Газовые двигатели ЯМЗ. По циклу Отто

Занимательная химия

Чтобы не путать – есть разные газы, используемые в качестве моторного топлива. СНГ – сжиженный нефтяной газ или СУГ – сжиженный углеводородный газ пропан-бутан, наиболее распространенный в России. Его международное обозначение LPG (Liquefied Petroleum Gas). Сейчас пропан-бутан неоправданно подорожал, и многие российские перевозчики массово демонтируют ГБО с автомобилей.

КПГ – компримированный (сжатый) природный газ, то есть газ в основе которого – метан, международное обозначение CNG (Comressed Natural Gas). В России под КПГ/CNG в последние годы довольно активно строятся заправочные станции.

СПГ – сжиженный природный газ, он же LNG (Liquefied Natural Gas), тот же природный газ, но охлажденный до минус 162 градусов Цельсия, в результате чего переходит из газообразной фазы в жидкую. Уменьшается в объеме в 600 раз. В нашей стране количество заправочных станций для СПГ/LNG просто ничтожно мало. Строительство заправок для сжиженного природного газа фактически только начинается. Между тем СПГ/LNG – наиболее перспективен в качестве топлива не только на автомобильном, но и на железнодорожном транспорте, а также на морских и речных судах, в авиации. Расширение применения СПГ/LNG, освоение технологий, связанных со сжиженным природным газом, позволит в дальнейшем проще и быстрее перейти на применение водорода в тепловых двигателях.

Ярославские конвертированные дизели

Моторы серии ЯМЗ-530, конвертированные для работы на природном газе, выпускают с осени 2016 года. ЯМЗ-534 CNG и ЯМЗ-536 CNG существуют в нескольких модификациях как по настройкам мощности, так и по вариантам адаптации к различным транспортным средствам. Основные потребители газовых двигателей семейства ЯМЗ-530: Горьковский автозавод, ПАЗ, ЛИАЗ, АЗ «Урал» и Курганский автобусный завод (КАВЗ).

Диапазон мощности этих двигателей от 150 до 312 л. с. У «четверки» три исполнения и две настройки: ЯМЗ-53414 имеет 170 л. с. и 590 Н.м. при 1200-1600 об/мин, у ЯМЗ-53424 и ЯМЗ-53444 мощность составляет 150 л. с., момент 493 Н.м при тех же оборотах. У «шестерок» тоже три версии: ЯМЗ-53604, ЯМЗ-53624 и ЯМЗ-53644. Самый мощный – первый мотор, 312 л. с. и 1220 Н.м. Вторая настройка – 285 л. с. и 1130 Н.м, у третьего – 258 л. с. и 1080 Н.м. Следует отметить, что величина крутящего момента на газовом моторе относительно дизеля не меняется. Поэтому нет необходимости в корректировке чисел трансмиссии автомобиля и, в частности, главной передачи, то есть редуктора ведущего моста.

Если сравнивать с дизелями ЯМЗ-530, то видно, что для газовых моторов использовали не все настройки. У «четверки» CNG нет самого слабого 120-сильного мотора и самых мощных – сегодня это 190 л. с. при 2300 об/мин, момент 750 Н.м и 210 л. с. при 2300 об/мин и 780 Н.м при 1300-1600 об/мин. У шестицилиндрового ЯМЗ-536 кроме трех настроек 240 л. с./900 Н.м, 285 л. с./1130 Н.м и 312 л. с./1226 Н.м, есть и четвертый вариант – 330 л. с. и 1275 Н.м.

Есть и свечи, и катушки

На павловский «Вектор Next 8.8» CNG устанавливают ЯМЗ-53414 со 170 л. с./590 Н.м., на газовые ЛИАЗы – ЯМЗ-53624 мощностью 285 л. с. и 1130 Н.м. По заявлению специалистов обоих автобусных заводов и «Автодизеля», этих настроек вполне достаточно. В том, что газовые моторы ЯМЗ-530 в основном не потеряли мощности при работе на метане с его низкой теплотворной способностью, велика заслуга схемы ГРМ с четырьмя клапанами на цилиндр, интеркулера и турбины. С атмосферных двигателей такой мощности не снять.

