Volvo LNG:магистральный тягач на метане

В ответ на рост сети заправочных станций сжиженным природным газом в Европе компания Volvo Trucks запустила в серию грузовики Volvo FH и FM LNG c газовыми двигателями. В свете того, что и в России начали строить КриоАЗС на маршруте Европа — Китай, тема магистральных грузовиков на голубом топливе начинает обретать смысл.

Лидер европейского рынка газомоторной техники — Iveco, которая с 1991 года создала полную линейку грузовиков, фургонов и автобусов с газовыми двигателями и продала их более 25 тысяч единиц, строит однотопливные газовые двигатели, работающие на компримированном или сжиженном природном газе (LNG — Liquefied Natural Gas), с искровым зажиганием и степенью сжатия около 11. Scania пошла по тому же пути — однотопливные двигатели, искровое зажигание, степень сжатия 12,6. Cummins поставляет полную линейку газовых двигателей с рабочим объемом от 5,9 до 91 л с искровым зажиганием. Российские машиностроители КАМАЗ и «Автодизель» движутся в этом же направлении. Volvo Trucks, чтобы не вступать в прямую конкуренцию с господствующей на рынке технологией, пошла своим путем — совершенствования газодизельного цикла с подачей в цилиндры двигателя запальной дозы дизельного топлива.

ВОСПЛАМЕНЕНИЕ ОТ СЖАТИЯ

В конце 2017 года Volvo Trucks запустила в серию грузовики Volvo FH и FM на сжиженном природном газе. Линейка включает тягачи и шасси с колесными формулами 4×2, 6×2 и 6×4 полной массой до 64 тонн с двигателями G13C420 и G13C460 стандарта Евро-6 с параметрами 420 л. с./2100 Нм и 460 л. с./2300 Нм. Система питания включает криобак, рассчитанный на 115 кг (275 л), 155 кг (375 л) или 205 кг (495 л) сжиженного газа, и бак для дизельного топлива емкостью 170 л. Запас хода с самым вместительным криобаком — до 1000 км. В комбинации приборов в кабине есть дисплей с тремя горизонтальными указателями уровня восстановителя AdBlue, дизельного топлива и LNG, а также указатели запаса хода и температуры за бортом — это важно, раз на борту водный раствор мочевины.

Криобак на 275 л сжиженного газа.

Основой для битопливного двигателя послужил серийный 6‑цилиндровый рядный дизель D13К уровня Евро-5 рабочим объемом 12,8 л с верхним распредвалом, четырьмя клапанами на цилиндр и системой впрыска дизельного топлива Common Rail. Модернизация коснулась головки блока цилиндров и топливной аппаратуры. Газовая система начинается с криобака, в котором сжиженный природный газ хранится при температуре от –140 до –120 °С и давлении 4–10 бар. В криобаке определенная часть жидкой фазы переходит в газообразное состояние. Процесс этот непрерывен, и количество испаряемого топлива зависит от уровня сжиженного метана, интенсивности потребления газа двигателем, температуры и давления заправляемого метана, а также температуры окружающей среды. При превышении в криобаке давления в 16 бар избыток газа сбрасывается в атмосферу через предохранительный клапан. Стоит заметить, что метан при сбросе в атмосферу вносит гораздо больший вклад в потепление климата, чем углекислый газ. Этот недостаток сужает сферу применения LNG до магистральных и региональных автоперевозок, где выполняется условие продолжительной работы двигателя (испарившийся избыток газа сразу идет в дело).

Система питания Volvo LNG сложнее топливной системы автомобиля на компримированном природном газе. Сжиженный метан забирается из криобака встроенным гидронасосом и подается в испаритель, где под воздействием тепла от системы охлаждения двигателя переводится в газообразное состояние. Миновав испаритель, углеводороды под давлением примерно 300 бар поступают в аккумулятор емкостью до 5 л — он призван сглаживать пульсации газовой среды при изменении расхода. Также в системе присутствует газовый редуктор, который регулирует давление метана в соответствии с режимом дизельной аппаратуры. А вот с дизелем здесь все как обычно: подкачивающий насос забирает топливо из бака, прокачивает через фильтры и подает в ТНВД, который нагнетает давление (до 2000 бар) в топливной рампе.

Газовый двигатель Volvo LNG. Красным цветом выделены магистрали подачи газа. Желтым цветом — магистрали подачи дизельного топлива.

