Plynový motor

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 5. května 2021; kontroly vyžadují 27 úprav .

Plynový motor  - spalovací motor , který využívá plyn jako alternativní palivo : zemní plyn (metan) , zkapalněné uhlovodíkové plyny (propan-butan) nebo generátorový plyn .

Plynové motory jsou zpravidla sériově vyráběny jen zřídka, s výjimkou jejich použití pro specializované úkoly ve vědě a technice.[ upřesnit ]

Obecně platí, že přestavba spalovacího motoru na plyn výrazně šetří peníze majitele díky nižší prodejní ceně tohoto typu paliva.

Historie

Právě plyn - tzv. svícen (vyráběný pyrolýzou dřeva , uhlí nebo oleje ) - se stal prvním palivem pro spalovací motory ; Stalo se tak na přelomu 18. a 19. století. První pokusy o kompresi byly také provedeny ve Francii v 50. letech 19. století.

V 60. letech 19. století vyvinul inženýr Étienne Lenoir plynový spalovací motor, který běžel na spalovací plyn při atmosférickém tlaku . V roce 1872 byl v dopravě poprvé použit motor poháněný svítiplynem a v letech 1915-1916 motor poháněný zemním plynem. Tehdejší plynové motory poskytovaly vyšší výkon než benzinové , což přispělo k nárůstu sériové výroby aut s plynovým balonem a výstavbě plynových čerpacích stanic , kde se plynové palivo stlačovalo na 20 atmosfér a plnilo se do automobilových lahví. Ve 40. a 50. letech 20. století byl stlačený zemní plyn široce používán v Německu , Dánsku , Norsku , Rumunsku , Finsku a Francii a zejména v Itálii , kde se rozšířily vyměnitelné plynové lahve.

Popularita zemního plynu klesla s příchodem levného, ​​energeticky účinného benzínu , podporovaného dodávkami ropy ze Středního východu , ale ropná krize v roce 1973 obnovila zájem o plyn v automobilovém průmyslu [1] [2] .

Klasifikace

Ve 30. a 40. letech 20. století se díky nedostatku benzínu rozšířila auta na výrobu plynu . Na voze byl instalován plynový generátor, generátorový plyn byl vyráběn z dřevěných klínků . Vzhledem k nízké výhřevnosti plynu (složení: oxid uhelnatý a vodík ) jsou tyto typy motorů minulostí.

Moderní plynové motory mají konstrukční rozdíly, od malých po významné, podle několika kritérií - jak podle typu motoru, tak v závislosti na konkrétním typu plynového motorového paliva, které používají.

Podle typu motoru

Podle typu motoru braného jako základ (při návrhu nebo přepracování)

Pro práci v dopravě se používají plynové motory přestavěné z tradičních benzínových motorů a v poslední době - ​​po vývoji příslušných technologií v Evropě - z tradičních dieselových motorů .

  • Z tradičního benzínu
  • Z tradičního dieselu

Díky vyššímu kompresnímu poměru vznětové motory lépe odhalují potenciál plynových motorů ve srovnání s jejich benzinovými protějšky. Přestavba dieselových motorů na plyn má však své vlastní charakteristiky. Vzhledem k tomu, že při zvýšení tlaku ve válci při kompresním zdvihu nedochází na rozdíl od motorové nafty k vznícení plynu, je nutné buď použít část motorové nafty ve směsi paliva se vzduchem ve formě tzv. tzv. "zážehová dávka" (od 15 do 50%) - v tomto případě mluvíme o plynových dieselových motorech ; nebo zpracování motoru - převedení do Ottova cyklu dovybavením vznětového motoru systémem zapalování (podobně jako u benzínových variant). Obě tyto varianty s dieselovým pohonem získávají v příštích letech na oblibě a slibují.[ kdy? ] být široce používán.

