Устройство автомобилей

Система питания двигателя от газобаллонной установки

Устройство и работа газобаллонных установок

Газобаллонные установки характеризуются тем, что топливо при любом агрегатном состоянии вытекает из баллонов под значительным давлением. Поэтому в этих системах питания нет насосов, перекачивающих и подающих топливо, но введен редуктор, который позволяет снижать давление газа до рабочего, которое должно быть примерно равно атмосферному давлению или несколько превышать его.

При работе на сжатом газе исходное давление в баллонах составляет 20 МПа и более, поэтому эту систему питания оснащают баллонами высокого давления. По мере расхода газа давление в баллонах снижается.

При работе на сжиженном газе давление в баллоне не превышает 1,6…2,0 МПа. Баллоны этих установок относятся к баллонам низкого давления. Давление в них изменяется только в зависимости от состава газовой смеси и от температуры окружающей среды.
При любом количестве жидкого газа в баллоне давление в нем всегда будет равно давлению насыщенных паров топлива для условий окружающей среды. Давление насыщенных паров основных компонентов сжиженного нефтяного газа (СНГ) пропана и бутана при изменении температуры от -40 до +40 ˚С изменяется от 0,12 до 1,7 и от 0,18 до 0,39 соответственно.

В обоих случаях в системе предусматривается фильтр для улавливания твердых частичек (окалины и др.) и теплообменник, размещаемый отдельно или в общем корпусе с редуктором. Для сжиженного газа теплообменник служит испарителем на выходе из баллона, а для сжатого – подогревателем.

Подогреватель необходим в системе сжатого газа, так как резкое снижение давления в процессе его расширения на выходе из баллона приводит к значительному понижению температуры, и при наличии влаги в газе может привести к ее замерзанию и нарушению нормальной работы системы вследствие закупоривания магистральных трубок льдом.
Для подогрева сжатого газа обычно используют тепло отработавших газов, пропускаемых через теплообменное устройство, а для подогрева сжиженного газа чаще всего используют жидкость из системы охлаждения двигателя.

Устройство и работа газобаллонной установки
для сжатого газа

Принципиальная схема газобаллонной установки для работы на сжатом газе показана на рис. 1.
Установка для грузового автомобиля с пятью баллонами, сгруппированными в две секции I и II, размещаемыми обычно под платформой кузова. Каждая секция снабжена соединительной арматурой 2 с трубками 3 и расходным вентилем 4, что позволяет расходовать из них газ порознь и одновременно.

Из баллонов 1 по трубкам 3 и через расходные вентили 4 газ поступает в подогреватель 6, в который через дозирующую шайбу 8 из приемной трубы 7 поступают горячие отработавшие газы. Далее через магистральный вентиль 9 и фильтр 10 газ проходит в одноступенчатый редуктор 11, где давление его снижается до 1,2 МПа, и через второй фильтр 12 в двухступенчатый редуктор 13 с понижением давления почти до атмосферного.

При работающем двигателе газ засасывается в карбюратор-смеситель, причем на режиме холостого хода по трубке 21 он поступает непосредственно в задроссельное пространство и впускной трубопровод 15, который связан трубкой 14 с разгрузочным (пусковым) устройством редуктора.

Система снабжена двумя манометрами: высокого давления 23, включаемого до магистрального вентиля, и низкого 22, фиксирующего давление первой ступени редуктора. По показаниям первого манометра судят о количестве газа в баллонах, а по показаниям второго – о работе редуктора.

Так как автомобильные газобаллонные установки всегда предусматривают возможность питания двигателя и традиционным топливом, то и в рассматриваемой схеме обеспечено питание как газовым топливом, вводимым форсункой 20 в проставку 17, т. е. в зону между диффузором карбюратора и дроссельной заслонкой, так и жидким, вводимым в диффузор распылителем 18. Баллоны наполняются газом через вентиль 5.

Устройство и работа газобаллонной установки
для сжиженого газа

На рисунке 2 приведена схема газобаллонной установки грузового автомобиля ГАЗ-53-07, работающего на сжиженном газе.
Из баллона 7 через расходные вентили 6 (для паровой фазы) или 12 (для жидкой фазы), магистральный вентиль 5 и расходные трубки сжиженный газ поступает в испаритель 4, подогреваемый жидкостью из системы охлаждения двигателя.
Далее газ в паровой фазе проходит через сетчатый фильтр 3 и двухступенчатый редуктор 2, откуда засасывается в газовый смеситель 15.
Пуск и прогрев двигателя осуществляется только на паровой фазе, которую отбирают из баллонов через вентиль 6.