Инженеры Volvo Trucks разработали для своего перспективного мотора двухтопливные форсунки: дизель впрыскивается из центра инжектора, а подача газа идет через отверстия по периферии. В качестве исполнительных механизмов в обоих случаях используются электромагнитные соленоиды. Газ подается в цилиндр после впрыскивания дизельного топлива. При нормальной работе двигателя избыток газа возвращается в криобак, увеличивая объем испаренной фазы, а при остановке двигателя или в случае неисправности легкие углеводороды сбрасываются в атмосферу.

Газовому двигателю Volvo сохранили степень сжатия 18, необходимую для воспламенения инициирующего заряда дизельного топлива. Экономическим смыслом работы газодизельного двигателя является замещение дизельного топлива газовым. У большинства двигателей, работающих по двухтопливному циклу (в том числе конвертированных из дизеля) коэффициент замещения газа не превышает 80%. В случае с Volvo LNG показатель экономичности существенно выше: по данным производителя, необходимо 2–10% нефтяного топлива от всего заряда в зависимости от режима работы двигателя. Непосредственный впрыск газа дает массу других преимуществ: двигатель становится отзывчивей, снижается его теплонапряженность за счет сгорания меньшего объема топлива, а также за счет того, что непосредственный впрыск дает возможность продувки цилиндра во время перекрытия впускных и выпускных клапанов. К слову, на двигателях с внешним смесеобразованием избегают перекрытия клапанов, чтобы взрывоопасный метан не попал в выпускной трубопровод. Теплонапряженность двигателя снижается и принудительным путем — за счет более интенсивного охлаждения ключевых узлов.

Криобак — высокотехнологичный термос с очень слабым поглощением тепла.

В криобак интегрирован заборник сжиженного газа с помпой.

Если сравнить внешние скоростные характеристики дизеля D13K420 и газодизельного мотора G13C420 (Евро 6), то кривые мощности практически совпадают: оба двигателя выдают максимальную мощность 420 л. с. в диапазоне 1400–1800 мин-1. Максимальный крутящий момент (2100 Нм) дизельный двигатель выдает в диапазоне 860–1400 мин-1, а газодизельный при 1000–1400 мин-1. То есть дизельный двигатель немного более приемистый. По внешней скоростной характеристике газовый двигатель ближе к дизельному D13C420 Евро-5. Отсутствие дорогих и требующих достаточно частой замены свечей зажигания, являющихся неотъемлемым компонентом классического газового мотора, можно считать бонусом. Дополнительный плюс высокой степени сжатия газодизеля в том, что она позволила сохранить высокую эффективность моторного тормоза VEB, который имеет ту же мощность, что и у дизеля.

Запас хода Volvo FH LNG с самым вместительным криобаком — до 1000 км.

Таким образом, газовый двигатель Volvo имеет как плюсы, так и минусы, проистекающие из его двухтопливной природы. Плюсы — в топливной эффективности, минусы — в усложнении и удорожании конструкции. Да, Volvo Trucks пошла своим путем и не может рапортовать об отказе от дизельного топлива и реагента AdBlue, как это делают конкуренты. Несомненно, технология Volvo обретет своих сторонников и позволит компании сориентироваться в меняющемся мире.

БЕЗ СО2

Volvo Trucks сообщает, что при использовании природного метана в качестве топлива эмиссия СО2 сокращается на 20%, а при использовании биометана, получаемого сбраживанием органических остатков, — на 100%. Здесь подразумевается полный жизненный цикл органического источника метана — от зеленого росточка до выхлопной трубы. Растительность в процессе фотосинтеза поглощает углекислый газ и выделяет кислород, а преобразовавшись в метан, совершает обратный процесс. Однако эти 100% весьма условны, ведь мы живем в неидеальном мире, и фотосинтез протекает днем в солнечную погоду, а в темное время суток в растениях идет обратный процесс — поглощение кислорода и выделение углекислого газа. Добавьте к этому потери на потраву, выбросы техники во время покоса и при транспортировке зеленой массы, прочие накладные расходы, и даже 95% покажутся завышенными.

Тем не менее даже 50% — превосходный результат, побуждающий к производству биогаза из органических отходов, которые в огромных количествах скапливаются вокруг сельскохозяйственных предприятий, отравляют экологию и вызывают вспышки опасных инфекций. И даже если не перерабатывать полученный из отходов газ в моторное топливо, а использовать на месте для отопления, — это уже большой плюс для экологии, не говоря о том, что биогазовая станция производит не только газ, но и ценные органические удобрения. Для России с ее климатом биогазовые станции — направление гораздо более реальное и во всех отношениях эффективное, нежели модные солнечные батареи.

Источник: 5koleso.ru

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий

Вы должны быть авторизованы, чтобы разместить комментарий.