История использования газа в качестве моторного топлива

История открытия СГ непосредственно связана с автомобилем и началась с курьеза. В 1910 году автолюбитель из американского города Питтсбург обратил внимание на то, что купленный им бензин испаряется неимоверно быстро. Он тут же отправился к знакомому химику Уолтеру Снеллингу. Разгневанный водитель считал, что американское правительство должно наказать обманщиков, продающих такой бензин. Уолтер Снеллинг исследовал принесенное ему топливо и обнаружил, что быстро испаряющаяся жидкость представляет собой смесь пропана, бутана и других углеводородных газов. Несколько лет спустя, Снеллинг построил установку разделения бензина на жидкие и газообразные компоненты. Первый автомобиль на сжиженном углеводородном газе был испытан в 1913 году. Несколько лет спустя, Снеллинг за 50 тысяч долларов продал патент на пропан.

Началом использования газа в качестве моторного топлива в СССР можно считать 1936 год, когда вышло Постановление Совнаркома о газификации автотранспорта. Согласно Постановлению в 1937 году на дороги страны должны были выйти первые 500 автомашин, работающих на газе.

Однако ни в 1937 ни в 1938 году они не появились, а газификация транспорта оставалась в стадии одиночных опытов.

Но все же работы продолжались. В 1939 году в НАМИ создали газогенераторные автомобили ЗИС-21 и ГАЗ-42 и газобаллонные автомобили ЗИС-30 и ГАЗ-44, использовавшие сжиженный нефтяной газ. Первые автомобильные газонаполнительные станции в СССР были построены также в 1939 году в Мелитополе, Горловке и Москве.

В 1949-53 годах были спроектированы и переданы в производство газобаллонные автомобили ГАЗ-51Б и ЗИС-156, работавшие на газе. В 50-х годах построено 30 мощных станций, снабжавших газом около 40 тыс. автомобилей. В 1953-57 годах налажен выпуск автомобилей ГАЗ-51 Ж и ЗИС-156А, работавших на ГСН, а в 1973-75 годах выпускались автомобили следующего поколения: ЗИЛ-138, ГАЗ-52-07, ГАЗ-53-07, ЗИЛ-138В1, ЗИЛ-ММЗ-45023.

С 1982 года начато серийное производство автомобилей ГАЗ-52-27 ГАЗ-53-27 и ЗИЛ-138А, использующих газ. В 80-х годах также освоен серийный выпуск автобусов, легковых и грузовых автомобилей на заводах ГАЗ, РАФ, ЛАЗ, ЛиАЗ, УАЗ, КамАЗ, ММЗ.

В 1981 году в СССР была принята государственная программа развития газобаллонного автотранспорта, а через несколько лет еще одна, предусматривавшая использование газа на железнодорожном, водном и воздушном транспорте. Тогда же, в 80-х годах, в Москве был проведен масштабный эксперимент по использованию на грузовых автомобилях сжиженного природного газа. В 1990 году производство КПГ на АГНКС в СССР достигло максимума и превысило 1 млрд. куб. м.

В последнее десятилетие ХХ века в мировой экономике начала набирать силу новая волна популярности газа, как моторного топлива. Сегодня только в США пропановый бизнес оценивается в 8 миллиардов долларов. По прогнозам специалистов эта волна достигнет своего высшего уровня к концу первой четверти ХХI века. В России наблюдается повышенный интерес к использованию СПБТ (смеси пропан-бутановой) в качестве моторного топлива. Так рост объемов газа, реализуемого через АГЗС, за последние три года вырос на 60%.

История развития газомоторного топлива показывает, что применение газа в двигателях внутреннего сгорания зависит от следующих основных факторов: уровня технического прогресса; дефицита нефтяного моторного топлива; ухудшения экологии городов, вызванное вредными выбросами автомобилей, работающих на нефтяных топливах; ресурсами и уровнем добычи нефти и газа.

В России и странах СНГ 1996 г. можно считать началом массового использования газа в качестве моторного топлива на автотранспорте, когда совместными поста­новлениями Правительств г. Москвы, Московской области и РАО "Газпром", с целью снижения вредного влияния выбросов автомобилей на экологию Московского региона, были приняты программы перевода автомобилей на газовое топливо. Подобные программы были приняты и в ряде других регионов России. Эти директив­ные документы практически не выполняются из-за отсутствия необходимого финансирования, однако ухудшающаяся экологическая обстановка городов из-за вредных выбросов растущего парка бензиновых автомобилей, а также переход отечественной промышленности от спада к стабилизации и росту, вызвавшему резкий рост спроса на нефтепродукты, заставил обратиться к решению проблемы применения альтернативного экологически чистого топлива на транспортных сред­ствах. Расчеты показывают, что нефтеперерабатывающая промышленность России удовлетворить растущую потребность в нефтепродуктах в ближайшие 10 лет не сможет. Дефицит нефтяного моторного топлива к 2005 г. достигнет 5 млн. т, а к 2010 г. может возрасти до 10 млн. т.

