Система питания газобаллонного двигателя

Система питания газобаллонных двигателей при использовании сжиженного газа состоит из баллона 1 со сжиженным газом (под давлением 1,6 МПа), испарителя, фильтра, газового редуктора, смесителя, вентиля. В качестве резерва применяют дополнительную систему, состоящую из бензобака, фильтра, насоса, карбюратора, имеющего главное дозирующее устройство и устройство холостого хода. Кроме того, как и в любой системе питания есть воздушный фильтр, впускной коллектор, выпускной коллектор, выхлопная труба, глушитель. Работа двигателя с одновременным использованием обеих систем запрещена.

Испаритель в автомобиле, обогреваемый жидкостью системы охлаждения, служит для перевода сжиженного газа в газообразное состояние.

Газовый редуктор обеспечивает снижение давления газа до значения, близкого к атмосферному. Смеситель приготавливает газовоздушную смесь, состав которой изменяется в зависимости от режима работы двигателя, для чего имеются дополнительные устройства, как у карбюратора карбюраторного двигателя.

С помощью контрольно-измерительных приборов на щитке приборов контролируется уровень (количество) — сжиженного газа в баллоне и давление газа в газовом редукторе. Система питания газобаллонных двигателей при использовании сжатого природного газа имеет вместо баллона несколько баллонов высокого давления (20 МПа), газовые редукторы высокого и низкого давления. Испарителя нет. Для контроля количества газа используют манометр, причем на щитке приборов может быть контрольная лампа, сигнализирующая о недопустимом падении давления в баллонах автомобиля.

Кроме однотопливных систем питания, применяют двухтопливные системы с равноценными системами питания на газовом и жидком топливах, а также газожидкостные системы, у которых часть жидкого топлива используется как запальная доза для воспламенения газовоздушной смеси (газодизели).

Сжимаемые и сжижаемые газы для автомобильных двигателей. Двигатели газобаллонных автомобилей работают на различных природных и промышленных газах, которые хранятся в сжатом или сжиженном состоянии в баллонах.

В качестве сжимаемых используют газы, выделяющиеся из буровых газовых и нефтяных скважин или получающиеся при обработке нефти на крекинговых заводах. Основой сжимаемых газов служит метан. Давление сжатых газов в баллонах достигает 20 МПа и снижается по мере расхода газа.

Сжижаемые газы — пропан, бутан и др.—получают на заводах нефтеперерабатывающей промышленности. В заряженном баллоне сжиженный газ заполняет около 90% его объема. В остальной части баллона газ находится в парообразном состоянии. Наличие паровой подушки предохраняет баллон от разрушения при повышении температуры, так как давление в нем определяется давлением насыщенных паром топлива для условий окружающей среды и при любом количестве сжиженного газа не превышает 1,6 — 2,0 МПа.

Сжатые и сжиженные газы, применяемые для двигателей газобаллонных автомобилей, обладают высокой детонационной стойкостью. Теплота сгорания газовоздушной смеси позволяет получить при использовании серийных карбюраторных двигателей несколько меньшую мощность, чем при работе их на бензовоздушной смеси. Повышение степени сжатия на этих двигателях создает возможность компенсировать потерю мощности. Существенное достоинство двигателей газобаллонных автомобилей заключается в снижении токсичности отработавших газов, что в значительной мере предопределяет перспективность таких автомобилей.

Для работы на сжатых и сжиженных газах используют серийные автомобили с бензиновыми двигателями. Некоторые бензиновые двигатели специально приспосабливают для работы только на газе. Изменения их конструкции состоят главным образом в том, что повышается степень сжатия. Другие двигатели газобаллонных автомобилей не претерпевают значительных конструктивных изменений и допускают работу как на сжиженном газе, так и на бензине. Изменения в шасси состоят в том, что на них устанавливают газовые баллоны. Масса баллонов со сжатым газом в несколько раз больше массы заправленного бензобака, обеспечивающего такой же запас хода автомобиля. Масса баллонов со сжиженным газом незначительно отличается от массы бензобака.

Сжиженные газы перед их использованием в двигателе преобразуются и специальном устройстве — испарителе из жидкой фазы в газообразную. Сжатые газы поступают из баллонов к двигателю в парообразном состоянии. В обоих случаях газы подводятся к двигателю под давлением, близким к атмосферному. Для снижения давления газов в системах питания газовых двигателей применяются редукторы.

Топливоподаюшая аппаратура газобалоиных автомобилей.

