Сергеев. Устройство и монтаж газобаллонного оборудования

1
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ
АЗОВО-ЧЕРНОМОРСКИЙ ИНЖЕНЕРНЫЙ ИНСТИТУТ
ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
в г.ЗЕРНОГРАДЕ
Кафедра: Тракторы и автомобили
Дисциплина: «Устройство, монтаж, техническое обслуживание и ремонт газобаллонного оборудования транспортно-технологических машин и комплексов»
Устройство и монтаж газобаллонного
оборудования транспортно-технологических
машин и комплексов
Учебное пособие
Зерноград – 2014
2
УДК 621.433
Печатается по решению методического совета факультета
«Автотранспорт в АПК» по направлениям подготовки бакалавров
190600.62 – Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов и 190700.62 – Технология транспортных процессов
Азово-Черноморского инженерного института
ФГБОУ ВПО ДГАУ
Рецензент
канд. техн. наук, доцент кафедры ЭА и ТТП Жученко А.В.
Н.В. Сергеев. Устройство и монтаж газобаллонного оборудования
транспортно-технологических машин и комплексов: лабораторный практикум / Шоколов В.П., Яровой В.Г.,Гетманенко В.М., Щиров В.Н. – Зерноград:
Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВПО ДГАУ, 2014. – 232
с.
Описаны устройство и монтаж газобаллонных установок с карбюраторными и инжекторными двигателями для эксплуатации на сжиженном
нефтяном, а также на сжиженном и сжатом природном газе.
Учебное пособие предназначено для бакалавров факультета «Автотранспорт в АПК» очной и заочной форм обучения по направлению подготовки 190600.62 – Эксплуатация транспортно-технологических машин и
комплексов и 190700.62 – Технология транспортных процессов.
Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры «Тракторы и автомобили»,
Протокол № 2 от 3 октября 2014 г.
Рассмотрено и одобрено методическим советом факультета «Автотранспорт
в АПК» по направлению подготовки 190600.62 – Эксплуатация транспортнотехнологических машин и комплексов и 190700.62 – Технология транспортных процессов.
Протокол № 2 от 10 октября 2014 г.
© Сергеев Н.В., Шоколов В.П., Яровой
В.Г.,Гетманенко В.М., Щиров В.Н., 2014
© Азово-Черноморский инженерный институт
ФГБОУ ВПО ДГАУ, 2014
3
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………. 6
1 ВИДЫ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЗОВ,
ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА ДЛЯ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ…………………………….... 8
1.1 Виды газов как топливо для автомобильных двигателей………….. 8
1.2 Физико-химические и эксплуатационные свойства
газообразных топлив………………...………………………………... 11
2 УСТРОЙСТВО И РАБОТА ГАЗОВЫХ ТОПЛИВНЫХ
СИСТЕМ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ... 20
2.1 Этапы развития газовых топливных систем двигателей……........... 20
2.2 Газовые топливные системы для карбюраторных двигателей,
работающих на сжиженном нефтяном газе (СНГ)…………………. 27
2.2.1 Механические системы с вакуумным управлением…………… 30
2.2.1.1 Система «САГА-6»………………………………………….. 31
3.2.1.2 Система «Бедини»…………………………………………... 34
2.2.1.3 Система «Тартарини»……………………………………….. 36
2.2.1.4 Система «Виалле»………………………………………....... 38
2.2.1.5 Система «Ланди Хартог»…………………………………… 40
2.2.2 Механические и инжекторные системы
с электронным управлением…………………………………….. 41
2.2.2.1 Система «САГА-6»………………………………………….. 44
2.2.2.2 Система «Скиф»…………………………………………….. 47
2.2.2.3 Система «Vialle AMS»……………………………………… 50
2.2.2.4 Система «Landi Renzo»……………………………………... 52
2.2.2.5 Система «ЭКОГАЗ»………………………………………… 54
2.2.2.6 Система «Хопт»……………………………………………... 57
2.2.3 Системы впрыска газа…………………………………………… 58
2.2.3.1 Система «IGS»………………………………………………. 58
2.2.3.2 Система «MEGI»……………………………………………. 59
2.2.3.3 Семейство систем «GIG»…………………………………… 62
2.2.3.4 Система «ОМЕGАS»………………………………………... 66
2.2.3.5 Система «Вебер»……………………………………………. 68
2.2.3.6 Система «Авангард»………………………………………… 70
2.3 Газотопливные системы для карбюраторных двигателей,
работающих на компримированном (сжатом) природном газе
(КПГ)…………………………………………………………………... 71
2.3.1 Система «САГА-7» (ЗИЛ)………………………………………. 72
2.3.2 Система «Компрессор»………………………………………….. 77
2.3.3 Система фирмы «Аэрокосмическое оборудование»…………... 78
2.3.4 Система «Темп»………………………………………………….. 79
4
2.4 Газотопливные системы для карбюраторных двигателей,
работающих на сжиженном природном газе (СПГ)……………….. 81
2.4.1 Система «Гелий-САГА»………………………………………… 81
2.5 Газовые топливные системы для дизельных двигателей,
работающих на компримированном природном газе (КПГ)
и на сжиженном природном газе (СПГ)…………………………….. 84
2.5.1 Особенности газодизельных систем……………………………. 85
2.5.2 Особенности работы газодизельных топливных систем……… 92
2.5.3 Система «Автосила»……………………………………………... 93
2.5.4 Система «РЗАА»…………………………………………………. 95
2.5.5 Система «ГАЗМАШКОМПЛЕКТ»……………………………... 100
2.5.6 Газодизельный двигатель Д-240.10…………………………….. 102
2.6 Регуляторы частоты вращения коленчатого вала топливного
насоса высокого давления газодизельных двигателей……………. 105
2.6.1 Трехрежимный регулятор ТНВД газодизельного двигателя
КАМАЗ-7409.10………………………………………………… 105
2.6.2 Механизм дистанционной установки занальной дозы топлива 109
2.6.3 Привод управления регулятором и дозатором газа…………… 111
2.6.4 Специальный всережимный регулятор
газодизельного двигателя Д-240.10…………………………….. 112
3 ГАЗОВЫЕ РЕДУКТОРЫ……………………………………………. 117
3.1 Общие принципы устройства и работы редукторов……………….. 117
3.2 Редукторы высокого давления………………………………………. 120
3.2.1 Редуктор высокого давления производства «РЗАА»…………. 121
3.2.2 Редуктор высокого давления «Автосистема»………………….. 123
3.3 Редукторы низкого давления (редукторы-испарители)……………. 124
3.3.1 Редуктор-испаритель производства «РЗАА»…………………... 124
3.3.2 Редуктор-испаритель «Автосистема» фирмы НАМИ…………. 127
3.3.3 Редуктор-испаритель «НЗГА»…………………………………... 132
3.3.4 Редукторы-испарители «САГА»………………………………... 134
3.3.5 Редуктор-испаритель «РЗАА»…………………………………... 137
3.3.6 Редуктор-испаритель ОАО «Компрессор»…………………….. 140
3.3.7 Редуктор-испаритель «ЛОВАТО»……………………………… 141
3.3.8 Редукторы-испарители «СКИФ»……………………………….. 143
3.3.9 Редуктор-испаритель «VIALLE»……………………………….. 145
3.3.10 Редуктор-испаритель «PEGAS»……………………………….. 149
3.3.11 Редуктор-испаритель «Темп» для КПГ……………………….. 151
3.3.12 Редуктор дифференциальный одноступенчатый
ООО ГИГ «Инжиниринг»…………………………………….... 152
3.3.13 Редуктор-подогреватель трехступенчатый «Аскольд»………. 154
3.3.14 Редуктор-испаритель трехступенчатый «Тартарини»……….. 156
3.3.15 Редуктор-испаритель «ОМВЛ»………………………………... 157
3.3.16 Редуктор-испаритель трехступенчатый «М-230»……………. 158
5
4 ГАЗОВЫЕ СМЕСИТЕИ И ДОЗИРУЮЩИЕ
УСТРОЙСТВА ДЛЯ ГАЗА…………………………………………... 163
4.1 Газовые смесители для карбюраторных двигателей………………. 163
4.2 Дозаторы газа для карбюраторных двигателей…………………….. 170
4.3 Газовые смесители и дозаторы газа газодизельных автомобилей… 175
5 ПРИБОРЫ И АРМАТУРА ГАЗОБАЛЛОННЫХ УСТАНОВОК 178
5.1 Баллоны для газового топлива………………………………………. 178
5.2 Арматура газовых баллонов…………………………………………. 183
5.2.1 Мультиклапаны………………………………………………….. 184
5.2.1.1 Мультиклапан «РЗАА»……………………………………... 184
5.2.1.2 Мультиклапан «Компрессор»……………………………… 186
5.2.1.3 Мультиклапан «САГА-6»…………………………………... 188
5.3 Вентили………………………………………………………………... 190
5.4 Указатель уровня газа в баллоне для сжиженного нефтяного газа 193
5.5 Предохранительный клапан для сжиженного газа………………… 193
5.6 Электромагнитные запорные клапаны с фильтрами………………. 193
5.7 Подогреватель сжатого газа…………………………………………. 199
5.8 Выносные заправочные устройства………………………………… 201
5.9 Трубопроводы и соединительные детали…………………………... 202
6 МОНТАЖ ГАЗОБАЛЛОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ
ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН……………. 205
6.1 Общие положения о переоборудовании автомобиля………………. 205
6.2 Технологический процесс установки ГБО на автомобили………… 207
6.3 Особенности переоборудования инжекторных бензиновых
автомобилей…………………………………………………………... 225
Литература……………………………………………………………….. 230
6
ВВЕДЕНИЕ
Экономическое развитие любого государства во многом невозможно без
развития многоотраслевой транспортной системы. Транспорт обеспечивает
перемещение сырья, комплектующих изделий, средств труда, готовой продукции и рабочей силы, создавая объективные условия для непрерывного
функционирования производства. Доставляя готовую продукцию труда потребителям, транспорт завершает процесс материального производства, а перевозки пассажиров решают и производственные и социальные проблемы.
Автомобильный транспорт является ведущей составной частью и связующим звеном между всеми другими видами транспорта. Он осуществляет
около 70% грузовых и 80% пассажирских перевозок в России.
Автомобильный транспорт является основным потребителем жидких
топлив – бензина и дизельного топлива, при сгорании которых выделяются
вредные для человека и окружающей среды вещества – отработавшие газы.
Постоянный рост числа автомобилей приводит как к неуклонному сокращению запасов сырья для производства топлив – нефти, (каждый автомобиль в
среднем расходует до 10000 литров жидкого топлива) так и к накоплению в
окружающей среде вредных веществ, поступающих с отработавшими газами.
Расширить сырьевую базу автомобильных топлив и одновременно
уменьшить вредное воздействие на экологию можно за счет использования
так называемых нетрадиционных, или альтернативных, топлив. Наибольшее
распространение на автомобильном транспорте получили газообразные углеводородные топлива, которые относятся к чистым в экологическом отношении моторным топливам.
В России разведанные запасы нефти по данным ОПЕК составляют около
6%, а природного газа (ПГ) – около 32% мировых запасов. По тепловому эквиваленту запасы природного газа более, чем в 5 раз превышают запасы
нефти, поэтому для России на ближайшие десятилетия наиболее актуально
применение в качестве перспективного топлива природного газа.
Определенные перспективы имеет также применение в качестве топлива
для ДВС сжиженного пропан-бутанового газа, основными преимуществами
которого перед природным газом являются существенно меньшие масса и
стоимость баллонов для его хранения на борту автомобиля.
Стоимость газообразного топлива в два раза ниже стоимости бензина и
дизельного топлива, а запасы его сырья превосходят нефтяные. Эти факторы
обусловили применение газа на автотранспорте. Во многих странах на государственном уровне приняты экологические программы и законы по снижению вредного влияния отработавших газов автомобильного транспорта за
счет использования газового топлива.
Принятый закон о газификации транспортных средств будет способствовать улучшению жизни россиян и их будущих поколений. Перевод автотранспорта на газ может обеспечить замещение значительных объемов
нефтепродуктов, которые можно более продуктивно использовать в различных отраслях экономики и поставлять за рубеж.
7
Для работы на газообразных топливах транспортные средства переоборудуются в газобаллонные автомобили (ГБА). На базу серийных бензиновых
и дизельных автомобилей дополнительно устанавливают комплекты газового
оборудования и двигатель может работать на двух видах топлива.
Перевод автомобилей на газообразные топлива требует выполнения дополнительных работ по установке газовой системы питания, включая еѐ техническое обслуживание и ремонт. Применение газа на автомобиле повышает
требования пожарной безопасности при его эксплуатации.
В данном учебном пособии рассмотрены основные принципы установки
газобаллонного оборудования (ГБО) на автомобиль, его работы, устройства,
обслуживания и безопасной эксплуатации.
8
1 ВИДЫ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЗОВ,
ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА
ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
1.1 Виды газов как топливо для автомобильных двигателей
Газобаллонные автомобили используют в качестве топлива сжатые природные газы, а также сжиженные нефтяные и природные газы.
Сжиженными называются газы, которые превращаются в жидкость при
нормальной температуре окружающего воздуха и давлении до 1,6 МПа.
Сжатыми называются газы, которые сохраняют газообразное состояние
при обычной температуре окружающего воздуха и при сжатии до любого высокого давления. Как правило, давление сжатия достигает 20 МПа.
Сжиженные газы получаются при добыче и переработке нефти и превращаются в жидкость в интервале температур от –20 до +20 °С при давлениях 1,0–2,0 МПа.
Обычно используют пропан-бутановые смеси с содержанием пропана
70–95% (для зимнего периода большее содержание), октановое число нефтяного газа зависит от состава смеси и составляет приблизительно 100 единиц.
Газ тяжелее воздуха в 1,5–2 раза, а температуры воспламенения газа и бензина близки.
В состав сжиженных или жидких газов, применяемых для автомобильных двигателей, входят бутан и пропан с добавлением бутилена, пропилена,
этана и этилена. Величина давления сжиженного газа имеет важное практическое значение. С одной стороны, давление в баллоне желательно иметь
низким, так как при этом можно применять более тонкостенные, а следовательно, и более легкие баллоны. С другой стороны, давление сжиженного газа в баллоне при любой температуре должно быть достаточным для обеспечения подачи топлива к двигателю и работы газовой аппаратуры.
Пропан (а также пропилен) обеспечивает удовлетворительную величину
давления в баллоне при любых климатических условиях. Бутан в чистом виде
пригоден лишь для районов с жарким климатом, так как при температуре
воздуха ниже 0 °С он уже не обеспечивает избыточного давления в баллоне.
Этан применяется в сжиженных газах в виде незначительных примесей для
повышения давления.
Основными производителями сжиженных газов являются:
– газолиновые заводы, вырабатывающие бензин из нефтяных газов, выход сжиженного газа составляет до 50% от производства бензина;
– крекинг-заводы, на которых сжиженные газы получают в качестве побочного продукта в количестве до 3% по весу от исходного сырья;
– заводы, вырабатывающие бензин из каменного угля, выход сжиженного газа доходит до 10–12% от веса основной продукции.
Основные требования, предъявляемые к сжиженным газам:
– соответствие их состава климатическим условиям;
– строго ограниченное содержание загрязняющих и вредных примесей.
9
При самых низких температурах воздуха давление в баллоне со сжиженным газом не должно быть ниже 0,2 МПа, при самых высоких – не более
1,6 МПа.
Предельное содержание сернистых соединений составляет 0,15%. Газ не
должен содержать воды, механических примесей, водорастворимых кислот,
щелочей и смолистых веществ.
Сжатые газы разделяются на природные (естественные), нефтяные и
канализационные.
Компримированные природные (естественные) газы добывают из буровых газовых скважин. Природные газы однородны по составу, в большинстве
случаев не содержат загрязняющих и вредных примесей, обладают высокими
антидетонационными свойствами 105–110 единиц и дешевы.
Нефтяные газы получают в качестве побочного продукта при добыче
нефти, переработке нефти на нефтеперегонных и крекинговых заводах, а
также при производстве бензина из нефтяного газа на газолиновых заводах.
Нефтяные газы менее однородны по составу и более загрязнены примесями,
чем природные газы. Их теплотворность выше теплотворности природных
газов, так как они содержат больше тяжелых газов.
Канализационные газы выделяются при переработке сточных вод канализации на специальных станциях, имеющихся в крупных городах. Эти газы состоят главным образом из метана и углекислотного газа. Выход канализационного газа со станции переработки сточных вод, обслуживающей население в
100000 человек, достигает 2500 м3 в сутки, что заменяет 2000 л бензина.
Газы с большим содержанием метана и незначительным содержанием
тяжелых углеводородов являются наилучшим видом топлива для автомобилей. Наоборот, газы, в которых преобладают водород и окись углерода, имеют низкую теплотворность и поэтому наименее пригодны для использования
в качестве автомобильного топлива.
Как высококалорийные сжатые газы, так и сжиженные бутанопропановые газы являются высококачественным топливом для автомобильных двигателей.
Сжиженные газы обладают существенными преимуществами перед
сжатыми газами:
– значительно более низкое рабочее давление (до 1,6 МПа против
20 МПа), что позволяет применять более легкие и дешевые баллоны и газопроводы;
– возможность перевозки железнодорожным, автомобильным и водным
транспортом на любые расстояния, а перевозка сжатых газов практически не
осуществляется;
– более дешевые и простые газозаправочные устройства, не требующие
сложного оборудования; заправка баллонов сжатым газом возможна лишь
на газонаполнительных станциях, снабженных компрессорами высокого
давления;
– увеличенная дальность поездок и большая полезная грузоподъемность
газобаллонных автомобилей, работающих на сжиженных газах.
10
Сжатые газы, в свою очередь, имеют преимущества перед сжиженными:
– это дешевый, часто малоиспользуемый вид местного топлива; сжиженные газы, наоборот, являются более дорогим продуктом, применяемым
при производстве ряда ценных химических веществ, высокосортных бензинов, в бытовых целях;
– источники природных и промышленных газов расположены в самых
различных районах страны, что позволяет значительно сократить доставку
топлива в эти регионы;
– по своим физико-химическим свойствам природный газ менее опасен,
чем пропан. Предел воспламенения (процент содержания метана в смеси с
воздухом, при котором возможно воспламенение смеси) у метана составляет
5%, а у пропана – основного компонента сжиженного газа – 2,4%. Плотность
метана 0,7 кг/м3, он легче воздуха (обладает большой летучестью) и не
накапливается в помещениях как пропан, который тяжелее в 1,8 раза воздуха;
– надежность поставок природного газа обеспечивается его большими
запасами в Российской Федерации (в отличие от пропана – основного компонента сжиженного газа, являющегося побочным продуктом переработки
нефти) и надежным способом его доставки – по системе магистральных газопроводов;
– наличие высокого октанового числа сжатого газа (примерно 110) позволяет применять высокую степень сжатия в ДВС (примерно 11–13), что
компенсирует снижение на 10% теплотворной способности газовоздушной
смеси;
Кроме преимущества природный газ имеет недостатки:
– внешнее смесеобразование (в конструкциях без использования форсунок) при работе ДВС на газовом топливе из-за резонансов во впускной системе и расслоения газовоздушной смеси может вызывать неравномерность
работы ДВС;
– вследствие более высокой температуры воспламенения газовоздушного топлива и меньшей скорости распространения фронта пламени (скорости
сгорания) усложняется пуск холодного ДВС зимой;
– при нарушении герметичности соединений (просачивания через них
газа), причем особенно при наличии систем непосредственного зажигания, в
которых применяется метод запала одновременно двух свечей зажигания могут возникать обратные вспышки (внешним проявлением которых являются
хлопки). Обратные вспышки нейтрализуются с помощью обратных клапанов,
применяемых в конструкции ДВС;
– ухудшаются динамические характеристики двигателя (приемистость);
– в зависимости от количества баллонов со сжатым газом масса легкового автомобиля увеличивается на 80–100 кг, а грузового – на 400–900 кг. При
этом соответственно снижается грузоподъемность автомобиля и возрастает
расход топлива. При применении баллонов из композитных материалов влияние этого недостатка уменьшается;
– возрастает трудоемкость технического обслуживания ДВС. Работа
ДВС на газовом топливе сказывается на техническом состоянии клапанов.
11
Это происходит в связи с более высокой температурой отработавших газов
при работе ДВС на газовом топливе и отсутствием охлаждающего эффекта
паров бензина. В ДВС с турбонаддувом работа ДВС на газовом топливе менее сказывается на техническом состоянии клапанов. В газодизельных системах температурное воздействие на клапаны также меньше.
Для автомобильного транспорта целесообразно использование как сжиженных, так и сжатых газов, в зависимости от наличия местных источников
газа и от возможности организации газоснабжения.
Газообразные топлива являются альтернативным видом энергоносителей
по отношению к традиционным жидким топливам, получаемым из нефти.
1.2 Физико-химические и эксплуатационные свойства
газообразных топлив
Газообразное топливо существенно отличается от бензинов и дизельных
топлив, что влияет на конструкцию газовых систем питания и их эксплуатацию. Техническое обслуживание и ремонт газового оборудования, переоборудование, хранение ГБА и их заправка, подготовка ремонтных рабочих
имеют существенные особенности.
К газообразным углеводородным топливам, которые достаточно широко
применяются в настоящее время и имеют перспективы расширения их использования, относятся:
– компримированный (сжатый) природный газ (КПГ) (метан);
– сжиженный нефтяной газ (СНГ) (пропан-бутановая смесь).
Другие виды газообразных топлив – сжиженный природный газ (метан),
биогаз (метан и другие составляющие), диметилэфир, водород – пока не
нашли коммерческого применения.
Основными компонентами газообразных углеводородных топлив являются углеводородные газы – метан, пропан, бутан и ряд других. Эти газы могут храниться на автомобиле в сжиженном или газообразном агрегатном состоянии. Агрегатное состояние газа зависит от физико-химических свойств
его компонентов, температуры и давления в баллоне. Основные физикохимические свойства компонентов газообразных углеводородных топлив,
влияющих на конструкцию и эксплуатацию ГБА, и бензина представлены в
таблице 1.1.
От агрегатного состояния компонентов газообразного топлива зависят
способы заправки и его хранения, существенно влияющие на конструкцию и
эксплуатацию газобаллонных автомобилей (ГБА).
Из таблицы 1.1 следует, что все компоненты газообразных топлив при
атмосферном давлении имеют температуру кипения ниже 0 °С. Однако если
в емкости с газом повысить давление, то температура кипения газа существенно увеличится. Эти давления и температуры имеют пределы, называемые критическими. Очень низкие температуры кипения при атмосферном
давлении (-161,5 °С) и критическая температура (-82 °С) метана делают технически сложными заправку и хранение метана в сжиженном состоянии, для
12
чего используются изотермические баллоны с комплексной термоизоляцией.
Поэтому в настоящее время большое распространение получил способ заправки и хранения метана на автомобилях в сжатом, или так называемом
компримированном, состоянии под высоким давлением. На автомобильных
газонаполнительных компрессорных станциях для заправки газобаллонных
авто в странах СНГ рабочее давление – 20,0 МПа.
Таблица 1.1 – Физико-химические свойства компонентов газообразных
топлив и бензина
Параметр
1
Молекулярная формула
Метан
2
СН4
Молекулярная масса,
16
кг/моль
Плотность жидкой фазы
при температуре кипения 416
и давлении 100 кПа, кг/м3
Плотность газовой фазы
при нормальных услови0,717
ях (15 °С, 760 мм рт. ст.),
кг/м
Относительная плотность
0,554
газовой фазы (по воздуху)
Критическое
давление
4,58
(абсолютное), МПа
Критическая температура
-82,0
кипения, °С
Температура кипения при
-161,5
давлении 100 кПа, °С
Теплота сгорания (низ49,7
шая) удельная, МДж/кг
Теплота сгорания (низ33,8
шая) объемная, МДж/м3
Теоретически необходимое для сгорания топлива
количество воздуха, кг/кг
Теплота сгорания горючей смеси при коэффициенте избытка воздуха
α = 1,0 МДж/м3
Компоненты
Этан
Пропан
3
4
С2 Н6
С3 Н8
Бутан
5
С4Н10
Бензин
6
–
30
44
58
114,2
546
584
600
735
1,356
2,019
2,703
5,18
1,048
1,562
2,091
3,78
4,88
4,20
3,60
32,3
96,8
152,9
–
-88,5
-42,1
-0,5
35–205
47,1
45,9
45,4
43,9
59,9
85,6
1 1 1 ,6
213,1
17,2
16,8
15,8
15,6
14,9
3,22
3,40
3,46
3,49
3,56
13
Продолжение таблицы 1.1
Теоретически необходимое для сгорания топлива
9,52
16,66
23,91
30,95
58,61
количество воздуха,
м3 /м3
Температура воспламенения топлива в воздухе
680...750 508...605 510...580 475...550 470...530
при атмосферном давлении, °С
Пределы воспламенения
5,0
3,2
2 ,1
1,9
1,5
объемные, %: нижний
15,0
12,5
9,5
8,5
6 ,0
верхний
Октановое число (ОЧ)
110
108
105
94
80–90
(по моторному методу)
Использование сжиженного метана получило в настоящее время распространение при доставке природного газа. В перспективе при освоении криогенных баллонов сжиженного природного газа для газобаллонных автомобилей этот вид топлива может стать конкурентом дорогостоящим бензинам.
Над этой проблемой работают в настоящее время ученые и конструкторы
различных отраслей машиностроения.
При снижении давления метана в газовом редукторе высокого давления
температура резко снижается (эффект Джоуля-Томпсона). Например, при
снижении давления с 10,0 до 1,0 МПа падение температуры газа составит
около 30 °С. Даже в летний период влага, содержащаяся в газе, может образовать кристаллы льда и стать препятствием при подаче газа в двигатель. Таким образом, важными мероприятиями для эксплуатации газобаллонных авто
являются: очистка (осушение) газа от воды при заправке на автомобильных
газонаполнительных компрессорных станциях; своевременная замена фильтров в системе питания автомобиля; эффективный подогрев газа перед снижением давления в редукторе, особенно в зимний период эксплуатации.
Пропан и бутан – основные компоненты СНГ – по сравнению с метаном
имеют значительно более высокие температуры кипения при атмосферном
давлении (-42,5 и -0,5 °С, соответственно) и критические температуры
(+96,8 и +152,9 °С, соответственно). Такие свойства позволяют хранить пропан и бутан в сжиженном состоянии в диапазоне эксплуатационных температур от -40 до +45 °С при относительно низком давлении (до 1,6 МПа). Основными преимуществами газов, находящихся в сжиженном состоянии, по
сравнению с компримированным газом, являются: большая концентрация
тепловой энергии в единице объема, значительно меньшее рабочее давление
в баллонах и, соответственно, меньшие прочность и толщина стенок баллона
и запорной арматуры, их меньшие масса и стоимость. Например, один
50-литровый баллон, заправленный СНГ, для автомобиля ВАЗ рассчитан на
500 км пробега, а КПГ – только на 100 км.
14
Давление насыщенных паров оказывает большое влияние на конструкцию и работу газобаллонного оборудования. По максимальному давлению
газа рассчитывают прочность баллона. Газы поступают из баллона в редуцирующие устройства двигателя газобаллонных автомобилей в отличие от бензина под действием избыточного давления в баллоне для преодоления сопротивления редуцирующего устройства. Это свойство особенно актуально при
эксплуатации газобаллонных автомобилей в условиях низких температур, когда компоненты СНГ переходят в жидкое состояние и, следовательно, их избыточное давление приближается к нулю.
Для метана доминирующим является давление заправки, которое по мере выработки газа из баллона уменьшается до предельного значения.
Для сжиженных газов давление в значительной степени зависит не от
количества газа в баллоне, а от температуры (рисунок 1.1). Так как каждый
из компонентов имеет определенную температуру кипения, давление паровой фазы смеси сжиженных газов зависит как от температуры, так и от компонентного состава. Давление смеси газов можно определить по значению
составляющих (парциальных) давлений углеводородных газов, входящих в
состав смеси, пропорционально концентрациям. Свойства сжиженных газов
определяются по параметрам отдельных углеводородов, входящих в смесь.
50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 ,○С
1 – этан; 2 – пропан; 3 – нормальный бутан
Рисунок 1.1 – Зависимость давления газовой фазы от температуры
основных компонентов СНГ
Компоненты СНГ в сжиженном виде имеют большой коэффициент объемного расширения, поэтому во избежание разрушения баллона запрещается
заправлять его полностью. Для этого необходимо оставлять так называемую
паровую «подушку» (фазу). Степень заполнения (полезная емкость) автомо-
15
бильных газовых баллонов должна быть в пределах 80...85%. Арматура автомобильных газовых баллонов имеет специальное устройство, автоматически
прекращающее заправку баллона при достижении предельного уровня топлива.
Основные компоненты СНГ – пропан, бутан и этан – имеют большие по
сравнению с метаном показатели плотности и тяжелее воздуха (см. таблица
1.1). Таким образом, они, скапливаясь в канавах и на полу рабочих зон автотранспортных предприятий, представляют большую опасность по сравнению
с метаном. Метан благодаря низкой плотности (почти в два раза легче воздуха) в случае утечки устремляется вверх в вентиляционные устройства.
Плотность паровой фазы газа оказывает влияние на массовый заряд газовоздушной среды, поступающей в цилиндры двигателя, а следовательно, и
на мощность, и на топливную экономичность. В зимнее время, когда плотность газовоздушной смеси достигает максимальных значений, двигатель газобаллонных автомобилей имеет наилучшие эксплуатационные показатели.
Ряд зарубежных конструкций двигателей имеет отключение подогрева
впускного коллектора для увеличения плотности заряда.
Все компоненты газообразных топлив первоначально не имеют цвета и
запаха, поэтому для обнаружения утечек и обеспечения безопасности при
использовании этих видов топлива на автомобилях их одорируют, то есть
придают особый запах.
