Прибавить ли газу?

Газ из бака проходил по трубке в медный цилиндр и толкал железный поршень.

Железный поршень под напором газа ходил то туда, то сюда и вертел колеса.

Н. Носов.

Приключения Незнайки и его друзей

В правительстве определили, что одним из основных путей развития автотранспорта должно стать внедрение газомоторного топлива (ГМТ). Аргументов много: улучшение экологии, активное использование собственного газа, удешевление топлива. Неужели замена топливных баков баллонами сулит сплошные выгоды?

Разброс мнений в умных статьях и серьезных докладах на эту тему очень велик. К примеру, если автомобиль уже соответствует Евро‑5, то зачем ему газ? Ведь и без него выхлоп – чище не бывает. Другое дело, что газ значительно дешевле бензина и дизтоплива, а потому грех этим не воспользоваться. Мало того, огромное количество автомобилей, колесящих по стране, недалеко ушло от уровня «Евро минус один» – тут и карбюраторные «старички», и впрысковые машины предыдущих поколений, и дизельные авто не первой свежести. Нам показалось интересным заправить газом именно такие машины, чтобы оценить перспективы подобной модернизации.

Авторы поставили три эксперимента. Сжиженный пропан-бутан поочередно заменил бензин в карбюраторном и впрысковом вазовских восьмиклапанниках, а сжатый метан сменил дизтопливо в камазовском движке.

ГАЗ И КАРБЮРАТОРЫ

С переводом бензиновых моторов на газ особых проблем нет, предложений аппаратуры хватает. Начнем с простого: запитаем карбюраторный ВАЗ‑21083 пропан-бутаном с помощью итальянской аппаратуры Lovato. (Что-то подобное мы в свое время описывали, см. ЗР, 2008, № 10.) В десятке фиксированных режимов измерим показатели токсичности при работе на бензине, а затем перейдем на газ – и сравним.

Содержание окиси углерода (СО) в выхлопе снизилось на 40%, содержание оксидов азота (NOх) тоже упало, в среднем на 25%. А вот остаточных углеводородов (СН) прибавилось, причем заметно: рост на 25–30%. Тут все ясно: скорость сгорания газовоздушной смеси существенно меньше, чем у бензовоздушной, потому и несгоревших углеводородов на выходе больше. В этом, кстати, кроется причина снижения мощности двигателя, обычного при переводе мотора с бензина на газ – если, конечно, не изменить соответствующим образом базовые настройки. В общем, эффект есть, но вовсе не однозначный.

ГАЗ И ВПРЫСК

Переходим к инжекторам. Впрысковый вариант вазовского восьмиклапанника имеет каталитический нейтрализатор. А это штука очень тонкая: для эффективной работы требует соблюдения четко фиксированного диапазона температуры отработавших газов на входе и нужного состава смеси. Для бензинового мотора речь идет о четкой стехиометрии, на что и заточена программа управления, руководимая показаниями датчика остаточного кислорода. Но как пойдут реакции в каталитическом нейтрализаторе при смене топлива?

Газовую аппаратуру в этом случае взяли более продвинутую: Digitronic 3Dpower Digital Gas Injection 67 R‑01 4729. Тут уже не просто смеситель, а целая система со своими контроллером и программой управления двигателем.

На испытуемый мотор мы поставили два патрубка отбора проб – перед каталитическим нейтрализатором и после него. Через первый будем измерять так называемую «сырую» токсичность, через второй – «сухую»: что летит в выпускную трубу. Сопоставление «сырой» и «сухой» как раз и покажет эффективность работы нейтрализатора.

Алгоритм прежний: в десяти режимах работы двигателя измерили содержание СО, СН, NОх, сначала на бензине, потом на пропан-бутане. Получилось интересно! На бензине при работающем лямбда-зонде каталитический нейтрализатор давит СО очень хорошо – процентов на восемьдесят пять-девяносто. А вот остаточные углеводороды снижаются куда хуже, всего процентов на сорок-пятьдесят. Еще слабее эффект с оксидами азота. Но при работе мотора на больших нагрузках, когда лямбда-регулирование отключается, соотношение состава отработавших газов «до» и «после» практически не меняется. Иными словами, что с катализатором, что без него – всё равно. Смесь в этих режимах обогащается, а каталитический нейтрализатор этого не любит и в знак протеста перестает работать.

На пропан-бутане всё аналогично, но заметно хуже. По СО эффективность работы каталитического нейтрализатора близка к «бензиновой», но, если учесть уменьшение «сырого» выхода оксида углерода, общее снижение содержания этого компонента при переходе на газ существенное. А вот по СН и «сырая» токсичность выше, и каталитический нейтрализатор ее плохо переваривает – выбросы относительно «бензиновых» растут. И уж давно известна нелюбовь нейтрализатора к газу по выходу оксидов азота.

Если для стареньких карбюраторных пыхтелок мы имели положительный эффект, то газовый впрысковый вариант свои преимущества перед бензином потерял. А ведь оксиды азота, по мнению экологов, самые зловредные из всего букета выхлопа. Да и рост выхода несгоревших углеводородов не радует.

А если погонять моторы подольше – скажем, по 100 моточасов? При работе двигателя на бензине сразу наметилась тенденция ухудшения экологических параметров по мере наработки. А на газовом топливе динамика изменения токсичности уложилась в погрешность измерений. Это объяснимо: бензин при сгорании дает большее количество отложений, чем газ, – и в камере сгорания, и в топливной системе, и на клапанах. Потому, если учесть этот фактор и сделать экстраполяцию результатов на средний срок службы автомобиля, результаты сравнения токсичности качнутся в пользу газа. Но эффект этот проявится не сразу.

ГАЗ И ДИЗЕЛЬ

От бензина – к дизтопливу! Мы сопоставили параметры выхлопа для двух двигателей – стандартного дизеля КАМАЗ‑740 и газового КАМАЗ‑820. И вот тут выявилось основное преимущество газа: дыма от него в разы меньше. Да и по оксидам азота эффект снижения значительный. А ведь это два главных и наиболее опасных компонента вредных выбросов! Зато по окислам углерода и остаточным углеводородам обнаружили рост – это в качестве ложки дегтя. Хотя для дизельного двигателя эти компоненты и не являются основными, радости такое открытие не доставляет.

ПОДВОДНЫЕ КАМНИ

Итак, плюсов от перехода на газ немало. Отметим уменьшение затрат на эксплуатацию – благодаря разнице в цене. Правда, если лет пять-шесть назад газ был дешевле бензина или солярки вдвое, то сейчас 19 рублей за литр газа на фоне 32 рублей за литр бензина – это уже почти 60%. И есть ли уверенность, что сближение цен не продолжится?

Мотор на газе работает мягче – сказывается снижение скорости сгорания топлива. Температура отработавших газов выше, но незначительно.

Но! Если для карбюраторного двигателя экологические плюсы были заметны, то на впрысковом моторе они стали таять: системы уменьшения токсичности при переводе на газ резко снизили свою эффективность. Значит, в перспективе нужна система, работа которой не столь явно зависит от вида топлива. К тому же применение чисто газовой модификации видится проблематичным: уж слишком неразвитая инфраструктура газовых заправок в стране. Да и на морозе газовый мотор пускается с трудом. Что касается каталитического нейтрализатора, рассчитанного на бензин, он от газа сразу не помрет, но работать будет неэффективно. В общем, массовый переход на газомоторное топливо – это непросто и очень затратно. Проблема решаемая, но не терпящая шапкозакидательства. Даже если шапка брошена сверху…

ТАБЛИЧНЫЕ ДАННЫЕ