В 2000 году, в связи с ростом цен на бензин, резко вырос и продолжает расти интерес к использованию сжиженного пропан - бутана среди различных предприятий и коммерческих фирм, которые стремятся вложить средства в выгодные проекты. Кстати, о ресурсах ГСН, являющихся производными нефти и попутных газов: около двадцати лет назад, в начале 80-х г, некоторые специалисты прогнозировали, что нефтересурсы СССР должны иссякнуть в 2000-2010 гг., однако по состоянию на начало 2000 г. запасы нефти не только не исчерпаны, но и наоборот ее разведанное количество увеличилось. По состоянию на 2000 г. в России на­считывалось около 40 заводов и установок, производящих ГСН, объем производства, которых в 2000 г. составил около 6 млн. т и только 4% пошло на нужды автотранспорта то есть 240 тыс. т. В текущем году прогнозируется рост потребления ГСН автотранспортом в 2 раза. Но это все равно не обеспечит потребности в ГСН всех регионов Российской Федерации.

Газобаллонная аппаратура

В состав комплекта газобаллонной аппаратуры, как правило, входят следующие основные элементы:

• • бортовая система хранения топлива (баллоны для газа);
• • средства подготовки газа к подаче в двигатель (редукторы, снижающие давление газа, подогреватель газа, фильтры и др.);
• • устройства подачи топлива в цилиндры (смесители, дозаторы, форсунки);
• • элементы системы управления и автоматики (микропроцессорные системы, электромагнитные клапаны, вентили, переключатели вида топлива);
• • контрольно-измерительные и предохранительные устройства (указатель запаса топлива, датчики утечки газа, система звуковой и визуальной сигнализации и пр.);
• • узел заправки топлива (наполнительные вентили, краны);
• • трубопроводы высокого и низкого давления, их соединительные части.

Автомобильные баллоны для ГСН рассчитаны на рабочее давление 16 атмосфер. На них монтируются арматура для заправки и выпуска сжиженного нефтяного газа. На баллонах для легковых автомобилей, как правило, устанавливается мультиклапан, снабженный указателем уровня и автоматическим устройством отсечки заправки при заполнении баллона на 80 - 85 %. В состав мультиклапана обычно входит обратный клапан, предотвращающий истечение газа из баллона в заправочную магистраль, и скоростной клапан, препятствующий истечению газа в магистраль выпуска при ее разгерметизации.

Передовые фирмы мира уже в течение многих лет выпускают газовую топливную аппаратуру с электронным управлением. Это вызвано, прежде всего, необходимостью обеспечить максимальную экономичность двигателя и его соответствие нормам токсичности отработавших газов.

В России пока еще основная доля газотопливной аппаратуры представлена рычажно-мембранными системами. Однако электронно-управляемые системы с распределенной подачей топлива отечественного производства уже начинают внедряться на двигателях.

Сжиженный газ в баллоне находится одновременно в двух агрегатных состояниях - жидком и газообразном (жидкая и паровая фаза). В целях безопасности баллон заполняется сжиженным углеводородным газом так, чтобы над зеркалом жидкости было пространство для паров. Баллоны для СГН, выпускаемые российскими предприятиями, в основном, имеют следующую вместимость: 50 и 65 литров для легковых автомобилей; 115, 130 и 250 литров для грузовых автомобилей и автобусов.

Баллоны для сжиженного нефтяного газа, как правило, имеют цилиндрическую форму. В настоящее время для легковых автомобилей все большее распространение получают торовые баллоны. Баллон удобно устанавливается в нишу для запасного колеса в багажном отделении автомобиля.

Баллоны для сжиженного нефтяного газа могут устанавливаться в различных местах автомобиля: в багажном отделении, в кузове, на раме шасси. Поскольку углеовдородныйй газ тяжелее воздуха и при утечке стремится вниз, баллоны для СГН, как правило, устанавливаются внизу автомобиля. Иногда встречаются варианты нетрадиционной схемы установки баллонов и, в частности, на крыше кабины водителя.

На сжиженном природном газе работают не только автомобили. Так фирма "Ловато" создала топливное оборудование для мотоциклов и катеров.

Давление подачи в двигатель СГН обеспечивается обычно обогреваемым двухступенчатым редуктором (с 16 до 1 атмосферы).

В комплектах газотопливной аппаратуры могут использоваться агрегатированные моноблочные устройства, содержащие два и более функциональных компонента (например: моноблок редукторов, редуктор высокого давления с газовым электромагнитным клапаном и т. п.).

Переоборудование автомобилей для работы на сжиженном газе должно осуществляться предприятиями, имеющими соответствующие лицензии. Работы выполняются в соответствии с действующими нормативными документами и техническими условиями завода-изготовителя топливной аппаратуры и газовых баллонов.

Переоборудование включает в себя следующие основные процессы:

• • приемка автомобилей и подготовка их к переоборудованию;
• • установка газового оборудования на автомобили;
• • испытание газовой системы питания переоборудованных автомобилей;
• • оформление документации и выдача автомобилей заказчику.

Говоря о безопасности эксплуатации газобаллонных автомобилей, нельзя не упомянуть о самих газовых баллонов. Очень часто можно услышать сравнение газового баллона с бомбой.

Автомобильные газовые баллоны сами по себе не представляют такой опасности, как это зачастую пытаются представить. Они имеют многократный запас прочности, должны удовлетворять требованию безосколочного разрушения. Баллоны проходят целую серию испытаний на устойчивость к разрушению при падении с высоты, простреле из огнестрельного оружия, воздействии экстремальных температур, открытого пламени, кислоты.