Газовый баллон 7 емкостью 170 л размещается под грузовой платформой автомобиля. Заполняют его через вентиль 10 до уровня, фиксируемого с помощью контрольного вентиля 9, а текущий запас топлива оценивают по указателю уровня 11.
Баллон оснащен предохранительным клапаном 8, срабатывающим в случае превышения давления сверх допустимого, равного 1,6 МПа.

Магистральный вентиль 5 и контрольные манометры 13 и 14 размещают в кабине водителя на контрольном щитке.
Запас жидкого топлива рассчитывают на кратковременную работу двигателя и хранят в бензобаке 1, который используют в случае отказа газовой аппаратуры или для поездки до ближайшей заправочной газовой станции. С этой целью двигатель оснащают однокамерным карбюратором.

Таким образом, питание газового двигателя бензином может осуществляться с помощью обычного базового карбюратора-смесителя с газовой проставкой или отдельного карбюратора упрощенной конструкции.

Газобаллонное оборудование. Схема ГБО автомобиля

Газобаллонное оборудование. Схема ГБО автомобиля

Классификация газобаллонного оборудования

ГБО 1 поколения
Механические системы с вакуумным управлением, которые устанавливают на бензиновые карбюраторные автомобили.

ГБО 2 поколения
Механические системы, дополненные электронным дозирующим устройством, работающим по принципу обратной связи с датчиком содержания кислорода (лямбда-зонд). Они устанавливаются на автомобили, оснащенные инжекторным двигателем и катализатором.

ГБО 3 поколения
Системы, обеспечивающие распределенный синхронный впрыск газа с дозатором-распределителем, который управляется электронным блоком. Газ подается во впускной коллектор с помощью механических форсунок, которые открываются за счет избыточного давления в магистрали подачи газа.

ГБО 4 поколения
Системы распределенного последовательного впрыска газа с электромагнитными форсунками, которые управляются более совершенным электронным блоком. Как и в системе предыдущего поколения, газовые форсунки устанавливаются на коллекторе непосредственно у впускного клапана каждого цилиндра.

Системы первого и второго поколений не отвечают действующим нормам. Токсичность таких систем находится на уровне норм ЕВРО-1. В связи с этим производители ГБО разработали системы третьего и четвертого поколений, которые находят большее распространение.

Основные компоненты газобаллонного оборудования

	Редуктор-испаритель служит для подогрева смеси пропан-бутана, ее испарения и снижения давления до величины, близкой к атмосферному давлению.
	Газовый редуктор разработан для малолитражных автомобилей с объемом двигателя до 1,6 л. Благодаря своей компактности легко помещается в подкапотном пространстве автомобиля. Может иметь вакуумное либо электронное управление.
	Электромагнитный газовый клапан служит для перекрытия газовой магистрали при стоянке или работе двигателя на бензине. Снабжен фильтром для очистки топливной смеси.
	Электромагнитный бензиновый клапан в карбюраторных автомобилях отсекает подачу бензина при работе двигателя на газу. В инжекторных автомобилях его функции выполняет эмулятор форсунок.
	Переключатель видов топлива — устанавливается в салоне автомобиля. Встречаются переключатели, на которых с помощью светодиодов показывается уровень газа в баллоне.
	Мультиклапан монтируется на горловину баллона. Включает в себя заправочный и расходный клапана, указатель уровня газа и заборную трубку. Специальный скоростной клапан перекрывает утечку газа при аварийном повреждении газовой магистрали.
	Венткоробка крепится на горловину баллона. Внутри нее помещается мультиклапан. В случае утечки газа из баллона венткоробка отводит его пары из багажного отделения наружу.
	Емкость для сжиженного нефтяного газа. Встречаются баллоны цилиндрические и торроидальные (для ниши под ‘запаску’). По правилам техники безопасности заполняются не более, чем на 80% от полного объема.

Как работает и схема ГБО

Схема ГБО 3 поколения: 1 — баллон 2 — мультиклапан 3 — газовая магистраль высокого давления 4 — выносное заправочное устройство 5 — газовый клапан 6 — редуктор-испаритель 7 — дозатор 8 — смеситель воздуха и газа 9 — бензиновый клапан 10 — переключатель видов топлива Сжиженный нефтяной газ (пропан-бутан) под давлением поступает из баллона (1) в газовую магистраль высокого давления (3). Расход газа из баллона происходит посредством мультиклапана (2), через который также осуществляется заправка с помощью выносного заправочного устройства (4). По магистрали газ в жидкой фазе попадает в газовый клапан-фильтр (5), который очищает газ от взвесей и смолистых отложений и перекрывает подачу газа при выключении зажигания или при переходе на бензин.

