Плюсы и минусы установки газа на авто
В самом начале еще советских 80-ых годов в кругах правительства СССР зародилась идея глобальной экономии природных ресурсов. Как решение было предложено перевести парк автомобилей, для начала грузовых, на газовое топливо. Естественным явлением для того времени были директивы, которыми и озадачили руководителей всех автопарков и автобаз. И вот, казалось бы, под козырек и выполнять, ан, нет. Бюрократия великая вещь! Тут словно все дружно сговорились и воспротивились новшеству. Сразу посыпались доклады, рапорты и прочие бумаженции в правительство, что мол сие решение скоропалительно и несостоятельно, что в связи с газификацией автомобилей они стали быстро выходить из строя, часто ломаться на дороге и даже, о ужас, сгорать. Это всё, естественно, препятствует выполнению плана пятилетки. И как выход из сложившейся крайне тяжелой ситуации, было требование вернуться к старому доброму бензину.
Но так ли в действительности обстояли дела? Может быть, и вправду появившиеся грузовики с красными баллонами марок ГАЗ-52, ГАЗ-53, ЗИЛ-138 и надписями на кузовах "МЕБЕЛЬ", "ХЛЕБ", "ПОЧТА" представляли как экономическую опасность, так и опасность для окружающих людей? Скорее всего, нет, т.к. факты взрывов, пожаров и ущерба были в большинстве случаев фальсифицированы.
Однако случается так, как случается, и, признав псевдонесостоятельность перевода автомобилей на газ, директивы были отменены и благополучно забыты как страшный сон. А, казалось бы, что плохого было в директиве? И почему такая реакция на нее?
В действительности всё просто как белый день, это можно объяснить двумя словами - левый доход.
Для того чтобы слить бензин и подмотать потом километры на одометре не надо много ума и фантазии, достаточно неполного среднего образования, а вот со сливом газа дела обстоят куда сложней, и тут не обойтись уже без более высокого образования. Кроме того, газ дешевле и менее востребован, следовательно, экономический эффект от его продажи, даже в случае слива, был бы куда меньшим, чем с бензином. Не стоит забывать, что бензин в те времена был дефицит, заправок было мало, на них часто не было бензина, а если и был, то его нещадно разбулыживали водой. Это приводило к ажиотажу на бензиновом рынке. И ради того, чтобы съездить несколько раз на дачу или на рыбалку (но это уже был шик) люди были готовы переплачивать за его величество - БЕНЗИН. Да, тогда было время парадоксов, когда многие товары, даже бывшие в употреблении, можно было продать дороже новых, и дороже, чем в магазине.
Вот такая была политика. А сейчас?
Современность - продолжение истории?
Но вот советские времена канули в лету, всё уже успокоилось и сложилось, казалось бы, очень многое изменилось. Но вот дела с газификацией не изменились в лучшую сторону и по сей день. А причиной тому - бензиновое лобби. Только теперь, скорее всего, поменялось всё местами. Автовладельцы должны быть заинтересованы в снижении затрат, даже организации, в большинстве своем частные. А в чем проблемы? Опять-таки в мифах прошлого, которые продолжают культивироваться теперь уже поставщиками бензина.
Итак, давайте поговорим об этих мифах.
Миф об опасности газа
Чтобы с этим разобраться, давайте рассмотрим основные свойства углеводородного газа, а также сравним с бензином.
Наиболее важный показателем для правильной работы двигателя, который знают даже школьники - октановое число, которое определяет антидетонационную стойкость топлива. Для увеличения степени сжатия необходимо повысить октановое число. Например, для работы двигателей ВАЗ 2101...07 со степенью сжатия 8,5 требуется бензин АИ-91...93, а заправляется реально АИ-92. Если залить 80-ый, то двигатель будет детонировать, что приведет к его преждевременному выходу из строя. А для переднеприводных моделей ВАЗов со степенью сжатия 9,6 уже требуется АИ-95. Однако, тут намного проще, т.к. можно залить и 92-ой, но двигатель будет работать, как ни в чем ни бывало. А почему? А потому, что он уже инжекторный! Электроника динамически выставляет угол опережения зажигания в зависимости от данных с датчика детонации. Соответственно, для 92-ого будет выставлено более позднее зажигание, естественно, с потерей мощности и некоторым увеличением расхода топлива.