Схема топливоподающей аппаратуры двигателя ЗИЛ-138, работающего на сжиженном газе, показана на рисунке. Из баллона 8 сжиженный газ под давлением поступает через расходный 9 и магистральный 7 вентили в испаритель 1. В обогреваемом горячей жидкостью из системы охлаждения испарителе сжиженный газ переходит в газообразное состояние. Фильтрация газа происходит в фильтре 2.

Для снижения давления газа применен двухступенчатый газовый редуктор 6, представляющий собой мембранно-рычажный регулятор давления, выходя из которого газ по шлангу низкого давления поступает в смеситель 10. Газовый смеситель служит для приготовления газовоздушной смеси, состав которой изменяется в зависимости от нагрузки двигателя. Пуск и прогрев холодного двигателя осуществляется с использованием паровой фазы топлива в баллоне. Для этого открывают вентиль, заборная трубка которого выведена в верхнюю часть баллона.

Но двум указателям 4 и 5 контролируют давление газов в первой ступени редуктора и уровень топлива в баллоне. Баллон 8 снабжен также вентилем для наполнения сжиженным газом при заправке, предохранительным клапаном и другой арматурой.

В качестве резервной системы используют питание двигателей бензовоздушной смесью. Для этого имеется бензобак 12, топливный насос 14 и карбюратор 11, состоящий из главной дозирующей системы и системы холостого хода. Работа двигателя с одновременным использованием обеих систем запрещена.

Газовый смеситель двухкамерный с нисходящим потоком горючей смеси и параллельным открытием двух дроссельных заслонок. В корпусе 4 (рис.) на общих валиках обеих камер смонтированы воздушная 3 и дроссельная 12 заслонки, диффузор б, в узкую часть которого выведена форсунка 5. К корпусу через прокладку крепится патрубок 13 подвода газа, закрытый крышкой 2. В нем установлен обратный клапан 1. В другом патрубке 7, через который смесь поступает в каналы 10 и 11, имеются винты 8 и 9 регулировки работы двигателя на режиме холостого хода. Соединение газового редуктора осуществляется двумя трубопроводами через экономайзерное устройство 3 (см. рис.), от которой газ подводится к патрубкам 13 и 7 (см, рис.).

При работе двигателя на холостом ходу образование горючей смеси происходит в полостях за дроссельными заслонками. По мере открытия дроссельных заслонок и увеличения нагрузки газ начинает поступать в форсунку 5, через открывающийся вследствие перепада давлений обратный клапан 1. Наконец, при максимальных нагрузках и открытии дроссельных заслонок, близком к полному, через специальный клапан экономайзера газового редуктора в патрубок 13 поступает дополнительное количество газа, обогащающего газовоздушную смесь до мощностного состава. Так изменяется состав горючей смеси, приготовляемой газовым смесителем в зависимости от нагрузки двигателя.

Устройство системы питания газового двигателя

В газовых двигателях в качестве топлива используются газы природного или промышленного происхождения. Природные (сжимаемые) добываются из скважин из недр земли или вместе с добычей нефти. К промышленным (сжижаемым) газам относятся газы, получаемые на предприятиях нефтеперерабатывающей промышленности. К ним относятся этан, пропан, бутан и др. Наибольшее распространение в газовых двигателях получило применение сжиженного бутана.

В систему газового оборудования автомобиля, работающего на сжиженном газе, входят баллоны, соединенные трубками, вентили, газовый редуктор, фильтр газового редуктора, электромагнитный клапан пусковой системы, газовый смеситель.

Сжиженный нефтяной газ содержится в баллоне 9 (рис. 3.9), размещенном под платформой автомобиля. В передней стенке баллона ввернуты расходные вентили, через которые газ, проходя скоростной клапан, поступает к тройнику. От тройника газ по шлангу подается к электромагнитному клапану 7, имеющему фильтр со сменным элементом и закрытому алюминиевым колпаком.

