Требования к качеству газообразных топлив

Основными требованиями, предъявляемыми к качеству топлив для газобаллонных автомобилей, являются следующие:

хорошая смешиваемость с воздухом для образования однород­ной горючей смеси;

высокая калорийность образуемой горючей смеси;

отсутствие детонации при сгорании в цилиндрах двигателя;

минимальное содержание смолистых веществ и механических примесей;

минимальное содержание веществ, вызывающих коррозию по­верхностей деталей, окисление и разжижение масла в картере дви­гателя;

минимальное образование токсичных и канцерогенных веществ в продуктах сгорания;

способность сохранять состав и свойства во времени и объеме;

невысокая цена производства и транспортировки.

Различают сжатые и сжиженные горючие газы.

Сжиженные газы

Основными компонентами сжиженных газов (современного топлива для двигателей) являются пропан С₃Н₈, бутан С₄Н₁₀ и их смеси. Получают эти углеводороды из газов, сопутствующих неф­ти, при бурении скважин и из газообразных фракций, образу­ющихся при различных видах переработки нефтепродуктов и ка­менного угля.

Критические температуры пропана (97 °С) и бутана (126°С) значительно выше обычных температур окружающей среды, по­этому эти углеводороды при небольшом давлении (без охлажде­ния) переходят в жидкое состояние. При 20 ˚С пропан сжижается под давлением 0,716 МПа, а бутан — под давлением 0,103 МПа, т. е. газобаллонные установки для производства сжиженного газа являются установками среднего давления.

Хранят сжиженные газы в баллонах емкостью 250 л (162...225 л газа обеспечивают запас хода автомобиля до 500 км), рассчитанных на рабочее давление 1,6 МПа. В таких условиях даже чистый пропан находится в жидком виде, что позволяет эксплуатировать автомо­били на сжиженных нефтяных газах (СНГ) круглогодично (кроме южных районов в летнее время, где температура выше 48,5 °С).

На рис. 4.1 приведена схема автомобильного баллона для сжи­женного газа.

Октановое число пропана 105, а нормального бутана и изобута­на 94. Плотность сжиженных газов составляет 510... 580 кг/м³, т.е. они почти в два раза легче воды. Вязкость газов очень мала, что облегчает транспортирование их по трубопроводам. Коэффициент объемного расширения СНГ очень велик, т. е. при повышении на­ружной температуры они значительно расширяются, поэтому при заполнении резервуаров необходимо оставлять свободное простран­ство (примерно 15 % емкости). В нормальном состоянии СНГ не­ядовиты и не имеют запаха.

Рис. 4.1. Схема автомобильного баллона для сжиженного газа

1 — предохранительный клапан, 2 — указатель уровня жидкой фазы, 3 — напол­нительный клапан, 4 — паровая фаза, 5 — расходный вентиль для паровой фазы, 6 — расходный вентиль для жидкой фазы, 7 — стенка баллона, 8 — спускная пробка, 9 — жидкая фаза

СНГ вдвое дешевле бензина и при этом обеспечивают до 10...20% экономии энергии, т.е для автомобиля, расходующего на 100 км пробега 15л высокооктанового бензина, достаточно 13 л СНГ, а для автомобиля с расходом 11л бензина на 100 км доста­точно 9,8 л СНГ.

На рис. 4.2 приведена принципиальная схема подачи СНГ.

Применение СНГ можно рассматривать как первоначальный этап перехода промышленности и транспорта в будущем на водо­родную энергетику, так как технология их производства, хране­ния и распределения во многом идентична.

Установлено, что при переходе транспортных дизелей на сжи­женный газ самым рациональным является непосредственное впрыскивание в цилиндр двигателя топливной смеси, состоящей из сжиженного газа (пропан-бутана), дизельного топлива и присад­ки, интенсифицирующей процесс горения. Этот способ требует менее сложной переделки топливоподающей аппаратуры и позволяет обеспечивать регулирование двигателя. Введенное в состав бутан­пропановой смеси некоторое количество обычного дизельного топ­лива улучшает ее самовоспламеняемость и одновременно смазыва­ет трущиеся детали топливной аппаратуры.

Пропан и бутан являются ценным сырьем для химической про­мышленности, что ограничивает перспективы их широкого при­менения на автомобильном транспорте.

ГОСТ 27578 — 87 «Газы углеводородные сжиженные для автомо­бильного транспорта» устанавливает следующие марки СНГ: ПА — пропан автомобильный для применения в зимний период при температуре от —20° до —30 °С; ПБА — пропан-бутан автомобильный для применения при температуре не ниже —20 °С (табл. 4.1).

Рис 4.2. Принципиальная схема системы подачи сжиженного газа

1 — топливный баллон, 2 — магистральный вентиль, 3 — испаритель, 4 — фильтр, 5 — двухступенчатый редуктор, б — дозатор газа, 7 — карбюратор-смеситель, 8 — манометры

Таблица 4.1. Физико-химические показатели углеводородных сжиженных газов