Podle typu termodynamického cyklu hotového plynového motoru
  • Práce na Ottově cyklu

Jedná se o konvenční pístový spalovací motor pracující na Ottově cyklu (s jiskrovým zapalováním), využívající jako palivo uhlovodíky , které jsou za normálních podmínek v plynném stavu. Mohou pracovat na 2-taktním cyklu, ale 4-taktní verze je běžnější.

Při práci podle Ottova tepelného cyklu je pracovní tekutině dodáváno teplo o konstantním objemu. Rozdíl od benzínových motorů pracujících v tomto cyklu je vyšší kompresní poměr (asi 17). To je vysvětleno skutečností, že použité plyny mají vyšší oktanové číslo než benzín .

Podle druhu plynového motorového paliva

Podle složení plynu Podle fyzické kondice
  • Zkapalněný
    • Zkapalněný zemní plyn (LNG) - zkapalněný metan
    • Zkapalněné uhlovodíkové plyny (LHG) — směs propan-butan (používá se jako palivo pouze ve zkapalněné formě), skladovaná ve válci pod tlakem nasycených par (až 16 atm ).

Kapalná fáze odpařená ve výparníku nebo plynná fáze směsi postupně ztrácí tlak v redukčním ventilu až k atmosférickému tlaku a je nasávána motorem do sacího potrubí přes směšovač vzduch-plyn nebo vstřikována do sacího potrubí prostředky elektrických vstřikovačů . Zapálení se provádí pomocí jiskry, která přeskakuje mezi elektrodami svíčky.

Podle vybavení k použití
    • CNG (stlačený zemní plyn)
    • LPG (zkapalněné uhlovodíkové plyny) - relativně vysoký bod varu směsi propan-butan nevyžaduje kryogenní zařízení, což umožňuje obejít se bez běžných plynových lahví.
    • APG (absorbovaný zemní plyn) - probíhají experimenty se skladováním plynu ve formě, kdy je zemní plyn sorbován porézním absorbérem s velkým povrchem (například aktivní uhlí ) při okolní teplotě a relativně nízkém tlaku (10 -60 bar , tj. tlak v plynovodech ).
  • LNG (zkapalněný zemní plyn) – vyžaduje kryogenní zařízení
  • Produkční plyn – Vyžaduje instalaci vyvíječe plynu.

Aplikace

Tyto motory jsou široce používány jak pro vozidla , tak například v elektrárnách nízkého a středního výkonu využívajících jako palivo zemní plyn (v oblasti velkých výkonů kralují pohonné jednotky s plynovou turbínou), a to díky následujícím výhodám

  • Nejúplnější spalování paliva – proto se snižuje množství škodlivých emisí, což je zvláště důležité pro velká města, kde jsou otázky životního prostředí prvořadé;
  • Snížení karbonových usazenin na povrchu pístů válců, spalovacích komor a zapalovacích svíček motoru;
  • Nedostatek kondenzace paliva ve válcích motoru (páry zkapalněného plynu se přehřívají), přičemž olejový film není smýván z povrchu pístů a válců, což výrazně zvyšuje životnost motoru;
  • Vysoké antidetonační vlastnosti plynového motorového paliva ve srovnání s benzínem , což zvyšuje výkon motoru a snižuje specifickou spotřebu paliva.

Auta

Plynové motory automobilů jsou klasifikovány podle počtu druhů paliv, jejichž použití je zajištěno konstrukcí. Plynové (jednopalivové, eng.  vyhrazené, monovalentní ) motory jsou konstruovány přímo pro provoz na zemní plyn, což zajišťuje nejvyšší účinnost. Vozidla na plynový pohon zpravidla nejsou vybavena benzinovou nádrží, ale někdy podporují použití benzinu jako záložního paliva. Benzínovo-plynové (dvoupalivové, eng.  bi-palivové, bivalentní ) motory umožňují použití jak na plyn, tak na benzín. Většina vozidel na benzínový plyn jsou vozidla přestavěná mimo výrobce. Plynovo -dieselové ( eng.  dual-fuel ) motory spotřebují více nafty při nízkých otáčkách, více plynu při vysokých otáčkách. Plynové a benzínovo-plynové motory jsou nejběžnější v osobních a lehkých nákladních automobilech, plyn-diesel - v těžkých nákladních automobilech [3] [4] .