Анализ теплофизических свойств топлива и его горючей смеси (теплота
сгорания газа и теплотворность горючей смеси) показывает, что все газы
превосходят бензин по теплотворной способности, однако, в смеси с воздухом их энергетические показатели снижаются, и это является одной из причин уменьшения мощности газобаллонных автомобилей на СНГ до 9% и на
КПГ до 20%. Вместе с тем высокие октановые числа газообразных топлив
позволяют увеличить степень сжатия газовых двигателей за счет изменения
конструкции и поднять показатель мощности. Высокие октановые числа требуют увеличения угла опережения зажигания. Раннее зажигание может привести к перегреву деталей двигателя. В практике эксплуатации наблюдаются
случаи прогорания днищ поршней и клапанов при слишком раннем зажигании и работе одновременно на бедных смесях.
Компоненты газового топлива имеют пределы воспламенения, значительно смещенные в сторону бедных смесей, что дает дополнительные возможности повышения топливной экономичности.
Газообразные углеводородные топлива относятся к наиболее чистым в
экологическом отношении моторным топливам. Выбросы токсичных веществ с отработавшими газами газобаллонных автомобилей, по сравнению с
бензиновыми, значительно ниже.
Газ сжиженный нефтяной в качестве топлива для автомобилей представляет собой смесь пропана, нормального бутана, изобутана, пропилена,
этана, этилена и других углеводородов. Его получают как продукт переработки нефти на нефтеперерабатывающих заводах или при добыче нефти и
природного газа в виде отдельной жидкой фракции.
16
Компонентный состав сжиженного нефтяного газа регламентируется
ГОСТ 25578–87 «Газы сжиженные нефтяные. Топливо для газобаллонных
автомобилей. Технические условия». Стандарт предусматривает две марки
газа: зимнюю – ПА (пропан автомобильный) и летнюю – ПБА (пропанбутановая смесь автомобильная). В марке ПА содержится 90±10% пропана, в
марке ПБА – 50±10% пропана, остальное – бутан, не более 1% непредельных
углеводородов. В газе сжиженном нефтяном марки ПА давление насыщенных паров при температуре – 35 °С не менее 0,07 МПа (избыточное), в газе
марки ПБА при температуре + 45 °С – не более 1,6 МПа, а при температуре –
20 °С – не менее 0,07 МПа. Давление газа в баллоне практически не зависит
от его количества.
На автомобильные газонаполнительные станции часто поступает газ
зимней и летней марок по ГОСТ 20448–90 «Газы углеводородные сжиженные для коммунально-бытового и промышленного потребления. Технические
условия». Этот ГОСТ имеет более широкие допуски на содержание компонентов, в том числе вредных с точки зрения воздействия на двигатель и топливную аппаратуру (например, серу и ее соединения, непредельные углеводороды и др.). По этим техническим условиям поступают СНГ двух марок:
смесь пропан-бутановая зимняя (СПБТЗ) и смесь пропан-бутановая летняя
(СПБТЛ), показатели которых представлены в таблице 1.2.
Таблица 1.2 – Показатели сжиженного нефтяного газа
Показатель
СНГ
СПБТЗ
СПБТЛ
Компонентный состав по массе, %:
метан, этан, этилен, не более
пропан и пропилен, не более
бутаны и бутилен, не более
Жидкий остаток, %, при температуре +20 ºС, не более
Давление насыщенных паров (избыточное), МПа,
при температуре:
+45 °С, не более
-20 °С, не менее
Содержание сероводорода, %, не более
4
75
20
1
6
34
60
2
1,6
0,16
5
1,6
–
5
Содержание общей серы, %, не более
0,015
0,015
Запах должен ощущаться при содержании газа, %
0,5
0,4
В СНГ, поставляемом для автомобильного транспорта, по техническим
причинам может содержаться некоторое количество масла, поступающего из
компрессоров и насосов. Примеси в СНГ масла, тяжелых остатков адсорбируются на резинотехнических изделиях газовой аппаратуры, что отрицательно сказывается на надежности ее работы.
17
Основным компонентом компримированного природного газа является
метан (до 95%). На наполнительные компрессорные станции поступает КПГ
в соответствии с ГОСТ 27577–2000, который определяет теплоту сгорания
31,8 МДж/м 1 мг/м и паров воды не более 9 мг/м и ряд других показателей.
В таблице 1.3 представлен состав природного газа в соответствии
с ГОСТ 27577–2000.
Таблица 1.3 – Состав природного газа в соответствии с ГОСТ 27577–2000
Объемная теплота сгорания, низшая,
кДж/м3
Относительная плотность к воздуху
Расчетное октановое число
(по моторному методу)
Концентрация сероводорода, г/м3
Не менее
31800
0,55…0,70
По ГОСТ 22667–82
По ГОСТ 22667–82
Не менее 105 По ГОСТ27577–85
Не более 0,02 По ГОСТ 22387.2–97
Не более
Концентрация меркаптановой серы, г/м3
По ГОСТ 22387.2–97
0,036
Масса механических примесей в 1 м3, мг Не более 1,0 По ГОСТ 22387.4-77
Суммарная объемная доля негорючих
Не более 7,0 По ГОСТ 23781–87
компонентов, %
Объемная доля кислорода, %
Не более 1,0 По ГОСТ 23781–87
3
Концентрация паров воды, мг/м
Не более 9,0 По ГОСТ 20060–83
В зависимости от применяемого газового топлива принципиальные схемы систем питания имеют свои специфические особенности и одновременно
общие элементы.
Эти схемы устанавливаются параллельно штатным системам питания
жидким топливом.
К преимуществу горючих газов перед бензином следует отнести следующее:
– экономия, один литр газа стоит в два раза дешевле бензина. Стоимость
3
1 м газа (энергетического эквивалента 1 литра бензина) составляет не более
50% от стоимости 1 литра бензина. Эта разница гарантирована потребителям
постановлением Правительства Российской Федерации № 31 от 15.01.93 г.
Для ДВС легкового автомобиля при примерном расходе бензина, составляющем 10 литров на 100 км (при езде в городе), расход газового топлива на
100 км (при езде в городе) составляет примерно 14 м3;
– воздействие газа на окружающую среду менее значительно видов топлива. Газ оказывает слабое влияние на разрушение озонового слоя. При работе ДВС по газодизельному циклу примерно в 4 раза уменьшается выброс
твердых частиц. По выбросам вредных веществ в атмосферу при использовании метана в качестве топлива, метан уступает только электроэнергии;
18
– высокие антидетонационные свойства газа позволяют повысить значительно степень сжатия в цилиндрах, что повышает мощность и экономичность двигателя;
– газ не содержит вредных примесей (свинец, сера), которые на химическом уровне разрушают детали камеры сгорания, каталитический нейтрализатор и лямбда зонд;
– газ легко смешивается с воздухом и равномерней наполняет цилиндры
однородной смесью, поэтому двигатель работает ровнее и тише;
– газовая смесь сгорает почти полностью, поэтому не образуется нагар
на поршнях, клапанах, свечах зажигания и стенках камер сгорания;
– газ поступает в двигатель в паровой фазе, поэтому он не смывает масляную пленку со стенок цилиндров и не разбавляет масло в картере, следовательно, уменьшается износ поршней и цилиндров и увеличивается срок
службы масла и его расход.
– газ сгорает немного медленнее, чем бензин, что снижает нагрузки на
поршневую группу и коленчатый вал, двигатель работает «мягче», но снижается мощность двигателя на 2–5% в зависимости от степени сжатия.
В сумме все эти факторы дают двойную экономию средств на топливе,
продлевают срок службы двигателя на 30–40%, масла и свечей – в два раза и,
как следствие, значительно снижают не только эксплуатационные, но и ремонтные затраты. К тому же газ не более опасен, чем бензин, и практически
безвреден для окружающей среды.
Недостатки газового топлива для автомобильных двигателей. В качестве топлива для автомобильных двигателей горючие газы имеют следующие
недостатки:
– усложнение и удорожание системы топливоподачи, так как газовые
баллоны с их арматурой, газопроводы и газовая аппаратура сложнее по конструкции, дороже и тяжелее, чем бензобак, бензопроводы и бензонасос;
– снижение мощности при переводе бензинового двигателя на газ без
всяких переделок. Это обусловлено более низкой теплотворностью газовоздушной смеси, по сравнению с бензино-воздушной смесью, и ухудшением
наполнения цилиндров двигателя вследствие более высокой температуры горючей смеси во впускном трубопроводе;
– температура горючей смеси при работе на газе на 15–20 °С выше, чем
при работе на бензине, так как на испарение бензина в карбюраторе и впускном трубопроводе затрачивается некоторое количество теплоты.
При одинаковом составе горючей смеси теплотворность газовоздушной
смеси для всех видов газов, за исключением окиси углерода, ниже теплотворности бензино-воздушной смеси: для природного газа на 9%, для коксового газа на 10%, для сжиженных газов на 2–3%.
Подогрев впускного трубопровода, необходимый при работе на бензине,
вреден при работе на всех видах газов, так как вызывает снижение мощности
на 4–6%.
19
Общее снижение мощности двигателя при переводе его с бензина на газ
без переделок составляет: для сжиженных газов 5–9%, для сжатых газов 13–
21%.
Снижение мощности двигателей, а также их топливной экономичности
при работе на газе может быть полностью устранено, если повысить степень
сжатия, отделить впускной трубопровод от выпускного, установить специальный газовый смеситель. Введение этих изменений позволяет не только
сохранить мощность и экономичность двигателя при его работе на газе, но и
значительно повысить их.
Контрольные вопросы
1. Какие газы и почему называются сжатыми или сжиженными?
2. Назовите основных производителей сжиженных газов и какое максимальное давление должно быть в газовом баллоне?
3. Назовите достоинства и недостатки сжиженного газа?
4. Назовите достоинства и недостатки сжатых газов?
5. Почему газ не подогревают перед подачей в цилиндры, и влияет ли
это на мощность двигателя?
6. Имеют ли газы цвет или запах? Как можно определить утечку газа?
7. Назовите преимущества газового топлива с бензином.
8. Назовите недостатки газового топлива для автомобильных двигателей.
20
2 УСТРОЙСТВО И РАБОТА ГАЗОВЫХ ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ
ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
2.1 Этапы развития газовых топливных систем двигателей
Все конструкции газобаллонного оборудования можно условно разделить на пять поколений.
Первое поколение газобаллонного оборудования предназначено для использования в карбюраторных и инжекторных автомобилях без катализатора.
Различают два типа газобаллонного оборудования первого поколения по
способу управления разгрузочной камерой:
– вакуумное – для карбюраторных автомобилей без катализатора;
– электронное – для карбюраторных и инжекторных автомобилей без катализатора.
Принципиальное различие заключается в запорном элементе разгрузочной камеры редуктора.
В вакуумном эту функцию выполняет вакуумная мембрана, к которой
подаѐтся разрежение от впускного коллектора:
– двигатель работает – есть вакуум – редуктор открыт;
– двигатель заглушен – вакуума нет – редуктор закрыт.
В электронном редукторе эту функцию выполняет электромагнитный
клапан, управляемый от «электронного блока безопасности», который при
работающем двигателе открывает его, обеспечивая подачу газа из первой
ступени редуктора во вторую. При прекращении работы двигателя, электронный блок безопасности перекрывает подачу газа. Многие электронные
редукторы, в отличии от вакуумных, имеют двойную регулировку «холостого хода» – динамическую и статическую, что позволяет точнее отрегулировать и более стабильно удерживать холостой ход. Для инжекторных двигателей автомобиля применяют защитный клапан «обратного хлопка».
Пример схемы газовой топливной системы первого поколения приведен
на рисунке 2.1.
Второе поколение газобаллонного оборудования предназначено для использования в инжекторных автомобилях с каталитическими нейтрализаторами (катализаторами). Состоит из электронного оборудования первого поколения и электро-механической системы контроля подачи и регулировки
потока газа, предназначенной для достижения точного состава топливновоздушной смеси, которая необходима для правильной работы нейтрализатора (система «Лямбда-Контроля»).
Для поддержания правильного состава газовоздушной смеси, лямбдаконтроллеры используют сигнал от штатного лямбда-зонда автомобиля, а
также сигнал положения дроссельной заслонки и датчика оборотов двигателя
для оптимизации топливно-воздушной смеси на переходных режимах работы
двигателя.
21
1 – газовый редуктор-испаритель; 2 – блок управления на базе переключателя
(переключения видов топлива); 3 – отсечной газовый электромагнитный
клапан со встроенным фильтром; 4 – вентиль с разрывной предохранительной мембраной и защитный кожух; 5 – мульти-клапан (блок заряднопредохранительной аппаратуры); 6 – баллон со сжиженным газом;
7 – выносное заправочное устройство; 8 – отсечной бензиновый
электромагнитный клапан со встроенным фильтром; 9 – смеситель;
10 – элементы системы охлаждения ДВС; 11 – карбюратор; 12 – указатель
уровня топлива; 13 – бензонасос; 14 – замок зажигания; 15 – газовый
трубопровод; 16 – бензобак; 17 – вакуумный шланг, предназначенный
для контроля нагрузки ДВС
Рисунок 2.1 – Схема газовой топливной системы первого поколения,
работающей на сжиженном газе (ГТС без дозатора и газовых форсунок)
Газобаллонное оборудование второго поколения гарантирует поддержание экологических требований Евро 1. Некоторые системы Лямбда-контроля
с двумя регулировками (на холостом ходу и на оборотах) поддерживают экологические требования Евро 2.
Примеры схем газотопливных систем второго поколения приведены на
рисунке 2.2, 2.3.
Газобаллонное оборудование первого и второго поколения имеет ряд
недостатков и не отвечает действующим в настоящее время стандартам ЕЭК
ООН. Токсичность отработавших газов автомобилей, оснащенных такими
системами, как правило, находится на уровне норм ЕВРО-1, которые действовали в Европе до 1996 года, и лишь в отдельных случаях приближаются
к нормам ЕВРО-2.
22
1 – электронный блок управления (обрабатывает сигналы датчика контроля
концентрации кислорода в отработавших газах и других датчиков
и выполняет функции управления); 2 – датчик давления воздуха;
3 – эмулятор (для систем впрыска бензина с элементами самодиагностики
бензиновых форсунок); 4 – переключатель газ/бензин; 5 – датчик контроля
содержания кислорода в отработавших газах; 6 – свеча зажигания;
7 – выносное заправочное устройство; 8 – датчик положения дроссельной
заслонки; 9 – датчик частоты вращения коленчатого вала;
10 – отсечной электромагнитный клапан с фильтром; 11 – редукториспаритель; 12 – дозатор; 13 – воздушный фильтр; 14 – смеситель
встроенный в воздушный фильтр; 15 – газовый баллон; 16 – мультиклапан
Рисунок 2.2 – Пример схемы газовой топливной системы второго поколения,
работающей на сжиженном газе (ГТС без газовых форсунок)
Третье поколение газобаллонного оборудования предназначено для использования в автомобилях с экологическими требованиями не выше Евро 2.
ГБО третьего поколения принципиально отличаются от ГБО первого и второго поколения и называются системами параллельного впрыска газа.
Газ в таких системах подается во впускной коллектор в непосредственной близости к впускному клапану каждого цилиндра. Между редуктором,
который подаѐт избыточное давление, и штуцерами-клапанами, установленными во впускном коллекторе, находится электромеханический шаговый дозатор-распределитель, который обеспечивает правильную дозировку потока
газа во впускной коллектор.
Управление переключением режимов и поддержанием правильной подачи газовоздушной смеси занимается электронный блок управления, на который поступают необходимые сигналы со штатных датчиков двигателя
(TPS, Лямбда-зонд, МАР, RPM).
23
1 – электронный блок управления (обрабатывает сигналы датчика контроля
концентрации кислорода в отработавших газах и других датчиков
и выполняет функции управления); 2 – датчик давления воздуха;
3 – эмулятор (для систем впрыска бензина с элементами самодиагностики
бензиновых форсунок; 4 – переключатель газ/бензин; 5 – датчик контроля
содержания кислорода в отработавших газах; 6 – свеча зажигания;
7 – выносное заправочное устройство; 8 – датчик положения дроссельной
заслонки; 9 – датчик частоты вращения коленчатого вала; 10 – отсечной
электромагнитный клапан с фильтром; 11 – редуктор-испаритель;
12 – дозатор; 13 – устройство распределения газа (с управлением от ЭБУ);
14 – воздушный фильтр; 15 – газовый баллон; 16 – мультиклапан;
17 – механическая газовая форсунка
Рисунок 2.3 – Пример схемы ГТС второго поколения, работающей
на сжиженном газе (ГТС с механическими газовыми форсунками)
Пример схемы газотопливной системы третьего поколения приведен на
рисунке 2.4.
В этой ГТС подается посредством пульсирующего впрыска газа (пульсирующего фазированного впрыска) во впускной коллектор под давлением
0,1–0,2 МПа с помощью электромагитной газовой форсунки. Следует отметить, что при распределенном впрыске газа в этой ГТС применяется фазированный впрыск газа, при котором газ впрыскивается непосредственно перед
впускным клапаном каждого цилиндра ДВС в тот же самый момент, в который при работе на бензине должен был происходить впрыск бензина. Только
распределенный фазированный впрыск газа с помощью форсунок обеспечивает характеристики ДВС, аналогичные характеристикам двигателя внутреннего сгорания при его работе на бензине.
24
1 – впускной коллектор; 2 – выпускной коллектор ДВС; 3 – редуктор
дифференциальный; 4 – короткий газовый трубопровод; 5 – испаритель;
6 – отсечной электромагнитный газовый клапан; 7 – тахометр;
8 – выносное заправочное устройство; 9 – расходный вентиль;
10 – мультиклапан; 11 – газовый баллон; 12 – электронный блок управления
ГТС; 13 – жгут проводов; 14 – датчик контроля концентрации кислорода в
отработавших газах; 15 – датчик температуры охлаждающей жидкости ДВС;
16 – датчик давления газа; 17 – газовая форсунка; 18 – разветвитель газа;
19 – датчик абсолютного давления воздуха; 20 – блок переключения вида
топлива; 21 – диагностический разъем; 22 – индикатор вида топлива
Рисунок 2.4 – Пример схемы ГТС третьего поколения,
работающей на сжиженном газе
(ГТС с электромагнитными газовыми форсунками)
Имеются в ГТС помимо переключателя 20 видов топлива (режимов
«Газ» – «Бензин»), также и потенциометры для подстройки времени открытия газовых форсунок, установленных непосредственно во впускном коллекторе ДВС.
Электронный блок управления при работе учитывает также текущую
информацию с датчиков. ЭБУ ГТС при остановке ДВС прекращает подачу
газа, а при пуске ДВС обеспечивает кратковременную подачу дополнительной порции газа для пуска ДВС.
25
В газотопливном оборудовании третьего поколения не используют вычислительных мощностей и топливных карт, заложенных в штатных бензиновых контроллерах, они попросту работают в «параллельном» режиме, то
есть создают собственные топливные карты. Скорость реакции на корректировку смеси невысокая и обусловлена скоростью работы шагового дозаторараспределителя. Поэтому с появлением экологических требований Евро-3 и
систем бортовой диагностики второго поколения ОВD II и EOBD, спрос на
ГБО третьего поколения упал, учитывая их довольно высокую стоимость.
Четвертое поколение газобаллонного оборудования предназначено для
использования в любых инжекторных автомобилях и совместно с экологическими требованиями Евро-3, а также системами бортовой диагностики
ОВD II и EOBD. Системы ГБО четвертого поколения называют «Фазированный распределѐнный впрыск». Они используют вычислительные мощности и
топливные карты, заложенные в штатный контроллер автомобиля, и вносят
лишь необходимые поправки для адаптации газовой системы к бензиновой
топливной карте. ГБО четвертого поколения характеризует наличие отдельных электромагнитных форсунок впрыска газа в каждый цилиндр, то есть
полностью аналогично бензиновой системе. Фазу и дозировку впрыска определяет штатный бензиновый контроллер автомобиля. Важным плюсом ГБО
третьего и четвертого поколения является функция автоматического перехода с газового топлива на бензиновое, по окончании газа или при невозможности использования газа на некоторых мощностных режимах. Как и в системе
предыдущего поколения, газовые форсунки устанавливаются на коллекторе
непосредственно у впускного клапана каждого цилиндра.
Пример газотопливной системы приведен на рисунке 2.5.
Системы газобаллонного оборудования 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. В процессе эксплуатации имеется возможность калибровки системы с помощью дополнительного ПК, а также развитой системы бортовой диагностики газовой системы, включая диагностику и индикацию мест утечек газа.
Пятое поколение газобаллонного оборудования предназначено для использования в любых инжекторных автомобилях и совместимо с экологическими требованиями Евро-3, Евро-4, а также системами бортовой диагностики ОВD II, ОВD III и EOBD. Оборудование пятого поколения называют «LPI
– Liquid Petroleumgas Injection» или «Жидкий фазированный распределѐнный
впрыск». В отличии от ГБО четвертого поколения, в ГБО пятого поколения
газ поступает в цилиндры в жидкой фазе. Для этого в баллоне находится
«газонасос», который обеспечивает циркуляцию жидкой фазы газа из баллона через рампу газовых форсунок с клапаном обратного давления обратно
в баллон.
26
1 – выносное заправочное устройство; 2 – баллон тороидальной формы
со сжиженным газом; 3 – отсечной электромагнитный газовый клапан;
4 – редуктор-испаритель; 5 – газовый фильтр со сменным фильтрующим
элементом; 6 – блок газовых форсунок; 7 – соединительные трубки;
8 – калиброванные штуцеры; 9 – вакуумная трубка редуктора-испарителя;
10 – газовые шланги подачи газа; 11 – шланги подвода и отвода
подогревающей жидкости из системы жидкостного охлаждения;
12 – бензиновые форсунки; 13 – провода эмулятора бензиновых форсунок;
14 – лямбда-зонд, установленный на приемной трубе системы выпуска
отработавших газов; 15 – лямбда-зонд, установленный на глушителе;
16 – трубопроводы от заправочного устройства до баллона и от баллона
до редуктора-испарителя; 17 – дроссельная заслонка; 18 – аккумулятор;
19, 20 – предохранители; 21 – замок зажигания; 22 – электронная система
управлением двигателем; 23 – газовый ЭБУ; 24 – переключатель вида
топлива; 25 – кабель интерфейса; 26 – персональный компьютер
с калибровочной программой, включающей и модуль диагностики ГТС;
30 – мультиклапан
Рисунок 2.5 – Пример схемы ГТС четвертого поколения
(ГТС с электромагнитными газовыми форсунками),
работающей на сжиженном газе
В газобаллонном оборудовании пятого поколения используют мощности
и топливные карты, заложенные в штатный контроллер автомобиля, и вносят
лишь необходимые поправки для адаптации газовой системы к бензиновой
27
топливной карте. Пятое поколение кроме того характеризует наличие отдельных электромагнитных форсунок впрыска газа в каждый цилиндр, то
есть полностью аналогично бензиновой системе. Фазу и дозировку впрыска
определяет штатный бензиновый контроллер автомобиля. Важным плюсом
систем третьего, четвертого, пятого поколений является функция автоматического перехода с газового топлива на бензиновое.
К преимуществу газобаллонного оборудования можно отнести отсутствие потери мощности и отсутствие повышенного расхода газа, а также
возможность запуска двигателя на газе при любых отрицательных температурах, так как исчезла необходимость испарять газ перед подачей в двигатель. К недостаткам системы можно отнести еѐ высокую чувствительность к
грязному газу. Низкую ремонтопригодность и высокую сложность. Три этих
недостатка практически перечѐркивают все еѐ преимущества в условиях эксплуатации в России.
2.2 Газовые топливные системы для карбюраторных двигателей,
работающих на сжиженном нефтяном газе (СНГ)
ние.
В газотопливную систему входит следующее газобаллонное оборудова-
Газовый редуктор-испаритель. Служит для преобразования сжиженной пропан-бутановой смеси в газообразное состояние, а также для снижения
давления газа, поступающего из баллона. Газовый редуктор обычно представляет собой двухступенчатый автоматический регулятор давления диафрагменного типа. Этот редуктор имеет две ступени (высокого и низкого
давления). Давление в первой ступени 1,5–2,0 МПа, во второй ступени
0,05–0,1 КПа. После прохождения газового редуктора давление газа снижается почти до атмосферного. Следует отметить, что помимо двухступенчатых
редукторов-испарителей с вакуумным управлением существуют также и одноступенчатые редукторы-испарители с электронным управлением, причем
имеется много конструкций таких редукторов-испарителей.
«Пусковой» элемент редуктора-испарителя. В конструкциях редукторов-испарителей обычно имеется «пусковой» элемент, который по команде
ЭБУ нажимает на диафрагму в редукторе-испарителе, и при этом обеспечивается подача дополнительной порции газа. В некоторых конструкциях ГТС
имеется кнопка управления пусковым клапаном на переключателе вида топлива.
Механизм вакуумной блокировки редуктора-испарителя. В конструкции
газового редуктора-испарителя есть также механизм вакуумной блокировки –
клапан, расположенный во второй ступени редуктора-испарителя, который
предназначен для перекрытия подачи газового топлива при остановке ДВС, а
также при включенном зажигании, но заглушенном ДВС.
Испаритель сжиженного газа редуктора-испарителя. Он входит в редуктор-испаритель, и служит для преобразования жидкой фазы газового топлива в газообразную. Испаритель представляет собой конструкцию, внутри
28
которой, непосредственно не контактируя с жидким газом, циркулирует
нагретый тосол из системы охлаждения двигателя. В некоторых конструкциях редуктора-испарителя имеется винт для регулирования частоты вращения
ДВС на холостом ходу. Регулировка осуществляется при техническом обслуживании автомобиля. Необходимо отметить, что редуктор-испаритель
нуждается в периодическом сливе (примерно через каждую тысячу километров пробега) образующегося в нем маслянистого конденсата.
Клапан паровой фазы. В некоторых конструкциях ГТС предусмотрен
клапан паровой фазы. Его конструкция состоит из отсечного газового клапана, а также датчика давления.
Обратный клапан. В некоторых конструкциях ГТС есть обратный клапан, который предназначен для защиты ГТС от возможных волн давления во
впускном коллекторе ДВС («хлопков») при его работе на переходных режимах или на обедненной газовоздушной смеси. Конструкция обратного клапана обычно представляет собой трубку с просверленными в ней многочисленными отверстиями, поверх которой установлена резиновая трубка. Обратный
клапан обычно устанавливается на смесителе ГТС.
Дозатор с электронным управлением. Служит для регулирования газовоздушной смеси в зависимости от частоты вращения ДВС, а также от
нагрузки. Управление дозированием осуществляется с помощью электродвигателя по командам, поступающим от электронного блока управления (ЭБУ)
получает информацию от датчика контроля концентрации кислорода в отработавших газах, который установлен на выпускном коллекторе. Если автомобиль не оборудован датчиком контроля концентрации кислорода в отработавших газах, то дозатор работает без него.
Механический дозатор. При наличии механического дозатора регулировка работы ДВС на различных режимах осуществляется с помощью регулировочного винта при техническом обслуживании автомобиля. При этом
ввинчиванием регулировочного винта сначала следует добиться наличия
рывков при движении автомобиля, а затем следует слегка отвернуть винт до
момента прекращения рывков.
Устройство распределения газа. В некоторых конструкциях ГТС имеется устройство распределения газа, которое служит для распределения порций
газа по механическим газовым форсункам.
Смеситель. Предназначен для смешивания газа и воздуха. В некоторых
конструкциях смесителей имеется регулировочный винт для настройки при
техническом обслуживании. В качестве смесителей используются проставки
и газовые штуцеры. Смеситель, выполненный в виде проставки, обеспечивает подачу газовоздушной смеси в цилиндры двигателя. Он обычно содержит
обратный клапан, горизонтальные форсунки и патрубок ввода газа. В некоторых конструкциях ГТС смеситель, выполненный в виде проставки, дополнительно снабжается диафрагменным механизмом, ограничивающим максимальные обороты коленчатого вала. Газовый штуцер представляет собой
трубку, срез которой направлен в сторону камер сгорания ДВС, и из которой
подается газ. Устанавливаются газовые штуцеры и проставки в местах
29
наибольшей скорости воздушного потока. Возможна установка проставок
над карбюратором, в средней части карбюратора или между корпусом поплавковой камеры и корпусом дроссельных заслонок. В системах впрыска
бензина проставки устанавливаются так, чтобы обеспечить оптимальный состав газовоздушной смеси. При этом возможна установка проставок в корпусе воздушного фильтра или после расходомера воздуха.
Отсечной электромагнитный клапан (ЭМК). Осуществляет включение
или выключение подачи топлива (бензина или газа). При закрытом положении клапана, якорь прижимает клапан к седлу и не пропускает топливо.
Обычно давление в полости клапана 2 кгс/см2 и он срабатывает при напряжении питания 12 В. Сопротивление обмотки электромагнита составляет
примерно 30 Ом. В этом клапане имеется фильтр, который следует периодически прочищать после определенного пробега (количества моточасов).
Необходимо отметить, что в некоторых конструкциях ГТС у ЭМК бензина
или ЭМК газа может быть предусмотрена возможность открывания его клапана вручную (при выходе из строя электромагнита).
Вентиль. Предназначен для открытия или закрытия вручную посредством вращения рукоятки подачи газа. В некоторых конструкциях вентилей
имеются дренажные каналы, и, кроме того, скоростные клапаны (для перекрытия подачи газа при аварийном повреждении трубопроводов, а также
предохранительные мембраны.
Выносное заправочное устройство. Служит для обеспечения заправки
газа в газовый баллон. Обычно это устройство соединяется с заправочным
элементом газовой заправочной колонки и при этом под воздействием давления газа открывается обратный клапан расположенный в выносном заправочном устройстве. После прекращения заправки (снятия давления газа в
шланге газовой заправочной колонки) обратный клапан автоматически перекроет заправочную магистраль идущую к газовому баллону.
Газовый баллон. Предназначен для хранения и транспортировки газа и
может быть как с отдельно размещенными на нем вентилями и клапанами
(например, на баллонах большой вместимости), так и с мультиклапаном, куда
входят вентили и клапаны. Существуют газовые баллоны как цилиндрической, так и тороидальной формы (в виде тора). Баллоны в виде тора обычно
устанавливаются в боковой части багажника или в днище багажника автомобиля.