Ну что же с бензином в плане октанового числа разобрались. А как дела тут у газа?
Но перед этим МирСоветов предлагает узнать, какой бывает газ. Конечно, мы не будем рассматривать все возможные газы, а только те, которые используются для автотранспорта.
Качественные и количественные показатели этих газов регламентирует ГОСТ 27578-87 "Газы углеводородные сжиженные для автомобильного транспорта".
Выше указанный стандарт определяет следующие типы:
1) Пропан автомобильный (ПА) с содержанием пропана 85 10%, сумма предельных углеводородов - не более 6%, углеводороды С4 и выше не регламентированы;
2) Пропан-бутан автомобильный (ПБА) с содержанием пропана 50 10%, сумма предельных углеводородов - не более 6%, углеводороды С4 и выше не регламентированы.
Т.о. основа газового топлива по стандарту - пропан, а бутан уже как придется (не регламентируется).
Если кто не помнит: Пропан - С3Н8, Бутан - С4Н10.
А спрашивается - почему так? Чтобы проанализировать, смотрим таблицу 1.
Таблица 1 - Характеристики автомобильного топлива
Компоненты Пропан Бутан Бензин(АИ-93)
Октановое число
112 95 93 (теоретич.)
Теплота сгорания
стехиометрической
смеси, МДж/м3 3,41 3,47 3,55
Теоретически необходимый
объем воздуха для сгорания
топлива, м3/кг 12,81 12,64 12,35
Максимальная скорость
распространения фронта
пламени, м/с 0,810 0,825 0 ,850
Возможная степень сжатия, о.е. 10-12 8,5 8,2
По антидетонационной стойкости пропан вне конкуренции, а вот бутан очень близок к бензину. Т.о. используя пропан можно увеличить степень сжатия и, следовательно, мощность при тех же габаритах двигателя. Да, но понимающий суть дела человек воскликнет, что это ведь невозможно, т.к. конструкция двигателя уже предрешена. А значит, что это положительное свойство не реализуемо, а только лишь гарантирует отсутствие детонации на любых режимах работы двигателя.
А вот более интересный и значимый параметр - теплота сгорания. Тут бесспорно рулит бензин, тогда как пропан явный аутсайдер. А что этот параметр значит для двигателя. Давайте вспомним, что двигатель внутреннего сгорания - это тепловая машина. Чем выше теплота, тем больше можно получить энергии, а значит мощности при одинаковых объемах сгораемой смеси.
По необходимому объему воздуха опять-таки лидер бензин - ему его надо меньше всех, а пропану больше всех. Почему это так важно? Потому что это предъявляет повышенные требования к пропускной способности воздушного тракта. Забегая вперед, скажу, что увеличение количества потребляемого воздуха вынуждает чаще менять воздухофильтры.
А вот со скоростью распространения фронта пламени не все так однозначно. Сразу скажу, что этот параметр зависим от октанового числа. Это можно пронаблюдать по приведенной выше таблице. И это достаточно просто понять из определения детонации.
Детонация - это режим работы двигателя, при котором процесс сгорания топлива носит взрывной характер.
А взрывной это значит сверхбыстрый процесс горения. Это как раз и характеризуется максимальной скоростью распространения фронта пламени. У пропана эта скорость минимальна, у бензина - максимальна. Но в отличие от октанового числа этот параметр очень важен и влияет на процесс горения в каждом конкретном двигателе.