Užitkové vozy na stlačený zemní plyn vyrábí mnoho automobilových koncernů, včetně Audi , BMW , Cadillac , Ford , Mercedes-Benz , Chrysler , Honda , Kia , Toyota , Volkswagen . Zejména v segmentu osobních a lehkých nákladních automobilů trh zahrnuje Fiat Doblò 1.4 CNG , Fiat Qubo 1.4 Natural Power , Ford C-Max 2.0 CNG , Mercedes-Benz B 180 NGT , Mercedes-Benz E200 NGT , Mercedes-Benz Sprinter NGT , Opel Combo Tour 1.4 Turbo CNG , Opel Zafira 1.6 CNG Ecoflex , Volkswagen Caddy 2.0 Ecofuel a Life 2.0 Ecofuel , Volkswagen Passat 1.4 TSI Ecofuel , Volkswagen Touran 1.4 TSI Ecofuel , Volkswagen Transporter Caravelle 2.0 Sum Volvo / 50 V70 VW Bensin.5G další modely [ 5] [6] . Velká nákladní a osobní vozidla na CNG vyrábí Iveco , Scania , Volvo a další společnosti [7] . Hlavními ruskými výrobci vozidel na plynový pohon jsou GAZ Group, KamAZ a Volgabus [8] . Celkem je na ruském trhu zastoupeno asi 150 modelů plynových balonových vozidel, včetně nákladních tahačů KamAZ, střednětonážních GAZon Next CNG , malotonážních GAZelle Next CNG a GAZelle-Business CNG , vozů Lada Vesta , Lada Largus , úpravy společnosti UAZ Patriot a dalších [9] [10] .

Vodní doprava

Plynové motory se používají v nákladní i osobní dopravě: na turistických lodích ve Spojených státech (například trajekt Elizabeth River I s kapacitou 149 osob) a Rusku (Moskva a Neva-1), Nizozemsku (Mondriaan a Escher , spuštěna na vodu v roce 1994, Rembrandt a Van Gogh v roce 2000). Také v roce 2011 bylo v Amsterdamu v pohybu 11 člunů na CNG . V Kanadě a Norsku se CNG používá ve směsi s motorovou naftou v elektrárnách pro přepravu hromadného nákladu a osobní trajekty. Příklady plavidel na CNG zahrnují vápencový nosič MV Accolade II, spuštěný v Adelaide v Austrálii na konci 80. let 20. století, a trajekty MV Klatawa a MV Kulleet z roku 1985, které přepravovaly cestující a vozidla přes řeku Fraser poblíž Vancouveru po dobu 15 let. V roce 2008 singapurská Jenosh Group spustila kontejnerovou loď , jejíž plynové lahve jsou nakládány do standardních 20stopých kontejnerů . V letech 2009-2010 čínská loděnice Wuhu Daijang postavila 12 takových plavidel pro provoz v Thajsku a obdržela objednávku na 12 dalších lodí a Jenosh Group začala vyvíjet kontejnerovou loď s cestovním dosahem 1 500 námořních mil, zaměřenou na zákazníky z Indie . , Pákistán , Indonésie a Vietnam [11] [12] [13] .

Letectví

Stlačený plyn nebyl široce používán jako letecké palivo. V roce 1988, Tupolev konstrukční kancelář vzlétla experimentální CNG-poháněl Tu-155 , který byl používán testovat plynové palivo: menší množství plynu mohlo poskytovat letadlu větší užitečné zatížení. Stlačený plyn má potenciál pro malá letadla s relativně nízkou spotřebou paliva. Například v roce 2014 společnost Aviat Aircraft uvedla na trh dvoumístný Aviat Husky , první sériový dvoupalivový letoun [14] [15] .

