пїњ

ќѕџ“  ќЌ¬≈–“ј÷»» ƒ»«≈Ћ≈… ¬ √ј«ќ¬џ≈ ƒ¬»√ј“≈Ћ» — »— –ќ¬џћ «ј∆»√јЌ»≈ћ

ќѕџ“  ќЌ¬≈–“ј÷»» ƒ»«≈Ћ≈… ¬ √ј«ќ¬џ≈ ƒ¬»√ј“≈Ћ» — »— –ќ¬џћ «ј∆»√јЌ»≈ћ
‘.». јбрамчук, д.т.н., профессор, ’Ќјƒ”,
ј.ћ. Ћевтеров, к.т.н., ст. науч. сотр., и. о. зав. отделом, »ѕћаш ЌјЌ ”краины
јннотаци€. ѕриведен краткий обзор опыта зарубежных и отечественных специалистов конвертации дизелей различного назначени€ в газовые двигатели с искровым зажиганием. ќтмечены проблемы научно-технического характера, которые необходимо решить дл€ реализации одного из направлений частичного замещени€ жидких нефт€ных топлив природным газом с целью улучшени€ энергоэкологических показателей транспортных и других силовых установок с ƒ¬—.
 лючевые слова: конвертаци€, дизель, природный газ, токсичность отработавших газов.
¬ведение
Ќа различных этапах развити€ и совершенствовани€ поршневых двигателей измен€лась мотиваци€ к использованию того или иного вида топлива дл€ них. Ќо некоторые тенденции в этом развитии, такие как посто€нный рост количества производимых и используемых силовых (в основном транспортных) установок с ƒ¬—, а также посто€нный рост количества потребл€емого ими топлива, остаютс€ неизменными и сегодн€. ѕоследстви€ этих тенденций известны: это, во-первых, прогнозируемое исчерпание запасов сырь€ дл€ производства традиционных жидких моторных топлив нефт€ного происхождени€, во-вторых, это катастрофически негативное вли€ние на окружающую среду, причем, как стало совершенно пон€тно в последнее врем€, это негативное вли€ние носит глобальный характер, т.е. человечество своей де€тельностью уничтожает среду собственного обитани€.   сожалению, этот процесс приобрел столь широкий размах и масштабы, что остановить его, а тем более в короткие сроки, €вл€етс€ архитрудной проблемой. „то же касаетс€ мотивации использовани€ того или иного вида топлива, то она диктовалась до сих пор в основном экономическими соображени€ми иногда и глобального масштаба. ¬спышки интереса к топливам, альтернатив-
ным традиционному нефт€ному, возникали в периоды нефт€ных кризисов, или в тех отдельных регионах планеты, где государства, не имеющие собственных запасов нефти, пытались снизить зависимость от мировых поставщиков нефти. ’орошим примером может служить Ѕразили€ и другие страны ёжной јмерики, давно уже использующие моторные топлива на основе спирта из возобновл€емого сырь€. ќдним из важнейших, альтернативных жидким нефт€ным топливам, €вл€етс€ природный газ. ¬о-первых, потому что разведанные его запасы в недрах земли во много раз превышают запасы нефти; во-вторых, потому что природный газ по своим моторным свойствам, вли€ющим на важнейшие энергоэкологические характеристики ƒ¬—, превосходит жидкие нефт€ные топлива; в-третьих, поскольку природный газ дл€ использовани€ его в качестве моторного топлива не требует, в отличие от нефти, глубокой переработки и св€занных с этим немалых дополнительных затрат, себестоимость его всегда объективно ниже себестоимости жидких нефт€ных топлив. ѕричем, речь идет о стоимости единицы получаемой энергии. ќтдельно следует отметить такое преимущество природного газа, как существенно более низкое вли€ние на загр€знение окружающей среды (особенно грунта и воды), чем жидких нефт€ных топлив. ќпыт использовани€ при-
родного газа, как моторного топлива, €вл€етс€ очень полезным при разработке технологий использовани€ в этом качестве любых других горючих газов. ¬ св€зи с изложенными преимуществами природного газа, как моторного топлива, возрастает интерес к нему и необходимость развити€ соответствующей инфраструктуры дл€ его масштабного использовани€. –еализаци€ такого развити€ предусматривает как минимум два вектора. ѕервый - это существенное расширение парка силовых установок (—”) с газовыми двигател€ми. ¬торой - это существенное расширение сети газопроводов, ј√Ќ —, соответствующего сервиса.
ќстановимс€ на расширении парка —” с газовыми двигател€ми и проблемами, св€занными с этим.
Ќа практике расширение масштабов использовани€ природного газа, как моторного топлива, реализуетс€ по нескольким направлени€м.
1. —оздание двухтопливных двигателей на базе двигателей ќтто. Ёто достигаетс€ установкой на транспортные средства (“—) или —” газовой аппаратуры, котора€ работает параллельно с жидкостной топливной системой. ” этого способа есть свои преимущества и недостатки.   преимуществам относ€тс€ минимальные изменени€ конструкции двигател€ и возможность работы двигател€ и на жидком и на газовом топливе. Ќедостатком €вл€етс€ недоиспользование потенциала газового топлива из-за низкой степени сжати€, характерной дл€ базового двигател€, из-за чего страдает экономичность двигател€.