Рис. 3.9. Система газового оборудования автомобиля, работающего на

1 — газовый редуктор; 2 — электромагнитный клапан пусковой системы; 3 — Фильтр газового редуктора; 4 — Трубопровод от клапана пусковой системы к смесителю; 5 — испаритель; 6 — шланг высокого давления от электромагнитного клапана к испарителю; 7 — электромагнитный клапан; 8 И 12 — Трубопроводы; 9 — Баллон сжиженного газа; 10 — Крестовина; /1 — скоростной клапан; 13 — Смеситель; 14 — Трубопровод от редуктора к системе холостого хода смесителя; 15 — Впускной трубопровод; 16 — газовый смеситель; 17 — Трубопровод от испарителя к газовому редуктору; 18 — Трубопровод от редуктора к смесителю; 19 — шланг от редуктора к впускному трубопроводу; 20 — Трубопровод от газового редуктора к электромагнитному клапану пусковой системы

При включении зажигания и выключателя электромагнитного клапана газ направляется по шлангу высокого давления в испаритель 5, установленный на впускном трубопроводе двигателя. Из испарителя газ поступает в двухступенчатый редуктор 7, где его давление снижается. На входе в редуктор встроен газовый фильтр 3 Со сменным фильтрующим элементом, откуда газ попадает в первую ступень, где редуцируется, а затем подается во вторую ступень. Из полости второй ступени редуктора газ поступает в дози-рующе-экономайзерное устройство, которое подает необходимое количество газа в смеситель 13.

Пусковая система включает в себя электромагнитный пусковой клапан с дозирующим жиклером, трубопроводы, выключатель клапана. При пуске холодного двигателя после включения пускового клапана газ из первой ступени редуктора под давлением поступает в смеситель. Работа топливной системы контролируется манометром, установленным в кабине. Давление в первой ступени редуктора должно быть в пределах 0,16. 0,18 МПа.

Газовый баллон. Баллон предназначен для хранения газа в жидком состоянии и рассчитан на рабочее давление 1,6 МПа. На заводе-изготовителе баллон подвергают соответствующим испытаниям и делают отметки о них в бирке баллона. Комплект арматуры баллона состоит из наполнительного вентиля, двух расходных вентилей, контрольного вентиля максимального наполнения баллона, предохранительного клапана, датчика указателя уровня сжиженного газа и сливной пробки.

Наполнительный вентиль. Этот вентиль предназначен для заправки баллона газом. В корпус вентиля ввернуто седло, к которому постоянно прижимается клапан с уплотнителем. Заправочное отверстие в корпусе закрывается пробкой. Обратный клапан предотвращает выход газа из баллона в случае отсоединения заправочного шланга.

Расходный вентиль. Вентиль предназначен для отбора газа из баллона. Из верхнего вентиля газ поступает в систему в газообразном состоянии, а из нижнего — в сжиженном. При вращении маховика вентиля по часовой стрелке клапан перекрывает отверстие в седле корпуса вентиля.

Скоростной клапан. В случае аварийного разрыва трубопроводов необходимо ограничить выход газа, что повышает пожарную безопасность автомобиля. Для этого предназначен скоростной клапан. После открытия расходных вентилей плунжер под давлением газа в баллоне перемещается и закрывает отверстие для прохода газа в корпусе клапана. В систему питания газ поступает только через отверстие в плунжере, которое имеет диаметр 0,13. 0,19 мм. После выравнивания давления, что происходит через 2. 3 мин, плунжер перемещается под действием пружины и открывает отверстие в корпусе клапана. Газ начинает поступать в систему питания в необходимом количестве. В случае разрыва трубопроводов системы питания клапан под действием давления в баллоне закрывается, и газ выходит в атмосферу только через небольшое отверстие в плунжере, что позволяет принять необходимые противопожарные меры.

Контрольный вентиль. Предназначен для определения момента максимального наполнения баллона. Перед заправкой баллона на штуцер контрольного вентиля следует навернуть наконечник шланга со смотровым устройством. Другой конец шланга отводится в специальную емкость, имеющуюся на газонаполнительной станции. В процессе наполнения баллона контрольный вентиль открывается, и через смотровое устройство определяется момент заполнения сжиженным газом.

Предохранительный клапан. Клапан предназначен для предохранения баллона от высокого давления и отрегулирован на начало открытия при давлении 1,68 МПа и полное открытие при давлении 1,8 МПа, при этом зазор между ним и седлом должен быть

Не менее 2,6 мм. Если давление превышает приведенные значения, клапан с уплотнителем отжимается от седла, преодолевая усилие пружины, и открывает отверстие для выхода газа из баллона.

Электромагнитный клапан. Для очистки газа, поступающего в редуктор, и отключения газовой магистрали при остановке двигателя предназначен электромагнитный клапан, состоящий из корпуса, электромагнита с клапаном, войлочного фильтрующего элемента, алюминиевого колпака, стяжного болта, подводящего и отводящего газ штуцеров. Уплотнение стыка между корпусом и колпаком фильтра осуществляется резиновым кольцом. Стык между колпаком фильтра и головкой стяжного болта уплотнен медной прокладкой.