Železniční doprava

Ekologická bezpečnost a ekonomická proveditelnost využití stlačeného zemního plynu přispívá k jeho využití v jiných druzích dopravy, včetně železniční. V roce 2005 začal v centrální oblasti Peru jezdit první vlak na stlačený plyn na světě . V lednu 2015 indický ministr železnic slavnostně otevřel vlak poháněný systémem pohonu nafty a CNG na trati mezi městy Rewari a Rohtak ve státě Haryana . Také v lednu 2015 vjel na trať mezi českými městy Opava a Gluchin [16] [17] [18] vlak na plynový pohon .

V Rusku se vyrábí dieselová lokomotiva TEM19 jezdící na LNG [19] [20]

Raketová věda

Vyvíjejí se raketové motory , které využívají jako palivo "LNG + kapalný kyslík " (tento typ motoru má řadu výhod).

Zařízení a princip činnosti auta s plynovým balonem

Automobil vybavený zařízením na LPG používá jako palivo buď LPG (zkapalněné uhlovodíkové plyny , což je směs propan-butanu) nebo CNG (stlačený zemní plyn) .

LPG na automobil je v lahvích pod tlakem do 16 atmosfér (lahev je konstruována na max. tlak 25 atmosfér) instalovaných na rámu , pod podlahou autobusu nebo na jeho střeše, případně v kufru auta .

Na lahve s LPG je instalován speciální multiventil, kterým se plní válec a plyn se odebírá do palivového systému motoru. Multiventil je důležitou součástí zařízení LPG, která zajišťuje jeho bezpečné používání. Obsahuje [21] :

  • Plnicí a průtokový ventil
  • Ukazatel hladiny plynu v láhvi. Jedná se o plovák na páce umístěné uvnitř válce a s ním spojený číselník nebo elektronický obvod, který přenáší informace o poloze plováku do ukazatele uvnitř vozu.
  • Zpětný ventil v plnicím potrubí, aby se zabránilo úniku plynu přes něj
  • Vysokorychlostní ventil v průtokovém potrubí, který uzavře přívod plynu, když jeho průtok překročí určitou prahovou hodnotu. Prahová hodnota je zvolena tak, aby se ventil zavřel pouze při přerušení průtokového potrubí (čímž se zabránilo velkému úniku plynu) a zůstal otevřený při normálním průtoku plynu.
  • Uzavírací ventil, který zabraňuje naplnění láhve plynem o více než 80-90 %. Ventil je umístěn v plnicím potrubí a uzavře se při dosažení stanoveného stupně plnění láhve. Omezení maximálního plnění válce je nutné, aby se zabránilo nadměrnému zvýšení tlaku v něm v případě zahřívání (například na slunci v horkém počasí)

Multiventil může také obsahovat pojistný ventil (vypouští plyn pod vysokým tlakem, např. při přehřátí láhve), zátku z nízkotavitelné slitiny (aby se zabránilo výbuchu láhve v případě požáru, vypusťte plyn do atmosféry tak, aby prostě shoří) a přídavný ventil pro selekci do parní fáze motoru při startování studeného motoru. Přítomnost těchto komponent v multiventilu však není nutná.

CNG je pod tlakem až 200 atmosfér. Více válců je sdruženo do společné linky, je zde společný plnicí ventil, každý válec má také svůj vlastní ventil.

Plyn ze společného potrubí vstupuje do výparníku (ohřívače) - výměníku tepla , který je součástí kapalinového chladicího systému, po zahřátí motoru se plyn zahřeje (zkapalněný plyn se odpaří) na teplotu ≈75 ° C. Poté plyn prochází hlavním filtrem.

