейства 4- и 6-цилиндровых рядных двигателей ЯМЗ-530. Шестицилиндровый вариант может устанавливаться на автомобили нового поколения «Урал NEXT».

Как уже говорилось выше, идеальный вариант газового двигателя – это непосредственный впрыск газа в камеру сгорания, но до сих пор мощнейшее глобальное машиностроение не создало такой технологии. В Германии исследования ведет консорциум Direct4Gas, возглавляемый компанией Robert Bosch GmbH в партнерстве с Daimler AG и Штутгартским научно-исследовательским институтом автомобильной техники и двигателей (FKFS). Министерство экономики и энергетики Германии поддержало проект суммой в 3,8 млн евро, что на самом деле не так уж много. Проект будет работать с 2015-го до января 2017 г. На-гора должны выдать промышленный образец системы непосредственного впрыска метана и, что не менее важно, технологию ее производства.

По сравнению с нынешними системами, использующими многоточечный впрыск газа в коллектор, перспективная система непосредственного впрыска способна на 60% увеличить крутящий момент на низких оборотах, то есть ликвидировать слабое место газового двигателя. Непосредственный впрыск решает целый комплекс «детских» болезней газового двигателя, принесенных вместе с внешним смесеобразованием.

В проекте Direct4Gas разрабатывают систему непосредственного впрыска, способную быть надежной и герметичной и дозировать точное количество газа для впрыска. Модификации самого двигателя сведены к минимуму, чтобы промышленность могла использовать прежние компоненты. Команда проекта комплектует экспериментальные газовые двигатели недавно разработанным клапаном впрыска высокого давления. Систему предполагается тестировать в лаборатории и непосредственно на транспортных средствах. Исследователи также изучают образование топливно-воздушной смеси, процесс управления зажиганием и образование токсичных газов. Долгосрочная цель консорциума – это создание условий, при которых технология сможет выйти на рынок.

Итак, газовые двигатели – это молодое направление, еще не достигшее технологической зрелости. Зрелость наступит, когда Bosch со товарищи создадут технологию непосредственно впрыска метана в камеру сгорания.

Источник

Adblock
detector