2. —оздание производства газовых двигателей. Ёто направление св€зано с огромными дополнительными вложени€ми и не выдерживает конкуренции с традиционным производством двигателей ќтто и дизелей. (≈сть опыт серийного производства газовых мотор-компрессоров большой мощности дл€ газоперекачивающих станций).
3.  онвертаци€ дизелей в газодизели и газовые двигатели с искровым зажиганием (»«). “.к. газодизели по сумме экономических, технических и экологических показателей способны зан€ть лишь небольшую нишу в структуре силовых установок с ƒ¬—, рассмотрим более подробно проблемы кон-
вертации дизелей в газовые двигатели с »«. ” этого направлени€ также есть свои преимущества и недостатки.
  преимуществам следует отнести следующее: без создани€ нового производства, при относительно небольших затратах можно получить двигатель с высокой степенью сжати€, а значит с более экономичным рабочим циклом; современный грузовой автотранспорт оснащен, как правило, мощными силовыми установками с дизел€ми, а следовательно этот сектор имеет неоспоримое преимущество перед —” с двигател€ми. ќтто, которые переоборудуютс€ более простым способом и которые с такой агрегатной мощностью как у дизелей дл€ грузового автотранспорта просто не выпускаютс€.
  недостаткам этого направлени€ следует отнести то, что после конвертации дизел€ в газовый двигатель с искровым зажиганием он становитс€ однотопливным, а это усложн€ет его эксплуатацию в услови€х отрицательных температур (-15 ∞— и ниже). ѕричем, это касаетс€ только его пусковых характеристик, при существенном улучшении износных характеристик и сокращени€ времени выхода на рабочий режим, а два последних фактора €вл€ютс€ не недостатками, а преимуществами конвертированного двигател€.
јнализ публикаций
ћировой опыт создани€ газовых двигателей на базе дизелей известными фирмами (Ќиссан, MAN, RABA-MAN, ƒаймлер-Ѕенц,  амминс,  јћј« и др.) [1], [2], [3], [4] показывает целесообразность такого направлени€ расширени€ использовани€ природного газа в качестве моторного топлива. ≈сть такой опыт и в ”краине. ѕионерами здесь можно назвать »√ ЌјЌ” (середина 90-х годов), »ѕћаш ЌјЌ” (г. ’арьков, 2003 г.), ’Ќјƒ” и Ћ√“” (2005 г.). «десь перечислены только те организации, чьи работы были освещены в научной и попул€рной печати.
јнализ разработок этих организаций свидетельствует о том, что получен опыт конвертации в газовые двигатели нескольких типов дизелей, устанавливаемых на транспортных средствах и сельхозмашинах отечественного парка, а также используемых в стационарных силовых установках различного назначени€.
“ак в »√ ЌјЌ” созданы и доведены до коммерческого образца газопоршневые электроагрегаты на базе дизель-генераторов отечественного и зарубежного производства мощностью от нескольких к¬т до 360 к¬т в одном агрегате. ќсобенностью разработки €вл€етс€ то, что системы управлени€ двигателем обеспечивают однорежимный характер работы.
¬ »ѕћаш ЌјЌ” разработана технологи€ конвертировани€ и создан действующий образец газового двигател€ с »« на базе дизел€ широкого назначени€ ƒ-21, имеющего номинальную мощность 18 к¬т [5]. “ехнологи€ предусматривает минимум конструктивных изменений двигател€ и максимальную ориентацию на использование серийно выпускаемых газовой аппаратуры и системы зажигани€ высокой энергии.
¬ ’Ќјƒ” совместно со специалистами из »ѕћаш разработана технологи€ конвертации и создан действующий образец газового двигател€ с »« на базе безнаддувного яћ«-236. ќсобенностью данной разработки, €вл€етс€ применение оригинальной системы зажигани€ высокой энергии с дополнительными функци€ми, котора€ должна обеспечить двигателю хорошие пусковые характеристики в услови€х отрицательных температур.
ќбщим дл€ перечисленных разработок €вл€етс€ снижение степени сжати€ базового двигател€ до 10^12 путем увеличени€ объема камеры сгорани€ в поршне и использовани€ систем зажигани€ высокой энергии.
¬ Ћуцком государственном технологическом университете конвертирован в газовый двигатель с »« широко используемый в ”краине безнаддувный дизель ƒ-240, белорусского производства [7]. ќсобенностью технологии конвертации данного дизел€ в газовый двигатель с »« €вилось то, что снижение степени сжати€ с 16 до 12 достигнуто без увеличени€ объема  — в поршне, (т.е. без дообработки поршн€), за счет установки трех прокладок между головкой и блоком целин-дров общей толщиной 4,5 мм. “аким образом, реконвертаци€ газового двигател€ в дизель в этом случае возможна с наименьшими затратами. ќднако следует отметить, что дл€ двигателей с цепным или ременным приводом распределительного вала верхнего
расположени€ така€ технологи€ конвертации мало пригодна или невозможна совсем.  роме того, при такой технологии конвертации необходима периодическа€ трудоемка€ подт€жка болтов креплени€ головки блока цилиндров.