С одной стороны, чем медленней распространяется пламя, тем медленней нарастает давление в цилиндре и тем меньше ускорение поршней, а, следовательно, автомобиля. Но с другой стороны - меньше ударная нагрузка на кривошипно-шатунный механизм, следовательно, выше ресурс двигателя.
Так в чем тогда преимущества пропана, почему же именно его содержание регламентируется?
А дело тут в физике. Газ, испаряясь в закрытом пространстве (у нас это баллон), образует паровую подушку, при этом создается определенное давление, которое в свою очередь препятствует дальнейшему испарению газа. Точнее сказать, газ-то испаряется постоянно, но часть его конденсируется обратно. Когда-нибудь видели графин с горячей водой? Там есть пар над водой и капли конденсата. При испарении жидкой фазы газа повышается давление паровой фазы, образуется насыщенный пар, что при достижении определенного значения приводит к конденсации "лишнего" - давление падает. Вот так и происходит без всякой электроники поддержание постоянства давления в баллоне. Я думаю, не сложно догадаться, что этот процесс зависим от температуры. Выше температура - быстрей испаряется газ и повышается давление.
Так зачем же тогда городить огород с паровой подушкой? Давайте заполним баллон полностью, и некуда будет испаряться. Однако, как утверждает всё та же физика, жидкость несжимаема. Т.о. при изменении температуры, а опасность возникает при ее увеличении, жидкость изменит свою плотность, а как следствие занимаемый ею объем. Плотность уменьшается - объем увеличивается. А ведь баллон не резиновый, он не может растягиваться.
К слову сказать, что бензобаки организованы аналогично, у них тоже имеется незаполняемый (ограниченный горловиной) объем под паровую подушку.
Казалось бы, золотая середина - это бутан. Но применять его в чистом виде можно только в районах с теплым климатом. Тогда как для более холодных районов используется смесь пропана и бутана - пропан-бутан. Причем зимняя смесь, в отличие от летней (где 50%), имеет до 95% пропана. А всё почему? Есть так называемая температура кипения, которая показывает, когда жидкость начинает переходить в пар. Так вот пропан кипит уже при -42,1 С, что практически гарантирует его испарение в любых районах за исключением Крайнего Севера. В этом случае в смесь добавляют этан, который кипит при -88,5 С. А вот бутан изволит кипеть только при -0,5 С, что делает его применение в холодных районах практически невозможным.
С бензином дела обстоят хуже, он кипит при температурах от +35 до +205 С. Но не надо паники, в системах питания бензином он подается насосом (газ поступает под собственным давлением и насосы ему не нужны) и распыляется тем или иным методом в аэрозоль.
Приведем еще немного цифр, уж потерпите немного.
Немаловажным фактором в плане обеспечения безопасности является температура самовоспламенения топлива в атмосфере воздуха при нормальном давлении, С:
пропан: +510...+580;
бутан: +475...+550;
бензин: +470...+530.
Из чего можно сделать вывод, что самый безопасный - пропан, т.к. для его самовоспламенения требуется более высокая температура, которая в автомобиле, на открытых деталях (не в камере сгорания) недостижима, бутан и бензин в этом плане практически идентичны, но всё же различимы по другому фактору. При нормальных температурных условиях, газ переходит в пар и, будучи тяжелее воздуха, уходит вниз, тогда, как бензин остается жидким дольше, что повышает риск его воспламенения.
Резюмируя выше сказанное МирСоветов может развенчать миф об опасности газа. Если не нарушать простых правил безопасности, о которых поговорим в одной из следующих статей, то ничего не рванет и не загорится.
Тогда как хорошая испаряемость газа практически при любых погодных условиях делает его незаменимым помощником в устойчивой работе двигателя.
Газ, будучи хорошо испарившимся, более равномерно и полностью заполняет цилиндры и улучшает тем самым процесс сгорания.