Блок запорно-предохранительной аппаратуры – мультиклапан. Этот блок
не только принимает газ при его заправке в автомобиль и стравливает газ в атмосферу в случае превышения давления в баллоне выше допустимого, но и
предохраняет ГТС от утечки при внезапном механическом повреждении любого трубопровода или резкой утечке газа в элементах ГТС, а также от превышения нормативного давления в газовом баллоне. Мультиклапан, кроме того, сообщает водителю через индикатор на панели индикации об уровне газа в баллоне. Мультиклапан ограничивает объем заправляемого в баллон газа. Баллон
не должен быть заполнен более, чем на 80% своего объема, так как при повышении температуры окружающей среды объем сжиженного газа увеличивается.
30
Предохранительная коробка. Применяется для вентиляции пространства, окружающего мультиклапан (в случае возможной утечки газа через соединения), а также для обеспечения защиты элементов мультиклапана от
возможных механических повреждений. Коробка размещается на горловине
газового баллона вместе с мультиклапаном и фиксируется винтами, причем
коробка закрывается крышкой. Коробка должна сохранять герметичность
при избыточном давлении до 0,005 МПа. Коробку соединяют с внешним
пространством (под багажником автомобиля) с помощью двух вентиляционных шлангов, внутри которых обычно находятся газовые трубопроводы. При
движении автомобиля за счет этих вентиляционных шлангов обеспечивается
постоянная вентиляция предохранительной коробки.
Блоки управления. В ГТС возможно как наличие электронного блока
управления (в ГТС с газовыми форсунками третьего и четвертого поколений,
а также в большинстве ГТС второго поколения), так и блока управления на
базе переключателя. Блок управления обычно расположен недалеко от замка
зажигания автомобиля. Возможны следующие три положения переключателя
блока управления на базе переключателя:
1. Среднее положение, при котором отсечные электромагнитные клапаны, как бензиновые, так и газовые, закрыты.
2. Переключатель находится в положении «ГАЗ», при котором открыт
отсечной электромагнитный газовый клапан, а отсечной электромагнитный
бензиновый клапан закрыт.
3. Переключатель находится в положении «БЕНЗИН», при котором открыт отсечной электромагнитный бензиновый клапан, а газовый закрыт.
2.2.1 Механические системы с вакуумным управлением
Принцип работы механических систем с вакуумным управлением основан на механическом регулировании количества газовоздушной смеси,
подаваемой в двигатель, с пневматическим (вакуумным) управлением ее составом.
Поскольку количество газа, подаваемого в двигатель, дозируется вручную регулировочными винтами, иногда при регулировке нарушается стабильность подачи газовоздушной смеси. Водитель вынужден постоянно следить за процессом подачи газа в соответствии с режимом работы двигателя.
В некоторых случаях количество вредных веществ в отработавших газах, образующихся после эксплуатационных регулировок, сделанных водителем,
может превышать допустимое значение.
В странах, где действуют нежесткие требования к количеству вредных
веществ в выбросах, до сих пор с успехом применяются эти системы, а также
благодаря простоте установки на автомобили, пониженному по сравнению с
бензином содержанию токсичных веществ в отработавших газах.
31
2.2.1.1 Система «САГА-6»
Система «САГА-6» обеспечивает работу на сжиженном нефтяном газе
(пропан-бутане) как карбюраторных двигателей так и с системой впрыска
топлива. Ее можно установить на легковые и грузовые автомобили, а также
на автобусы отечественного и иностранного производства.
В конструкции системы «САГА-6» устранены недостатки газобаллонной
аппаратуры других производителей. Кроме того, исключено попадание газа в
систему охлаждения двигателя.
Все механические системы, которые выпускали ранее и выпускают сейчас другие фирмы, созданы по карбюраторному принципу. Они включают
системы пуска, холостого хода, экономайзер, дозатор и предназначены прежде всего для установки на автомобили с карбюраторными двигателями.
При разработке системы «САГА-6» было учтено, что главным параметром газа в отличие от бензина является давление. Поэтому была разработана
конструкция редуктора-испарителя с одной системой – подача топлива, без
остальных систем, которыми оснащен карбюратор. Редуктор поддерживает
на выходе постоянное давление независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя и нагрузки. Этого оказалось вполне достаточно для работы
двигателя в любом режиме. Кроме того, отсутствие дополнительных систем
позволило повысить надежность конструкции, а самое главное, дало возможность устанавливать эту систему и на автомобили с инжекторными двигателями.
На автомобиле ЗИЛ-441610 установлено два газовых баллона с полезным объемом каждого баллона 117,4 л и давлением газа 1,6 МПа.
Недостаток соответствующих заправочных станций вынуждает еще
оснащать газовые двигатели двумя комплектами приборов, позволяющими в
равной степени работать как на газовом, так и на жидком топливах. К сожалению, ценные свойства газового топлива используют при этом частично, так
как степень сжатия двигателя выбирают по жидкому топливу, имеющему
меньшее октановое число. В последние годы газовые двигатели стали рассчитывать на применение в основном газообразного топлива, а запас жидкого
топлива ограничивают так, чтобы его хватало только на поездку до ближайшей заправочной станции.
Для питания двигателя сжиженным газом на автомобиле установлены газовый баллон 14 (рисунок 2.6) и следующая арматура: расходный вентиль парообразной фазы 12, расходный вентиль жидкой фазы 19, наполнительный вентиль 16, контрольный вентиль максимального наполнения баллона газом 15,
предохранительный клапан 13 для ограничения максимального давления.
Для контроля за наличием газа на баллоне установлен указатель уровня сжиженного газа 17. От баллона идет трубопровод к электромагнитному клапану
с газовым фильтром 9. Для испарения жидкого газа имеется испаритель 5,
теплоносителем в котором служит горячая жидкость из системы охлаждения.
Подводится горячая жидкость через штуцер 6, а отводится через штуцер 7.
Для слива жидкости из испарителя служит кран 8. Для снижения давления
32
газа до атмосферного установлен двухступенчатый газовый редуктор 4, от
которого газ подается в карбюратор-смеситель 1. Давление в редукторе двигателя контролируется манометром 10.
Для питания двигателя бензином имеется топливный бак 3, электромагнитный клапан с бензиновым фильтром 2 и все приборы для очистки и подачи топлива, а также для очистки воздуха и выпуска отработавших газов.
1 – карбюратор-смеситель; 2 – электромагнитный клапан с бензиновым
фильтром; 3 – бензиновый бак; 4 – газовый редуктор; 5 – испаритель
сжиженного газа; 6 – штуцер для подвода горячей жидкости; 7 – штуцер для
отвода охлажденной жидкости; 8 – клапан для слива жидкости; 9 – электромагнитный клапан с газовым фильтром; 10 – манометр редуктора;
11 – двигатель; 12 – вентиль паровой фазы газа; 13 – предохранительный
клапан; 14 – баллон для сжиженного газа; 15 – контрольный вентиль;
6 – наполнительный вентиль газа; 17 – указатель уровня сжиженного газа;
8 – сливная пробка; 19 – вентиль жидкой фазы газа
Рисунок 2.6 – Схема соединения газового оборудования системы «САГА–6»
автомобиля ЗИЛ-441610
Для переключения работы двигателя с бензина на газ и обратно в кабине
водителя имеется переключатель вида топлива, а также указатель давления
газа в редукторе и переключатель указателя уровня топлива.
Принципиальная схема основных элементов газовой системы «САГА-6»
приведена на рисунке 2.7.
Система работает следующим образом. При установке переключателя на
подачу газа газ из баллона через расходные вентили начинает поступать
в электромагнитный клапан. При запуске холодного двигателя необходимо
33
закрыть расходный вентиль жидкостной фазы, а расходный вентиль газообразной фазы открыть. После запуска и прогрева двигателя необходимо открыть вентиль жидкостной фазы, а вентиль газообразной фазы закрыть. Через электромагнитный клапан газ поступает в испаритель, испаряется, подогревается и через двухступенчатый редуктор поступает в карбюраторсмеситель. Здесь он смешивается с определенной порцией воздуха и в виде
горючей смеси идет в цилиндры двигателя.
Заправка баллона газом осуществляется на газонаполнительных станциях.
Для заполнения баллона необходимо открыть наполнительный вентиль 16, присоединить к нему заправочный пистолет, открыть контрольный вентиль 15 и
включить заправочный пистолет. Заполнять баллон нужно до момента, когда
из контрольного вентиля начнет вытекать струйка жидкого газа. После этого
заправка прекращается. Заполнять баллон газом нужно не более чем на 80%.
1, 2 – регулировочные винты; 3, 5 – газопроводы; 4 – клапан второй ступени
редуктора; 6 – газовый редуктор; 7 – дозирующее экономайзерное устройство; 8,10 – пружины; 9 – клапан экономайзера; 11 – магистральный фильтр;
12 – подогреватель; 13 – манометр давления газа первой ступени;
14 – указатель уровня газа в баллоне; 15 – расходный вентиль газовой фазы;
16 – баллон; 17 – датчик указателя уровня жидкой фазы газа; 18 – расходный
вентиль жидкой фазы газа; 19 – наполнительный вентиль; 20 – бензиновый
бак; 21 – фильтр; 22 – карбюратор; 23 – дроссельная заслонка; 24 – обратный
клапан; 25 – газовая форсунка; 26 – пружина второй ступени; 27 – смеситель;
28 – бензонасос; 29 – магистральный вентиль; 30 – предохранительный
клапан; 31 – вентиль контроля максимального наполнения бака
Рисунок 2.7 – Принципиальная схема системы питания сжиженным газом
«САГА-6»
34
Остальные 20% оставляют для паров. Заправлять баллон на 100% нельзя, так как при нагреве газ сильно расширяется и может разорвать баллон.
Давление в баллоне зависит от давления паров, количество которых определяется температурой наружного воздуха. Количество сжиженного газа на
внутреннее давление в баллоне не влияет.
3.2.1.2 Система «Бедини»
Схема газового оборудования итальянской фирмы «Бедини» представленную на рисунке 2.8.
1 – аккумуляторная батарея; 2 – топливный (бензиновый) насос; 3 – катушка
зажигания; 4 – радиатор отопителя салона; 5 – шланг подачи жидкости из системы охлаждения двигателя; 6 – хомут; 7 – тройник; 8 – предохранитель; 9 –
переключатель вида топлива; 10 – замок зажигания; 11 – редукториспаритель низкого давления (газоредуцирующий аппарат); 12 – шланг
низкого давления; 13 – магистральный газовый запорный клапан; 14 – гибкий
газопровод высокого давления; 15 – вакуумный шланг; 16 – тройник-дозатор;
17 – впускная труба; 18 – карбюратор; 19 – кран отопителя; 20 – бензиновый
электромагнитный клапан; 21 – газосмесительное устройство; 22 – баллон
для сжиженного газа; 23 – выносное заправочное устройство; 24 – блок
запорно-предохранительной арматуры (мультиклапан);
25 – вентиляционный рукав
Рисунок 2.8 – Схема соединения газовой аппаратуры «Бедини»
35
Сжиженный нефтяной газ под давлением 1,6 МПа из баллона 22 по гибкому газопроводу высокого давления 14 поступает в фильтр электромагнитного газового клапана 13, где подвергается очистке от смолистых веществ и
механических примесей. Очищенный газ по трубопроводу проходит в
первую ступень двухступенчатого редуктора-испарителя 11, где его давление
понижается до 0,2 МПа, а затем во вторую ступень, где его давление становится близким к атмосферному. Под действием разрежения, создаваемого во
впускной трубе 17 работающего двигателя, газ из полости второй ступени
редуктора-испарителя поступает в дозирующее устройство, а затем по шлангу низкого давления 12 через тройник-дозатор 16 – в карбюратор 18 через
смесительное устройство (проставку) 21. После перемешивания газа с воздухом образуется горючая смесь, которая попадает в цилиндры двигателя.
Подогретая жидкость из системы охлаждения двигателя через тройник подается в нижний патрубок редуктора-испарителя и по шлангу 5 через кран 19 –
в радиатор 4 отопителя салона. Далее жидкость проходит из верхнего патрубка редуктора-испарителя через тройник 7 во всасывающую полость водяного насоса (циркуляция теплоносителя параллельна движению охлаждающей жидкости в двигателе).
Чтобы обеспечить высокую надежность, безопасность в эксплуатации,
исключить возможность нарушения герметичности газовых баллонов, установленных на автомобилях, на обечайке баллона установлен компактный
блок 24 запорно-предохранительной арматуры мультиклапан. Он состоит из
датчика-указателя уровня сжиженного газа (контрольная арматура), мультиклапана, ограничивающего уровень заправки баллона (предохранительная
арматура) и срабатывающего при заполнении баллона на 80%, а также вентилей – расходного магистрального и наполнительного, открывающих подачу
газа в баллон на автомобильной газозаправочной станции. Раздаточную аппаратуру станции подключают к выносному заправочному устройству 23,
расположенному за пределами багажного отделения.
Конструкция и принцип действия расходного и наполнительного вентилей одинаковы: они должны надежно перекрывать газовую магистраль при
неработающем двигателе обеспечивать плотное, прочное соединение и герметичность в положении полного закрытия.
Блок запорно-предохранительной арматуры закрыт вентилируемым кожухом, сообщающимся с атмосферой через два вентиляционных рукава 25.
Система питания бензином работает следующим образом. Из топливного бака с помощью топливного насоса 2 бензин подается в карбюратор 18 через бензиновый электромагнитный клапан 20. Клапаном можно управлять
дистанционно и вручную рукояткой, нижним или боковым вентилем (в зависимости от варианта исполнения). Ручным управлением пользуются при подкачке бензина в карбюратор рычагом топливного насоса в холодное время
года или после длительной стоянки автомобиля, а также при выходе из строя
электрической цепи газового оборудования. В этом случае рукоятку (или
вентиль) переводят в положение «Открыто». После подкачки бензина рукоятку (или вентиль) переводят в постоянное положение «Закрыто», иначе дви-
36
гатель будет работать и на бензине, и на газе одновременно даже при отключенном переключателе вида топлива, что недопустимо.
Принцип работы электрической системы газобаллонной установки следующий. В универсальной системе питания двигателя есть два электромагнитных клапана: клапан 20, отключающий подачу бензина при работе двигателя на газе, клапан 13, отключающий подачу газа при работе на бензине.
Переключатель вида топлива 9 установлен в удобном месте под панелью
приборов и соединен через замок зажигания 10 с электрической цепью катушки зажигания 3. Питание в электрическую цепь газового оборудования
подается только при включенном зажигании.
Переключатель 9 обеспечивает возможность работы двигателя на выбранном топливе и переход с одного вида топлива на другой без его остановки.
2.2.1.3 Система «Тартарини»
Схема соединения газовой аппаратуры итальянской фирмы «Тартарини»
представлена на рисунке 2.9. Базовая модель, предназначенная для работы на
сжиженном нефтяном газе, включает в себя герметичный баллон 8 для хранения, перевозки и использования на автомобиле запаса газового топлива. На
горловине баллона установлен блок запорно-предохранительной арматуры,
которая обеспечивает:
– заполнение баллона газом через наполнительный клапан и снижение
чрезмерного давления при наполнении баллона через предохранительный
клапан;
– ограничение автоматическим клапаном уровня наполнения баллона на
80%;
– предотвращение с помощью предохранительного клапана выброса газа
из баллона в случае аварийного обрыва газопровода высокого давления;
– выпуск газа из баллона с помощью разгрузочного клапана перед ремонтом или обслуживанием системы.
Блок запорно-предохранительной арматуры закрыт газонепроницаемой
прозрачной пластмассовой крышкой специальной конструкции, служащей для
вентиляции багажного отделения и удаления газа наружу в случае его утечки.
Для этой цели предусмотрены два вентиляционных гофрированных шланга 5 с
эжекторами 3, у сопел которых набегающий при движении автомобиля поток
воздуха создает разрежение. Блок арматуры содержит также топливомер стрелочного типа, фиксирующей данные о наличии газа в баллоне.
Заправочное устройство 2 с предохранительной пробкой и шариковым
клапаном вынесено за пределы багажного отделения автомобиля и соединено
с системой заправочной магистралью 4, представляющей собой трубопровод
диаметром 10 мм.
Газ из баллона по медному гибкому, защищенному хлорвиниловыми
трубками газопроводу 1 диаметром 6 или 8 мм поступает в электромагнитный газовый клапан 9, оснащенный фильтром, где очищается от механических примесей.
37
1 – магистральный гибкий газопровод высокого давления; 2 – выносное
заправочное устройство; 3 – вентиляционные эжекторы; 4 – заправочная
магистраль; 5 – гофрированные вентиляционные шланги; 6 – блок
запорно-предохранительной арматуры (мультиклапан);
7 – газонепроницаемый кожух; 8 – баллон для сжиженного газа; 9 – газовый
электромагнитный клапан с фильтром; 10 – гибкий газопровод высокого
давления; 11 – шланги подвода и отвода теплоносителя; 12 – редукториспаритель низкого давления (газоредуцирующий аппарат);
13 – газовый шланг низкого давления; 14 – дозатор; 15 – вакуумный шланг;
16 – газосмесительное устройство; 17 – бензиновый электромагнитный
клапан; 18 – топливный (бензиновый) насос; 19 – тройник
Рисунок 2.9 – Схема соединения газовой аппаратуры «Тартарини»
Магистральный газопровод на участке от баллона до отсека двигателя
расположен под днищем автомобиля. Он закреплен металлическими скобами
и зажимами таким образом, чтобы исключить трение об элементы конструкции автомобиля при его движении.
Чтобы газовые трубки 1 и 10 не повреждались в случае аварии, они не
должны находиться в напряженном состоянии. Для обеспечения этого условия предусмотрены компенсационные устройства – петли разгрузки, подобные спиральной пружине.
От электромагнитного газового клапана газопровод высокого давления
10 продолжен до редуктора-испарителя 12, то есть до места входа газа в дозирующую часть системы.
В редукторе жидкий газ испаряется за счет обогрева жидкостью из системы охлаждения двигателя, поступающей по шлангам 11 подвода и отвода
теплоносителя через тройники 19, а давление газа снижается до значений,
близких к атмосферному.
38
При пуске двигателя под действием разрежения во впускном коллекторе
двигателя газ из редуктора по упругому армированному шлангу 13 поступает
в дозатор 14, с помощью которого вручную регулируют количество газа, подаваемого затем в газосмесительное устройство 16, установленное на карбюратор. Включение подачи газа в газосмесительное устройство при пуске двигателя и ее отключение осуществляются клапаном, смонтированным в редукторе-испарителе. Клапан соединен с впускным коллектором двигателя резиновым вакуумным шлангом 15 и открывается под действием разрежения,
возникающего во впускном коллекторе во время пуска и работы двигателя.
После остановки двигателя и, следовательно, при отсутствии разрежения
клапан закрывается автоматически.
При установке бензинового электромагнитного клапана 17 отрезок трубопровода между ним и бензиновым насосом должен быть предельно коротким. Именно этому требованию должна соответствовать компоновка топливопроводов в отсеке двигателя. При работе на газе на этом участке должен
сохраняться постоянный уровень бензина, поддерживаемый насосом при
нормальном давлении 0,25–0,30 кг/см2 и необходимый для плавного (без
провала) перехода с газа на бензин.
2.2.1.4 Система «Виалле»
Газобаллонная установка легковых автомобилей для работы на СНГ
фирмы «Виалле» (Нидерланды) (рисунок 2.10) содержит газовый баллон 27,
снабженный соединительной панелью 26 с арматурой и сообщенный через
трубопровод с заправочным устройством 28. Через трубопровод 23 и электромагнитный газовый клапан 15 баллон сообщен с редуктором-испарителем 10.
Соединительная панель 26 оснащена электронным устройством 36, связанным электрической цепью с многоканальным разъемом 32, расходным вентилем 29, аварийным клапаном 30, датчиком 35 уровня газа в баллоне, поплавковым механизмом 34, электромагнитным наполнительным клапаном 31
и вентиляционным рукавом 33. Газовый редуктор-испаритель 10 снабжен
входным 12 и выходным 13 штуцерами и пусковым электромагнитным клапаном 15, связанным электрической цепью 14 с ЭБУ 16.
Газовый редуктор-испаритель 10 через трубопровод 8 и дозатор 9 газа
сообщен с газовым смесителем 7, размещенным перед карбюраторомсмесителем 6.
Блок управления 16 содержит клавиши наполнения 17, управления 18 и
контроля 19 расхода газа на режимах пуска и сообщен электрической цепью с
катушкой зажигания 25 и переключателем 22 вида топлива. Переключатель 22
снабжен клавишами 21 расхода бензина и 20 расхода газа и сообщен через
переключатель 24 с «массой» автомобиля.
Расходный вентиль 29 снабжен скоростным клапаном. Предохранительный клапан открывается автоматически при достижении давления 1,75 МПа.
Такое давление в реальных условиях эксплуатации достигается редко. Клапан 30 срабатывает в случае чрезвычайного подъема температуры.
39
Рисунок 2.10 – Схема системы питания СНГ фирмы «Виалле»
Датчик уровня газа 35 содержит жидкостный, контрольный и мембранный клапаны и при достижении ограниченного уровня газа в баллоне передает сигнал в электронную систему заправки.
Электронное устройство 36 представляет собой ЭБУ, позволяющий с
помощью датчика 35 заправку баллона в объеме 80%. Устройство включает
таймерную схему, обеспечивающую наполнение баллона в течение 10–15 минут после отключения зажигания.
Бензиновая система питания содержит бензиновый бак 1 с бензонасосом 2,
связанным через бензопровод 3 с электромагнитным клапаном 4 и поплавковой камерой 5. Общий принцип работы системы ГБО фирмы «Виалле» такой
же, как и у систем ранее рассмотренных.
40
2.2.1.5 Система «Ланди Хартог»
Система питания легковых автомобилей фирмы «Ланди Хартог» (Нидерланды) (рисунок 2.11) содержит газовый баллон 1 с расходно-наполнительным устройством 2, сообщенным через трубопровод 3 с газовым фильтром 4, а электромагнитный газовый клапан 5 соединен трубопроводом 6 с
газовым редуктором-испарителем 9.
Рисунок 2.11 – Схема системы питания ГСН фирмы «Ланди Хартог»
Теплоноситель поступает в газовый редуктор-испаритель 9 через входной
патрубок 8, а удаляется через выходной патрубок 7. Испаренный газ из редуктора-испарителя 9 по трубопроводу 10 поступает в газовый смеситель 13, размещенный между поплавковой 11 и смесительной камерами карбюратора.
Расходно-наполнительное устройство 2 содержит наполнительный вентиль 18, указатель 19 уровня газа, расходный вентиль 22, датчик 20 уровня
газа и вентиль 21.
Бензиновая система включает бензиновый бак 15, бензиновый электромагнитный клапан 14 и карбюратор-смеситель. Поплавковая камера 11 через
бензопровод 12 сообщена с электромагнитным бензиновым клапаном 14.
Принцип работы системы «Ланди Хартог» такой же, что и у ранее рассмотренных систем ГБО.
41
2.2.2 Механические и инжекторные системы
с электронным управлением
Газотопливные системы второго поколения представляют собой усовершенствованный вариант систем первого поколения. Благодаря управлению системами с помощью микропроцессорных устройств они имеют следующие преимущества:
– устойчивая работа двигателя на холостом ходу, точное и стабильное
дозирование газа;
– оптимальный состав горючей смеси на всех режимах работы двигателя.
В индустриально развитых странах был осуществлен переход от карбюраторных систем питания автомобильных двигателей к инжекторным механическим и электронным. В нашей стране также наложено производство автомобилей с системами впрыска бензина, что позволило повысить мощность
двигателй, снизить расход топлива и выброс вредных веществ. Появление на
российских дорогах усовершенствованных моделей отечественных автомобилей и огромного количества инжекторных иномарок как подержанных, так
и новых вызвало необходимость перехода к газобаллонному оборудованию
(ГБО) второго поколения, которое можно было бы устанавливать и на эти автомобили.
На автомобилях с инжекторной системой питания сохраняются те же
схемы установки газового оборудования и цепочка: заправочное устройство–
баллонная арматура–газовый баллон–магистральный запорный клапан–
газорегулирующая аппаратура (редуктор) – газосмесительное устройствосистема подогрева газа. Отличие системы – в управлении (электронным блоком, а не механическим способом) и наличии дополнительных устройств.
В автомобилях с инжекторной системой питания для подачи бензина
используется электрический насос, поэтому в системах с механическими
форсунками дополнительно устанавливают реле отключения топливного
насоса при переходе на газ. В системах, оснащенных электрическими форсунками, при переходе на газ отключается не насос, а форсунки. При этом
они замещаются эмуляторами – устройствами, имитирующими работу форсунок. Необходимость применения эмуляторов обусловлена тем, что электронный блок управления двигателем, не получая информации о срабатывании форсунок, отключает всю систему в целом (в том числе и цепь зажигания), предполагая, что произошло повреждение электрической цепи. Датчик
расхода воздуха защищают «хлопушкой», то есть устройством, предотвращающим повреждение датчика и воздушного фильтра при возможной обратной вспышке газа из впускной трубы. Дополнительно устанавливают датчики
количества газа, поступающего в двигатель, и подбирают подходящее газосмесительное устройство.
Электронная система управления ДВС с ГТС представляет собой совокупность аппаратных (механические узлы, электронные блоки) и программных средств (программы). Рассмотрим распространенную электронную систему управления ГТС.
42
Электронная схема двигателя с электронным управлением (рисунок 2.12)
включает ЭБУ 3; эмулятор 8 работы форсунок, сообщенный с блоком 9 форсунок, а через переключатель – с блоком управления; электробензонасос 2,
сообщенный через переключатель с блоком управления; электромагнитный
газовый клапан 1, сообщенный с переключателем 4; катушку зажигания 7,
сообщенную с ЭБУ 3 и переключателем 4. Переключатель зажигания сообщен
с блоком управления 3, замком зажигания 5 и аккумуляторной батареей 6.
Рисунок 2.12 – Электрическая схема двигателя с электронным управлением
Приводим наиболее часто встречающиеся термины и понятия, относящиеся к системам второго и третьего поколений газобаллонного оборудования.
Электронный блок управления (ЭБУ) – самонастраивающееся электронное устройство, управляющее подачей газа на автомобилях, оборудованных
лямбда-зондом и каталитическим нейтрализатором. Обеспечивает стехиометрический состав смеси на всех режимах работы двигателя. Кроме того,
ЭБУ автоматически закрывает запорные клапаны в случае аварийного повреждения газовой магистрали или при остановке двигателя.
Эмулятор – электронное устройство, имитирующее работу бензиновых
форсунок при переводе двигателя на газовое топливо.
Эффект «хлопка» – воспламенение рабочей смеси во впускной трубе
двигателя или в корпусе воздушного фильтра. Хлопок может возникнуть при
неисправности системы зажигания или при чрезмерном обеднении горючей
смеси на переходных режимах работы двигателя.
Предохранительный обратный клапан («хлопушка») – устройство, сбрасывающее излишнее давление во впускной трубе в момент хлопка газовоздушной смеси.
43
Стехиометрическое соотношение – это количественное соотношение
воздух-топливо, при котором коэффициент концентрации кислорода и газа
λ=1 (такая смесь называется нормальной), которая достигается при соотношении поданных в двигатель 16 частей воздуха и 1 части сжиженного нефтяного газа (16:1) или 17 частей воздуха и 1 части компримированного природного газа (17:1).
Управление с обратной связью – принцип управления системой (от отработавших газов – к составу смеси), при котором кислородный датчик определяет состав отработавших газов и на основании полученных от него данных ЭБУ поддерживает нормальный (λ=1) стехиометрический состав горючей смеси, поступающей в двигатель.
Управление без обратной связи – принцип управления системой, осуществляемый механически без контроля конечного результата процесса сгорания по составу отработавших газов.
Электрический дозатор газа – устройство, работающее по принципу
шагового электродвигателя. Изменение положения его поршня по сигналам
от ЭБУ обеспечивает оптимальный состав газовоздушной смеси, подаваемой
в цилиндры двигателя.
Окисляющий каталитический нейтрализатор – устройство, предназначенное для конечного окисления (дожигания) продуктов неполного сгорания
топлива. Обычно используется на автомобилях с двигателями, работающими
на обедненной горючей смеси.
Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор представляет собой
химический реактор с катализатором, содержащим благородные металлы
(платина, палладий, радий). Нейтрализатор окисляет (дожигает) продукты
неполного сгорания топлива – углеводороды (СН) и окись углерода (СО) и
восстанавливает чрезвычайно токсичные оксиды азота (NOX), разлагая их на
безвредные исходные составляющие. Каталитические нейтрализаторы, в которых одновременно идут обе химические реакции, называют бифункциональными. Полноценная работа бифункционального каталитического нейтрализатора возможна только при строго стехиометрическом составе горючей
смеси. Трехкомпонентный нейтрализатор обычно работает в системе с обратной связью, контролируемой лямбда-зондом (датчиком кислорода), но
иногда используется и в системах без обратной связи.
Лямбда-зонд – датчик содержания несгоревшего кислорода в отработавших газах. Устанавливается в системе выпуска перед каталитическим
нейтрализатором (обычно в приемной трубе). По информации от лямбдазонда электронный блок управления (ЭБУ) двигателем поддерживает стехиометрический состав горючей смеси.
Электронная система управления двигателем (ЭСУД) осуществляется
при наличии необходимой информации о работе двигателя, которую представляют датчики в виде электрических сигналов.
44
Входные и выходные сигналы и основные функции электронной системы
управления ДОС с ГТС.
Электронный блок управления представляет собой микропроцессорную
систему сбора и обработки данных:
– датчика положения распределительного вала (вход типа замыкание на
корпус);
– датчика скорости автомобиля (вход типа замыкание на корпус);
– датчика положения коленчатого вала (ВМТ коленчатого вала);
– датчика положения ключа зажигания (напряжение бортовой сети);
– запроса на включение кондиционера.