»нтересен опыт российских специалистов, создавших автомобильный газовый двигатель с »« второго поколени€ на базе дизел€  јћаз 740.13-260 с турбонаддувом [4]. ќсобенностью газового двигател€ €вл€етс€ распределенна€ система подачи газа во впускной патрубок каждого цилиндра с помощью газовых клапанов с электромагнитным приводом, а также ћѕ—” подачей топлива и углом опережени€. Ѕлагодар€ наличию наддува газовый двигатель имеет такой же температурный режим, что и базовый дизель.
¬ыводы
—ледует отметить, что это лишь небольшой опыт, полученный в этой области. ј результаты его показывают, что многие проблемы, как научно-технического характера, так и коммерческого предстоит еще решать. Ќаучно-технические проблемы заключаютс€ в следующем.
1. —овершенствование технологий конвертировани€ дизелей в газовые двигатели с искровым зажиганием с целью снижени€ их стоимости и повышени€ степени унифи-ка-ции.
2. —овершенствование рабочих процессов газового двигател€ с целью повышени€ его экономичности, надежности (улучшени€ температурного режима), снижени€ токсичности. «десь необходимы усили€, прежде всего двигателистов, но есть задачи и дл€ материаловедов и дл€ специалистов других профилей.
3. –азработка рациональных схем систем питани€ двигател€ газовым топливом и создание соответствующих элементов этих систем.
4. –азработка микропроцессорных систем управлени€ (ћѕ—”) работой дл€ газовых двигателей различного назначени€.
«десь необходимы совместные усили€ двига-телистов, электронщиков, специалистов в области управлени€.
ќпыт разработок отечественных и зарубежных специалистов показывает, что газовые двигатели с »« на базе дизелей обладают хорошими мощностными и экономическими характеристиками, а по интегральному показателю экологической безопасности существенно превосход€т базовые двигатели. Ёто дает основание утверждать, что при решении комплексной проблемы снижени€ темпов потреблени€ жидких нефт€ных топлив и охраны окружающей среды следует существенно увеличивать долю “— и —” с газовыми двигател€ми (в т.ч. и на базе дизелей), а дл€ этого, в числе других мер, следует совершенствовать технологии конвертации дизелей в газовые двигатели с »«.
Ћитература
1. Ytaka Takada, Hiroshi Matsuda, Kahachi
Jioka. Development of an Urban Bus with a Turbocharger and Aftercooled Jean-Burn CNG Engine for low Emissions. NGV'94 International Conference. Toronto, Ontario, Canada.
2. √азобаллонные автомобили / √ригорьев ≈.√.,
 олдубаев Ѕ.ƒ., ≈рохов ¬.». и др. - ћ.: ћашиностроение, 1989. - 216 с.
3. Ћуканин ¬.Ќ., ’ачи€н ‘.—.,  узнецов ¬.≈.,
‘едоров ¬.ћ. —равнительный анализ способов конвертации жидкотопливных
двигателей в двигатели, питаемые природным газом // Ёкологи€ двигателей и автомобил€ / —б. научн. тр. - ћ: Ќјћ», 2001. - —. 97 - 103.
4. √айворонский ј.»., —авельев √.—. ѕеревод
дизел€  јћј«-740,13-260 на газовое топливо // √рузовик. -2006. - є6. -—. 16 - 20.
5. Ѕганцев ¬.Ќ., Ћевтеров ј.ћ.,  айдалов
ј.ј.,  анило ѕ.ћ., ћараховский ¬.ѕ. √ азовый двигатель на базе дизел€ ƒ-21 // јв≥ац≥йно-косм≥чна техн≥ка ≥ технолог≥€ / «б. наук. пр. - ’арк≥в: ’ј≤.
- 2002. - ¬ип. 30. - —. 24 - 27.
6. јбрамчук ‘.Ќ.,  абанов ј.Ќ., —алдаев
—.¬. –асчет процесса сгорани€ газового двигател€ с высокоэнергетической системой зажигани€ // јвтомобильный транспорт / —б. науч. тр. - ’арьков: ’Ќјƒ”. - 2006. - ¬ып. 18. - —. 116 - 119.
7. «ахарчук ¬.≤., —≥товський ќ.ѕ.,  озачук
≤.—. –озрахунково-експериментальн≥ досл≥дженн€ газового двигуна, переобладнаного з дизел€
//јвтомобильный транспорт / —б. научн. тр. - ’арьков: ’Ќјƒ”. - 2005. - ¬ип. 16.
- —. 276 - 278.
–ецензент: ј.¬. Ѕажинов, профессор, д.т.н., ’Ќјƒ”.
—тать€ поступила в редакцию 23 апрел€ 2007 г.

пїњ