Далее очищенный газ по трубопроводу поступает в редуктор-испаритель (6), где давление газа понижается с шестнадцати атмосфер до одной. Интенсивно испаряясь, газ охлаждает редуктор, поэтому последний присоединяется к системе водяного охлаждения двигателя. Циркуляция тосола позволяет избежать обмерзания редуктора и его мембран. Под действием разряжения, создаваемого во впускном коллекторе работающего двигателя, газ из редуктора по шлангу низкого давления через дозатор (7) поступает в смеситель (8), установленный между воздушным фильтром и дроссельными заслонками карбюратора. Иногда вместо установки смесителя производится непосредственная врезка газовых штуцеров в карбюратор.

Управление режимами работы осуществляется с помощью переключателя видов топлива (10), установленного на панели приборов. При выборе позиции ‘ГАЗ’ переключатель открывает электромагнитный газовый клапан (5) и отключает электромагнитный бензиновый клапан (9). И, наоборот, при переходе с газа на бензин, переключатель закрывает газовый клапан и открывает бензиновый. С помощью светодиодов переключатель позволяет контролировать, какое топливо используется в данный момент.

Установка ГБО третьего поколения на инжекторные автомобили отличается тем, что вместо бензоклапана для отсечения подачи бензина используется эмулятор форсунок. Когда подается газ, этот эмулятор имитирует работу бензиновых форсунок, чтобы штатный компьютер не перешел в аварийный режим. По этой же причине нужно устанавливать эмулятор лямбда-зонда.

ГБО четвертого поколения отличаются тем, что газ подается непосредственно во впускной коллектор через специальные газовые форсунки. Они управляются собственным электронным блоком управления, который синхронизирует свою работу со штатным контроллером и одновременно выполняет функции эмулятора.

Особенности установки и работы с ГБО

Перед установкой ГБО, у вас должна быть абсолютно исправна система зажигания — свечи, высоковольтные провода, наконечники свечей, катушки зажигания. После установки ГБО должна быть проведена регулировка редуктора и подачи газа по специальным приборам.

Если у вас инжекторный автомобиль, то обязательно должна быть произведена коррекция угла опережения зажигания. Следует знать, что для бензина и газа разные кривые угла опережения зажигания, и просто поднятие его не даст необходимого эффекта. Для этого необходимо в контроллер управления системой зажигания устанавливать программу, в которой все это учтено, ну а самым правильным вариантом будет установка двухрежимной программы ‘газ-бензин’, автоматически переключающейся в зависимости от того, на чем работает двигатель.

При постоянной работе на газе закоксовываются топливные форсунки, в результате работа на бензине становится отвратительной. Так что необходимо периодически производить промывку форсунок инжектора.

Газовые двигатели внутреннего сгорания

Газовый двигатель – это мотор, который использует в качестве горючего пропано-бутановую смесь или природный газ метан. Дал жизнь подобному агрегату немецкий ученый Отто. У него ушло около пятнадцати лет на разработку подобного двигателя. Износ подобных агрегатов сведен на нет, благодаря применению чистого природного газа, который не имеет твердых частиц. Соответственно снижаются расходы на уход и ремонт устройства.

Давайте посмотрим, что из себя представляет этот движок внутреннего сгорания.

Что же такое газовый двигатель внутреннего сгорания

Существует несколько типов газовых двигателей с внутренним сгоранием:

• монотопливный. Этот агрегат использует газ только в качестве одного источника питания. У подобных устройств экокласс равен Евро 5, а производительность увеличена в несколько раз по сравнению с другими видами моторов. Однако, некоторые транспортные средства с этим мотором оптимизированы под работу на бензине. Водителям рекомендуется ездить на короткие дистанции на бензиновом топливе, так как агрегат может быстро выйти из строя, если постоянно использовать бензин вместо газа;
• двухтопливный. Разница между первым и двухтопливным двигателе в том, что последний работает как на бензине, так и на газе. Кроме того, автовладельцу нужно постоянно иметь немного бензина в баке, если он ездит на транспортном средстве с этим агрегатом. Потому что для успешного запуска газовый двигатель использует небольшое количество бензина;
• газодизельный агрегат. В этих моторах используется смесь газа и дизеля. Поджигается газ специальных дизельным «пилотом». Как это происходит: горючее впрыскивается в камеру сгорания, газовая смесь попадает в воздухозаборник, посредством впрыска. Если газовый двигатель работает под большими нагрузками, то соответственно использование дизеля будет больше, чем газа. Если же агрегат не нагружается и работает в спокойном режиме, то максимальное количество газовой смеси, которое используется для работы агрегата, равняется 80 процентам;
• трехтопливный. Это разработка уже современного типа. В устройстве, работающем на природном газе, используются следующие виды топлива: бензин, метан и этанол. Первая модификация агрегата появилась в 2005 году в Бразилии;
• HPDI. Эти газовые двигатели оснащены прямым впрыском высокого давления. Впрыск происходит посредством форсунки с двойной концентрической иглой. Смесь попадает в камеру сгорания в конце такта сжатия. Для облегчения воспламенения в камеру впрыскивается небольшое количество дизельного топлива.