При выключенном зажигании клапан под действием пружины закрыт и не пропускает газ в редуктор. При включении зажигания клапан открывается, и очищенный от механических примесей газ поступает в испаритель, редуктор и далее в смеситель.

Испаритель. Для преобразования газового топлива из жидкой фазы в газообразную служит испаритель. Испаритель разборной конструкции: его алюминиевый корпус состоит из двух частей. Через каналы в плоскости разъема проходит газ. Такая конструкция позволяет очищать газовые каналы от отложений.

Газовый редуктор. Для снижения давления газа до значения, близкого к атмосферному, используют газовый редуктор (рис. 3.10, А). Редуктор — двухступенчатый, мембранно-рычажного типа. Принципы действия первой и второй ступеней редуктора одинаковы. Каждая ступень имеет клапан, мембрану, рычаг, шарнирно связывающий клапан с мембраной, и пружину с регулировочной гайкой.

Редуктор имеет также дополнительные устройства мембранно-пружинного типа, которые обеспечивают автоматическое перекрытие поступления газа к смесителю при выключении двигателя и дозирование количества газа в соответствии с нагрузочным режимом работы двигателя.

При неработающем двигателе и закрытом расходном вентиле (при выработанном газе) давление в полости первой ступени равно атмосферному, и клапан 3 Первой ступени находится в открытом положении под действием усилия пружины 10. При открытом вентиле и включенном электромагнитном клапане газ поступает в полость первой ступени редуктора, пройдя предварительно через вентиль и электромагнитный клапан. Давление газа действует на мембрану 8, Которая, преодолевая усилие пружины 10, Прогибается и при достижении заданного давления через рычаг 12 Закрывает клапан 3.

Давление газа в полости регулируется изменением при помощи гайки 11 Усилия пружины 10, Действующей на мембрану 8, И

Устанавливается в пределах 0,16. 0,18 МПа. Давление газа в первой ступени контролируется при помощи дистанционного электрического манометра, установленного в кабине, и датчика, размещенного на редукторе.

При неработающем двигателе клапан 16 Второй ступени находится в закрытом положении и плотно прижат к седлу пружиной 41 Разгрузочного устройства мембраны и пружиной 47 Мембраны, усилие от которых передается через шток 49 и Стержень 48, Рычаг 29 И толкатель 26.

При пуске двигателя под дроссельными заслонками газового смесителя создается вакуум, который по шлангам (через вакуумную полость экономайзера) передается в полость В разгрузочного устройства. Мембрана 38 ъ Результате возникновения вакуума прогибается и сжимает пружину 41 Разгрузочного устройства мембраны, тем самым разгружается клапан 16 Второй ступени. Усилие пружины 4 7 Становится недостаточным для удержания клапана 16 Второй ступени в закрытом положении, и он открывается под давлением газа в полости А первой ступени. Газ заполняет полость Б второй ступени, а затем через дозирующе-экономайзерное устройство (экономайзер) поступает в смеситель.

В режиме холостого хода расход газа незначителен, и в полости второй ступени создается избыточное давление 50. 70 Па (5. 7 мм вод. ст.). По мере открытия дроссельных заслонок расход газа увеличивается, и на режимах, близких к режиму полной мощности, давление газа в полости снижается до вакуума 150. 200 Па (15. 20 мм вод. ст.), при этом мембрана 39Прогибается и через систему рычагов увеличивает открытие клапана 16 Второй ступени.

Одновременно возрастают степень открытия клапана 3 Первой ступени и расход газа через него. При большом открытии дроссельных заслонок вакуум в смесительной камере понижается, что приводит к уменьшению вакуума в вакуумной полости экономайзера, и пружина 19 Открывает клапан 23, Обеспечивая подачу в смеситель дополнительного количества газа через отверстие 25 Мощностного регулирования подачи газа.

Рассмотрим подробнее, как проходит газ из полости Б редуктора через дозирующе-экономайзерное устройство (рис. 3.10, Б) В смеситель. По мере открытия дроссельных заслонок газового смесителя растет вакуум над обратным клапаном смесителя, он открывается, и газ поступает в форсунки смесителя.

При работе двигателя с прикрытыми дроссельными заслонками газ из второй ступени редуктора проходит к газовому смесителю через отверстие 5 of your page —>