Основные функции электронной системы управления ДВС с ГТС:
– управление электромагнитными газовыми форсунками;
– управление углом опережения зажигания;
– управление регулятором дополнительного воздуха;
– управление электровентилятором;
– управление электромагнитной муфтой кондиционера;
– адаптивная настройка управления топливоподачей по сигналу с лямбда-зонда;
– адаптивная настройка угла опережения зажигания по сигналу с датчика детонации;
– резервное управление ДВС, в случае отказа некоторых датчиков и исполнительных механизмов;
– формирование и запоминание кодов неисправностей и включение
лампы (сигнала «МIL» в случае обнаружения ЭСУД неисправностей) и возможность индикации кодов неисправностей в виде мигающих кодов, либо
передачи их на сканер;
– вывод параметров системы на сканер.
Следует также отметить, что эта ЭСУД имеет возможность посредством
подключения ПК к ее последовательному СОМ порту (адаптеру ISO 9041)
через соответствующий диагностический разъем, с использованием при этом
соответствующей программы настройки, осуществления коррекции времени
накопления энергии в катушках зажигания, коррекции топливоподачи, а также записи и просмотра других параметров управления.
2.2.2.1 Система «САГА-6»
Система «САГА-6» обеспечивает работу на сжиженном нефтяном газе
(пропан-бутане) как карбюраторных двигателей внутреннего сгорания так и с
системой впрыска топлива. Ее можно установить на легковые и грузовые автомобили, а также автобусы отечественного и иностранного производства.
Аппаратура позволяет формировать оптимальный состав газовоздушной
смеси на всех режимах работы двигателя благодаря высокой точности редуцирования и регулирования давления газа на выходе редуктора-испарителя.
Это обеспечивает стабильность работы двигателя на холостом ходу, высокую
топливную экономичность и снижение токсичности отработавших газов.
45
Конструктивные особенности системы и высокое качество ее изготовления в производственных условиях авиационного завода обеспечивают безопасность, высокую надежность и простоту эксплуатации. Технический уровень системы соответствует международным требованиям ЕЭК ООН.
Система для инжекторного двигателя отличается газосмесительным
устройством, которое устанавливают на дроссельный узел. В общем виде
устройство представляет собой распылитель, выполненный по типу трубки
Вентури. Этот вариант предназначен для работы в инжекторной системе питания без обратной связи. Кроме того, как уже упоминалось, в систему
управления двигателем дополнительно подключаются эмуляторы или реле
отключения топливного насоса и «хлопушка».
В комплект газовой аппаратуры «САГА-6» (рисунок 2.13) входят редуктор-испаритель 1 электромагнитные клапаны отключения газа 3 и бензина 8,
отличающиеся от аналогичных элементов других систем повышенной
надежностью, уменьшенными током и напряжением срабатывания. Фильтры
клапанов рассчитаны на длительный срок эксплуатации без какого-либо обслуживания или замены.
1 – редуктор-испаритель; 2 – переключатель вида топлива и указатель уровня
газа в баллоне; 3 – газовый электромагнитный клапан;
4 – газонепроницаемый кожух; 5 – блок арматуры; 6 – газовый баллон;
7 – выносная заправочная горловина; 8 – бензиновый электромагнитный
клапан; 9 – газосмесительное устройство
Рисунок 2.13 – Схема соединения газовой аппаратуры «САГА-6»
46
Трехпозиционный переключатель 2, который может занимать три положения (газ–нейтральное положение–бензин), отвечает за подачу нужного вида топлива и контролирует его уровень в баллоне. Обычно его встраивают в
панель приборов автомобиля. Переключатель снабжен индикатором, который двумя светодиодами показывает выбранный вид топлива, а пятью светодиодами – уровень газа в баллоне. По мере расходования газа светодиоды по
порядку, один за другим гаснут – таким образом водитель может определять
уровень газа в баллоне и его резервный остаток.
Газовый баллон 6 с блоком арматуры 5 закрыт газонепроницаемым кожухом 4. Мультиклапан в блоке арматуры отличается простотой в эксплуатации. Один из расходно-наполнительных вентилей всегда находится в открытом положении.
Заполняют баллон, не открывая крышку багажного отделения, через выносную заправочную горловину 7, обеспечивающую ускоренную (за 2–3
мин) заправку газом. Вентиль для соединения паровой фазы газа в баллоне с
атмосферой позволяет заполнить баллон на 80% даже при отсутствии компрессора на заправочной станции.
Газосмесительное устройство 9 (в обиходе просто смеситель) устанавливают над карбюратором в полости воздушного фильтра или в воздушном
канале между двигателем и карбюратором. Смеситель вместе с редукторомиспарителем 1 формирует оптимальный состав газовоздушной смеси. Форма
и размеры смесителя подобраны так, чтобы он не влиял на показатели двигателя при его работе на бензине. Для разных марок карбюраторов и двигателей разработаны соответствующие модели смесителей.
В комплект оборудования входят также газопроводы, выполненные из
нержавеющей стали, шланги из специальной резины и крепежные детали.
В конструкции системы «САГА-6» устранены недостатки газобаллонной
аппаратуры других производителей. В частности, исключено попадание газа
в салон автомобиля, чем обеспечивается безопасность водителя и пассажиров. Достигается это следующим образом:
– традиционные резиновые уплотнительные кольца заменены латунными, обеспечивающими герметичность на весь эксплуатационный период;
– диафрагмы редуктора-испарителя повышенного качества разработаны
и произведены совместно с фирмой ЕFFBЕ (Франция);
– в газовой магистрали применены трубки из нержавеющей стали с заводской развальцовкой, гайки и ниппели «авиационной» конструкции;
– предусмотрено надежное разгрузочное устройство с вакуумным
управлением для предотвращения выхода газа в подкапотное пространство
после остановки двигателя;
– при повреждении диафрагмы первой ступени редуктора-испарителя
газ также не поступает в подкапотное пространство.
Кроме того, исключено попадание газа в систему охлаждения двигателя.
Все механические системы, которые выпускают сейчас другие фирмы,
созданы по карбюраторному принципу. Они включают системы пуска, холостого хода, экономайзер, дозатор и предназначены прежде всего для установки на автомобили с карбюраторными двигателями.
47
При разработке системы «САГА-6» было учтено, что главным параметром газа в отличие от бензина является давление. Поэтому была разработана
конструкция редуктора-испарителя с одной системой – подачи топлива, без
остальных систем, которыми оснащен карбюратор. Редуктор поддерживает
на выходе постоянное давление независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя и нагрузки. Этого оказалось вполне достаточно для работы
двигателя в любом режиме. Кроме того, отсутствие дополнительных систем
позволило повысить надежность конструкции, а самое главное, дало возможность устанавливать эту систему и на автомобили с инжекторными двигателями.
Для автомобилей, оборудованных инжекторными системами, созданы
разнообразные газосмесительные устройства, облегчающие их индивидуальный подбор для любой модели двигателя отечественного и иностранного
производства.
Сочетание редуктора «САГА-6» и специально подобранного смесителя
(трубка Вентури) обеспечивает подачу газовоздушной смеси, состав которой
близок к оптимальному на всех режимах работы двигателя.
По конструкции аппаратура «САГА-6» легко поддается электронной
коррекции и может работать с учетом сигналов лямбда-зонда при установке
на автомобиль каталитического нейтрализатора отработавших газов.
Дооборудование автомобилей газовой топливной системой и получение
российских сертификатов соответствия ГБО конкретным автомобилям следует производить в соответствии с техническими условиями, установленными Министерством транспорта РФ, ТУ 152–12–008–99 «Переоборудование
грузовых, легковых автомобилей и автобусов в газобаллонные для работы на
сжиженных нефтяных газах. Приемка на переоборудование и выпуск после
переоборудования. Испытания газобаллонных систем». Работы по переоборудованию нужно выполнять только в специализированных мастерских.
2.2.2.2 Система «Скиф»
Фирма «Скиф Сервис Газ» предлагает систему подачи газа для любого
автомобиля с инжекторным двигателем.
В типовой комплект газобаллонного оборудования, предназначенный
для установки, например на семейство вазовских «десяток» с каталитическим
нейтрализатором и лямбда-зондом, входят: газовый редуктор «Скиф-2Э»
собственной разработки с электромагнитным клапаном и комплектующими
производства итальянской фирмы «Тартарини»: электронный блок управления (ЭБУ); электрический дозатор газа с шаговым электродвигателем; электромагнитные форсунки и другие необходимые детали.
Функциональную связь всех перечисленных элементов на автомобиле
можно проследить на электрической схеме (рисунок 2.14) подключения газового оборудования к ЭБУ, оснащенному системой диагностики с обратной
связью.
48
1 – блок управления и диагностики; 2 – электрический дозатор газа
с шаговым электродвигателем; 3 – датчик положения дроссельной заслонки;
4 – датчик частоты вращения коленчатого вала; 5 – лямбда-зонд;
6 – аккумуляторная батарея; 7 – переключатель вида топлива;
8 – электромагнитный клапан редуктора; 9 – редуктор-испаритель
«Скиф-2Э»; 10 – газовый электромагнитный клапан; 11 – форсунки
Рисунок 2.14 – Электрическая схема подключения газового оборудования
системы «Скиф» к электронному блоку управления «Тартарини ТЕС-99»
Электронный блок управления 1 подает газ и регулирует его количество
на основе данных, поступающих от лямбда-зонда 5, датчика 3 положения
дроссельной заслонки и датчика 4 частоты вращения коленчатого вала двигателя.
Каждый цилиндр инжекторного двигателя снабжен форсункой (инжектором) с электромагнитным управлением, обеспечивающей дозированную
подачу бензина во впускную трубу перед впускным клапаном. Впрыск топлива согласован с частотой вращения коленчатого вала двигателя и объемом
проходящего воздуха, определяемым в данной системе по положению дроссельной заслонки (в других системах для этой цели могут применяться специальные расходомеры).
Для отключения подачи бензина при переходе на питание двигателя газом, как правило, отключают форсунки, реже – топливный насос. Отключать
топливный насос не рекомендуется, так как желательно, чтобы в системе
оставалось соответствующее давление бензина, что позволит без помех перейти с газа на бензин. Отключать насос следует только в системе с механическими форсунками.
Непосредственно отключать форсунки можно с помощью реле с нормально замкнутыми контактами, размыкающего общий провод питания форсунок, и с использованием эмулятора, имитирующего работу форсунки. По-
49
следний способ более предпочтителен, так как в некоторых системах управления двигателем электронный блок управления, не получая информации о
работе форсунок, отключает и систему зажигания. Эмулятор форсунок
(рисунок 2.15) при переходе на газ прерывает идущий от электронного блока
управления к форсунке сигнал, создавая при этом эквивалентную нагрузку в
цепи. При этом красный светодиод на корпусе эмулятора указывает на его
рабочий режим.
Рисунок 2.15 – Внешний вид
и схема подключения эмулятора
Рисунок 2.16 – Внешний вид и схема
подключения эмулятора форсунок
лямбда-зонда
Реле для отключения топливного насоса или эмуляторы форсунок выбирают в зависимости от марки автомобиля и конструкции его системы питания.
Поскольку при переводе двигателя с бензина на газ блок управления все
еще действует в режиме работы на бензине, при эксплуатации автомобилей,
оснащенных нейтрализатором отработавших газов и лямбда-зондом, возникают трудности, связанные с разницей показаний λ (коэффициент концентрации кислорода) при работе автомобиля на бензине и на газе. Следствием
несовпадения показаний может стать индикация ошибки блоком управления
и его переход на работу по аварийной программе, что, естественно, отрицательно скажется на общей работе системы. Чтобы избежать этого, достаточно
установить эмулятор лямбда-зонда (рисунок 2.16), который при работе на газе имитирует для блока управления сигнал, характерный для работы на бензине. При этом зеленый светодиод на корпусе эмулятора указывает на его рабочий режим, а красный – сигнализирует об оптимальности состава газовоздушной смеси.
50
2.2.2.3 Система «Vialle AMS»
Голландская фирма «Vialle Autogas Management Sistem» предлагает систему «Vialle» для установки на все марки легковых, малотоннажных автомобилей и микроавтобусов отечественного и иностранного производства с
двигателями рабочим объемом до 4,5 л, а также на грузовые автомобили и
автобусы с двигателями объемом до 10 л. Система обеспечивает работу на
сжиженном нефтяном газе.
В механической системе «Vialle», как и в описанной системе «САГА-6»,
топливо дозируется газоредуцирующим устройством и газосмесительной аппаратурой, однако, управляется система электронным блоком, благодаря чему были решены некоторые проблемы по дозировке.
Газобаллонное оборудование системы «Vialle» состоит в основном из
тех же элементов, что и механические системы с вакуумным управлением, но
дополнено рядом элементов, что повысило еѐ стоимость, по сравнению с
другими системами.
Схема соединения газовой аппаратуры «Vialle» представлена на рисунке 2.17. В отличие от привычной газобаллонной аппаратуры баллон 1 снабжен отдельным расходным клапаном без механического вентиля.
1 – газовый баллон с запорной арматурой; 2 – расходный клапан;
3 – газопровод высокого давления; 4 – электрический дозатор газа;
5 – редуктор-испаритель; 6 – клапан холостого хода; 7 – шланги подвода и
отвода теплоносителя; 8 – магистральный электромагнитный газовый клапан;
9 – воздушный фильтр; 10 – газосмесительное устройство; 11 – дроссельная
заслонка; 12 – переключатели; 13 – электронный блок управления;
14 – форсунка; 15 – цилиндр двигателя; 16 – лямбда-зонд;
17 – каталитический нейтрализатор; 18 – панель приборов;
19 – переключатель вида топлива с индикацией
Рисунок 2.17 – Схема соединения газовой аппаратуры системы «Viаlle AMS»
51
Выносное заправочное устройство присоединяют при помощи упругого
армированного шланга увеличенного диаметра, что значительно увеличивает
скорость заправки баллона.
Изменения коснулись и газоредуцирующей аппаратуры. Редукториспаритель 5 электрического типа оснащен автономной системой холостого
хода. Вместо пускового клапана, используемого в других системах, установлен электромагнитный клапан холостого хода 6. Магистральный электромагнитный клапан 8 вмонтирован непосредственно в корпус редуктора-испарителя. На выходе газа из редуктора установлен электрический дозатор 4, заменяющий обычный механический.
Общий принцип работы газобаллонного оборудования системы «Vialle»
тот же, что и у систем первого поколения.
При пуске холодного двигателя после установки переключателя вида
топлива в положение «Газ» и включения зажигания газ из баллона 1 по газопроводу высокого давления 3 при открытом магистральном клапане 8 поступает в полость первой ступени редуктора-испарителя 5 и испаряется в нем под
действием теплоносителя, поступающего по шлангам 7 из системы охлаждения двигателя. Уже в парообразной фазе газ под давлением 0,22–0,25 МПа из
полости первой ступени поступает в автономную систему холостого хода и
частично в полость второй ступени. Под действием разрежения во впускной
трубе двигателя газ из полости второй ступени проходит в электрический дозатор 4, управляемый двухполюсным шаговым электродвигателем.
Механическая часть дозатора представляет собой конусный клапан, соединенный резьбовым штоком с сердечником электродвигателя. Клапан расположен в канале, по которому газ низкого давления подается в газосмесительное устройство и далее во впускную трубу двигателя. По сигналам блока
управления изменяется положение клапана в канале и, следовательно, количество газовоздушной смеси, поступающей в двигатель. Дозатор остается в
фиксированном положении до прогрева лямбда-зонда 16. Состав смеси на
этом режиме блоком управления 13 не регулируется. После прогрева датчика
до рабочей температуры блок управления начинает работать в режиме обратной связи (от состава отработавших газов – к составу газовоздушной смеси).
По сигналам лямбда-зонда блок с помощью дозатора обеспечивает оптимальный (стехиометрический) состав газовоздушной смеси, при котором эффективность каталитического нейтрализатора 17 максимальна. Таким образом, электронный блок управления газотопливной системой на автомобилях
с инжекторными двигателями выполняет следующие функции:
– обеспечивает пуск двигателя на бензине с последующим автоматическим переходом на газ;
– автоматически переключает двигатель на питание бензином, перекрывая его подачу с помощью магистрального клапана 8, когда в баллоне кончается газ;
– регулирует состав газовоздушной смеси, приближая его к оптимальному (стехиометрическому), обеспечивающему λ=1;
– отключает питание форсунок при работе двигателя на газе;
52
– прерывает подачу газа при остановке двигателя;
– управляет установленным на панели приборов 18 светодиодным указателем вида применяемого топлива с индикацией объема заполнения баллона
газом и его резервного остатка.
«Газовую» электронику устанавливают на инжекторных автомобилях
без вмешательства в штатную электронику – ее лишь подключают к некоторым цепям.
2.2.2.4 Система «Landi Renzo»
Рассмотрим принцип действия автомобильной газотопливной системы
итальянской фирмы «Landi Renzo».
Газ, заправленный в баллон 10 (рисунок 2.18) через выносное заправочное устройство 12, выходит из баллона в жидком состоянии через мультиклапан 11, встроенный в блок арматуры, установленный на баллоне. По магистральному трубопроводу газ поступает в газовый электромагнитный клапан 4,
установленный в отсеке двигателя. Этот клапан подает газ в редукториспаритель 7 только при включенном зажигании и только тогда, когда переключатель вида топлива 2 находится в положении «Газ». Клапан снабжен
фильтром, очищающим газ от посторонних взвесей и загрязнений.
1 – эмулятор форсунок; 2 – переключатель вида топлива; 3 – электронный
блок управления; 4 – электромагнитный газовый клапан; 5 – газосмесительное устройство; 6 – электрический дозатор газа; 7 – редуктор-испаритель;
8 – лямбда-зонд; 9 – каталитический нейтрализатор; 10 – газовый баллон;
11 – мультиклапан; 12 – выносное заправочное устройство
Рисунок 2.18 – Схема установки на автомобиль газовой аппаратуры системы
«Landi Renzo»
Далее очищенный сжиженный газ при ступенчатом падении давления в
редукторе-испарителе переходит в газообразное состояние. Из редуктора ис-
53
паренный газ поступает в газосмесительное устройство 5 (смеситель), расположенное в воздуховоде перед дроссельной заслонкой и предназначенное для
приготовления газовоздушной смеси.
Количество газа, подаваемого в смеситель, изменяется в зависимости от
режима работы двигателя с помощью дозатора газа 6, установленного на выходе редуктора-испарителя. Управляет дозатором электронный блок 3, получающий информацию о составе отработавших газов и режиме работы двигателя от лямбда-зонда 8 и датчиков положения дроссельной заслонки и частоты вращения коленчатого вала. На основании этих данных блок управления
подает газ строго в количестве, необходимом для поддержания наилучшей
динамики автомобиля, минимально возможных расхода топлива и выброса
вредных веществ с отработавшими газами.
Во время работы двигателя на газе эмулятор 1 отключает форсунки, одновременно имитируя для блока управления двигателем сигнал об их работе.
Это сделано для того, чтобы блок управления не отключил систему зажигания, предположив неисправность цепи питания форсунок.
Внешний вид элементов системы «Landi Renzo» показан на рисунке
2.19. Электронный блок управления 1 обрабатывает сигналы от лямбдазонда, системы зажигания, датчика положения дроссельной заслонки и хранит в памяти значения напряжения на лямбда-зонде, соответствующие стехиометрическому составу смеси, который должен обеспечиваться при любом
режиме работы двигателя. Лямбда-зонд 8 постоянно контролирует состав отработавших газов в выпускном трубопроводе и постоянно посылает электронному блоку управления сигнал в виде переменного напряжения. Блок
проверяет правильность состава смеси, сравнивая сигнал со значениями, хранящимися в его памяти. Если есть различие, блок с помощью шагового электродвигателя перемещает его клапан в дозаторе газа, изменяя подачу нужным образом до тех пор, пока состав смеси не вернется к стехиометрическому значению (λ=1).
Дополнительная функция блока управления – эмуляция лямбда-зонда, то
есть имитация нормального сигнала этого датчика, предназначенного для работы на бензине, в режиме работы на газе.
Кроме того, электронный блок управления обеспечивает пуск двигателя
только на бензине, автоматически отключая подачу газа, а также дает возможность с помощью переключателя 2 в любой момент перейти на желаемый вид топлива без остановки двигателя.
Электрический дозатор газа 2 (рисунок 2.19) представляет собой устройство, совмещающее шаговый электродвигатель и линейный механический
запорный клапан. С помощью шагового электродвигателя электронный блок
управления перемещает клапан дозатора, изменяя нужным образом количество газа, подаваемого в смеситель.
Топливо нужного вида подается двухпозиционным переключателем 3 со
светодиодной индикацией, показывающей используемый вид топлива и уровень сжиженного газа в баллоне.
54
Эмулятор 4 отключения форсунок во время работы двигателя на газе перекрывает подачу бензина и имитирует для основного блока управления двигателем работу форсунок. Он подключается к системе специальным кабелем.
Модель эмулятора для каждого автомобиля подбирают в зависимости от
установленной на нем системы впрыска до 3 л.
1 – электронный блок управления LCS-A/1; 2 – электрический дозатор газа;
3 – двухпозиционный переключатель вида топлива с указателем уровня газа
в баллоне; 4 – эмулятор отключения форсунок с соединительным кабелем;
5 – газовый электромагнитный клапан; 6 – газосмесительные устройства для
приготовления топливовоздушной смеси
Рисунок 2.19 – Основные элементы системы «Landi Renzo»
Газосмесительные устройства 6 – это пневматические устройства, в которых используется эффект трубки Вентури. Они обеспечивают пропорциональное смешивание воздуха с газом как в установившемся, так и в переходных режимах. Для каждого конкретного двигателя разработан свой смеситель таким образом, чтобы вместе с редуктором и электронным блоком
управления он был оптимален для работы на газе и не оказывал заметного
влияния при работе на бензине.
Газовый электромагнитный клапан 5, расположенный между баллоном и
редуктором-испарителем – это устройство, перекрывающее подачу газа при
работе на бензине и при выключении зажигания. Он совмещен с газовым
фильтром и в данной системе изготавливаются в нормальном и увеличенном
исполнении.
2.2.2.5 Система «ЭКОГАЗ»
Система «ЭКОГАЗ» обеспечивает работу на сжиженном нефтяном газе
автомобилей с карбюраторными двигателями рабочим объемом до 3 л. Основной элемент системы – редуктор-испаритель «PEGAS» также представляет собой оригинальную разработку. Кроме него в системе могут быть ис-
55
пользованы редукторы-испарители «LOGAS» (Италия) и «GMS-90Е» (Голландия).
Отличительные особенности системы «ЭКОГАЗ»:
– надежный пуск на газовом топливе как холодного, так и прогретого
двигателя;
– стабильная частота вращения коленчатого вала двигателя при работе
на холостом ходу в режиме прогрева и при рабочей температуре;
– высокая чувствительность газового редуктора, оснащенного сервоприводом клапана второй ступени, обеспечивающая «беспровальный» переход
от минимальной частоты вращения холостого хода к нагрузочным режимам и
динамичный разгон при любом типе газосмесительного устройства, делает
возможным использование аппаратуры на автомобилях с инжекторными системами питания без ухудшения характеристик двигателя при работе на бензине;
– стабильные, отвечающие современным требованиям, рабочие параметры и характеристики независимо от состава газового топлива и температуры окружающего воздуха (погодных условий);
– высокий уровень безопасности обеспечен применением ЭБУ электронного блока управления газовыми электромагнитными клапанами, собранными из современных электронных компонентов.
Основные элементы системы – электронный блок управления, редукториспаритель «PEGAS» представляют собой собственные разработки, сконструированные с учетом достоинств аналогов лучших зарубежных фирм.
Средняя наработка темы до отказа – не менее 10000 км пробега автомобиля. Срок службы системы – не менее 10 лет. Срок службы резинотехнических изделий – не менее 2 лет или не менее 30000 км пробега автомобиля.
Система может поставляться в различной комплектации. На рисунке 2.20
приведена комбинированная схема, общая для различных вариантов комплектации.
Принцип работы системы «ЭКОГАЗ» общепринятый для аналогичных
газотопливных систем. Запас сжиженного нефтяного газа хранится в газовом
баллоне 2, который заполняется газом через выносное заправочное устройство 1 и (или) наполнительный вентиль 6 блока арматуры 4. Через расходный
вентиль 5 газ поступает в подкапотное пространство к магистральному электромагнитному газовому клапану 16, совмещенному с фильтром, очищающим
газ от механических примесей, и затем поступает в редуктор-испаритель 7.
В редукторе-испарителе происходит испарение газа со снижением давления
до значения, близкого к атмосферному давлению. Для испарения газа в редукторе-испарителе в качестве теплоносителя используется жидкость из системы охлаждения двигателя, подводимая по резинотканевым шлангам. Из
редуктора-испарителя газ в парообразном состоянии поступает в карбюратор-смеситель 9 (карбюратор, оснащенный дополнительным устройством –
смесителем газа). В карбюраторе-смесителе происходит приготовление газовоздушной горючей смеси для подачи в цилиндры двигателя.
56
1 – выносное заправочное устройство; 2 – газовый баллон; 3 – контрольнопредохранительное устройство (вентиль контроля наполнения и предохранительный клапан); 4 – блок контрольно-запорной арматуры; 5 – расходный
вентиль; 6 – наполнительный вентиль; 7 – редуктор-испаритель;
8 – электромагнитный бензиновый клапан; 9 – карбюратор-смеситель;
10 – винт регулировки подачи газа на режиме максимальной мощности;
11 – винт регулировки подачи газа на режиме частичных нагрузок;
12 – тройник-делитель; 13 – катушка зажигания; 14 – винт регулировки
подачи газа на режиме холостого хода; 15 – электронный блок управления;
16 – электромагнитный газовый клапан; 17 – переключатель вида топлива
Рисунок 2.20 – Схема соединения газовой системы «ЭКОГАЗ»
Состав и количество газовоздушной смеси изменяются автоматически в
зависимости от нагрузки и режима работы двигателя. Поток воздуха, проходящий через диффузоры карбюратора-смесителя, создает в газовом трубопроводе, соединенном с редуктором-испарителем, разрежение, пропорциональное расходу воздуха. При необходимости количество газа, поступающего в смеситель (обеднение смеси при частичных нагрузках и обогащение при
полной нагрузке), дополнительно корректируют при помощи дозирующего
экономайзерного устройства или регулировочных винтов 10 и 11, дросселирующих проходные сечения газовых каналов смесителя.
При работе на газе подачу бензина прекращает магистральный электромагнитный бензиновый клапан 8, установленный в бензопроводе между бензонасосом и карбюратором.
Управляют электромагнитными клапанами электронный блок управления 15, размещенный в отсеке двигателя, и переключатель вида топлива 17,
устанавливаемый обычно на панели приборов.
57
Электронный блок управления обеспечивает дозированное предпусковое открытие газовых клапанов перед пуском двигателя на газовом топливе и
поддерживает их открытое состояние при дальнейшей работе на нем. В случае остановки двигателя, независимо от ее причины, электронный блок автоматически закрывает газовые клапаны.
2.2.2.6 Система «Хопт»
Фирма «Хопт» (Германия) специализируется на выпуске газовой аппаратуры для работы карбюраторных двигателей и двигателей с системой
впрыскивания с искровым зажиганием. В комплект газового оборудования
входит испаритель-редуктор, электромагнитный бензиновый и газовый клапаны, газовая форсунка и электронный блок управления. Переоборудованные
бензиновые двигатели могут полноценно работать как на газе, так и на бензине.
Газовая система питания легковых автомобилей фирмы «Хопт» с электронным управлением (рисунок 3.21) содержит выносное заправочное
устройство 5, отсечной электромагнитный газовый клапан 4, газовый баллон
2 и одноступенчатый редуктор-испаритель 15. Испарительная полость редуктора-испарителя через трубопроводы подвода 6 и отвода 16 теплоносителя
сообщена с системой охлаждения двигателя. Газовый баллон, размещенный в
багажнике автомобиля, снабжен блоком арматуры с датчиком 3 уровня газа.
При достижении 80%-ого уровня газа датчик включает заправочный отсечной электромагнитный клапан 7 и прекращает заправку баллона.
Рисунок 2.21 – Схема системы питания газом с электронным управлением
фирмы «Хопт»
Испаритель 14 газа содержит теплообменник, а также отсечной и регулирующий клапаны, управляемые с помощью ЭБУ 17. Температура теплоносителя (охлаждающей жидкости) поддерживается постоянной с помощью
58
термостатического регулирования. В задачи системы регулирования входят
ограничение выходного давления 35 кПа и прекращение подачи газа при отключении зажигания в режиме принудительного холостого хода. В зависимости от нагрузки двигателя выходное давление газа может изменяться от
20 до 90 кПа. В случае применения КПГ изменяют настройку редуктораиспарителя.
2.2.3 Системы впрыска газа
Газовые системы питания могут оснащаться так называемыми инжекторными системами подачи газа.
В отличие от рассмотренных ранее инжекционнных устройств – редуктор низкого давления, которыми газ подается при давлении, близком к атмосферному, в полость карбюратора над дроссельной заслонкой, а инжекторные устройства подают газ во впускной коллектор под значительно большим
давлением (0,1…0,2 МПа). Дозирование газа осуществляется за счет изменения времени возвратно-поступательного движения специального газового
клапана инжектора (производное от английского глагола «to inject» – впрыскивать, в русском языке определяется как форсунка).
По принципу управления подачей газа инжекторные системы подачи газа аналогичны системам впрыска бензина. Инжекторные системы могут
устанавливаться как на карбюраторные, так и на инжекторные бензиновые
автомобили.
Преимуществом газовых инжекторных систем являются их значительно
меньшие габаритные размеры, хорошие топливная экономичность, динамика
и экологические показатели.
2.2.3.1 Система «IGS»
Система «IGS» с впрыском газа – новая разработка итальянской фирмы
«Landi Renzo» – отличается пониженным расходом газа по сравнению с системами предыдущих поколений. Ее без особых затруднений можно смонтировать на автомобили с инжекторными двигателями. Кроме того, при использовании такой системы динамические характеристики автомобиля при
работе на газе максимально приближаются к тем же параметрам автомобиля,
работающего на бензине. По принципу подачи газа система «IGS» наиболее
близка к современным бензиновым системам.
