Исследователи из Индийского технологического института в Варанаси, Технологического колледжа Лакшми Нараян в Бхопале и других инженерных центров Индии перевели бензиновый двигатель популярного малолитражного автомобиля Maruti Alto на сжатый природный газ (CNG). Речь о серийном моторе объемом 796 см³, комплектом оборудования для работы на газе с новыми форсунками, регуляторами давления и модернизированной системой подачи топлива. Целью ученых было найти простой и недорогой способ снизить выбросы вредных веществ в городах, не дожидаясь полного перехода на электромобили. При этом, в отличие от многих заводских решений, где газ используется вместе с бензином, инженеры отказались от бензина как «пилотного» топлива и сделали двигатель полностью газовым.
Чтобы добиться стабильной работы на новом топливе, исследователям пришлось решить две ключевые задачи. Первая – обеспечить надежное воспламенение газовой смеси, поскольку метан горит медленнее бензина и требует более мощной искры. Вторая – компенсировать более низкую энергетическую плотность газа, из-за которой двигатель при тех же условиях теряет часть мощности.
Для решения первой задачи ученые заменили обычные свечи зажигания на иридиевые с разным зазором между электродами – 0,5, 0,6 и 0,8 мм. Иридий оказался предпочтительнее меди благодаря высокой твердости и способности обеспечивать стабильную искру даже на бедных газовых смесях.
Вторую проблему решили за счет перенастройки системы впрыска – длительность открытия форсунок увеличили на 12-18%, чтобы компенсировать меньшую калорийность газа, а момент зажигания сдвинули на 6-8% раньше, чем при работе на бензине.
Испытания проводились на компьютеризированном стенде с вихретоковым тормозом, который позволял точно задавать нагрузку и скорость вращения двигателя в диапазоне от 1500 до 5000 оборотов в минуту. Для надежности каждое измерение повторяли трижды. Оказалось, что оптимальный режим достигается при зазоре свечи 0,6 мм – искра достаточно мощная для воспламенения бедной смеси, а процесс горения остается стабильным. При меньшем зазоре (0,5 мм) пламя распространялось хуже на высоких оборотах, а при большем (0,8 мм) возрастала вероятность пропусков зажигания.
В результате выбросы угарного газа снизились примерно на 42%, а несгоревших углеводородов – на 38% по сравнению с бензином. Это означает, что массовый переход таких автомобилей на газ мог бы заметно улучшить качество воздуха в городах. При этом мощность двигателя снизилась всего на 4-5%. Для городской эксплуатации это считается некритичным. Наблюдался и небольшой рост выбросов оксидов азота на высоких нагрузках, что связано с более высокой температурой сгорания, однако этот эффект удалось ограничить за счет точной настройки зажигания.
В итоге исследователи пришли к выводу, что перевод малолитражных автомобилей на чистый метан – технически реализуемое и экономически оправданное решение, которое может стать промежуточным шагом на пути к более экологичному транспорту.
Следующим этапом ученые рассматривают длительные испытания на износ и проверку работы такой системы в разных климатических условиях.