Poté plyn vstupuje do dvoustupňového reduktoru plynu , kde se jeho tlak sníží na pracovní. Moderní plynové reduktory obvykle kombinují tato dvě zařízení (výparník a samotný reduktor) v jediném zařízení [22] .

Dále plyn vstupuje do směšovače (nebo do směšovače karburátoru nebo do směšovací rozpěrky pod standardním karburátorem , určenou konstrukcí palivového zařízení). Vzhledem k tomu, že se v směšovači mísí dva plyny, je jejich konstrukce mnohem jednodušší než konstrukce benzinových karburátorů [23] , ve kterých se mísí dvě různé fáze - kapalná (benzín) a plynná (vzduch), proto je konstrukce karburátoru obsahuje poměrně složité systémy pro udržení stálého složení směsi při různých nákladech.

Motory se dělí na:

  • speciální (nebo upravený), určený pouze pro provoz na plyn, benzin se krátkodobě používá při poruše plynového zařízení, kdy není možné provést opravu na místě;
  • univerzální, určený pro dlouhodobý provoz na plyn i benzín.

Plynová nádrž a palivové čerpadlo u vozidel s plynovými motory zůstávají zachovány.

V chladném období se motor běžící na zkapalněný plyn spouští volbou parní fáze , po zahřátí výparníku přechází do kapalné fáze. U benzinových motorů přestavěných na plyn se však důrazně doporučuje [24] nastartovat motor na benzin a po zahřátí na teplotu 40-50 °C přepnout motor na plyn.

Motory na CNG

Od 90. let 20. století existují různé projekty na využití LNG jako motorového paliva ve vodní [25] , železniční a dokonce i silniční dopravě, nejčastěji s využitím přestavěných plyno- dieselových motorů [26] .

Na lodích se LNG jako hlavní druh paliva používá pro přepravu nákladu i cestujících:

V Rusku se vyrábí dieselová lokomotiva TEM19 -001 , jezdící na LNG [19] [20] . V USA a Evropě existují projekty na přeměnu kamionové dopravy na LNG [28] [29] .

Vyvíjejí se raketové motory , které využívají jako palivo "LNG + kapalný kyslík " (tento typ motoru má řadu výhod).

