Предметом настоящего исследования являются двигатели внутреннего сгорания, способные использовать газообразное топливо, - газовые и двухтопливные двигатели. В работе рассмотрены основные технологии использования природного газа в поршневых двигателях с позиций обеспечения наивысшей энергоэффективности и экологической безопасности. Отмечается, что использование в качестве топлива природного газа, вне зависимости от технологии, позволяет сократить выбросы диоксида углерода с про- дуктами сгорания на 28 % по сравнению с жидкими видами топлив. Все известные конструкции газовых и двухтопливных двигателей принципиально реализуют две технологии: использование гомогенных или гетерогенных газовоздушных смесей. Наиболее распространенной является технология гомогенных смесей, обеспечивающая высокую топливную экономичность и наиболее высокие показатели экологической безопасности. Данная технология предусматривает подачу газа низкого давления во впускные каналы двигателя через автоматические газовые клапаны. В отработавших газах двигателя практически отсутствуют оксиды серы, твердые частицы, а эмиссия оксидов азота может быть обеспечена на уровне требований стандарта Tier III. При этом основным недостатком технологии гомогенной смеси является потенциальная возможность проникновения природного газа, обладающего высоким уровнем парникового эффекта, превышающий до 28 раз эффект от углекислого газа в выпускной тракт двигателя - «проскальзывание метана». Подчеркивается, что этот негативный аспект может быть в значительной мере минимизирован за счет использования гетерогенной технологии, когда топливный газ подается непосредственно в цилиндр двухтопливного двигателя под высоким давлением, до 50 бар, в конце процесса сжатия. Данная технология получает распространение в конструкциях двухтактных двигателей в связи со спецификой их процесса газообмена. Однако высокая динамика процесса тепловыделения при реализации гетерогенной технологии газовоздушных смесей сопряжена с высокой эмиссией оксидов азота, соизмеримой с эмиссией NOx дизельным двигателем. На основе анализа параметров и характеристик продукции ведущих производителей, реализующих различные технологии использования природного газа в качестве топлива, сделаны выводы о потенциальных преимуществах и перспективах использования газовых и двухтопливных двигателей.
The subject of this study is internal combustion engines capable of using gaseous fuels-gas and dual-fuel engines. The main technologies of using natural gas in piston engines from the standpoint of ensuring the highest energy efficiency and environmental safety are considered in the paper. It is noted that the use of natural gas as a fuel, regardless of the technology, reduces carbon dioxide emissions from combustion products by 28 % compared to liquid fuels. All known designs of gas and dual-fuel engines fundamentally implement two technologies, namely, the use of homogeneous or heterogeneous gas-air mixtures. The most common is the technology of homogeneous mixtures, which provides high fuel efficiency and the highest environmental safety indicators. This technology provides for the supply of low-pressure gas to the intake ducts of the engine through automatic gas valves. There are practically no sulfur oxides, solid particles in the exhaust gases of the engine, and the emission of nitrogen oxides can be provided at the level of the requirements of the Tier III standard. At the same time, the main disadvantage of the homogeneous mixture technology is the potential penetration of natural gas with a high level of greenhouse effect (which is up to 28 times higher than the effect of carbon-acid gas) into the exhaust tract of the engine - “methane slippage”. This negative aspect can be largely minimized through the use of heterogeneous technology, when fuel gas is fed directly into the cylinder of a dual-fuel engine under high pressure, up to 50 bar, at the end of the compression process. This technology is becoming widespread in the structures of two-stroke engines due to the specifics of their gas exchange process. However, the high dynamics of the heat release process in the implementation of heterogeneous technology of gas-air mixtures is associated with a high emission of nitrogen oxides, commensurate with the emission of NOx by a diesel engine. Based on the analysis of the parameters and characteristics of the products of leading manufacturers implementing various technologies for using natural gas as fuel, conclusions about the potential advantages and prospects of using gas and dual-fuel engines are made.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.