Система постоянного впрыска газа в испаренной фазе обеспечивает эффективную подачу топлива, контролирует смесеобразование и тем самым оптимизирует расход газа на всех режимах работы двигателя. Все ее элементы
адаптированы для совместной работы с современными бензиновыми системами питания. Базой для определения блоком управления точного количества
газа, который через распределитель и специальные газовые форсунки подается
непосредственно к впускному клапану каждого цилиндра, служат частота
вращения коленчатого вала и абсолютное давление во впускной трубе.
59
Система «IGS» – самообучающаяся система, которая отслеживает, запоминает и контролирует различные параметры двигателя без внешних регулировочных устройств.
Газ поступает из баллона в редуктор-испаритель 5, оснащенный датчиком температуры теплоносителя, определяющим момент переключения питания двигателя с бензина на газ (рисунок 2.22), который и устанавливает величину давления газа в зависимости от величины разрежения во впускной
трубе. Далее газ поступает в дозирующий узел 3, который по сигналу электронного блока управления 2 мгновенно определяет и выдает необходимое
для двигателя количество газа, поступающего затем к распределителю 4.
1 – переключатель вида топлива с указателем уровня газа в баллоне;
2 – электронный блок управления; 3 – дозирующий узел; 4 – распределитель;
5 – редуктор-испаритель
Рисунок 2.22 – Расположение элементов системы IGS на автомобиле
Распределитель не только разделяет поток газа по цилиндрам, но и поддерживает на постоянном уровне его оптимальное давление в участке системы после дозирующего узла. При увеличении нагрузки на двигатель редуктор увеличивает давление газа на входе в дозирующий узел, чтобы гарантированно обеспечить подачу требуемого на этом режиме объема газа, в то
время как на выходе из дозатора давление остается неизменным.
2.2.3.2 Система «MEGI»
Голландская компания «KOLTEC» разработала систему впрыска сжиженного нефтяного газа «MEGI» (Multipoint Electronic Gas injection). Схема
соединений элементов системы показана на рисунке 2.23.
В этой системе газ подается через форсунки, расположенные в непосредственной близости от впускных клапанов, в отличие от предыдущих систем первого и второго поколений, в которых газ смешивается с воздухом в
60
смесителе находящемся в воздушном тракте. Таким образом до минимума
снижена возможность нежелательного явления – заполнения впускной трубы
и дроссельного узла взрывоопасной газовоздушной смесью, что в системах
предыдущих поколении являлось основной причиной хлопка при неисправности в системе зажигания.
Система «MEGI» в отличие от прочих обеспечивает лучшие динамические характеристики автомобиля и пониженный расход газа. Подача газа
(впрыск) осуществляется в испаренном виде.
1 – электронный блок управления; 2 – диагностический разъем; 3 – переключатель вида топлива; 4 – блок реле; 5 – электрический дозатор с шаговым
электродвигателем; 6 – датчик абсолютного давления во впускной трубе;
7 – редуктор-испаритель; 8 – электромагнитный газовый клапан;
9 – блок-распределитель газа; 10 – датчик положения дроссельной заслонки
(штатный); 11 – впускная труба; 12 – датчик частоты вращения коленчатого
вала двигателя (штатный); 13 – лямбда-зонд (штатный); 14 – выпускной
коллектор; 15 – механические форсунки (инжекторы)
Рисунок 2.23 – Схема соединений газовой аппаратуры системы MEGI
Основные достоинства системы «MEGI»:
– выброс вредных веществ не превышает допустимого уровня токсичности отработавших газов по нормам ЕВРО-3;
– отсутствие эффекта хлопка;
– точное дозирование газа;
– высокая надежность и экономичность.
Блок-распределитель газа 9, оснащенный дозатором 5 с шаговым электродвигателем, управляется ЭБУ и обеспечивает подачу газа во впускную
трубу двигателя через форсунки, установленные непосредственно у впускных клапанов. Для поддержания стехиометрического состава газовоздушной
61
смеси (16:1) по сигналам ЭБУ шаговый электродвигатель дозатора соответствующим образом изменяет проходное сечение его клапана.
Датчик абсолютного давления 6 во впускной трубе предоставляет ЭБУ
одну из составляющих информации о расходе воздуха и служит для регулирования блоком угла опережения зажигания по нагрузочной характеристике.
Датчик установлен в моторном отсеке и соединен с впускной трубой резиновой трубкой. Он представляет собой вакуумную камеру, одна из стенок которой выполнена в виде упругой мембраны. Мембрана кинематически связана
с пьезоэлементом, вырабатывающим электрический потенциал при механическом воздействии. Выходное напряжение датчика изменяется в зависимости от давления во впускной трубе от 4,9 В (при полностью открытой дроссельной заслонке) до 0,3 В (при закрытой заслонке). При неработающем двигателе ЭБУ по напряжению датчика определяет атмосферное давление и
адаптирует параметры регулирования впрыска к конкретной высоте над
уровнем моря. Значения атмосферного давления, хранящиеся в памяти периодически обновляются при равномерном движении автомобиля и во время
полного открытия дроссельной заслонки.
Редуктор-испаритель 7 предназначен для снижения давления газа до необходимого значения и для преобразования его жидкой фазы в газообразную.
Надежное испарение обеспечивается за счет обогрева редуктора жидкостью
из системы охлаждения двигателя (теплоносителем), независимо от положения клапана термостата последнего.
Электромагнитный газовый клапан 8 объединен с фильтром тонкой
очистки. Необходимость замены фильтрующего элемента зависит от степени
его загрязнения. Как правило, фильтрующий элемент заменяют после 30 тыс.
км пробега.
Форсунка механическая (инжектор) 15 подает газ во впускную трубу
двигателя как можно ближе к впускному клапану. Форсунка диафрагменного
типа работает в пассивном режиме, т.е. не управляется ЭБУ. Она поддерживает избыточное давление в магистрали подвода газа от блокараспределителя к форсунке.
Сжиженный нефтяной газ под давлением 1,6 МПа из баллона по газопроводу высокого давления поступает в электромагнитный запорный газовый клапан 8 с фильтром, установленный на двухступенчатом редуктореиспарителе 7. Затем газ поступает в первую ступень редуктора. В полости
первой ступени происходит снижение давления газа до 0,2 МПа с одновременным переходом газа из жидкого состояния в парообразное. В полости
второй ступени завершается переход газа в парообразное состояние и на выходе из нее создается рабочее давление. Для обеспечения испарения газа и
компенсации при этом тепловых потерь в редуктор подается жидкость из системы охлаждения двигателя, которая циркулирует в специальной полости,
выполненной в виде теплообменника.
Блок-распределитель газа 9 с помощью дозатора 5, оснащенного шаговым электродвигателем, подает к каждому цилиндру двигателя равные порции испаренного газа. Через механические форсунки (инжекторы) 15 газ поступает во впускную трубу 11 непосредственно в зону перед впускными клапанами каждого цилиндра.
62
Пуск двигателя автоматически происходит на бензине, даже если переключатель вида топлива 3 находится в положении «Газ». Затем система
плавно переводится на питание газом.
В электронный блок управления (ЭБУ) 1 от штатных датчиков системы
управления двигателем поступает следующая информация:
– частота вращения коленчатого вала двигателя (датчик 12);
– положение дроссельной заслонки (датчик 10);
– концентрация кислорода в отработавших газах (датчик 13).
Абсолютное давление во впускной трубе и температуру жидкости, поступающей в редуктор-испаритель, контролируют датчик 6 и датчик температуры, установленный на редукторе.
ЭБУ считывает информацию от датчиков и в соответствии с поступающими сигналами приводит в действие исполнительный механизм (шаговый
электродвигатель), управляющий дозатором.
В результате такой коррекции двигатель при любом режиме работает на
газовоздушной смеси оптимального состава, что не только повышает топливную экономичность, но и снижает количество токсичных веществ в отработавших газах.
ЭБУ может работать в двух основных режимах – без обратной связи и с
обратной связью.
Состав и количество газовоздушной смеси изменяются автоматически в
зависимости от нагрузки и режима работы двигателя. Поток воздуха, проходящий через диффузоры карбюратора-смесителя, создает в газовом трубопроводе, соединенном с редуктором-испарителем, разрежение, пропорциональное расходу воздуха. При необходимости количество газа, поступающего в смеситель (обеднение смеси при частичных нагрузках и обогащение при
полной нагрузке), дополнительно корректируют при помощи дозирующего
экономайзерного устройства или регулировочных винтов 10 и 11, дросселирующих проходные сечения газовых каналов смесителя.
При работе на газе подачу бензина прекращает магистральный электромагнитный бензиновый клапан 8, установленный в бензопроводе между бензонасосом и карбюратором.
Управляют электромагнитными клапанами электронный блок управления 15, размещенный в отсеке двигателя, и переключатель вида топлива 17,
устанавливаемый обычно на панели приборов.
2.2.3.3 Семейство систем «GIG»
Фирма ООО «ГИГ Инжиниринг» разработала и организовала серийное
производство и продажу семейства газобаллонных систем «GIG-III», «GIGIII-Satellite», «GIG-IIIDL-Satellite (DLS)» и «GIG-IV-Satellite».
При реализации проекта особо следует отметить разработку и серийное
производство быстродействующего газового инжектора, имеющего линейную характеристику и малую зону нечувствительности. Максимальная частота работы инжектора 350 Гц недоступна для других газовых инжекторов в
63
мире. Большое быстродействие разработанного инжектора позволило при создании нефазированных распределенных систем впрыска газового топлива
использовать один или два инжектора, вместо четырех или восьми.
Впервые в мире разработан и налажено серийное производство одноступенчатого газового дифференциального редуктора, который имеет две
управляющие мембраны, что позволило учесть отличие свойств газообразного, топлива в сравнении с жидким.
В основе разработанного семейства газобаллонных систем используются
возможности и достоинства разработанных инжекторов и дифференциального редуктора.
Система «GIG-III» реализует распределенный нефазированный (одновременный) впрыск газового топлива и может устанавливаться как на карбюраторные, так и на инжекторные автомобили, у которых отсутствует датчик
кислорода (λ-зонд). При установке системы «GIG-III» на карбюраторные автомобили, автомобиль становится инжекторным во время работы на газе и
его экологические и мощностные характеристики улучшаются. Для карбюраторных автомобилей, впускной коллектор которых имеет специфические
особенности, например, карбюраторные передневедущие «Жигули», реализация распределенного нефазированного впрыска газа невозможна; возможна
реализация одноточечного впрыска с подачей топлива под карбюратор (моновпрыск во впускной коллектор).
При установке системы «GIG-III» на инжекторный автомобиль с реализацией распределенного нефазированного впрыска, гарантируется работа
двигателя без «обратных хлопков», которые присутствуют при установке на
инжекторный автомобиль обычных эжекционных газобаллонных систем.
Наличие «хлопков» двигателя свидетельствует об исключительно плохом дозировании топлива, непригодности обычных эжекционных газобаллонных
систем для установки на инжекторные автомобили.
Благодаря большому быстродействию инжектора в системе «GIG-III»
устанавливается всего лишь один или два инжектора (рисунок 2.24), которые
обеспечивают дозированную подачу газа на каждом такте работы двигателя.
Рисунок 2.24 – Инжекторные системы «GIG-III»
64
Системы «GIG-III-Satellite» и «GIG-IIIDL-Satellite» реализуют попарнопараллельное дозирование топлива и предназначены для установки на автомобили с инжекторными бензиновыми двигателями, которые могут быть
снабжены штатным датчиком кислорода (λ-зонд). Обе системы могут реализовать и распределенный нефазированный впрыск газового топлива.
Блок управления системы «GIG-IIIDLS» отличается тем, что содержит
встроенный эмулятор бензиновых инжекторов и может устанавливаться на
автомобили (до шести цилиндров) с развитой системой диагностики, при
этом установка каких-либо дополнительных эмуляторов не требуется. Регулировка, контроль параметров и активация – деактивация функций системы
«GIG-IIIDLS» осуществляются с помощи комплекта специального программного обеспечения, устанавливаемого на IВМ-совместимый персональный компьютер и кабеля-адаптера.
Блок управления системы «GIG-III-Satellite» не содержит встроенных
эмуляторов бензиновых инжекторов и монтаж этой системы рассчитан на автомобили без развитой диагностики. Блок управления «GIG-III-Satellite» не
имеет возможности подключения к персональному компьютеру, поэтому регулировка, контроль параметров и активация – деактивация функций системы осуществляются с помощью развитого, но простого в обращении, встроенного в программу управления блока меню. Следует отметить, что блоки
управления или контроллеры управления системами впрыска газового топлива «GIG», в обозначениях которых используется аббревиатура «Satellite»
(в том числе «GIG-III-Satellite» и «GIG-IIIDLS»), для расчета длительности
впрыска газа могут использовать информацию о длительности впрыска бензина, рассчитанную штатным бензиновым компьютером и считываемую со
штатных бензиновых форсунок при работе на газовом топливе (серия «Satellite» для блоков управления и контроллеров). Этот подход к принципу построения газобаллонной системы обеспечивает использование всей периферии датчиков и исполнительных устройств штатных систем бензинового автомобиля, что позволяет получать максимально возможные показатели по
экологии, мощности и стабильности работы автомобиля на газовом топливе.
Система «GIG-IV-Satellite» реализует распределенный фазированный
впрыск газового топлива. Контроллер управления системы «GIG-IV-Satellite»
содержит встроенный эмулятор бензиновых инжекторов и может устанавливаться на автомобили со сложной системой диагностики и обеспечивать современные требования экологии по выбросам вредных веществ. Регулировка,
контроль параметров и активация – деактивация функций системы «GIG-IVSatellite» осуществляются с помощью комплекта специального программного
обеспечения, устанавливаемого на IВМ-совместимый персональный компьютер и кабеля-адаптера. Для реализации распределенного фазированного
впрыска число инжекторов должно быть равно числу цилиндров двигателя.
При этом для дозирования топлива газовые инжекторы открываются по очереди в соответствии с фазами открытия впускных клапанов и количество
срабатываний каждого газового инжектора становится меньше (в пересчете
на 1 км пробега по отношению к системам нефазированного и попарно-
65
параллельного впрыска), что приводит к увеличению пробега автомобиля без
ремонта газовой системы. В результате ресурс системы «GIG-IV-Satellite»
для 4-цилиндрового двигателя составляет 150 тыс. км, для 8-цилиндрового
двигателя – 250 тыс. км пробега на газовом топливе.
В странах западной Европы до настоящего времени распространены инжекторные бензиновые автомобили с моновпрыском и попарно-параллельным впрыском бензина. Однако в этих странах отсутствуют (по крайней мере, отсутствуют на российском рынке) газобаллонные системы, реализующие
моно- или распределенный нефазированный впрыск газа, отсутствуют инжекторные газобаллонные системы, пригодные для установки на карбюраторные автомобили, т.е. отсутствуют газобаллонные инжекторные системы,
аналогичные системам «GIG-III», «GIG-III-Satellite» и «GIG-IIIDLS». Установка же газобаллонной системы с фазированным впрыском, которая снабжена небыстродействующими инжекторами, на инжекторный автомобиль с
моновпрыском или попарно-параллельным впрыском бензина экономически
невыгодна, а порой и технически невозможна.
Системы с распределенным фазированным впрыском газа обеспечивают
выполнение норм токсичности Евро-3 и Евро-4, однако, они существенно более сложны и более дороги. Показатель критерия качество/цена оказывается
у систем с распределенным нефазированным или попарно-параллельным
впрыском газового топлива значительно выше аналогичного показателя систем с распределенным фазированным впрыском газа. Для современных и
перспективных автомобилей, с целью обеспечения требований Евро-3 или
Евро-4, может устанавливаться система «GIG-III-Satellite».
Использование газовых инжекторных систем «010» позволяет улучшить
эксплуатационные показатели при работе автомобиля на газовом топливе, а
именно:
– резко уменьшить уровень выбросов токсичных веществ в атмосферу и
обеспечить нормы токсичности ЕВРО-2, ЕВРО-3 и ЕВРО-4;
– улучшить мощностные и динамические характеристики автомобиля;
– оптимизировать и уменьшить общий расход газового топлива;
– увеличить пробег автомобиля, что особенно актуально при использовании метана;
– полностью исключить «обратные хлопки» у инжекторных бензиновых
автомобилей, что особенно актуально у двигателей с впускным коллектором
из пластика;
– исключить необходимость подстройки ГБА при загрязнении воздушного фильтра;
– исключить необходимость слива дурно пахнущего конденсата;
– значительно увеличить пробег автомобиля без обслуживания газовой
системы за счет специального программного обеспечения с элементами статистического самообучения, примененного в микропроцессорном блоке
управления.
Принятая Правительством РФ «Концепция развития автомобильной
промышленности на период до 2025 года» предусматривает полный переход
66
на выпуск автомототехники, соответствующей требованиям токсичности Евро-5. Это значит, что судьба газобаллонных ижекторных систем предрешена,
также как и судьба карбюраторных бензиновых топливных систем. Они будут заменены инжекторными.
2.2.3.4 Система «ОМЕGАS»
Система распределенного впрыска «ОМЕGАS» итальянской компании
«LANDI RENZO» по праву считается одним из крупнейших мировых производителей газотопливных систем, относится к газотопливным системам
(ГТС) последнего поколения, предназначенным для переоборудования современных инжекторных автомобилей с системой самодиагностики ОВО и
нормами токсичности ЕВРО-3, ЕВРО-4. ГТС работает по принципу последовательного впрыска, что предполагает подачу необходимого количества газа
к каждому цилиндру через отдельную форсунку. ГТС использует сигнал
впрыска бензина для определения корректного режима подачи газа.
В нормальных условиях двигатель всегда запускается на бензине. При
работающем двигателе и переключателе в положении «газ» электронный модуль управления ГТС определяет наличие условий переключения на газ.
Блокирующие газовые клапаны (на баллоне и магистральный) открываются при достижении двигателем минимальной требуемой температуры.
Сжиженный газ, поступающий из баллона, испаряется в двухступенчатом редукторе-испарителе, из которого газ поступает под давлением на 1 бар выше
атмосферного. Затем газ проходит через фильтр в блок газовых форсунок.
Когда все параметры, нужные для переключения на газ, достигнуты (это
касается минимального числа оборотов двигателя, при нажатой или отпускаемой педали газа), система переключается на газ. В этот момент бензиновые
инжектора отсекаются и газовый блок управления начинает управлять газовыми инжекторами.
Блок управления газовых форсунок считывает отдельно сигнал каждого
бензинового инжектора и переводит его в сигнал для газового инжектора, что
означает, что для каждого цилиндра управление газовой форсункой осуществляется отдельно.
Инжектор дозирует объем газа, поступающий в двигатель (через отверстие в форсунке газ попадает во впускной коллектор). Так как газ и бензин отличаются по своим характеристикам, форсунки имеют также различные параметры, то сигнал, управляющий газовыми форсунками, корректируется тремя
факторами: температурой газа, давлением в рейке форсунок и температурой
тосола в системе охлаждения (от которой зависит температура редуктора).
На схеме показаны основные узлы системы «ОМЕСАS» и принцип их
взаимодействия со штатной (бензиновой) системой (рисунок 2.25).
Кроме управления газовыми форсунками, блок управления Landi Renzo
Omegas также контролирует переключение с бензина на газ и наоборот, и индикацию уровня газа (при наличии сенсора на мультиклапане). Например,
когда заканчивается газ в баллоне, блок управления автоматически переклю-
67
чает систему на бензин и подает звуковой сигнал для водителя. Когда отключено зажигание, или двигатель глохнет, газовый клапан закрывается, и система возвращается в режим питания на бензине. В процессе установки и в
ходе ремонта можно вынести на экран параметры функционирования системы и провести диагностику, присоединив компьютер к блоку управления
Landi Renzo Omegas.
Рисунок 2.25 – Принципиальная схема соединения элементов системы
«ОМЕСАS»
Компания «LANDI RENZO» начала продажу недорогих систем на базе
электроприводного редуктора ЕС 04. Все гениальное просто – в редукторе
использована проверенная десятилетиями схема двухступенчатого редуцирования без излишеств.
Редуктор ЕС 04 отлично подходит для переоборудования отечественных
инжекторных автомобилей (ВАЗ, ГАЗ) и иномарок до 2–2,5 л.
Преимущества редуктора ЕС 04. Суперкомпактные размеры
165×120×80 мм, вес 1070 г.
Производительность 19,2 кг/час, давление в первой ступени 0,6 бар.
Центральный винт крепления позволяет легко закрепить редуктор под
капотом.
Формованная диафрагма позволяет увеличить ход клапана и, соответственно, объем газа. Таким образом, редуктор обеспечивает работу двигателей с объемом до 2,5 л мощностью до 150 лс.
68
2.2.3.5 Система «Вебер»
Газобаллонная аппаратура с электронным управлением легковых автомобилей для работы в СНГ фирмы «Вебер» (Италия) (рисунок 2.26) включает
газовый баллон с мультиклапаном, газовый клапан 1, испаритель 20, дифференциальный газовый редуктор 18, связанный резиновым шлангом 16 с инжектором 13, и электронный блок управления 6.
Испаритель 20 выполнен в виде медного трубопровода, размещенного в
резиновом шланге, сообщенном с системой охлаждения двигателя 3 шлангами 19 и 21.
Рисунок 2.26 – Принципиальная схема комплекта газобаллонной аппаратуры
с электронным управлением подачей СНГ фирмы «Вебер»
Выходной штуцер 10 инжектора через резиновый шланг 12 и штуцер соединен со впускным трубопроводом двигателя. Дифференциальный редуктор
содержит вакуумную управляющую полость, сообщенную через резиновый
шланг 15 и штуцер 14 с впускным трубопроводом.
В салоне автомобиля установлен ЭБУ 6, который посредством электрического жгута соединен с бензиновым и газовым клапанами. Электронный
блок 6 предназначен для коррекции подачи газа в зависимости от режима работы двигателя.
Газовая форсунка через клемму «Б» низковольтной цепи катушки 4 зажигания, общую массу «–» и цепь питания «+» сообщена с системой зажигания. Электронный блок 6 снабжен тумблером 7 «Включения/выключения»
бензиновой или газовой системы топливоподачи и потенциометром корректировки подачи газа. В крышке дифференциального редуктора размещен регулировочный винт 17 корректировки подачи газа.
69
Принцип работы инжекторной системы основан на подаче газа во
впускной трубопровод под действием избыточного давления в соответствии
с работой системы зажигания.
В качестве параметра циклового расхода воздуха используют разрежение во впускном трубопроводе. Газ через медный трубопровод, размещенный
в подогревающем устройстве, поступает на дифференциальный редуктор,
снабженный вакуумной полостью, сообщенной при помощи шланга с впускным трубопроводом двигателя. Редуктор обеспечивает изменение давления
газа на инжекторе в зависимости от величины разрежения во впускном трубопроводе по закону, характерному для работы двигателей с дроссельной заслонкой карбюратора 9.
Газовая форсунка (инжектор) открывается и закрывается при каждом
рабочем ходе каждого цилиндра по сигналу, поступающему от электронного
блока управления. Командным параметром работы ЭБУ служат электрические сигналы, снимаемые с низковольтной обмотки катушки зажигания.
Длительность импульса открытия форсунки определяет характеристику подачи газового топлива, изменение которой производится при помощи регулировочного потенциометра на лицевой панели блока управления.
Электрическая схема блока управления выполнена таким образом, что
электрический сигнал на открытие газового клапана и на работу газовой форсунки подается только при вращении двигателя.
При остановке двигателя и включенном замке зажигания газовый клапан
и форсунка закрываются, исключая утечку газа во впускной трубопровод.
При этом через форсунку течет ток и во избежание разряда аккумулятора,
после остановки двигателя зажигание следует выключить.
Электронный блок 6 предназначен для коррекции подачи газа в зависимости от режима работы двигателя. Он сообщен через жгут электропроводов 8, 2 с
функциональными элементами: катушкой зажигания 4 с датчиком частоты
вращения КБ, электромагнитными газовыми клапанами (газовыми форсунками) распределительного устройства, датчиком положения дроссельной заслонки с исполнительным механизмом. Переключатель вида топлива предназначен для включения бензинового 11 или газового 1 клапанов. Он сообщен
через электропровод с предохранителем, с катушкой зажигания 4 и замком 5
системы зажигания с аккумуляторной батареей.
Для повышения октанового числа низкооктанового бензина применяют
присадку СНГ или КПГ, обладающих высокими детонационными качествами. Такие системы получили название бинарных. Они предназначены для
одновременной работы на газе и бензине с низким октановым числом. Газовое топливо используют в качестве антидетонатора. Система питания состоит из двух самостоятельных контуров: контура питания бензином с несколько измененной конструкцией карбюратора и контура питания газом, который
содержит традиционные элементы (баллоны, системы фильтрации и подогрева газа, редукторы высокого давления и арматуру), а также регулятор расхода газа. Регулятор расхода газа работает в зависимости от величины давления в малом диффузоре карбюратора. Такое конструктивное решение дает
70
однозначную зависимость расхода жидкого и газообразного топлива в зависимости от расхода воздуха через карбюратор.
Для получения стехиометрического состава горючей смеси на всевозможных режимах двигателя работа обоих контуров увязана между собой
системой пневматического торможения бензина. При подаче части газа из
регулятора расхода газа под воздушный жиклер главной дозирующей системы автоматически обеспечивается уменьшением расхода бензина на величину поступающего в карбюратор газа.
2.2.3.6 Система «Авангард»
Инжекторная система подачи газа с инжектором рассчитана для работы
на СНГ (рисунок 2.27). Газ из баллона поступает сначала в испаритель 2 и затем в дифференциальный редуктор 14.
1 – катушка зажигания; 2 – испаритель; 3 – ЭМК газа; 4 – электронный блок
управления; 5 – пульт управления; 6 – ЭМК бензина; 7 – карбюратор;
8 – впускной коллектор; 9 – двигатель; 10 – датчик температуры; 11 – λ-зонд;
12 – газовый инжектор; 13 – патрубок для отвода разрежения;
14 – дифференциальный редуктор
Рисунок 2.27 – Схема инжекторной системы дозирования газового топлива
ОАО «Авангард»
71
Газовым инжектором 12 управляет сигнал, поступающий от электронного блока 4. В свою очередь электронный блок получает информацию о работе
двигателя (о частоте вращения двигателя – от катушки зажигания 1, о составе
смеси – от λ-зонда 11).
Помимо этого информация о нагрузке на двигатель поступает на дифференциальный редуктор 14 в виде разрежения во впускном коллекторе. Разрежение также косвенно дает информацию о расходе воздуха, поступающего в
двигатель. Таким образом, дифференциальный редуктор совместно с инжектором 12 также участвует в управлении подачей газа в двигатель.
Электронный блок управления 4 предназначен для обработки сигналов,
поступающих с датчиков оборотов (катушки 1), температуры 10 и λ-зонда 11,
и управления работой газового клапана и газового инжектора. В электронном
блоке размещены электронные схемы управления инжектором, газовым 3 и
бензиновым 6 клапанами.
Электронный блок управляет системой таким образом, что при остановке двигателя немедленно прекращается подача газа. При включении зажигания газовый клапан кратковременно открывается, выдавая необходимую для
запуска порцию газового топлива. При неработающем двигателе и включенном зажигании газовый клапан закрыт.
При настройке электронного блока управления на автомобиле используется специальный тестер. Электронный блок управления устанавливается в
салоне автомобиля.
Пульт управления 5 предназначен для переключения режимов «Бензин»
– «Газ» и регулировки длительности открытия форсунки. На переднюю панель блока выведены ручка потенциометра «тонкой» подстройки, переключатель «Бензин» – «Газ» и обеспечен доступ к разъему тестера и потенциометрам установки времени открытия инжектора.
Испаритель 2 предназначен для подогрева газа с помощью охлаждающей жидкости двигателя и испарения жидкой фазы пропан-бутановой смеси.
Его подсоединение аналогично подсоединению редуктора низкого давления.
2.3 Газотопливные системы для карбюраторных двигателей,
работающих на компримированном (сжатом) природном газе (КПГ)
В нашей стране сосредоточено 40% мировых запасов природного газа,
перевод автотранспорта на компримированный природный газ (КПГ) может
обеспечить замещение значительных объемов нефтепродуктов, которые
можно более продуктивно использовать в различных отраслях экономики.
Внедрение КПГ имеет и обратную сторону, о которой предпочитают не
упоминать, – это пробег после заправки всего 250–300 км, снижение грузоподъемности автомобиля из-за большого объема и массы газового оборудования.
До 1994 года вместо термина «компримированный природный газ»
употреблялся термин «сжатый природный газ». Для использования в каче-
72
стве моторного топлива компримированный природный газ сжимают на газонаполнительных компрессорных станциях до давления 20 МПа, а затем заправляют в баллон автомобиля.
2.3.1 Система «САГА-7» (ЗИЛ)
Рассмотрим устройство и принцип работы системы научнопроизводственной формы «САГА-7» (Москва) и ОАО ПАО «Икар» (Пермь)
«САГА-7» (ЗИЛ).
На автомобиле ЗиЛ-431610 установлено восемь баллонов для сжатого
газа. Максимальное давление газа в баллонах 20 МПа (рисунок 2.28).
Газобаллонная установка этого автомобиля состоит из двух секций: передней 14 с четырьмя баллонами и задней 13 с тремя баллонами. Между задней и передней секциями устанавливается еще один баллон. Все баллоны соединяются трубопроводом 12 высокого давления. Баллоны в секциях соединяются трубками 11. На трубопроводе высокого давления установлены расходный вентиль 8, наполнительный вентиль 9 манометр высокого давления 10.