Познакомиться с системой питания в двигателях на природном газе можно в следующем блоке.

Система питания двигателя от газобаллонной установки

На транспортных средствах газовая смесь в сжатом виде находится в баллонах. На этих устройствах устанавливается специальный мультиклапан, который позволяет заправлять баллон, и дозировать поступление смеси в газовый двигатель внутреннего сгорания.

Мультиклапан включает в себя:

• заправочный и расходный вентиль;
• указатель уровня газа, который в виде поплавка находится внутри баллона;
• обратный клапан;
• скоростной клапан;
• стопорный.

Сжиженная смесь поступает по газовой магистрали в клапан, с установленным фильтрующим устройством. Здесь газ проходит очистку от твердых частиц и смол, которые могут находиться в нем. Затем смесь поступает в газовый испаритель. Давление газа понижается до 1 атмосферы.

Смесь попадает в дозатор и передается в смеситель. В этом приборе смешивается и поступает в камеру сгорания.

Газобаллонные автомобили

Машины с газовым мотором:

• Камаз 820.60;
• Камаз 820.70;
• трактор «Агромаш ТК85 метан»;
• автомобиль «Урал Next».

Внимание! Российские компании сотрудничают с западными автомобильными концернами и совместно выпускают гибридные транспортные средства. Например, Ярославский автомобильный завод вместе с Westport создали серию газовых двигателей модели ЯМЗ 530.

Требования, предъявляемые к газообразным топливам

Требования, предъявляемые к двигателям, работающим на природном газе:

• агрегат должен обеспечивать хорошее смесеобразование;
• поступающее топливо должно быть высококалорийным;
• не должно происходить коррозии или коррозийного износа во время работы мотора на природном газе.

Подобные моторы не образуют отложений на впускных и выпускных компонентах. Топливо должно сохранять свои качества при транспортировке. А также стоимость на подобное горючее не должна превышать допустимые цены государством.

Преимущества использования газообразного топлива

В использовании природной газомоторной смеси есть положительные стороны. Вот некоторые из них:

• малая себестоимость, а значит и цена на подобное горючее будет меньше, чем у бензина или дизеля;
• стойкость к детонации. Так как октановое число газа равно 105;
• жизненный ресурс мотора увеличивается в 2 раза, а сам агрегат работает мягко и тихо;
• в половину увеличивается срок службы свечей зажигания;
• не образует нагар на стенках цилиндров и клапанах;
• не образуются смолистые отложения на элементах мотора.

В отличие от бензиновых моторов, токсичность сгоревших газов снижена в этом случае на 80 процентов. Газовая смесь имеет однородный состав по сравнению с бензином. Ее нельзя разбавить более худшим топливом.

Недостатки газообразного топлива

Но есть и недостатки у подобного горючего. К примеру:

• снижение мощности газового двигателя из-замедленного сгорания газа;
• возникновение трудностей с зажиганием во время понижения температур ниже минус двадцати градусов;
• увеличение веса авто. Например, при работе на сжиженном газе вес увеличивается до 50 кг и на сжатом – 800 кг;
• увеличивается цена на транспортное средство из-за использования дорогостоящего оборудования;
• сложность технического обслуживания;

А также заправки с газом должны находится на расстоянии 250 км. Больше авто на газе не проедет. Водитель должен соблюдать правила безопасности при использовании топлива с газом в машине. Баллоны с газом должны проходить освидетельствование в ГИБДД,

Кому выгоден двигатель на газе

Сейчас ДВС с газомоторной смесью устанавливают на автобусы, спецтехнику. То есть на транспортные средства, которые сжирают много топлива и работают ежедневно, чтобы уменьшить затраты на бензин или дизель.

Однако появилось много легкового транспорта, работающего на гибридных двигателях. Считается, что газовые двигатели пока еще молодое направление. Оно не достигло технической зрелости.

Заключение

Так или иначе газовые двигатели входят в нашу жизнь. В будущем возможно полное замещение природным газом бензина и дизеля.