Немаловажным фактором можно считать отсутствие в составе газа смолянистых (не путать с маслянистыми) соединений, а также серы и парафина, которые присутствуют в бензинах. Это освобождает детали камеры сгорания от нагара и отложений. Кроме того, газ сгорает полностью (на богатой смеси двигатель работать не будет), что приводит к полному отсутствию сажи. Эти факторы исключают появление калильного зажигания, которое тоже далеко не полезно двигателю.
Помимо этого сера, при сгорании в парах воды, которая неизбежно образуется при сгорании любого углеводородного топлива, образует сернистую кислоту, которая разрушает металл, старит масло.
Миф о прогорании
А теперь, о самом главном мифе газа, о котором уже можно складывать легенды. Это миф о прогорании.
А что может прогореть на автомобиле от газа? Головка, коленвал, глушитель? А вдруг прогорит прокладка между рулем и сиденьем? Но подозрение все-таки в первую очередь падает на клапана, причем только выпускные, т.к. при работе впускных смесь еще не горит. Нет огня - нет проблем!
На самом деле, и МирСоветов уже говорил об этом выше, газ, особенно пропан, горит медленней бензина, это приводит к тому, что он еще догорает при начале такта выпуска, когда открывается выпускной клапан. Вполне было бы логично предположить, что омываемый огнем клапан будет перегреваться и дни его сочтены - он сгорит. Но не всё поддается логике. Во-первых, на бензине такое тоже вполне возможно и есть по четырем причинам:
Бедная смесь;
Некорректно выставленное зажигание (позднее);
Неправильная регулировка газораспределительного механизма;
И, наконец, применение низкооктанового бензина на карбюраторных двигателях.
На газе прогара можно избежать при корректно выставленных зазорах ГРМ и зажигании.
Проводились исследования по этому поводу, и какой-либо связи прогорания клапанов с использованием газа выявлено НЕ БЫЛО, они с той же частотой прогорали и на бензине.
А вы не задумывались про то, что больше половины автопарка Италии, например, ездит на газе и ничего у них не прогорает? Ведь случаи с прогоранием можно отнести к банальному браку самих клапанов. А что, брак у нас это редкость?!
Миф о запахе в салоне
И вот подобрались к третьему мифу о вреде установки газа на автомобиль - ужасающий запах в салоне. А, если вдуматься, то откуда он может взяться? Ведь газобаллонное оборудование (ГБО) работает под давлением, а соединения выполнены с расчетом выдерживать не только рабочие, но и аварийные давления.
Появление газового духа в салоне может предупреждать вас о двух случаях.
Первый - разгерметизация какого-либо соединения или агрегата. Да, но позвольте, ведь при отсутствии должного ухода и бензиновые магистрали могут дать течь, что случается достаточно часто. Газопроводы выполнены металлической трубкой, соединения конусные и имеют высокую механическую и химическую стойкость. Резиновые бензошланги, увы, не могут этим похвастаться.
И второй - негерметичность системы выпуска отработанных газов. Но тут уж совсем для бензиновой системы дела плохи. Если такое произошло, то на газе это станет быстро заметно. Надо иметь очень плохое обоняние, чтобы не услышат запах газа.
Для справки. Газ сам по себе не пахнет, это пахнет одорант, который не сгорает и предназначен как раз для обнаружения утечки. В бензине одорант тоже есть, но он сгорает.
Но ведь залив бензина вы ведь не восстановите герметичность выхлопной системы, и благополучно будете вдыхать "аромат" выхлопа и СО.
Плюсы и минусы установки ГБО
Итак, вы еще сомневаетесь? Тогда приведем итог положительных и отрицательных моментов использования газа на автомобиле.
Ни для кого не секрет, что цена имеет значение, о ней и поговорим.
В сложившейся ситуации на рынке ГСМ цена литра газа в среднем в 2 раза меньше литра бензина АИ-80, не говоря уже о 95-ом или 96-ом, которые в 3 раза дороже. Это есть бонус. Ура, это здорово! Но для того, чтобы насладиться разницей, сначала надо заплатить. За что? А за установку ГБО. Это есть минус.
