buttons buttons

Немного о газе

Автомобильный двигатель, работающий на бензине, пока остается привычным для большинства владельцев транспорта. Однако перед открытием бензина как топлива, были сконструированы и введены в эксплуатацию газовые двигатели.
 
Первый такой двигатель был изобретен в Великобритании Барнеттом, который запатентовал его на основе теоретических расчетов и чертежей еще в начале 19-го века. Позже, в 1860 году во Франции был сконструированный первый экземпляр рабочей модели газового двигателя. Этот мотор приводил в движение машины посредством смешения газов с воздушными компонентами.
 
Бензин начал завоевывать популярность лишь в конце 19-го века, после того как ученым Даймлером был предложен первый вариант бензинового двигателя внутреннего сгорания. По тем временам производство бензина было весьма доступно и считалось более эффективным по сравнению с газом. Поэтому дальнейшая эволюция двигателей неизменно опиралась на бензин несколько десятилетий подряд.
 
В начале 20-го столетия предпринималось несколько попыток возродить газовые моторы: именно тогда появилась серия так называемых газогенераторных машин, однако широкой популярности они так и не приобрели. В наше время проблема бензина является весьма насущной, поэтому вопрос альтернативных видов топлива очень болезненный.

 После нескольких проб замены бензина техническим спиртом, солнечной энергией и синтезированными веществами, в автомобилестроении все чаще наблюдается тенденция возврата к использованию газа в качестве топлива. В частности, все большую популярность в мире приобретают газовые системы, которые устанавливаются в автомобилях параллельно с системой подачи бензина и позволяют использовать в качестве горючего газ.

Изначально возвращение от бензина к газу считалось вынужденным из-за уменьшения запасов бензинового сырья и рассматривалось фактически как шаг назад в автомобилестроении. Однако разработка новых поколений систем газобаллонного оборудования ощутимо повышает эффективность его работы, а всестороннее изучение механизмов функционирования газа в двигателе и факторов его влияния на окружающую среду демонстрируют ряд позитивных факторов.

В частности, массовый переход на газовые системы топлива позитивно скажется на экологическом состоянии планеты. Дело в том, что бензин не сгорает полностью и в его отработанных парах присутствует значительная концентрация окиси углерода СО, которая давно признана отравляющей для живых организмов. Газовое топливо диффундирует в воздух, коэффициент его сгорания значительно выше, чем у бензина – соответственно и окиси углерода в газовых выхлопах гораздо меньше. В бензине содержатся сернистые составляющие, которые при сгорании трансформируются в сернистый газ. Это вещество наряду с свинец-содержащими соединениями попадают во внешнюю среду, где становятся элементами смога. В газе сера не содержится, поэтому и выброса таких вредных веществ не происходит.

Единственные потенциально опасные вещества, которые присутствуют в газовых выхлопах наравне с бензиновыми, являются углеводороды. Однако стоит заметить, что для живого организма вредными являются только углеводороды в окисленной форме. В результате выхлопа бензиновых паров в окружающую среду попадают этил и его производная этилен, которые сравнительно легко подвергаются окислению. В выхлопе газового топлива содержится метан, который среди углеводородов окисляется хуже всех и, соответственно, наименее токсичен.

Помимо экологического, существует также и чисто практический аспект перспективности использования газа в качестве автомобильного топлива. Как известно, двигатель внутреннего сгорания функционирует согласно четырехтактному циклу. Топливо, смешавшись с воздухом, втягивается в цилиндр, где поджигается посредством искры. Горящая смесь расширяется и давит на поршень, что приводит в движение шатун, после чего отработанное топливо выбрасывается из цилиндра. Очевидно, что в этом рабочем цикле весьма существенным является возможность максимального сжатия топлива: чем выше степень сжатия, тем мощнее работает двигатель.

Препятствием к бесконечному сжатию топлива может стать детонация. Детонация – процесс, сопровождаемый сверхзвуковым распространением пламени. Как известно, работа мотора предполагает воспламенение топлива в смеси с воздухом, однако возгорание возможно лишь при определенной концентрации горючего. Если сравнивать бензин и газ относительно порога возгорания, то газ воспламеняется в гораздо меньших концентрациях. Поэтому при использовании газа появляется некий концентрационный зазор, который позволяет управлять мощностью двигателя в достаточно широком диапазоне. На практике такая регуляция выглядит как увеличение или уменьшение дозы горючего, впрыскиваемого в цилиндр – пропорционально этому количеству и будет изменяться мощность двигателя.

Еще одним существенным преимуществом газового топлива является щадящее взаимодействие газовой смеси с контактными поверхностями двигателя. Продуктов сгорания газа гораздо меньше, чем в случае с бензином, твердых частиц при этом образуется мало, поэтому ресурс работы поршневой системы двигателя значительно возрастает. Воздействие газовой смеси практически не оказывает коррозионного воздействия на металл, кроме того, масляное покрытие поверхностей после взаимодействия с газом остается целым, тогда как бензин просто смывает его.

В принципе, выражение «газовое горючее» или «ездить на газе» - целиком неграмотно: ведь бензин в «рабочем» состоянии тоже является газом. Газ – это одно из трех возможных агрегатных состояний вещества, при котором молекулы способны отдаляться достаточно далеко друг от друга, равномерно занимая весь объем пространства. В природе практически не существует чистых газов, как правило мы имеем дело с газовыми смесями, примером которых является, например, воздух. Масса веществ могут пребывать в форме газа, однако использовать в качестве горючего можно далеко не все.

Сегодня для ГБО используют либо метан, либо смесь пропан-бутан. Для каждого из газов устанавливают свое оборудование на автомобиль и при использовании любого из видов существуют свои особенности, к которым нужно привыкнуть.

Метан представляет собой природный газ, который активно добывают в России, Норвегии, США, Ливии и других странах мира. У метана плотность в четыре раза ниже, чем у бензина. Поэтому его сжимают до 210 атмосфер для компактности баллона. Сейчас всё больших оборотов набирает методика низкотемпературного сжижения метана. Таким способом его уже транспортируют на крупных метановых танкерах. Такое состояние метана считается практически неопасным. Продукты сгорания метана представляют собой воду и углекислый газ. Именно метан используется уже много лет в кухонных плитах постсоветского пространства. Тем не менее, ГБО под метан и сегодня достаточно габаритно и недешево. Поэтому метановые системы устанавливают, как правило, на коммерческий транспорт.

Для легковых автомобилей обычно используют ГБО, для пропана-бутана. Эта смесь газов получается синтетическим путем из нефти и сопутствующих ей газов. Пропан-бутан заправляется, подобно бензину и пребывает в жидком состоянии. Расход пропана меньше чем метана, поэтому и ГБО мене габаритное.