Газовые версии моторов ЯМЗ-530 полностью перевели на цикл Отто: у них есть свечи и катушки зажигания, даже дроссельная заслонка. Степень сжатия не 16-17 единиц, как обычно на дизеле с турбонаддувом, а всего 12. Для этого изменили камеру сгорания в поршнях. Напомним, у метана или пропан-бутана октановое число выше 100, то есть степень сжатия нужна даже большая, чем под 98-й бензин. Алюминиевый сплав для поршней применяется более жаропрочный, чем для дизеля, поэтому его легируют медью и никелем. Кроме того, поршни газового мотора снабжены специальным каналом для принудительного охлаждения маслом. Такие «хитрые» поршни освоила костромская «Мотордеталь» с использованием лицензий концерна Kolbenschmidt.

Свечи зажигания вкручивают на место установки форсунок у дизеля, через нержавеющую резьбовую втулку-проставку. А так как форсунки у серии ЯМЗ-530 находятся под клапанной крышкой (что обычно для многих двигателей ЯМЗ), то надо снять эту крышку, чтобы добраться до свечей. Еще и поэтому, при такой трудоемкости абы какие свечи сюда ставить не получится. Используют специальные жаропрочные свечи Bosch с платино-иридиевыми электродами. У них значительно более длительный срок службы, их должно с запасом хватать на 30 тысяч километров пробега.

Мировая тенденция для бензиновых моторов еще с начала 90-х годов – применение индивидуальных катушек зажигания для каждого цилиндра, отсутствие высоковольтного распределителя-«бегунка» и крышки. Все это идет на пользу и газовому двигателю. При степени сжатия 10-13 единиц у любого бензинового мотора растет давление внутри камеры сгорания, увеличиваются температура воспламенения смеси и сопротивление искрового промежутка. У раздельных катушек меньше потери, выше мощность искры. На ЯМЗ-530 катушки зажигания стоят на блоке, а к свечам по сверлению в головке для топливных трубок подведены высоковольтные провода. Электронное управление зажиганием и подача газа в двигатель схожи с современными системами обычного бензинового мотора. Есть типовой набор датчиков: положения распредвала и коленвала, положения дроссельной заслонки, а еще датчик детонации. Все они производства Bosch.

Газовые форсунки с электронным управлением запитываются от общей рампы. То есть это многоточечный, фазированный, с электронным управлением, впрыск газа во впускной трубопровод перед впускными клапанами. Число форсунок равно числу цилиндров, а не числу впускных клапанов, как, к примеру, на газовом двигателе у Scania. Количество подаваемого газа зависит от количества воздуха, требуемого двигателю в данный момент. Есть лямбда-датчик, поэтому смесь стехиометрическая, наиболее экономичная.

Не менее 700, свыше 900

По сравнению с дизельными версиями, у газовых моторов ЯМЗ-530 унификация составляет около 85 процентов. Значит, особых проблем с запчастями нет. Заявленный ресурс дизельных «четверок» не менее 700 тысяч километров, для «шестерок» – свыше 900 тысяч. Газовые моторы должны иметь тот же пробег до капремонта. Во-первых, из-за больших по размеру, чем у карбюраторных двигателей, шеек коленвала, прочному блоку цилиндров, «мокрым» гильзам, особым «дизельным» материалам и технологиям упрочнения. Все это обычно присуще дизелям.

Во-вторых, давно известно, что износ поршневой группы у газовых моторов всегда меньше, чем у бензиновых и дизельных. Газ не смывает масляную пленку с поверхности цилиндров. Периодичность замены масла для газовых ЯМЗ составляет 15 000 км. Основное требование для моторного масла газового двигателя – низкое содержание золы, менее 1 %. Код API должен быть не ниже CI4.

Читайте еще:

Проблемы и перспективы газомоторного транспорта в России

Экологически чистый транспорт