И вот на сцену выходит понятие - окупаемость установки ГБО. Тут всё просто. Если вы ездите мало, например, только на дачу летом, то приходится констатировать факт, что при всех прочих преимуществах газа, вам, скорее всего, придется продолжать ездить на бензине. Особенно, если вы счастливый обладатель инжекторного авто, где стоимость установки ГБО в 2-3 раза больше, чем на карбюраторный.
Рационально устанавливать газ на карбюраторные авто, если годовой пробег 15000 км и более, тогда установка окупит себя через год (это проверено самим автором статьи). Тогда как для инжектора эта цифра будет в районе 25...30 тыс. км в год. Разумеется, окупаемость и ее срок интересны лишь в том случае, если вы планируете непродолжительное использование автомобиля (с планированием его продажи). При длительном использовании авто, как было в советские времена, то ГБО окупится в любом случае, а, вернее, тут уже сотрется само понятие окупаемости.
Из положительных эффектов с технической стороны можно выделить:
- полное отсутствие детонации на всех режимах;
- отсутствие смолянистых отложений и сажи, следовательно, нагара;
- газ поступает в цилиндры только в паровой фазе, что исключает смывание масляной пленки со стенок цилиндра;
- при правильной настройке отсутствуют рывки в работе двигателя, что продлевает жизнь трансмиссии и шинам;
- уверенный и быстрый пуск двигателя;
- малые затраты на обслуживание;
- экологичность газа выше неэтилированного бензина в 3...4 раза.
Всё это повышает ресурс двигателя.
Это всё хорошо, но есть и не очень хорошо.
К сожалению, самым длинным минусом, уже переходящим в тире, является утрата свободного места. Причем самая большая утрата, как назло, в самом нужном месте - в багажнике, где размещают баллон. Забегая вперед, могу сказать, что геометрически можно выйти из ситуации, а вот с утратой части грузоподъемности придется смириться в любом случае. Но это компенсируется почти пустым бензобаком.
В штатном исполнении недостаток отъема свободного места неустраним, т.к. баллон имеет весьма внушительные размеры, если в кузовах типа "седан" это еще можно терпеть, разместив баллон на полке у задних сидений, то для "хетчбэка" и "универсала" это полная смерть багажнику.
Выходят из такой ситуации по-разному. Для авто с большим клиренсом можно выбрать решение установки обычного баллона под днище. В остальных случаях можно схитрить и воспользоваться тороидальным баллоном, который размещается в отсеке запасного колеса. Особенно удачно получается опять-таки в указанных кузовах "хетчбэк" и "универсал", а также в седанах, где запаска прячется в багажнике под обшивкой пола. Но это вынуждает либо не возить запаску, либо класть ее в альтернативные места.
Под капотом оборудование ставится куда более компактное и это не столь принципиально.
Также авто на газу теряет разгонную динамику (разгоняется более плавно, но предсказуемо - без рывков и провалов). Это опять-таки связано с более медленным сгоранием газа. Однако, справедливости ради МирСоветов должен заметить, что потеря эта на авто с более высокой степенью сжатия (относительно бензина) меньше - примерно 2%, тогда как при степени 8,5 - 5...7%.
По причине меньшей калорийности газа потребление его возрастает на 10...15% относительно потребления бензина. При более высокой степени сжатия - 5...8%.
По требованиям безопасности газовые АЗС расположены на окраинах города. И их существенно меньше, чем бензиновых. Это не влияет на ресурс двигателя и на безопасность вашего авто, но влияет на удобство - дальше ехать. Выход - заправлять баллон полностью, тогда ездить придется реже.
Как видно не так уж много минусов, а они есть везде.
Хорошо, если вы к этому моменту твердо решили - ставлю газ, то ожидайте в ближайшее время продолжение статьи. А далее будет краткое описание основных узлов ГБО и ответы на вопросы, что касается установки газового оборудования на автомобиль.