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Belyaev S. V., Davydkov G. A. Problémy a perspektivy využití plynových motorových paliv v dopravě  // Zdroje a technologie: časopis. - 2010. - S. 13-16 .
  2. ↑ Trofimova G. I., Trofimov N. I., Babushkina I. A., Cheremsina V. G. Metan jako alternativní palivo  // Symbol of Science: Journal. - 2016. - č. 11-3 . - S. 165-171 . — ISSN 2410-700X .
  3. ↑ Typy motorů . Natural Gal Vehicles Knowledge Base. Získáno 30. července 2017. Archivováno z originálu 18. července 2017.
  4. ↑ Toto je Advanced Energy . - Advanced Energy Economy, 2016. - S. 61. - 75 s.
  5. ↑ Tovární auta na metan (nepřístupný odkaz) . Automobilové plnící kompresorové stanice. Získáno 30. července 2017. Archivováno z originálu 25. července 2017. 
  6. ↑ Kolchina I. N. Analýza zahraničních zkušeností s používáním zemního plynu jako motorového paliva  // Systém managementu ekologické bezpečnosti: Sborník příspěvků z IX Correspondence International Scientific and Practical Conference (Jekatěrinburg, 30.–31. května 2015). - 2015. - S. 79-84 .
  7. ↑ http://ap-st.ru/ru/favorites/8596/ (nepřístupný odkaz) . Kamionový nosič Speciální technika (2. 2. 2015). Získáno 30. července 2017. Archivováno z originálu 12. září 2017. 
  8. ↑ Vadim Shtanov. Spotřebitelům NGV chybí čerpací stanice v Rusku . Vědomosti (14. března 2016). Získáno 30. července 2017. Archivováno z originálu 12. září 2017.
  9. ↑ Michail Ozherelyev. Ziskoví dopravci: Nákladní automobily na metan . 5 Wheel (2. října 2015). Získáno 30. července 2017. Archivováno z originálu 15. června 2017.
  10. ↑ Modernizace dopravního komplexu Ruska: zavedení zemního plynu jako motorového paliva  // Doprava Ruské federace. Časopis pro vědu, praxi, ekonomiku: časopis. - 2015. - č. 5 (60) . - S. 16-17 .
  11. ↑ Alakarov I.A., Hoang Koang Leong. Aplikace a skladování zemního plynu jako lodního paliva v zahraničí a v Rusku: přehled  Bulletin Astrachaňské státní technické univerzity. Série: Marine engineering and technology: magazine. - 2012. - č. 2 . - S. 59-64 .
  12. ↑ Zefektivněte vnitrozemskou vodní dopravu v Bangladéši . - Světová banka, 2011. - S. 72. - 116 s.
  13. ↑ Ostatní námořní plavidla na zemní plyn nyní v provozu . Brett & Wolf. Získáno 30. července 2017. Archivováno z originálu 30. ledna 2022.
  14. ↑ Podívejte se na některá letadla na zemní plyn . Dobře řečeno (6. listopadu 2014). Získáno 30. července 2017. Archivováno z originálu 19. srpna 2017.
  15. ↑ Děkan Sigler. Obnovitelný biometan – ekonomická alternativa? . Sustainable Skies (14. prosince 2016). Získáno 30. července 2017. Archivováno z originálu 12. září 2017.
  16. ↑ Paula Alvardo. První CNG vlak začíná fungovat v Peru . Treehugger (21. června 2005). Získáno 30. července 2017. Archivováno z originálu 13. září 2017.
  17. ↑ První vlak na CNG: Ministr železnic Suresh Prabhu spustí první vlak na CNG z Rewari . Indie dnes (13. ledna 2015). Datum přístupu: 30. července 2017. Archivováno z originálu 26. února 2017.
  18. ↑ VMG představuje CNG lokomotivu v České republice . NGV Global News (17. ledna 2015). Získáno 30. července 2017. Archivováno z originálu dne 26. srpna 2021.
  19. ↑ 1 2 Lokomotiva s americkým srdcem Archivováno 30. července 2021 na Wayback Machine .
  20. ↑ 1 2 LPG dieselová lokomotiva testována na Moskevských drahách Archivní kopie ze dne 17. května 2014 na Wayback Machine
  21. ↑ Popis konstrukce multiventilu Lovato . Archivováno z originálu 9. března 2013.
  22. ↑ Popis konstrukce reduktoru výparníku Lovato . Archivováno z originálu 9. března 2013.
  23. ↑ Princip činnosti mixéru . Archivováno z originálu 9. března 2013.
  24. ↑ Návod k obsluze HBO . Získáno 28. února 2013. Archivováno z originálu 14. října 2012.
  25. ↑ Zemní plyn ve vodní dopravě Archivováno 30. července 2021 na Wayback Machine , 1986.
  26. ↑ Gainullin F. G., Gritsenko A. I., Vasiliev Yu. N., Zolotarevsky L. S. Zemní plyn jako motorové palivo v dopravě. - M.: " Nedra ", 1986.
  27. ↑ První vložka AIDA LPG spuštěna , CruiseRadar  (22. srpna 2018). Archivováno z originálu 6. září 2018. Staženo 6. září 2018.
  28. ↑ Výhled USA: Přeměna kamionů na zemní plyn (odkaz není k dispozici) . Datum přístupu: 16. května 2014. Archivováno z originálu 17. května 2014. 
  29. ↑ Zkapalněný zemní plyn (LNG) jako alternativa k ropě v sektoru dopravy . Získáno 18. června 2022. Archivováno z originálu dne 30. července 2021.

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích