Газ в автомоторе | ТМ 1938-08/09

Б. АНГАРСКИЙ

Первый двигатель внутреннего сгорания работал на газе. Некоторое время газ был единственным топливом новых двигателей, пришедших на смену паровой машине.

Пятьдесят шесть лет назад — в 1882 г. — произошел разрыв между Николаем Отто, конструктором первого экономичного двигателя внутреннего сгорания, и его ближайшим сотрудником Готлибом Даймлером. Пути этих двух изобретателей разошлись: Отто считал, что наилучшее топливо для двигателя — газ и что все усилия надо направить на создание мощных промышленных газовых моторов; Даймлер настаивал на необходимости приняться за конструирование для транспорта легкого маленького двигателя, работающего на жидком топливе.

Каждый изобретатель пошел своим путем: Отто стал строить большие газовые двигатели, а Даймлер — маленькие, бензиновые.

В результате этого спора больше полустолетия назад и, появился первый автомобиль с бензиновым двигателем. Едва ли оба изобретателя могли предполагать, что придет время, когда автомобиль будет работать на газовом топливе.

Сейчас это время пришло. Наряду с газогенераторными автомобилями, в которых твердое топливо (уголь, дрова, торф) превращается предварительно в газ, а затем сгорает в моторе, появились машины, работающие непосредственно на газовом топливе.

*

Новый вид топлива в автотранспорте имеет перед бензином ряд преимуществ. Для того чтобы в цилиндре двигателя можно было сжечь бензин, его нужно сначала перевести в парообразное состояние, испарить. Газ же достаточно смешать в надлежащей пропорции с воздухом. Это значительно проще процессов распыления, испарения и смешения жидкого горючего с воздухом. К тому же при газовом топливе происходит полное сгорание и бездымный выхлоп. Отпадают и трудности запуска двигателя в холодное время года.

Но это еще не все. При работе на бензине нередко происходит конденсация, превращение в жидкость горючей смеси, что приводит к разжижению смазки, вызывает коррозию (разъедание) цилиндров двигателя и подшипников. Газообразное горючее лишено этого недостатка. Наконец, оно обладает высокими антидетонационными свойствами, что позволяет повышать степень сжатия двигателя и, следовательно, увеличивать его мощность.

*

Газов на земле необычайное множество. Какие же из них могут служить топливом для современного автомобильного мотора?

Из промышленных газов наибольшее применение в этой области приобретают светильный и коксовый газы. Источники светильного газа обширны — низкосортный уголь, дерево, торф и многое другое. Кто из городских жителей незнаком с этим газом, подогревающим воду в ванных колонках и отапливающим кухонные плиты? А коксовый газ получается как побочный продукт при коксовании угля для металлургического производства. Теплотворная способность этих двух газов относительно невысока, и они называются низкокалорийными газами.

Большой интерес представляют так называемые «жидкие» газы, особенно пропан и бутан. Известно, что любой газ при определенных давлениях и температурах становится жидким. Но одни газы переходят в жидкое состояние при очень высоких давлениях, а другие — при небольших. Последние и называются жидкими. Например, при температуре +10° С пропан сжижается под давлением в 7,5 атмосферы, а бутан — и того меньше. 1,7 атмосферы.

Пропан и бутан обладают высокой теплотворной способностью. При сгорании 1 кг пропана или бутана выделяет 11500 калорий тепла, а 1 кг бензина — 10500 калорий. Это значит, что, расходуя 1 кг такого жидкого газа, можно «дальше уехать», чем на таком же количестве бензина.

Жидкие газы являются составной частью естественных нефтяных газов. Они получаются при крекинге и некоторых других процессах переработки нефти, а также при выработке нефтяных продуктов из каменного угля.

Применение газового горючего не вносит существенных перемен в устройство автомашины. Перемены касаются, главным образом, самой незатейливой части автомобильного устройства — бензинового бака. Он заменяется баллонами, способными выдерживать значительные давления. Для жидких газов применяются баллоны низкого давления, 10—20 атмосфер, а в баллонах, содержащих сжатый газ, давление доходит до 200 атмосфер. Ясно, чем больше давление, тем большим запасом горючего располагает автомобиль.

К автомобильному газовому баллону предъявляются особые требования: он должен вмещать как можно больше газа и в то же время быть легким, чтобы не увеличивать вес машины и не занимать много места.

Раз вес и размеры баллонов ограничиваются, то, очевидно, стенки их должны быть очень тонкими (3—5 мм) и притом столь прочными, чтобы выдерживать высокие давления.

Баллоны высокого давления изготовляются из весьма прочных сталей — хромоникелевых, хромомолибденовых и других, а также из алюминия. Длина такого баллона — 1,5—2 м, вес — 50—60 кг. Для большей прочности баллоны высокого давления оплетаются снаружи стальной рояльной проволокой.

Алюминиевый баллон с оплеткой стальной проволоки. Толщина его стенок —  3¹/₄ мм. Баллон выдерживает давление газа в 200 атмосфер.

В автомобилях газовые баллоны располагаются либо на раме под кузовом машины, либо — в автобусах — под крышей. Каждый баллон снабжен запорным вентилем, и горючее по общей газовой трубе устремляется к двигателю автомобиля. Если газ, обладающий давлением в 200 атмосфер, сразу направить в цилиндр мотора, то получится сильный взрыв, поэтому предварительно в особом приборе — редукторе — давление газа понижается. После редуктора газ попадает в смеситель. Здесь он перемешивается с воздухом, и образуется горючая смесь. Она-то и поступает в цилиндр двигателя.

Под кузовом на раме располагаются баллоны с газом 1. По газовой магистрали 2 газ через фильтр 4 попадает в редуктор 5. Здесь давление газа снижается, и он идет в смеситель 6, откуда горючая смесь попадает во всасывающую трубу мотора 9. В кабине водителя установлен манометр 3. В моторе сохранен карбюратор 7, и при помощи переключателя 8 легко можно перейти на бензиновое топливо.

Для того чтобы автомобиль мог работать по желанию и на газе, и на бензине, обычно сохраняют бензиновый бак и карбюратор. Простым поворотом газового вентиля и бензинового крана производится моментальный перевод двигателя с газового топлива на бензин и обратно.

В кабине шофера устанавливаются два манометра: один показывает давление газа в баллонах, другой — давление газа после редуктора.

Схематический разрез редуктора. Здесь понижается давление газа. Корпус редуктора 1, закрытый крышкой 2, разделен гибкой перегородкой 3—4 на две камеры. Верхняя камера сообщается с наружным воздухом через отверстие 6, нижняя камера сообщается с мотором через отверстие 10. Мотор разрежает воздух в нижней камере, вследствие чего перегородка 3—4 прогибается книзу, открывая посредством шарнирно-рычажного механизма 11—14 клапан 8 для прохода газа. Газ, имея высокое давление, выгибает перегородку 3—4 в обратную сторону, и клапан 8 закрывается. На рисунке показаны также направляющий стержень 5, отверстие, через которое поступает газ 7, пружина клапана 9, упорный штифт, ограничивающий изгиб перегородки 12, регулировочный винт шарнирного механизма 13.

Так оборудована автомашина, работающая на газах высокого давления.

Если же горючим служит жидкий газ, то количество баллонов уменьшается. Ведь жидкие газы отличаются высокой калорийностью, они в одном и том же объеме как бы таят больший запас энергии.

Но каков бы ни был запас горючего, рано или поздно баллоны опустеют, и потребуется их новое пополнение. Для этого, подобно бензиновым колонкам, устраиваются газораздаточные станции.

Газ, поступающий из газовой магистрали на раздаточную станцию, прежде всего очищается от маслянисто-смолистых примесей. Затем он сжимается мощным компрессором до 350 атмосфер и нагнетается в стальные сборные резервуары — ресиверы. Подъезжает автомобиль, гибкий резиновый шланг протягивается от ресивера к газовой трубе автомашины, и баллоны наполняются свежим горючим.