1 – бензиновый насос; 2 – электромагнитный клапан с бензиновым фильтром;
3 – карбюратор-смеситель; 4 – выпускная труба; 5 – шланг подачи газа
в карбюратор-смеситель; 6 – бензиновый фильтр-отстойник; 7 – трубопровод
от баллона к подогревателю; 8 – расходный вентиль; 9 – наполнительный
вентиль; 10 – манометр высокого давления; 11 – соединительная трубка
баллонов; 12 – соединительный трубопровод секций; 13 – задняя секция
баллонов; 14 – передняя секция баллонов; 15 – бензиновый бак;
16 – электромагнитный клапан с газовым фильтром; 17 – редуктор высокого
давления; 18 – трубка от фильтра к редуктору низкого давления;
19 – манометр низкого давления; 20 – редуктор низкого давления;
21 – трубка забора вакуума; 22 – трубка холостого хода; 23 – двигатель
Рисунок 2.28 – Схема компримированной газобаллонной установки
«Автосила» САГА-7 для автомобиля ЗИЛ-431610
73
Компримированный природный газ хранится на автомобиле в баллонах 8
(рисунок 2.29) высокого давления. Металлический корпус баллона покрыт
армирующим слоем из стеклопластика, что повышает его прочность и снижает
массу за счет уменьшения толщины стенок. На внутреннюю поверхность
баллона нанесено покрытие для защиты от коррозии. В каждый баллон ввернут вентиль 7. Вентили баллонов соединены трубопроводом высокого давления 11. Отрезок трубопровода, проходящий под рамой автомобиля, соединяет
все вентили баллонов с магистральным вентилем 12. Аналогичными трубопроводами баллоны соединены с газовым электромагнитным клапаном 6, редуктором высокого давления 3 и редуктором-испарителем 1 низкого давления.
1 – редуктор-испаритель низкого давления; 2 – тройник; 3 – редуктор
высокого давления; 4, 11, 17 – трубопроводы высокого давления;
5 – манометр-датчик давления газа; 6 – газовый электромагнитный клапан
высокого давления; 7 – баллонные вентили; 8 – газовый баллон;
9, 15 – гофрированные шланги; 10, 19 – датчики утечки газа;
12 – магистральный вентиль; 13, 18, 20 – дренажные шланги; 14 – штуцер
с пятью выходами; 16 – заправочное устройство, 21 – двигатель автомобиля;
22 – датчик-распределитель зажигания; 23 – щиток приборов автомобиля;
24 – катушка зажигания; 25 – указатель уровня бензина в баке;
26 – переключатель вида топлива с указателем давления газа в баллонах;
27 – сигнализатор утечки газа; 28 – топливный бак; 29 – бензопровод;
30 – бензонасос; 31 – фильтр тонкой очистки бензина; 32 – бензиновый
электромагнитный клапан; 33 – смеситель; 34 – карбюратор; 35 – рукав
подвода разрежения; 36 – рукава подвода газа к смесителю
Рисунок 2.29 – Схема соединения газовой аппаратуры системы «САГА-7»
(ЗИЛ)
74
Газовый электромагнитный клапан 6, редуктор 3 высокого давления и
редуктор-испаритель 1 низкого давления размещены в отсеке двигателя. Магистральный вентиль 12 и заправочное устройство 16 расположены с правой
стороны автомобиля за кабиной водителя.
Трубопровод высокого давления между баллонами и магистральным
клапаном заключен в гофрированный шланг 9, в котором установлен датчик
10 утечки газа из баллонов. В гофрированном шланге 15, внутри которого
проходит трубопровод, соединяющий заправочное устройство с магистральным вентилем, размещен переходник для подключения датчика 19 утечки газа в подкапотном пространстве.
Газовый электромагнитный клапан 6 соединен с редуктором высокого
давления 3 трубопроводом высокого давления 4. Редуктор высокого давления присоединен к редукторам-испарителям низкого давления 1 трубопроводами через тройник 2. Рукава 36 низкого давления связывают редукторыиспарители и смеситель 33.
Бензиновый электромагнитный клапан 32 установлен в отсеке двигателя
в разрыве бензопровода между карбюратором 34 и фильтром тонкой очистки
бензина 31.
Датчики утечки газа 10 и 19 подключены к сигнализатору утечки 27,
установленному на панели приборов кабины. В случае утечки газа, в зависимости от места утечки, на передней панели сигнализатора загораются красные мигающие светодиоды под надписями «Баллон» или «Капот» и подается
прерывистый звуковой сигнал, оповещающий водителя об утечке газа.
Манометр-датчик 5 давления газа соединен с индикаторным указателем
давления газа, смонтированным в переключателе вида топлива 26, который
установлен на панели приборов в кабине.
В корпусе заправочного устройства 16 установлен датчик блокировки
пуска двигателя, который соединен с коммутатором переключения вида топлива. При вынутой заглушке заправочного устройства пуск двигателя невозможен.
Газовый электромагнитный клапан 5 (рисунок 2.30) с помощью штуцера 14 (рисунок 2.29) с пятью выходами соединен с датчиком утечки газа 19
через дренажный шланг 18. В случае утечки газа из основных уплотнений газового клапана он по дренажному шлангу выводится за пределы отсека двигателя.
По шлангу 35 к редуктору-испарителю 1 из задроссельного пространства подводится управляющее разрежение.
Бензиновая система питания состоит из традиционных элементов:
карбюратора 34, фильтра тонкой очистки 31, бензонасоса 30 и топливного
бака 28, соединенного с системой бензопроводом 29.
75
1 – сигнализатор утечки газа; 2 – датчик утечки газа из баллонов; 3 – датчик
утечки газа в подкапотном пространстве; 4 – бензиновый электромагнитный
клапан; 5 – газовый электромагнитный клапан; 6 – манометр-датчик
давления газа; 7 – переключатель вида топлива с указателем давления газа
в баллонах
Рисунок 2.30 – Электрическая схема системы «САГА-7»
При разработке системы «САГА-7» предприняты все возможные конструктивно-технологические меры, обеспечивающие герметичность системы
на весь срок эксплуатации. В газовой магистрали применены трубопроводы,
изготовленные из нержавеющей стали, с заводской развальцовкой концов.
Гайки и ниппели «авиационной» конструкции выдерживают многократный
демонтаж и обратную сборку. Если повреждена диафрагма первой ступени
редуктора-испарителя, газ не попадает в отсек двигателя. Попадание газа в систему охлаждения двигателя также исключено. Более того, если все-таки и
возникает утечка газа в каком-либо соединении, газ не попадает в подкапотное
пространство, а отводится наружу по дренажным шлангам 9 и 18. Если произошла утечка в магистральном вентиле 12, электромагнитном клапане 6 или
редукторе высокого давления 3, газ проходит через датчик утечки 19 и на
сигнализаторе утечки 27 загорится светодиод под надписью «Капот». Если
есть утечка в соединениях баллонных вентилей 7 и трубопроводе высокого
давления 11, газ пройдет через датчик 10 и загорится светодиод под надписью «Баллон». В обоих случаях прозвучит прерывистый предупреждающий
звуковой сигнал.
76
Перед запуском двигателя необходимо открыть расходный вентиль 8 и
проверить по манометру высокого давления 10 наличие газа в баллоне. Газ
по трубопроводам поступает в подогреватель газа, а затем в редуктор высокого давления, где автоматически происходит снижение давления с 20 МПа
до 1,0…1,2 МПа.
Для пуска двигателя переключатель вида топлива устанавливают в положение «газ». При таком положении переключателя газ из редуктора высокого давления начнет поступать в первую ступень газового редуктора низкого давления. Для заполнения второй ступени этого редуктора необходимо
принудительно открыть клапан и пропустить газ из первой во вторую ступень. В таком положении давление газа в первой ступени редуктора будет в
пределах 150…200 кПа, а во второй ступени снизится до атмосферного. После включения зажигания стартером и пуска двигателя газ за счет разрежения, которое из цилиндров передается в смесительную камеру карбюратора,
будет поступать по шлангу из второй ступени в карбюратор, а из него во
впускную трубу и в цилиндры двигателя.
1 – дроссельная заслонка; 2 – смеситель; 3 – воздушная заслонка; 4 – дозатор
газа; 5 – мембрана 2-й ступени; 6 – клапан 2-й ступени; 7 – рычаг клапана 2-й
ступени; 8 – полость 2-й ступени; 9 – рычаг мембраны 1-й ступени;
10 – регулировочный винт рычага 1-й ступени; 11 – входной
электромагнитный клапан; 12 – пружина РВД; 13 – РВД; 14 – магистральный
электромагнитный клапан; 15 – магистральный вентиль; 16 – манометр;
17 – заправочный вентиль; 18 – заправочный узел; 19 – расходные вентили;
20 – баллоны; 21 – клапан РВД; 22 – каналы для охлаждающей жидкости;
23 – трубопровод от РВД; 24 – клапан 1-й ступени;
25 – мембрана 1-й ступени; 26 – полость 1-й ступени; 27 – винт
регулировочный холостого хода; 28 – регулировочный винт клапана
2-й ступени; 29 – пружина
Рисунок 2.31 – Принципиальная схема соединения основных элементов
газового оборудования системы «САГА-7»
77
Для работы двигателя на бензине газобаллонный автомобиль имеет бензиновый бак, фильтр-отстойник, бензиновый насос и все необходимые приборы и системы.
На рисунке 2.31 представлена принципиальная схема соединения элементов газового оборудования «САГА-7».
2.3.2 Система «Компрессор»
Газобаллонная установка легковых автомобилей для работы на КПГ
производства ОАО «Компрессор» (г. Санкт-Петербург) содержит (рисунок
2.32 а) газовые баллоны 33, снабженные штуцерами 31 и сообщенные между
собой при помощи трубопроводов 29 и 32 высокого давления с компенсаторами 28, заправочную крестовину 23 с манометром 22 высокого давления и
заправочным вентилем 27, сообщенным с заправочным устройством 25 и закрепленным совместно с пробкой 24 на бампере 26 автомобиля. Крестовина 23
через трубопровод 16 высокого давления сообщена с подогревателем 17 газа,
снабженным трубопроводами отвода 18 и подвода 21 жидкости в систему
охлаждения двигателя, и через трубопровод 29 с расходным вентилем 30. Газовый редуктор 2 с пусковым клапаном 3 через трубопровод 1 высокого давления сообщен с одноступенчатым редуктором 34, и через трубопровод 35
высокого давления с подогревателем 17. Расходный вентиль 30 через крестовину 23 и трубопровод 16 также сообщен с подогревателем.
Газовый редуктор 2 через тройник 4 и соединительные трубопроводы 6
и 7 сообщен со смесителем 9, размещенным в воздушном фильтре 10, и главным воздушным каналом первичной и вторичной камер карбюратора. Блок
управления 14 снабжен переключателем 20 рода топлива, пусковой кнопкой 19
и предохранителем 15. Переключатель 20 одной электрической цепью связан
с аккумуляторной батареей, а через цепь 17 с электромагнитным бензиновым
клапаном 12.
Карбюратор-смеситель снабжен воздушным фильтром 10 и содержит
поплавковую камеру 8, сообщенную через бензопровод 17 с электромагнитным бензиновым клапаном 12. Пусковой клапан 3 через штуцер и соединительный трубопровод 5 сообщен с впускным трубопроводом 13.
Пусковой пневматический клапан 3 (рисунок 2.32 б) содержит корпус и
крышку, разделенные мембраной 7, с образованием надмембранной 4 и подмембранной 1 полостей. Мембрана 7 через жесткий центр 8 нагружена пружиной 2. Штуцер 6 снабжен калиброванным жиклером 5. Уплотнитель 9
обеспечивает герметичность размещения его в корпусе редуктора.
Газовый редуктор низкого давления (рисунок 2.32 в) содержит корпус 14
и крышку 8 с балансировочным отверстием 7. В корпусе размещены полости
первой 1 и второй 22 ступеней, сообщенные между собой соединительным каналом 5. В полости первой ступени на оси 24 подвижно размещен рычаг 23,
кинематически связанный с мембраной 2 и каналами 25 и 26. Мембрана
нагружена тарировочной пружиной 4, закрытой штуцером 13 и размещенной
в полости, снабженной балансировочным каналом 3.
78
В полости второй ступени размещены клапан с уплотнителем 17, нагруженный тарировочной пружиной 16, и подвижный рычаг 9, размещенный на
оси 15. Выходная полость 10 сообщена через соединительное отверстие 12 с
полостью второй ступени редуктора, и через штуцер 13 с системой топливоподачи. Мембрана 11 через жесткий центр, толкатель 6 и рычаг 9 сообщена с
клапаном полости второй ступени.
Пусковой клапан 20 через канал 21 сообщен с полостью первой ступени
и через канал 19, перекрываемый винтом 18, с полостью второй ступени.
Рисунок 2.32 – Схема газобаллонной установки для работы на КПГ
ОАО «Компрессор»
Принцип работы системы «Компрессор» тот же, что и ранее в рассмотренных системах ГБО.
2.3.3 Система фирмы «Аэрокосмическое оборудование»
На рисунке 2.33 представлена схема ГТС фирмы МФПГ «Аэрокосмическое оборудование» г. Санкт-Петербург, предназначенной для ДВС работающих только на сжатом природном газе автотранспортных средств.
79
1 – электромагнитный клапан; 2 – подогреватель газа; 3 – газовый редуктор;
4 – электромагнитная газовая форсунка; 5 – газовая рампа; 6 – дроссельная
заслонка; 7 – газовый фильтр с датчиками; 8 – свеча системы искрового
зажигания; 9 – электронная система управления ДВС; 10 – блок модуля
катушек системы зажигания; 11 – разъем для сканера; 12 – блок индикации
дефектов ГТС; 13 – датчик положения педали; 14 – блок индикации утечек
газа; 15 – датчики контроля утечек газа; 16 – газовый фильтр; 17 – баллоны
со сжатым до 200 бар природным газом; 18 – манометр; 19 – вентиль;
20 – заправочное устройство; 21 – трубопроводы высокого давления
Рисунок 2.33 – Схема ГТС фирмы МФПГ «Аэрокосмическое оборудование»,
предназначенная для газовых ДВС автотранспортных средств
Работа системы «Аэрокосмическое оборудование» аналогична ранее
рассмотренным системам ГБО.
2.3.4 Система «Темп»
Принципиальная схема газобаллонной установки легковых автомобилей
для работы на КПГ производства ОАО «Темп» (рисунок 2.34) содержит три
газовых баллона 9 с расходно-наполнительными вентилями 11, соединенными трубопроводом 10 высокого давления. Трубопроводы могут быть снабжены компенсаторами.
По трубопроводу 12, находящемуся под днищем автомобиля, газ из баллонов 9, размещенных в багажном отделении 14, через открытые вентили 11
поступает в моноблок 28, размещенный в подкапотном пространстве автомобиля. Моноблок представляет собой одноступенчатый газовый редуктор,
снабженный заправочным устройством 27, электромагнитным клапаном 31 с
системой охлаждения двигателя 30. Электромагнитный газовый клапан 31
электрической цепью связан с ЭБУ 24, размещенным в нише 25. В редукторе
80
высокого давления происходят снижение давления газа и подача его по трубопроводу 29 в двухступенчатый редуктор 2 низкого давления, снабженный
пусковым электромагнитным клапаном 23.
Электронный блок 24 содержит электрические разъемы, через которые
он сообщен с электромагнитными клапанами 23 и 31, а через цепь 16 – с втягивающим реле стартера и катушкой зажигания 15.
Рисунок 2.34 – Схема газобаллонной установки производства ОАО «Темп»
для работы на КПГ
В газовом редукторе 2 происходит дальнейшее снижение давления газа
до близкому к атмосферному. Затем газ по трубопроводу 3 поступает в газовый смеситель 4, где смешивается с воздухом и попадает в цилиндры двигателя.
Переключатель 8 вида топлива, размещенный в салоне 19 автомобиля,
снабжен клеммами 18, 20 и 27 и подключен через электрическую цепь с
предохранителем 17 к катушке зажигания.
Подача бензина из топливного бака 13 через бензопровод 1, бензиновый
насос 22, бензиновый клапан 7 и бензопровод 6 осуществляется в поплавковую камеру карбюратора-смесителя 5.
В процессе заправки КПГ через открытый входной штуцер 27 поступает
под давлением в газовые баллоны 9, наполнение которых контролируют по
показаниям манометра 25 высокого давления. Расход газа осуществляется
через расходно-наполнительный вентиль 11, трубопровод 12, моноблок 28,
трубопровод 29, двухступенчатый газовый редуктор 2 низкого давления,
трубопровод 3, газосмесительное устройство 4 и далее во впускной тракт
двигателя.
81
При нормальной работе давление газа в редукторе 28 высокого давления
понижается до 1,2–1,5 МПа, а в редукторе 2 низкого давления – до 15–20 Па.
При выключении зажигания ЭБУ 24 подает напряжение в течение 1,5–5,0 с
на электромагнитный клапан 23 и газ начинает заполнять первую ступень редуктора 2. При замыкании ключом зажигания контактов стартера электронный блок подает напряжение на электромагнитный клапан 23 в течение всего
времени работы стартера. Если двигатель не пустился, а контакты стартера
разомкнуты, электронный блок прекращает подачу напряжения на электронный клапан.
Если двигатель работает (частота вращения выше 210–360 мин-1), ЭБУ
подает напряжение на клеммы, электромагнитный клапан постоянно удерживая его в открытом состоянии, пока двигатель работает.
2.4 Газотопливные системы для карбюраторных двигателей,
работающих на сжиженном природном газе (СПГ)
2.4.1 Система «Гелий-САГА»
Реализация новых технологических решений по использованию сжиженного природного газа метана (СПГ) в качестве моторного топлива позволяет получить значительный экономический эффект, благодаря уменьшению
эксплуатационных затрат (обычная «Газель» при заправке газовым топливом
проезжает не 200 км, как принято считать, а 450 км).
Главная особенность автомобильной установки для работы на СПГ –
наличие сосуда с высокими вакуумно-теплоизоляционными свойствами для
хранения газа. Охлажденный до температуры –160 °С метан переходит в
жидкое состояние уже при атмосферном давлении и значительно уменьшается в объеме.
Схема размещения газового оборудования «Гелий-САГА» на автомобиле приведена на рисунке 2.35. Газовый сосуд 4 закреплен при помощи двух
кронштейнов на правом лонжероне рамы автомобиля за кабиной водителя.
Заправочное устройство и контрольно-измерительные приборы установлены в арматурном шкафу 5, размещенном на сосуде. Дренажный трубопровод 6 предназначен для отвода в атмосферу парообразного газа, вышедшего
из-под предохранительных клапанов, расположенных в арматурном шкафу, а
также для аварийного сброса газа при повреждении арматуры. Дренажный
трубопровод выведен вверх. Аварийный сброс газа из сосуда осуществляется
через скоростной клапан, также находящийся в арматурном шкафу.
Панель приборов 7, расположенная в кабине водителя, обеспечивает
управление газовой аппаратурой и контроль ее работы.
На арматурном шкафу сосуда, окрашенном в красный цвет, белой краской сделана надпись «МЕТАН».
82
1 – редуктор-испаритель; 2 – теплообменник; 3 – трубопроводы подачи газа
к теплообменнику; 4 – газовый сосуд; 5 – арматурный шкаф; 6 – дренажный
трубопровод; 7 – панель приборов
Рисунок 2.35 – Схема размещения газовой аппаратуры «Гелий-САГА»
на автомобиле «Газель»
Сосуд 4 представляет собой двойной цилиндрический резервуар (рисунок 2.36), изготовленный из нержавеющей стали. Внутренний сосуд 2 рассчитан на избыточное давление, равное рабочему давлению 0,5 МПа. Для поддержания требуемого разрежения в изоляционном пространстве между сосудом 2 и кожухом 1 и обеспечения термоизоляции наружная поверхность внутреннего сосуда покрыта высокоэффективным адсорбирующим материалом
(вакуумная рубашка 3), образующим слоистую изоляцию. Сосуд закреплен в
кожухе двумя цилиндрическими опорными втулками 4 из стеклопластика.
1 – кожух; 2 – внутренний сосуд; 3 – вакуумная рубашка; 4 – опорная втулка;
5 – ловушка; 6 – вакуумный вентиль
Рисунок 2.36 – Газовый сосуд
В верхней части полости внутреннего сосуда установлена ловушка 5,
предотвращающая выброс жидкой фазы газа в дренажный трубопровод при
движении автомобиля по неровной дороге. На днище кожуха 1 расположен
вакуумный вентиль 6, при помощи которого можно создавать и долго поддерживать в изоляционном пространстве требуемое разрежение.
83
Вместимость газового сосуда 100 л. Сосуд заполняют газом не более,
чем на 80%. Запас газа в сосуде обеспечивает примерно такой же пробег автомобилей, как и на бензине. Автомобиль можно эксплуатировать в радиусе
около 450 км от газонаполнительной станции.
В сосуде газ хранится без потерь в течение трех суток – так называемое
бездренажное хранение. Тепловой поток, поступающий из атмосферы, нагревает сосуд, и примерно через 72 часа давление в нем может увеличиться. При
этом срабатывают предохранительные клапаны и паровая фаза газа выбрасывается в окружающую среду через дренажный трубопровод. Сбросить газ из
сосуда для понижения давления можно также через шаровые краны в дренажный трубопровод. При заправке уровень СПГ в сосуде контролируют по
манометру в арматурном шкафу, а при движении – по указателю уровня газа,
который находится в кабине водителя.
Арматурный шкаф (рисунок 2.37) смонтирован непосредственно на сосуде. Он состоит из двух отсеков: заправочного 1 и функционального 4. Каждый из отсеков снабжен самостоятельно открывающейся крышкой с замком.
В заправочном отсеке на специальной панели размещены манометр 3 и заправочная горловина 2. В заправочной горловине объединены две линии –
заправки и газосброса. В функциональном отсеке находятся предохранительные клапаны 7, скоростной клапан 5, клапан 6 переключения фаз и шаровые
краны 8.
1 – заправочный отсек; 2 – заправочная горловина; 3 – манометр;
4 – функциональный отсек; 5 – скоростной клапан; 6 – клапан переключения
фаз; 7 – предохранительный клапан; 8 – шаровые краны
Рисунок 2.37 – Арматурный шкаф
Предохранительные клапаны настроены на рабочее давление 0,5 МПа.
При увеличении рабочего давления от 0,54 до 0,57 МПа клапаны открываются и происходит сброс паров метана в дренажный трубопровод.
Скоростной клапан служит для отключения сосуда и прекращения подачи газа в случае повреждения или обрыва магистрального трубопровода.
Клапан переключения фаз выполняет две функции в зависимости от значения давления газа в сосуде. При давлении до 0,4 МПа в теплообменник 2
(см. рисунок 2.35) подается жидкая фаза, свыше 0,4 МПа – паровая фаза.
84
Теплообменник предназначен для испарения жидкой фазы и подогрева
СПГ, поступающего в двигатель.
Система «Гелий-САГА» работает следующим образом. Газ в жидком
виде подается по магистрали в теплообменник, где подогревается жидкостью
из системы охлаждения двигателя. В парообразном виде газ поступает непосредственно в газовую систему «САГА-6». Далее дозировка газа осуществляется по традиционной схеме редуктором-испарителем «САГА-6», где его
давление снижается до значения, близкого к атмосферному. Затем под действием разрежения во всасывающем тракте двигателя газ поступает в смеситель, в котором смешивается с воздухом, проходящим через воздушный
фильтр. Образовавшаяся газовоздушная смесь через карбюратор направляется во впускную трубу и далее в цилиндры двигателя.
2.5 Газовые топливные системы для дизельных двигателей,
работающих на компримированном природном газе (КПГ)
и на сжиженном природном газе (СПГ)
Дизельные двигатели при переводе для работы на газовом топливе в отличие от бензиновых требуют дополнительных условий обеспечения воспламенения газа в камере сгорания.
Температура воспламенения метана (680 °С) значительно превосходит
температуру, при которой самостоятельно воспламеняется дизельное топливо в конце такта сжатия (280 °С), поэтому для работы дизельных двигателей
на газе необходим дополнительный источник воспламенения. Рудольф Дизель еще в 1898 году запатентовал способ воспламенения газового топлива
дозой запального жидкого топлива, однако, применять этот способ стали
только с 1930 года (для стационарных узкорежимных двигателей).
Газодизельным процессом является такой способ сгорания дизельного
топлива и природного газа одновременно, когда газовоздушная смесь воспламеняется принудительно от небольшой горящей дозы дизельного топлива. Газовоздушная смесь подается в цилиндры двигателя, где сжимается
поршнем на такте сжатия, и в нужный момент топливный насос высокого
давления (ТНВД) через форсунки впрыскивает запальную дозу дизельного
топлива, которая самовоспламеняется и поджигает газовоздушную смесь.
В газодизельном режиме двигатель работает на двойном топливе – дизельном топливе и природном газе. По основному признаку – способу воспламенения газовоздушной смеси – газодизель относится к двигателям с
принудительным воспламенением. Газодизельный двигатель имеет две взаимосвязанные системы питания: дизельную и газовую.
При переоборудовании дизельных двигателей, имеющих высокую степень сжатия, мощность двигателя остается на уровне базового двигателя.
Основными целями переоборудования дизельных двигателей для работы
по газодизельному циклу являются:
– экономия до 75...80% дизельного топлива путем замещения его природным газом;
85
– увеличение суммарного запаса хода транспортного средства при использовании обоих видов топлива в 1,5...1,7 раза;
– снижение дымности отработавших газов дизеля в 2...4 раза.
Минимальное количество запального жидкого топлива определяется
энергией, необходимой для воспламенения и полного сгорания газовоздушной смеси. Однако из-за меняющихся во времени режимов работы автомобильных двигателей доза запального дизельного топлива превышает теоретически необходимые 5...7%. Практически запальная доза составляет от 15 до
20% от полной подачи дизельного топлива.
Подача дизельного топлива при работе в режиме газодизеля отличается
от дизельного режима. Для запуска двигателя и работы на минимальных оборотах холостого хода в камеру сгорания поступает только дизельное топливо.
При увеличении частоты вращения и нагрузки в камеру сгорания поступают
газовоздушная смесь и запальная доза дизельного топлива. С этого момента
двигатель работает по газодизельному циклу.
2.5.1 Особенности газодизельных систем
Для автомобилей могут применяться двухтопливные (газодизельные)
системы питания, обеспечивающие работу дизеля как на смеси дизельного
топлива и природного газа, так и только на дизельном топливе. Работа газодизельных систем обычно происходит следующим образом. Сначала в газодизельной топливной системе (работающей на сжатом газе и дизтопливе) газовоздушная смесь поступает в цилиндр двигателя. Затем в конце такта сжатия (с небольшим опережением от ВМТ) в него от топливного насоса высокого давления (ТНВД) с механизмом управления запальной дозой (МУЗД)
дизельного топлива через форсунку впрыскивается запальная доза дизельного топлива и при этом происходит воспламенение топливной смеси.
Применение в легковых автомобилях бензиновых двигателей с трехкомпонентными нейтрализаторами обеспечивает резкое уменьшение токсичных
выбросов. При этом токсичные выбросы грузовых автомобилей и автобусов,
оснащенных дизелями, являются проблемой, особенно в больших городах.
Замена дизелей на двигатели, питаемые природным газом (ПГ), может способствовать улучшению экологической обстановки. Для этого возможны
следующие варианты:
– замена дизеля специально сконструированным газовым двигателем с
количественным регулированием и искровым зажиганием;
– перевод (конвертация) дизеля на питание ПГ с соответствующей доработкой и использованием количественного регулирования и искрового зажигания;
– разработка двигателя двойного топлива (газодизеля), в котором природный газ поступает либо в смеси с воздухом через впускную систему, либо
впрыскивается в цилиндр газовой форсункой. При этом впрыскиваемая в цилиндр запальная порция дизельного топлива (ДТ) самовоспламеняется и является источником воспламенения газовоздушной смеси.
86
В газодизеле при использовании топливных систем непосредственного
действия запальная порция достаточно большая (до 15% всей теплоты, вводимой в цикл), так как стабильная подача в этом случае меньших порций хорошо распыленного топлива невозможна, и это не обеспечивает надежного
воспламенения бедных газовоздушных смесей.
Обычный газодизель работает на дизтопливе при холостом ходе и малых
нагрузках. Нередко оказывается необходимым применение смешанного регулирования. В эксплуатации при использовании топливных систем непосредственного действия удается заместить природным газом не более
40...60% ДТ. По большинству показателей газодизели уступают чисто газовым двигателям.
В последние годы разрабатываются газодизели, в которых запальная
порция топлива подается аккумуляторной топливной системой с электрогидравлическими форсунками (ЭГФ). В этом случае удается стабильно впрыскивать небольшие порции тонко распыленного топлива (3...4 мм 3). В результате
замещение дизельного топлива ПГ достигает 94...95%.
Следует отметить, что применение газодизелей рационально в регионах
с ненадежным снабжением ПГ, поскольку газодизель может работать как дизель. При использовании газодизеля меньше емкость и масса газовых баллонов. При применении аккумуляторной топливной системы с ЭГФ выше экономичность по сравнению с газодизелем (ГД), имеющем принудительное зажигание и количественное регулирование. Также достигается меньший выброс твердых частиц, чем в базовом дизеле. Однако проблемой является
обеспечение низких выбросов углеводородов, особенно метана.
Пока в мире использование газовых двигателей невелико. При малых
масштабах их производства экономически оправдано не создание оригинальных конструкций, а конвертация базовых жидкотопливных двигателей в газовые с обеспечением их максимальной унификации.
При конвертации дизеля без наддува в чисто газовый двигатель с искровым зажиганием и количественным регулированием, т.е. при полной замене
дизельного топлива газовым, существенно меньшими оказываются выбросы
вредных веществ с отработавшими газами и шумоизлучение двигателей.
В образцах ГД уже достигнуты нормы выбросов, установленные в Европе на
2010 год. О предпочтительности такой конвертации дизеля свидетельствуют
следующие ГД, созданные ведущими фирмами мира:
– стехиометрический двигатель (α ≈ 1,0);
– двигатель с наддувом, работающий на бедных смесях (α = 1,5...1,6).
При простейшем способе конвертации дизеля в ГД без наддува с центральной эжекционной подачей газа необходимы небольшие доработки
поршней в целях снижения степени сжатия с 16...18 до 11...14 и изменение
отверстий под форсунку в головке цилиндров для установки свечей зажигания, а также установка распределителя зажигания вместо топливного насоса
и простейшего смесителя с дроссельной заслонкой. В случае использования
микропроцессорного зажигания нет необходимости в приводе распределителя, но следует установить спецдиск для управления моментом подачи искры
и ряд датчиков.
87
Учитывая высокую степень сжатия ГД, целесообразно использовать индивидуальные катушки зажигания на каждый цилиндр, устанавливаемые
вблизи свечей зажигания и соединяемые с ними короткими проводами для
высокого напряжения или же непосредственно на свечах зажигания.
Улучшение работы газового двигателя обеспечивает центральная подача
газа под давлением через клапан с регулируемым сечением или через серию
управляемых электромагнитных клапанов с различными проходными сечениями. При непрерывной центральной подаче газа наиболее просто достигаются равномерная подача газа по цилиндрам и при малом различии значений
коэффициента наполнения в разных цилиндрах равномерная подача смеси по
качеству и количеству. Центральная подача газа обеспечивает большее время
для образования гомогенной газовоздушной смеси. Однако при изменении
внешней нагрузки и дозы подаваемого топлива возникает определенная задержка поступления смеси в цилиндры. Распределенная подача газа по
впускным патрубкам обеспечивает лучшие динамические свойства работы
двигателя и по мере включения в тесты, используемые для проверки выполнения норм по токсичности на переходных и неустановившихся режимах,
может стать целесообразной. В последние годы идет разработка ГД с внутренним смесеобразованием и качественным регулированием, не уступающих
дизелям по экономичности. В этом случае воспламенение может обеспечиваться, например свечами накаливания.
1 – двигатель; 2 – клапан с электромагнитным приводом; 3, 10 – клапаны
с электроприводом; 4 – смеситель; 5 – дроссельная заслонка; 6 – воздушный
фильтр; 7 – газовая заслонка; 8 – редуктор низкого давления; 9 – экономайзер
Рисунок 2.38 – Эжекционная схема питания V-образного двигателя
88
На рисунке 2.38 приведена эжекционная схема питания V-образного
двигателя, в которой имеются экономайзер с механическим приводом и два
управляемых микропроцессором клапана. При холостом ходе клапан 3 используется для перепуска смеси, минуя прикрытую дроссельную заслонку, а
клапан 10 обеспечивает необходимый состав смеси. Система обеспечивает
поддержание частоты вращения холостого хода при начальном нагружении
двигателя, так как при включении отопления, кондиционера или гидромуфты
может происходить резкое ее снижение. Развитием данной схемы является
использование λ-зонда и соответствующей системы управления для обеспечения на режимах полной нагрузки и холостого хода состава смеси, близкого
к стехиометрическому. При этом в двигателе без наддува выполняются нормы ограничения токсичности даже несколько выше Евро III.
На рисунке 2.39 приведена схема системы управления ГД с распределенной подачей газа. Эта схема не обеспечивает существенного повышения
равномерности распределения смеси по цилиндрам, как в бензиновых двигателях. При недостаточно точном изготовлении клапанов и непостоянном по
времени давлении перед ними в ГД распределенная подача газа может привести к более неравномерной работе цилиндров по сравнению с центральной
непрерывной подачей газа. Разработка быстродействующих газовых электромагнитных клапанов с высокой точностью дозирования представляет собой сложную, но выполнимую задачу.
Рисунок 2.39 – Схемы системы управления газовым двигателем
с распределенной подачей газа
89
Существенному снижению концентраций вредных выбросов с отработавшими газами (ОГ) газовых двигателей способствует использование
нейтрализаторов без опасения за надежность их работы (вследствие отсутствия отложений сажи). При этом если приняты меры, предотвращающие излишнее попадание масла в камеру сгорания, то отработавшие газы имеют
минимальное удельное содержание частиц.
Природный газ в сравнении с дизельным топливом имеет несколько более низкое значение теплоты сгорания топливовоздушной смеси. При подаче
газа через впускную систему заметно меньше наполнение цилиндров воздухом, особенно в случае использования эжекционной системы питания. В ГД
также ниже степень сжатия и индикаторный КПД.
По указанным причинам для получения в двигателе без наддува тех же
выходных параметров (Nе ном, Мk max), что и в дизеле, при переходе на питание
газом приходится существенно снижать коэффициент избытка воздуха. Это
является причиной повышенных выбросов оксидов азота.
На эксплуатационную экономичность ГД оказывает влияние количественное регулирование. Различие эксплуатационных расходов топлива газового двигателя и дизеля не превышает, как правило, 15...20%, а газового двигателя и газодизеля – 5...10%. С учетом более низкой стоимости ПГ становится очевидным преимущество ГД по затратам на топливо. Меньшая скорость нарастания давления при сгорании газа вызывает снижение шума двигателя. Также увеличивается срок службы и снижается расход смазочного
масла, так как в метановоздушной смеси отсутствуют жидкие компоненты,
которые при попадании на стенки цилиндра разжижают масляную пленку.
Недостатком ГД, по сравнению с газовоздушным, является необходимость использования баллонов для газа большей вместимости. Также ниже
пробег автомобиля или автобуса с газовым двигателем и тем более с газодизельным по сравнению с пробегом машин с дизелем.
Например, расход дизельного топлива при номинальной мощности двигателя ЯМЗ-238 при его работе на газодизельном цикле составляет примерно
10 л/час, а расход природного газа составляет примерно 50 м3/час. Примерный запас хода на одной заправке при газодизельном цикле, например, автомобиля КАМАЗ составляет от 400 км.
Осколочная взрывоопасность емкостей для хранения ПГ устраняется
применением композитных баллонов и существенно уменьшается при хранении ПГ в адсорбированном виде, так как в этом случае давление в емкости
составляет 3,5 МПа.
Следует отметить, что в некоторых конструкциях дизельных ДВС, работающих по газодизельному циклу, или ДВС, работающих только на сжатом
природном газе (ДВС с искровым зажиганием), может применяться сжиженный природный газ, которым с применением криогенных технологий производится заправка автотранспортного средства на газозаправочных станциях.
При этом сжиженный природный газ находится под давлением примерно
6 бар в охлажденном до низкой температуры (–160 °С) состоянии в специальном топливном баке-термосе емкостью примерно 300 л. Топливный бак-
90
термос состоит из двух баков, между которыми для уменьшения теплопроводности находится вакуум, а также обычно имеется и порошковая изоляция.
Такого топливного бака хватает примерно на 400 км пробега, например, автомобиля КАМАЗ. При работе ДВС на сжиженном природном газе из-за
медленного незначительного снижения величины охлаждения газа в топливном баке-термосе, часть газа, образующаяся при его расширении, поступает в
ГТС, а в случае если ДВС долгое время не работает, то через соответствующий предохранительный клапан стравливается в атмосферу.
При сжижении объем КПГ уменьшается в 60 раз, что эквивалентно сжатию природного газа до 60 МПа, причем втрое превосходит возможный запас
КПГ, находящегося под давлением 20 МПа.
Так уже отмечалось, для сохранения мощности и момента при конвертации дизеля без наддува в газовый двигатель без наддува необходимо существенно снизить коэффициент избытка воздуха на режимах при полностью
открытой дроссельной заслонке. В этом случае, даже если на всех остальных
режимах газовый двигатель работает на бедных смесях, достижение норм
ограничения токсичности Евро III, действующих в Европе с 2000 года, оказывается затруднительным. Возможны следующие пути обеспечения выполнения этих норм:
– существенное обеднение смеси в газовой версии (до α = 1,5...1,6), что
неприемлемо, так как в этом случае резко падают Nе ном, Мk max;
– подача во впускной патрубок под давлением мелкодисперсной воды в
количестве 5% от количества свежей смеси. Однако для климатических условий России (особенно при безгаражном хранении машины) это также неприемлемо ввиду технических трудностей обеспечения незамерзания и подачи
воды;
– рециркуляция ОГ (даже охлаждаемая), приемлемая на режимах полных нагрузок только при использовании наддува;
– работа газового двигателя на стехиометрической смеси (α = 1) и применение трехкомпонентного нейтрализатора. Однако при этом может оказаться недопустимо высокой тепловая напряженность деталей двигателя.
Конвертация дизелей на питание природным газом с реализацией работы двигателя на бедных смесях с наддувом и промежуточным охлаждением
является наиболее целесообразной. Причем для сохранения на всех скоростных режимах по внешней характеристике α = 1,5...1,6 и обеспечения запаса
крутящего момента необходимо применять регулируемый наддув (даже при
небольшом диапазоне частот вращения, например 1000...2200 мин-1, как в дизелях автомобиля КАМАЗ). При этом следует подбирать турбины с существенно меньшим, чем в базовом дизеле, минимальным сечением канала подвода газов к колесу турбин, что обеспечивает необходимые значения максимального момента при малых частотах вращения. При п > пМ открывается
клапан перепуска газов в обход турбины или применяются другие способы
регулирования турбин.
91
1 – специальный диск; 2 – датчик частоты вращения; 3 – датчик температуры;
4 – дроссельная заслонка; 5 – датчик положения дроссельной заслонки;
6 – датчик температуры во впускном коллекторе; 7 – датчик давления
во впускном коллекторе; 8 – датчик фазы; 9 – термопара; 10 – датчик
давления ОГ перед турбиной ТКР; 11 – нейтрализатор; 12 – заслонка для
управления перепуском выпускных газов; 13 – датчик положения газового
клапана; 14 – шаговый двигатель газового клапана; 15 – газовый клапан
золотникового типа; 16 – датчик температуры газа; 17 – датчик давления
газа; 18 – газовый клапан холостого хода; 19 – регулятор байпасного канала
Рисунок 2.40 – Схема двигателя с наддувом
На рисунке 2.40 приведена схема V-образного газового двигателя с двумя ТКР и одним охладителем наддувочного воздуха, на котором установлены
датчики системы автоматического управления двигателем. В этом случае
применена центральная подача газа под давлением через клапан с регулируемым проходным сечением, а также используется нейтрализатор со специально подобранным катализатором для обеспечения окисления метана в соответствии с нормами ограничения токсичности Евро IV и Евро V.
Возможно в двигателе с наддувом и применение центральной эжекционной подачи газа перед компрессорами.
92
2.5.2 Особенности работы газодизельных топливных систем
Внешний вид ТНВД с смонтированным на нем механизмом управления
запальной дозой (МУЗД) дизельного топлива производства фирмы ООО
«ГАЗ МАШКОМПЛЕКТ» (Республика Татарстан) представлен на рисунке 2.41. Для установки МУЗД может использоваться ТНВД, как с всережимным, так и с двухрежимным регулятором. Двухрежимный регулятор в отличие от всережимного обеспечивает не любой заданный скоростной режим
функционирования ТНВД, а только минимальный режим холостого хода и
максимальный режим. МУЗД обычно устанавливается вместо крышки регулятора ТНВД. Выключатель запальной дозы, являющийся основным элементом МУЗД, осуществляет регулирование запальной дозы дизельного топлива.
Необходимо отметить, что при запуске ДВС и при его работе на режиме
холостого хода в камеры сгорания поступает только дизтопливо.
Работа ДВС в газодизельном режиме происходит следующим образом.
Заданный состав газовоздушной смеси при газодизельном режиме регулируется дозатором, привод которого обеспечивается от педали управления
подачей топлива.
При увеличении частоты вращения коленчатого вала ДВС (выше частоты вращения холостого хода) подготовленная в газодизельной топливной системе газовоздушная смесь через дозатор и смеситель, и затем через впускной коллектор, поступает в цилиндры двигателя. Далее в конце такта сжатия
(с небольшим опережением от ВМТ) от ТНВД с механизмом управления запальной дозой (МУЗД) дизельного топлива через форсунку впрыскивается в
цилиндр ДВС запальная доза дизельного топлива и при этом происходит
воспламенение топливной смеси.
Рисунок 2.41 – Внешний вид ТНВД с МУЗД
Смеситель газа, применяемый в газодизельных системах, обычно представляет собой диффузор, средняя часть которого имеет по всему ее диаметру отверстия через которые подается газ.
93
Перевод дизельного ДВС в газодизельный режим происходит следующим образом.
С помощью включения клавиши переключателя, предназначенной для
включения газодизельного режима, расположенной в кабине автотранспортного средства и при нажатой при этом педали управления подачей топлива,
причем при достижении числа оборотов коленчатого вала ДВС примерно
1100 об/мин вступает в работу МУЗД. При этом подвижный упор в нем
управляется от управляющего электромагнита и обеспечивает подачу запальной дозы дизельного топлива (воздействуя на рейку ТНВД). Одновременно включается электромагнитный клапан, обеспечивающий подачу газа в
газодизельную систему для ее работы в газодизельном режиме (при наличии
включения МУЗД и разрешающих сигналов с датчиков).
Подача газовоздушной смеси зависит от величины открытия заслонки
дозатора. Ограничение подачи газового топлива при достижении коленвалом
ДВС максимально допустимой частоты вращения осуществляется имеющимся также в газодизельной системе пневмоклапаном.
В случае, если педаль управления подачей топлива не нажата и обороты
коленчатого вала ДВС соответствуют оборотам холостого хода, то прекращается подача газовоздушной смеси в ДВС, а цикловая подача дизельного
топлива изменяется с величины соответствующей запальной дозе дизтоплива
до величины подачи дизельного топлива примерно соответствующей его подаче на режиме холостого хода (газ при этом не поступает).
2.5.3 Система «Автосила»
Принципиальная схема газобаллонного оборудования газодизельной системы ОАО «Автосила» показана на рисунке 2.42. В комплект газового оборудования входит восемь баллонов 17.
Для заправки баллонов 17 служит узел заправочный 20, вентиль наполнительный 21 и баллонные вентили 19. На баллонах установлены тройники
баллона 18, вентили. Крестовина 13 с манометром 12 установлены на кронштейне узла высокого давления. Из баллонов газ по трубопроводам высокого
давления подается к электромагнитному клапану 9, предварительно пройдя
очистку в фильтре 10.
После открытия электромагнитного клапана 9 газ подается к редуктору
высокого давления (РВД) 8 и затем к редуктору низкого давления (РНД) 5.
Для подогрева к РВД подается жидкость от системы охлаждения двигателя.
Редуктор низкого давления 5 оборудован системой коррекции по загрязненности воздушного фильтра, предотвращающей самофорсировку двигателя.
В конструкцию системы питания обычного дизельного двигателя добавляются газовый смеситель 23, механизм установки запальной дозы дизельного топлива (МУЗД) 30, дозатор газа 22 для управления топливным насосом
высокого давления и подачей газа, а также электрооборудование 3, 6, 11, 14,
27, которое обеспечивает необходимую информативность и защиту дизеля от
нештатных режимов работы.
94
1 – концевой выключатель; 2 – электромагнит МУЗД; 3 – реле МУЗД;
4 – пневмомеханический клапан ограничения подачи газа; 5 – газовый РНД;
6 – реле клапана моторного тормоза; 7 – электромагнитный клапан РНД;
8 – РВД; 9 – электромагнитный клапан; 10 – фильтр газовый;
11 – трехходовой клапан моторного тормоза; 12 – манометр; 13 – крестовина;
14 – выключатель моторного тормоза; 15 – расходный вентиль;
16 – угольник; 17 – баллоны; 18 – тройник вентильный; 19 – баллонный
вентиль; 20 – заправочный узел; 21 – наполнительный вентиль; 22 – дозатор
газа; 23 – смеситель газа; 24 – тиристорный блок напряжения 12 В;
25 – переключатель режимов работы двигателя «Дизель» – «Газодизель»;
26 – предохранитель; 27 – пневмоконтактор отключения газа
при неработающем двигателе; 28 – педаль привода рейки ТНВД;
29 – телескопическая тяга; 30 – механизм установки запальной дозы
дизельного топлива
Рисунок 2.42 – Принципиальная схема газодизельной системы
ОАО «Автосистема»
Дизельная система питания состоит из штатных агрегатов, включая топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунки. На ТНВД дополнительно имеется механизм ограничения подачи запальной дозы, который
обеспечивает впрыск заданного количества дизельного топлива, необходимого для воспламенения газодизельной смеси в камере сгорания, а также переключение на работу в обычном дизельном режиме.
МУЗД 30 приводится в действие электромагнитом 2, а на рычаге управления рейкой ТНВД установлен дополнительный упор. Помимо этого на ре-
95
гуляторе максимальных оборотов ТНВД установлен клапан, отключающий
подачу газа 4.
Блокировка одновременного включения полной подачи двух видов топлива осуществляется с помощью концевого выключателя 1 и реле 3 и 6.
В смесителе 23 газ смешивается с воздухом, который подается за счет
разрежения, создаваемого во впускном трубопроводе двигателя.
Заданный состав смеси газа с воздухом регулируется дозатором 22, соединенным с педалью привода рейки ТНВД телескопической тягой 29.
Начало подачи газа в двигатель осуществляется синхронно с началом
нажатия педали привода рейки ТНВД 28 водителем. В этот момент цикловая
подача дизельного топлива в цилиндры двигателя равна запальной дозе. Изменение числа оборотов, крутящего момента и мощности двигателя осуществляется преимущественно изменением количества газа, подаваемого в
двигатель. При работе двигателя запальная доза дизельного топлива изменяется, незначительно увеличиваясь с повышением частоты вращения кулачкового вала ТНВД.
При снятии ноги водителя с педали 28 прекращается подача газа в двигатель, и одновременно цикловая подача дизельного топлива уменьшается с
величины запальной дозы до величины подачи холостого хода.
Двигатель запускается и прогревается только в дизельном режиме на дизельном топливе. Перевод двигателя с дизельного режима в газодизельный
режим и обратно возможен как во время остановки, так и при движении автомобиля. Для этого необходимо отпустить педаль привода рейки и переключить клавишу 25 выбора режима работы «Дизель» – «Газодизель», расположенную на щитке приборов в кабине водителя.
Отключение подачи газа при пользовании моторным тормозом происходит с помощью реле 6 и электромагнитного клапана 7, установленного на входе в редуктор низкого давления. Ограничение подачи газа при достижении
двигателем максимальной частоты вращения осуществляется пневмомеханическим клапаном 4.
Для преобразования напряжения в бортовой сети дизеля в рабочее
напряжение 12 В используется тиристорный блок 24. Отключение подачи газа при неработающем двигателе осуществляется пневмоконтактором 27. Для
предотвращения попадания газа в пневмосистему патрубок отбора воздуха из
впускного коллектора перенесен на корпус смесителя газа 23, а на впускном
коллекторе – заглушен. Газодизельные системы питания устанавливают на
двигатели, оснащенные ТНВД с трехрежимным регулятором. При наличии
на ТНВД всережимного регулятора необходимо заменить его трехрежимным.
2.5.4 Система «РЗАА»
Рассмотрим устройство и работу выпускаемого газобаллонного оборудования системы ОАО «РЗАА», принципиальная схема которой представлена на рисунке 2.43.
1 – двигатель; 2 – ТНВД; 3 – ограничитель запальной дозы топлива; 4 – электромагнитный клапан с фильтром;
5 – редуктор высокого давления; 6 – сигнализатор аварийной выработки газа; 7 – предохранительный клапан;
8 – подогреватель; 9 – расходный вентиль; 10 – наполнительный вентиль; 11 – вентили; 12 – баллон; 13 – манометр;
14 – датчик давления газа; 15 – редуктор низкого давления; 16 – трехходовой электромагнитный клапан; 17 – дозатор
газа; 18 – смеситель; 19 – датчик блокировки; 20 – подвижный упор; 21 – индуктивный датчик частоты вращения;
22 – зубчатый венец
Рисунок 2.43 – Принципиальная схема газодизельной системы автомобилей КАМАЗ
96
97
Система питания двигателей с газодизельным процессом включает традиционную топливную аппаратуру и газовую систему питания. По способу
воспламенения газодизель можно отнести к двигателям с принудительным
воспламенением. Его рабочий процесс отличается от рабочего процесса двигателей с искровым зажиганием тем, что электрическая искра как источник
зажигания рабочей смеси заменена дозой дизельного топлива. В конце такта
сжатия в нагретый воздушно-газовый заряд впрыскивается небольшая (запальная) доза дизельного топлива. Запальную дозу топлива подают в цилиндр с таким расчетом, чтобы она воспламенилась раньше, чем газ, и подожгла всю массу газовоздушной смеси. Оптимальная подача запальной дозы
составляет 20% общего расхода топлива.
Пуск газодизельного двигателя осуществляют по циклу дизеля, основная
его работа происходит при минимальном расходе дизельного топлива. В газодизельный режим двигатель переводят после пуска и прогрева дизеля до
температуры охлаждающей жидкости не менее 50 °С переключением клавиши на щитке приборов кабины в положение «газ». Система управления двигателем электрическая. Для этого на автомобиле установлено дополнительное газодизельное электрооборудование. В него входят кроме переключателя
вида топлива, система ограничения подачи газа при достижении коленчатым
валом максимальной частоты вращения, когда механический регулятор частоты вращения выключает подачу запальной дозы жидкого топлива, и электроблокировка, предотвращающая одновременную подачу газа и полную подачу жидкого дизельного топлива (двойную тягу). На режимах холостого хода газодизельный двигатель работает только на дизельном топливе. На
нагрузочных режимах увеличение мощности двигателя обеспечивают путем
увеличения подачи газового топлива. Поджигают газовоздушную смесь
в этом случае с помощью запальной дозы топлива. Подачу запальной дозы
ограничивают путем уменьшения хода рейки топливного насоса высокого
давления (ТНВД). Газобаллонная система питания автомобилей семейства
КАМАЗ содержит 10 (или 8) баллонов, размещенных поперек рамы автомобиля, с переходниками для подключения трубопроводов и вентилей. Горловины всех баллонов направлены в правую сторону по ходу движения автомобиля. Баллоны последовательно соединены газопроводами и разделены на
две группы, каждая из которых снабжена расходным вентилем.
На газодизельных автомобилях и автопоездах устанавливают дизели
КАМАЗ-7409.10 с топливной аппаратурой ЯЗДА (Ярославский завод дизельной аппаратуры) модели 335. В отличие от топливных насосов моделей 33-02
и 334, устанавливаемых на дизели, насос модели 335 на крышке регулятора
частоты вращения имеет механизм, который служит для уменьшения цикловой подачи топлива в цилиндры двигателя при переходе в газодизельный режим работы. Кроме того, в этом насосе установлен трехрежимный регулятор
частоты вращения коленчатого вала вместо всережимного. Трехрежимный
регулятор обеспечивает нормальную работу двигателя в дизельном режиме, а
также минимальную неравномерность подачи запальной дозы топлива в газодизельном режиме.
98
Для заполнения системы КПГ на крестовине размещен наполнительный
вентиль 10 (рисунок 2.43). При открытии расходного вентиля 9, расположенного на распределительной крестовине, газ по газопроводу направляется в
подогреватель 8 и далее в редуктор высокого давления 5. Здесь давление
КПГ понижается до 0,8...1,2 МПа.
Из редуктора газ по гибкому шлангу подается к электромагнитному клапану 4. На входе клапана размещен съемный войлочный фильтр, закрытый
алюминиевым колпаком.
При включении электромагнитного клапана 4 газ поступает на вход
двухступенчатого редуктора низкого давления 15, в котором давление на выходе дополнительно понижается близко к атмосферному. В дальнейшем газ
из двухступенчатого редуктора 15 поступает в дозатор газа 17. Дозатор обеспечивает подачу необходимого количества газа в диффузор смесителя 18,
размещенный во впускном тракте дизеля после воздушного фильтра.
Газовоздушная смесь из смесителя 18 поступает во впускной трубопровод и далее в цилиндры двигателя и сжимается поршнем.
В конце такта сжатия в нее через серийную форсунку впрыскивается небольшое количество дизельного топлива.
Двигатель оборудован ТНВД с трехрежимным регулятором, в привод
рычага управления подачей топлива которого введено гибкое звено. На
крышке ТНВД установлен ограничитель запальной дозы топлива 3. Он имеет
электромагнитный привод.
При переходе питания двигателя на газовое топливо ограничитель переключает ТНВД на режим подачи запальной дозы дизельного топлива для
воспламенения газовоздушной смеси.
Работу газовой аппаратуры контролируют с помощью манометра низкого давления, который размещен в кабине водителя. Давление после первой
ступени редуктора низкого давления должно быть 0,20...0,22 МПа.
Давление в баллонах 12 контролируют с помощью манометра 13, рассчитанного на давление 25 МПа и установленного на первом баллоне газобаллонной установки. О снижении давления в газовых баллонах менее 1 МПа
водителя информирует сигнализатор 6 аварийной выработки газа.
Для ограничения максимальной частоты вращения коленчатого вала
предусмотрена система, ограничивающая подачу газа при достижении двигателем максимальной частоты вращения. Такая система состоит из зубчатого
венца 22, электромагнитного датчика частоты вращения 21, электромагнитного реле, трехходового электромагнитного клапана 16. Он соединяет полость диффузора-смесителя с диафрагменным механизмом ограничения подачи газа. Диафрагменный механизм, в свою очередь, связан с осью заслонок
дозатора газа 17.
При достижении двигателем максимально допустимой частоты вращения 2600 мин-1 датчик частоты вращения подает сигнал в электронное реле.
Оно включает трехходовой электромагнитный клапан, соединяя полость
диффузора (т.е. область тракта с максимальным разряжением) с диафрагменным механизмом дозатора газа.
99
Под действием разряжения диафрагма прогибается и прикрывает заслонку дозатора газа. При падении оборотов двигателя датчик частоты вращения подает сигнал в реле и трехходовой электромагнитный клапан закрывается. Ось дроссельной заслонки дозатора под действием пружины в системе ее привода вновь открывается для подачи газа.
В системе питания газодизельного двигателя предусмотрена блокировка.
Она исключает подачу одновременно газа и полной (неограниченной) дозы
дизельного топлива. Блокировку осуществляют следующим образом. При
нахождении подвижного упора 20 в положении «дизельного» режима он максимально отдален от ограничителя 3 запальной дозы топлива и не воздействует на электронажимной датчик 19 блокировки, разъединяя посредством реле
электроцепь питания электромагнитного клапана 4 подачи газа. При переключении тумблера в положение, соответствующее работе двигателя в газодизельном режиме, подвижный упор перемещается ограничителем 3 запальной
дозы в положение ограничения подачи жидкого топлива.
Переместившись в сторону ограничения запальной дозы, подвижный
упор воздействует на датчик 19 блокировки. Датчик замыкает цепь питания
реле, управляющего включением электромагнитного клапана 4 подачи газа.
Таким образом, если топливный насос выдает полную дозу дизельного топлива (например, при внезапном выходе из строя электромагнита управления
подвижным упором при работе в режиме газодизеля), газовый электромагнитный клапан 4 закрывается, и газ автоматически отключается. Это исключает возможность разрушения двигателя из-за суммарной передозировки
топлива, т.е. полной одновременной подачи дизельного топлива и газа.
Система защиты предусматривает также автоматический переход с газодизельного режима на дизельный в случае внезапного прекращения подачи
газа (при повреждении газовой магистрали, израсходовании запаса КПГ в
баллонах). Внезапное прекращение подачи газа при работе двигателя под
нагрузкой может повлечь аварийную ситуацию. Для предотвращения аварийных ситуаций при работе по газодизельному циклу в системе подвода газа установлен датчик давления газа 14. При падении давления ниже 0,45 МПа
датчик отключает ограничитель 3. Подача газа в этом случае прекращается.
Ограничитель запальной дозы 3 топлива переводит двигатель в режим подачи дизельного топлива. Электромагнитный клапан 4 отключается, и перекрывается подача газа.
Газодизельные автомобили имеют дополнительное электрооборудование, которое обеспечивает переключение работы двигателя с дизельного режима на газодизельный, а также ограничивает подачу газа при достижении
коленчатым валом максимальной частоты вращения и защищает двигатель от
одновременного включения подачи газа и полной дозы дизельного топлива.
Перевод двигателя с питания дизельным топливом на газ осуществляется включением клавишного выключателя (клавиша утоплена вниз), при этом
загорается контрольная лампа на щитке приборов над указателем давления
газа и подается ток на электромагнит, который препятствует дальнейшему
перемещению рычага управления рейкой топливного насоса высокого давле-
100
ния, тем самым ограничивая подачу дизельного топлива до уровня запальной
дозы.
Одновременно размыкаются контакты выключателя блокировки 19 подачи газа, закрепленного на том же кронштейне, что и электромагнит, и через
размыкающие контакты реле включается электромагнитный клапан с фильтром газа 4, после чего газ поступает в редуктор 15 низкого давления. При
этом указатель показывает давление газа в первой ступени редуктора низкого
давления. В дальнейшем, пройдя через дозатор и смеситель, газ попадает в
цилиндры, и двигатель начинает работать в газодизельном режиме.
Система ограничения подачи газа при достижении коленчатым валом
максимальной частоты вращения, когда механический регулятор топливного
насоса высокого давления выключает подачу запальной дозы дизельного
топлива, состоит из зубчатого диска-сигнализатора, индукционного преобразователя, электронного блока управления, электропневматического клапана,
соединенного с диффузором смесителя и вакуумным ограничителем подачи
газа, и выключателя блокировки подачи газа.
При достижении максимально допустимой частоты вращения (2550 мин-1)
преобразователь подает сигнал в электронный блок управления, который
включает электропневматический клапан. При этом клапан соединяет полость максимального разрежения в диффузоре смесителя газа с вакуумным
ограничителем дозатора, который под действием разрежения прикрывает заслонку дозатора газа синхронно с отключением дизельного топлива. При
снижении частоты вращения электропневматический клапан закрывается и
дроссельная заслонка дозатора газа за счет усилия пружины вакуумного
ограничителя опять приоткрывается, освобождая проход газу. В этом случае
предотвращаются взрывы газа в глушителе системы выпуска отработавших
газов.
Для предотвращения одновременной подачи газа и полной дозы дизельного топлива, например, при внезапном выходе из строя электромагнита
управления подвижным упором рычага регулятора ТНВД, предусмотрена
электроблокировка, выключающая подачу газа, в результате чего двигатель
начинает работать в дизельном режиме. Аналогичная блокировка предусмотрена для автоматического перевода двигателя на дизельный режим при падении давления газа в магистрали (обрыв трубопроводов и т.д.).
2.5.5 Система «ГАЗМАШКОМПЛЕКТ»
В Российской Федерации фирма ООО «ГАЗМАШКОМПЛЕКТ» (Республика Татарстан) разрабатывает, причем с отладкой на тягово-динамических
стендах, и серийно изготавливает с использованием газовых редукторов фирмы «Landi Renzo» (Италия) газодизельные системы, которые используются на
грузовых автомобилях отечественного и иностранного производства. Эти
комплекты обеспечивают работу дизельного двигателя на КПГ в газодизельном режиме при сохранении штатного дизельного режима без изменений. Газодизельные системы производятся и зарубежными производителями.