Устройство газораздаточных станций для жидких газов не требует мощных компрессоров и высоких давлений. Пропан или бутан под небольшим давлением прямо в жидком виде накачиваются в баллоны автомобиля.

*

Первая попытка применения жидких газов в качестве горючего для автомобиля была сделана еще четверть века назад. В 1912 г. американец Петерсон приспособил свой автомобиль для работы на жидких газах и разъезжал на нем по улицам Нью-Йорка. Этот пионер газовых автомобилей долго не имел подражателей. И только в 1930 г. в Лос-Анжелесе (США) были сделаны опыты по широкому использованию пропана и бутана в автотранспорте — на жидкий газ перевели моторы грузовиков и автобусов Тихоокеанской железнодорожной компании.

За последние годы газ в качестве автомобильного горючего получает все большее применение. Сжатые и в особенности жидкие газы являются превосходными заменителями бензина.

В ряде стран уже имеется немало автомобилей, работающих на газовом топливе. Правда, по сравнению с бензиновыми, процент газовых автомобилей еще невелик. но это новая отрасль, она только начинает свой путь развития.

Значительное количество газовых автомобилей эксплуатируется в США, где имеются в изобилии естественные газы. Здесь конкурентами бензина выступают по преимуществу жидкие газы, исключительно высокие качества которых делают их идеальным моторным топливом. Они получаются из естественных газов на газобензиновых заводах и из крекинг-газов.

В 1932 г. в Америке было израсходовано 75 тыс. т жидких газов, а через пять лет, в 1937 г., — уже 300 тыс. т.

*

В нашей стране газовому топливу в автотранспорте принадлежит громадное будущее. Советский Союз чрезвычайно богат естественными нефтяными газами и в то же время обладает огромными ресурсами промышленных газов. Бензин, который нередко приходится перевозить на огромные расстояния, во многих случаях можно заменить местным газом. Это избавит от лишних перевозок, позволит сэкономить «черное золото» — нефть — и обеспечит машины многих районов страны дешевым моторным горючим.

В Донбассе, на Урале, во многих других районах в изобилии имеется коксовый газ. В районах Баку, Грозного, Майкопа, в Дагестане, в Азово-Черноморье, в Крыму, на Волге, в ряде мест земля «выдыхает» огромное количество естественных газов.

Таким образом, наш автотранспорт имеет богатые возможности для получения весьма ценного горючего. В Баку, в Грозном уже действуют установки, вырабатывающие жидкий газ, заканчивается устройство газонаполнительной станции в Горловке.

В нашей стране газогенераторные автомобили и тракторы выпускаются уже второй год. Большую работу в этом направлении ведет Научно-исследовательский автотракторный институт (НАТИ), на газовое горючее переведены грузовик «ГАЗ-АА» и автобус «ЗИС-8». На грузовике установлено семь баллонов, а на автобусе — шестнадцать баллонов. Эти машины превосходно работают на газовом горючем. Запаса горючего в семи баллонах «ГАЗ-АА» хватает на пробег машины в 160—180 км, автобус же «ЗИС-8» при работе на светильном или коксовом газе проходит 90 км, а при работе на высококалорийном нефтяном газе — 170 км без пополнения запаса топлива.

На крыше автобуса «ЗИС-8» уложен ряд алюминиевых баллонов. В каждом баллоне — 3 куб. м горючего газа. В зависимости от калорийности газа такой автобус может проехать без пополнения запасов горючего от 90 до 170 км.

Одесский завод «Фригатор» изготовил сконструированный в НАТИ автомобиль-рефрижератор, работающий на сжиженном газе. Жидкий газ выполняет здесь двойную работу: приводит в движение мотор и охлаждает кузов автомобиля. Газ из баллонов проходит через испарительную батарею, испаряется, охлаждая при этом воздух в кузове, а затем поступает в мотор.

Сейчас необходимые экспериментальные работы уже проделаны, и недалеко то время, когда газовое топливо займет достойное место в работе нашего советского автотранспорта.