101
Устройство и функционирование системы топливоснабжения двигателя
с газодизельным комплектом фирмы ООО «ГАЗМАШКОМПЛЕКТ» представлены на рисунке 2.44. При наличии такой системы двигатель может работать на газовом топливе с воспламенением с помощью запальной дозы дизельного топлива и сохраняет возможность работы в штатном режиме на дизельном топливе.
1 – баллоны для компримированного газа; 2 – вентили баллонные;
3 – заправочное устройство; 4 – вентиль заправочный; 5 – манометр высокого
давления; 6 – фильтр газовый; 7 – механизм привода; 8 – реле у механизма
управления запальной дозой дизельного топлива; 9 – переключатель
режимов; 10 – предохранитель; 11 – реле электромагнитного клапана;
12 – контрольная лампа; 13 – выключатель блокировки; 14 – механизм
управления запальной дозой дизельного топлива; 15 – штуцер для подвода
охлаждающей жидкости к нагревателю газа; 16 – штуцер для слива
охлаждающей жидкости от нагревателя газа; 17 – смеситель; 18 – клапан
пневмомеханический; 19 – редуктор газовый трехступенчатый;
20 – электромагнитный клапан высокого давления;
21 – дозатор механический; 22 – дозатор газа
Рисунок 2.44 – Схема системы топливоснабжения двигателя с газодизельным
комплектом фирмы ООО «ГАЗМАШКОМПЛЕКТ»
(штатная топливная система не показана)
Основными компонентами газодизельной системы топливоснабжения
являются: механизм управления; смеситель; дозатор газа. Смеситель состоит
из тонкостенного корпуса и облегченного диффузора из композиционных
материалов, сохраняющих форму и прочностные характеристики под воздействием тепловых, вибрационных и механических нагрузок и стойких к воздействию агрессивных сред. Композиционные материалы применены для из-
102
готовления соединительных тройников системы охлаждения, патрубков системы вентиляции, патрубков и сектора троса дозатора газа, корпуса дозатора-ограничителя максимального количества газа. Применение тросового
привода дозатора позволяет размещать дозатор в удобном месте для обеспечения короткого газового тракта между редуктором и смесителем.
Механизм установки запальной дозы топлива (МУЗД) работает при
установке переключателя вида топлива в положении «ГАЗ» и предназначен
для дизельных двигателей с ТНВД с всережимным или двухрежимным регулятором. Устанавливается вместо крышки регулятора ТНВД. МУЗД ограничивает цикловую подачу дизельного топлива на уровне запальной дозы при
работе в газодизельном режиме.
Регулировка ТНВД в дизельном режиме осуществляется по техническим
условиям на базовый ТНВД. В газодизельном режиме устанавливается цикловая подача на уровне 25...35% от полной подачи при работе ДВС в дизельном режиме. Данная конструкция МУЗД позволяет использовать штатный
ТНВД, что снижает себестоимость комплекта.
МУЗД содержит выключатель блокировки подачи газа для предотвращения питания двигателя газом при включении ограничителя цикловой подачи
дизельного топлива и пневмомеханический клапан (ПМК) для обеспечения
синхронного уменьшения подачи газа при уменьшении подачи дизтоплива.
2.5.6 Газодизельный двигатель Д-240.10
Трактор МТЗ 80/82 имеет двигатель Д-240, который можно перевести на
работу одновременно на два вида топлива: газообразное и жидкое. В качестве газообразного топлива используют компримированный (сжатый) природный газ – метан.
Тракторный дизель работает одновременно на двух видах топлива: газообразном и жидком. Для этого они обладают двумя топливными системами:
обычной дизельной и газовой. В цилиндры газодизеля подается газовоздушная смесь, которая воспламеняется от запальной дозы дизельного топлива,
впрыскиваемого через штатную форсунку, как в обычном дизеле. Но газодизель может работать и как дизель на одном дизельном топливе.
Система питания на сжатом природном газе позволяет замещать до 80%
дизельного топлива. Запуск дизеля производится на дизельном топливе, а затем включается подача сжатого газа и работа трактора осуществляется путем
регулирования подачи газа по всережимной характеристике. Запальная доза
дизельного топлива остается постоянной. Перевод работы дизеля на газ и обратно осуществляется переключением электромагнитных клапанов фиксации
запальной дозы дизельного топлива и подачи газа одним сблокированным
тумблером. Система питания на газе основана на отечественной газобаллонной аппаратуре.
Система питания может быть использована как на новых тракторах, так
и на тракторах, находящихся в эксплуатации. Модернизация системы питания не требует дорогостоящего оборудования и значительных конструктив-
103
ных изменений и может быть осуществлена в условиях специализированных
мастерских хозяйств и РТП.
Емкость газовых баллонов – 200 литров, обеспечивается установкой четырех баллонов из легированной стали.
Для обеспечения работы тракторного дизеля по газодизельному процессу при взаимной конвертации одним из главных условий является обеспечение работы газодизеля по всережимной характеристике. Вторым необходимым условием является возможность быстрого перевода работы дизеля с одного вида топлива на другой и обратно. Исходя из этих условий система регулирования газодизеля должна базироваться на существующей штатной
топливной аппаратуре с соответствующей модернизацией для регулирования
газодизеля.
Отметим две особенности газодизеля Д-240.10. Первая: газовоздушная
смесь образуется в смесителе-дозаторе с диффузором, установленным на
впускном трубопроводе двигателя, и поступает в цилиндры газодизеля под
действием разряжения во впускном коллекторе.
Вторая: для газодизеля Д-240.10 разработан специальный всережимный
регулятор частоты вращения. Этот регулятор обеспечивает всережимное регулирование частоты вращения коленчатого вала при работе как по дизельному, так и по газодизельному циклам.
Система регулирования газодизеля Д-240.10 с насосом типа 4УТНМ
представлена на рисунке 2.45. Данная система позволяет легко переводить
дизель с одного вида топлива на другой, четко фиксировать рейку топливного насоса на запальной дозе дизеля, обеспечивать работу газодизеля по всережимной характеристике.
Система регулирования газодизеля содержит всережимный регулятор 1,
рычаг управления 2, который соединен с педалью управления. Набор грузов 3
регулятора 1 сообщает основному рычагу регулятора 4 движение в зависимости от режимов работы газодизеля. Штифт 7 жестоко закреплен на основном
рычаге регулятора 4 и связан с тягой рейки 5 топливного насоса по средством
пружины 6, которая обеспечивает движение рейки 8 на увеличение подачи
топлива. Электромагнитный клапан 17 фиксации рычага 5 рейки насоса 8
сблокирован с клапаном 18 посредством электрического проводника 19.
Двуплечий рычаг 10 прижат к штифту 9 под действием пружины 13, установленной на оси газовой заслонки 14 по средством рычага 12 и тяги 11.
Двуплечий рычаг 10 и газовая заслонка 14 соединена со смесителем 16. Рычаг 12 газовой заслонки через тягу 11 и двуплечий рычаг 10 и штифт 9 воздействует на основной рычаг регулятора 4.
Система регулирования работает следующим образом. Воздействие на
педаль управления вызывает перемещение рычага управления регулятором 2
и задает скоростной режим работе регулятора 1. Набор грузов 3, расходясь
или сходясь (в зависимости от режима работы двигателя), вызывает перемещение основного рычага регулятора 4. При работе по дизельному процессу
для уменьшения подачи топлива рычаг 4 всережимного регулятора 1 перемещается вправо и штифтом 7, перемещающимся в прорези тяги рейки 5, отводит рейку 8 вправо на уменьшение подачи топлива.
104
1 – регулятор топливного насоса; 2 – рычаг управления; 3 – грузы
регулятора; 4 – основной рычаг регулятора; 5 – тяга рейки; 6 – пружина;
7 и 9 – штифты; 8 – рейка топливного насоса; 10 – двуплечий рычаг;
11 – тяга; 12 – рычаг газовой заслонки; 13 – пружина газовой заслонки;
14 – газовая заслонка; 15 – патрубок для подачи газа; 16 – газовый смеситель;
17 – электромагнитный клапан фиксации рейки насоса;
18 – электромагнитный клапан подачи газа; 19 – электрический проводник
Рисунок 2.45 – Система регулирования газодизеля Д-240.10
105
При увеличении подачи топлива рычаг 4 регулятора 1 перемещается
влево и посредством пружины 6, упирающейся одним концом в основной
рычаг регулятора 4, а другим в тягу рейки 5, перемещает рейку топливного
насоса влево на увеличение подачи топлива.
При работе по газодизельному процессу тяга рейки 5 фиксируется электромагнитным клапаном 17. В то же время сблокированный с ним электромагнитный клапан 18 открывает подачу газа. Для увеличения подачи газа основной рычаг 4 регулятора перемещается влево и воздействует посредством
штифта 9 на двуплечий рычаг 10, который через тягу управления 11 и рычаг 12
открывает газовую заслонку 14, увеличивая частоту вращения коленчатого
вала газодизеля. При уменьшении подачи газа основной рычаг 4 регулятора 1
перемещается вправо, а заслонка 14 под действием пружины 13 закрывается,
уменьшая частоту вращения коленчатого вала газодизеля.
Применение указанной системы регулирования позволяет обеспечить
работу и дизеля, и газодизеля по всережимной характеристике, то есть автоматически изменять подачу топлива или газа в зависимости от скоростного и
нагрузочного режима работы дизеля.
2.6 Регуляторы частоты вращения коленчатого вала топливного насоса
высокого давления газодизельных двигателей
2.6.1 Трехрежимный регулятор ТНВД газодизельного двигателя
КАМАЗ-7409.10
На газодизельных автомобилях и автопоездах устанавливают дизели
КАМАЗ-7409.10 с топливной аппаратурой ЯЗДА (Ярославский завод дизельной аппаратуры) модели 335, снабженной трехрежимным регулятором частоты вращения коленчатого вала. Как видно из рисунка 2.46, устройство привода
трехрежимного регулятора, включая демпфер, ведущую и промежуточную
шестерни, державки грузов и грузы, такое же, как у всережимного регулятора.
Конструктивные отличия заключаются в устройстве внутренних рычагов 28 и 46 и наличии пружинного элемента, кроме того, видоизменена стартовая пружина 31, и вместо рычага пружины (устанавливаемого на всережимном регуляторе) на оси 23 установлен поводок 22 в виде вилки, связанный валом 21 с наружным рычагом управления регулятором. Вилка поводка
22 взаимодействует с буртом 33 стакана 34.
Рычаг 28 рейки пальцем 19 связан с рычагом 46 муфты грузов и штифтом 48 с рейкой 25 топливного насоса. Между рычагом 46 муфты и рычагом
28 рейки расположен обратный корректор, а к рычагу рейки посредством
пальца 27 шарнирно прикреплен шток 26 прямого корректора. В рычаг рейки
запрессован штифт 29, на который действует рычаг 20 останова, перемещая
рычаги и связанную с ними рейку ТНВД в сторону выключения подачи топлива в момент остановки двигателя.
106
Рычаг 28 рейки через прямой корректор и шток 35 связан с пружинным
элементом, который установлен в ступенчатую гильзу 36, запрессованную в
корпус ТНВД. Стакан 34 служит направляющей штока 35 корректора, имеющего упорные бурты и резьбовую часть для навинчивания двух гаек 37 номинальной подачи и ограничительной гайки 49.
После регулировки положения гаек 37 их контрят, заворачивают гайку 49
и все закрывают колпачком 38, который наворачивают на резьбовую часть
гильзы 36 и пломбируют.
Пружинный элемент состоит из стакана 34, который имеет с одной стороны кольцевой бурт 33, а с другой – резьбу для вворачивания гайки 40.
Внутри стакана соосно размещены три пружины. Малая пружина 39 регулирует частоту вращения коленчатого вала в зоне малых частот вращения.
Главная пружина 41 регулятора предназначена для регулирования частоты
вращения в зоне частот вращения, близких к максимальным. Промежуточная
пружина 50 работает в зоне средних частот и служит для формирования запальной дозы топлива.
Малая пружина 39 (холостого хода) установлена на штоке 35 между
втулками 51 и 53 без предварительного сжатия. Главная пружина 41 регулятора крепится с предварительным сжатием 230…240 Н между гайкой 40 и
тарелкой 42, которая упирается в бурт стакана 34.
На различных режимах работы двигателя регулятор действует следующим
образом. Для пуска двигателя рычаг управления и вместе с ним поводок 22
(рисунок 2.46) поворачивают против часовой стрелки. Стакан 34 перемещается влево до упора тарелки 42 в бурт штока 35 и сжимает пружину 39 холостого хода. Усилие предварительного сжатия пружины 45 прямого корректора превышает усилие стартовой пружины 31, рычаг 28 вместе рычагом 46 и
муфтой 16 отходит до упора в державку 14, а рейка 25 перемещается по
направлению знака «+» в пусковое положение. В этом положении рейка
находится до достижения частоты вращения 560...660 мин-1.
Промежуточная пружина 50 установлена на штоке 35 между шайбами у
торца штока и втулкой 52 без предварительного сжатия. Стартовая пружина 31
расположена между гайкой 30 корректора и кольцевым буртом 33 стакана 34.
Регулятор имеет прямой и обратный корректоры. Прямой корректор
предназначен для увеличения подачи топлива при снижении частоты вращения коленчатого вала, т.е. для увеличения коэффициента приспособляемости.
Узел прямого корректора состоит из штока 10 корректора, шарнира, закрепленного пальцем 9 на рычаге рейки 11. На резьбовой конец штока 18
корректора навинчена втулка 17, законтренная гайкой 12. На втулке 17 штока
корректора установлены упорная тарелка 16, пружина 15 прямого корректора, гайки 13 и 14.
Обратный корректор предназначен для уменьшения подачи топлива при
снижении частоты вращения коленчатого вала двигателя в зоне малых частот
вращения. Устройство обратного корректора аналогично тому, который
устанавливается на всережимном регуляторе.
107
4
3
2
1
1 – кулачковый вал; 2 – ведущая шестерня; 3 – резиновые сухари; 4 – фланец
ведущей шестерни; 5 – задняя крышка; 6, 10, 11 – шариковые подшипники;
7, 12, 23, 24, 47 – оси; 8 – промежуточная шестерня; 9 – регулировочные
шайбы; 13 – стопорное кольцо; 14 – державка грузов; 15 – упорный
подшипник; 16 – муфта грузов; 17 – грузы; 18 – упорная пята;
19, 27 – пальцы; 20 – рычаг останова; 21 – вал рычага управления;
22 – поводок; 25, 43 – рейки насоса; 26 – шток прямого корректора;
28 – рычаг рейки; 29, 48 – штифты; 30 – гайка корректора; 31 – стартовая
пружина; 32 – корпус топливного насоса; 33 – кольцевой бурт стакана;
34 – стакан; 35 – шток; 36 – ступенчатая гильза; 37 – гайка номинальной
подачи; 38 – колпачок; 39 – малая пружина холостого хода; 40 – гайка;
41 – главная пружина; 42 – тарелка; 44 – промежуточный рычаг реек;
45 – пружина прямого корректора; 46 – рычаг муфты грузов; 49 – гайка
ограничительная; 50 – промежуточная пружина; 51, 52 – втулки
Рисунок 2.46 – Трехрежимный регулятор частоты вращения
108
При дальнейшем возрастании частоты вращения коленчатого вала до
800 мин-1 рейка перемещается по направлению знака «–». Муфта 16 с рычагами 28, 46 и штоком 26 смещается вправо, сжимая стартовую пружину 31 до
тех пор, пока упорная тарелка 16 не вступит в контакт с поверхностью головки штока 35 (рисунок 2.46). Между торцом штока 26 прямого корректора и
торцом головки штока 35 имеется зазор Б. Такое положение рейки сохраняется до достижения частоты вращения 1000 мин-1.
Усилие пружины 20 (рисунок 2.47) выбирается так, чтобы при увеличении частоты вращения свыше 1100 мин-1 она сжималась до достижения частоты вращения 1700 мин-1, а пружина 45 (рисунок 2.46) из-за большего усилия затяжки удерживала шток 26. При этом муфта 16 перемещается вправо.
Рычаг 46 поворачивается по часовой стрелке вокруг оси 47, а рычаг 28 совершает сложное движение. Поворачиваясь вместе с рычагом 46 по часовой
стрелке вокруг оси 47, он одновременно сжимает пружину 20 обратного корректора (рисунок 2.46), выбирая зазор А, рычаг 11 рейки поворачивается вокруг пальца 9 (рисунок 2.47) и смещает рейку в направлении знака «+».
1 – втулка; 2 – рычаг муфты грузов; 3, 6 – специальные стопорные шайбы;
4 – толкатель; 5 – шток обратного корректора; 7 – упорная пята;
8, 9 – пальцы; 10 – шток прямого корректора; 11 – рычаг рейки;
12, 13, 14 – гайки; 15 – пружина прямого корректора; 16 – упорная тарелка;
17 – втулка; 18 – шток корректора; 19 – корончатая гайка; 20 – пружина
обратного корректора; 21 – специальная гайка
Рисунок 2.47 – Рычаги трехрежимного регулятора с корректорами
109
Предварительная затяжка пружины 15 выбирается так, чтобы центробежная сила грузов преодолевала ее при частоте вращения 1600 мин -1. При
частоте вращения коленчатого вала свыше 1800 мин-1 сжимается пружина 45
(рисунок 2.46), а шток корректора 26 сдвигается вправо до достижения
частоты вращения 2200 мин-1. Муфта 16 и рычаги 28 и 46, составляющие
жесткую конструкцию при сжатом обратном корректоре, перемещаются
вправо, смещая рейку в направлении знака «–» и уменьшая тем самым подачу топлива. Таким образом, зазор В между штоком 26 корректора и торцом
головки штока 35 регулятора исчезает при частоте вращения коленчатого вала
2200 мин-1, а рейки ТНВД занимают положение, соответствующее минимальной подаче топлива, которая регулируется гайками 37 на штоке 35.
В этом положении рейки будут находиться до тех пор, пока центробежная
сила грузов не сможет преодолеть усилие, создаваемое пружиной 41 при частоте вращения коленчатого вала 2700...2740 мин-1.
При дальнейшем увеличении частоты вращения сила грузов через рычаги 28 и 46, шток 26 корректора и шток 35, а также через тарелку 42 будет
сжимать пружину 41 до тех пор, пока рейки не займут положение, которое
соответствует максимальной частоте вращения холостого хода. Если частоту
вращения коленчатого вала увеличивать и дальше, то грузы регулятора
ТНВД разовьют такую центробежную силу, что установят рейки в положение выключенной подачи. При этом двигатель не работает. Такой режим
прокрутки имеет место, например, при движении автомобиля на спуске.
При переводе работы двигателя в газодизельный режим перемещение
наружного рычага управления регулятором ограничивается механическим
упором до положения, в котором обеспечивается подача топлива насосом, не
превышающая запальную дозу.
В положении (рисунок 2.46), соответствующем холостому ходу двигателя, трехрежимный регулятор автоматически поддерживает минимальную частоту вращения двигателя. Когда наружный рычаг управления регулятором
достигнет упора, гильза 36 переместится влево, зазор К уменьшится.
С повышением частоты вращения увеличивается центробежная сила грузов,
под действием которой шток 35 переместится вправо, сжимая пружину 39
холостого хода. Когда рейки займут положение, соответствующее частоте
вращения коленчатого вала 1200 мин-1, зазор К исчезнет. Начнет сжиматься
промежуточная пружина 50, ход которой подобран так, чтобы она сжималась
только до достижения частоты вращения 2560 мин-1. Когда частота вращения
достигнет этого значения, шток 35 упрется в тарелку 42 корпуса корректора.
При этом начнет сжиматься главная пружина 41 регулятора и подача запальной дозы топлива выключится.
2.6.2 Механизм дистанционной установки запальной дозы топлива
На верхней крышке регулятора частоты вращения расположен механизм
дистанционной установки запальной дозы топлива. С помощью этого механизма при работе в газодизельном режиме ограничивается перемещение ры-
110
чага управления 7 (рисунок 2.48).
1 – электромагнит; 2 – гайка; 3 – кронштейн; 4 – кожух; 5 – винт ограничения
максимальной частоты вращения; 6 – винт ограничения минимальной
частоты вращения; 7 – рычаг управления; 8 – регулировочный винт; 9 – упор;
10 – колпачок упора; 11 – тяга; 12 – гайка; 13 – концевой выключатель
Рисунок 2.48 – Механизм дистанционной установки запальной дозы топлива
Механизм состоит из кронштейна 3, который неподвижно закреплен на
верхней крышке регулятора частоты вращения, подвижного упора 9 с регулировочным винтом 8, установленного на запрессованной в кронштейн оси,
концевого выключателя 13, электромагнита 1 и тяги 11, связывающей сердечник электромагнита 1 с подвижным упором 9. Электромагнит 1 и концевой выключатель 13 закреплены неподвижно на кронштейне 3.
При работе в дизельном режиме электромагнит 1 отключен, упор 9 занимает нерабочее положение, концевой выключатель 13 разомкнут (газ в
смеситель не подается). Рычаг управления 7 может перемещаться от винта 6
минимальной до винта 5 максимальной частоты вращения.
При работе в газодизельном режиме на электромагнит 1 подается питание и он перемещает упор 9 в рабочее положение. При этом срабатывает
концевой выключатель 13, подающий сигнал о том, что упор 9 установлен в
рабочее положение и можно подавать газ в смеситель.
Перед тем как перейти на газодизельный режим, необходимо установить
минимальную частоту вращения холостого хода, т.е. переместить рычаг
управления 7 до упора в винт 6 минимальной частоты вращения. После того
как упор 9 примет рабочее положение, рычаг управления 7 может перемещаться от винта 6 минимальной частоты вращения до регулировочного винта 8 подвижного упора 9. При дальнейшем перемещении педали рычаг управления 7
остается неподвижным (сжимается пружина в телескопической тяге, связывающей педаль акселератора с рычагом управления 7 и газовой заслонкой).
При внезапном выходе из строя электромагнитного управления подвижным упором рычага регулятора насоса выключатель 13 отключает электро-
111
цепь подачи газа.
2.6.3 Привод управления регулятором и дозатором газа
Привод управления регулятором и дозатором газа включает в себя
систему рычагов и тяг, приводимых в движение от педали через вал 1 (рисунок 2.49). Особенностью привода является телескопическая тяга 3, которая
обеспечивает передвижение педали подачи топлива за счет сжатия пружины
тяги (после ограничения хода рычага регулятора упором), тем самым изменяя положение дроссельной заслонки дозатора газа. В дизельном режиме тяга не оказывает амортизирующего действия и работает как жесткий элемент,
так как ее пружина является более жесткой, чем пружина рычага регулятора.
1 – вал привода; 2 – наконечник тяги; 3 – тяга; 4 – болт ограничения
минимальной частоты вращения коленчатого вала; 5 – рычаг; 6 – болт
ограничения максимальной частоты вращения коленчатого вала; 7 – упор;
8 – тяга дозатора; 9 – коромысло; 10 – наконечник тяги; 11 – тяга;
12 – рычаг заслонки дозатора газа
Рисунок 2.49 – привод управления регулятора и дозатора газа
112
2.6.4 Специальный всережимный регулятор
газодизельного двигателя Д-240.10
Двигатель Д-240, который можно перевести на работу одновременно на
двух видах топлива: газообразном и жидком. Для этого они обладают двумя
топливными системами: обычной дизельной и газовой. В качестве газообразного топлива используют компримированный (сжатый) природный газ – метан.
Для обеспечения работы дизеля по газодизельному процессу при взаимной конвертации одним из главных условий является обеспечение работы газодизеля по всережимной характеристике. Вторым необходимым условием
является возможность быстрого перевода работы дизеля с одного вида топлива на другой и обратно. Исходя из этих условий, система регулирования
газодизеля должна базироваться на существующей штатной топливной аппаратуре с соответствующей модернизацией для регулирования газодизеля.
Для этого разработан специальный всережимный регулятор частоты
вращения. Этот регулятор обеспечивает всережимное регулирование частоты
вращения коленчатого вала при работе как по дизельному, так и по газодизельному циклам.
Система регулирования газодизеля Д-240.10 с насосом типа УТНМ
представлена на рисунке 2.50. Данная система позволяет легко переводить
дизель с одного вида топлива на другой, четко фиксировать рейку топливного насоса на запальной дозе дизельного топлива, обеспечивать работу газодизеля по всережимной характеристике.
Система регулирования газодизеля содержит всережимный регулятор 1,
рычаг управления 2, который соединен с педалью управления. Набор грузов 3
регулятора 1 сообщает основному рычагу регулятора 4 движение в зависимости от режимов работы газодизеля. Штифт 7 жестоко закреплен на основном
рычаге регулятора 4 и связан с тягой рейки 5 топливного насоса по средством
пружины 6, которая обеспечивает движение рейки 8 на увеличение подачи
топлива. Электромагнитный клапан 17 фиксации рычага 5 рейки насоса 8
сблокирован с клапаном 18 посредством электрического проводника 19.
Двуплечий рычаг 10 прижат к штифту 9 под действием пружины 13, установленной на оси газовой заслонки 14 по средством рычага 12 и тяги 11.
Двуплечий рычаг 10 и газовая заслонка 14 соединена со смесителем 16. Рычаг 12 газовой заслонки через тягу 11 и двуплечий рычаг 10 и штифт 9 воздействует на основной рычаг регулятора 4.
Система регулирования работает следующим образом. Воздействие на
педаль управления вызывает перемещение рычага управления регулятором 2
и задает скоростной режим работе регулятора 1. Набор грузов 3, расходясь
или сходясь (в зависимости от режима работы двигателя), вызывает перемещение основного рычага регулятора 4. При работе по дизельному процессу
для уменьшения подачи топлива рычаг 4 всережимного регулятора 1 перемещается вправо и штифтом 7, перемещающимся в прорези тяги рейки 5, отводит рейку 8 вправо на уменьшение подачи топлива.
113
1 – регулятор топливного насоса; 2 – рычаг управления; 3 – грузы
регулятора; 4 – основной рычаг регулятора; 5 – тяга рейки; 6 – пружина;
7 и 9 – штифты; 8 – рейка топливного насоса; 10 – двуплечий рычаг;
11 – тяга; 12 – рычаг газовой заслонки; 13 – пружина газовой заслонки;
14 – газовая заслонка; 15 – патрубок для подачи газа; 16 – газовый смеситель;
17 – электромагнитный клапан фиксации рейки насоса;
18 – электромагнитный клапан подачи газа; 19 – электрический проводник
Рисунок 2.50 – Система регулирования газодизеля
При увеличении подачи топлива рычаг 4 регулятора 1 перемещается
влево и посредством пружины 6, упирающейся одним концом в основной
рычаг регулятора 4, а другим в тягу рейки 5, перемещает рейку топливного
насоса влево на увеличение подачи топлива.
При работе по газодизельному процессу тяга рейки 5 фиксируется электромагнитным клапаном 17. В то же время сблокированный с ним электромагнитный клапан 18 открывает подачу газа. Для увеличения подачи газа
114
основной рычаг 4 регулятора перемещается влево и воздействует посредством штифта 9 на двуплечий рычаг 10, который через тягу управления 11 и
рычаг 12 открывает газовую заслонку 14, увеличивая частоту вращения коленчатого вала газодизеля. При уменьшении подачи газа основной рычаг 4
регулятора 1 перемещается вправо, а заслонка 14 под действием пружины 13
закрывается, уменьшая частоту вращения коленчатого вала газодизеля.
Применение указанной системы регулирования позволяет обеспечить
работу и дизеля, и газодизеля по всережимной характеристике, то есть автоматически изменять подачу топлива или газа в зависимости от скоростного и
нагрузочного режима работы дизеля.
Контрольные вопросы
1. Перечислить достоинства и недостатки при переоборудовании карбюратора ДВС для работы на СНГ и КПГ.
2. Перечислить этапы развития газотопливных систем газобаллонных
автомобилей, работающих на СНГ.
3. Объяснить, зачем усложняют оборудование газотопливных систем ГБА?
4. Перечислить газобаллонное оборудование, входящее в газотопливную
систему для карбюраторных двигателей, работающих на СНГ.
5. Объяснить принцип работы механических систем с вакуумным управлением, работающих на СНГ.
6. В чем состоит отличие ГТС «САГА-6» от других систем и что это даѐт
ГБА?
7. Перечислить известные механические ГТС с вакуумным управлением.
8. Объяснить на примере любой ГТС еѐ работу.
9. Перечислите достоинства механических и инжекторных систем с
электронным управлением.
10. Объяснить, что представляет собой электронная система управления
ДВС с ГТС, работающих на СНГ.
11. Перечислите термины и понятия, относящиеся к электронным система управления ГБА.
12. В чем состоит отличие ГТС «САГА-6» для инжекторных двигателей от
ГТС «САГА-6» для механических ГТС с вакуумным управлением ДВС?
13. Объясните работу любой ГТС с электронным управлением работающей на СНГ.
14. Перечислите известные фирмы с электронным управлением.
15. В чем отличие ГТС с впрыском газа от ранее изученных ГТС, работающих на СНГ?
16. Объясните работу любой ГТС с впрыском СНГ.
17. Перечислите известные фирмы ГТС с впрыском СНГ.
18. Перечислите достоинства и недостатки ГТС, работающих на КПГ.
19. Перечислите газобаллонное оборудование, входящее в ГТС для карбюраторных ДВС, работающих на КПГ.
20. Объясните работу ГТС, работающую на КПГ.
21. Перечислите известные фирмы ГТС, работающие на КПГ.
115
22. Перечислите достоинства и недостатки ГТС, работающих на СПГ.
23. В чем состоит отличие ГТС, работающих на СПК от ГТС, работающих на КПГ?
24. Объясните работу ГТС, работающую на СПГ.
25. В чем заключаются конструктивные отличия ГТС карбюраторных
ДВС от дизельных ДВС, работающих на КПГ и СНГ?
26. Перечислите достоинства и недостатки при работе дизельных ДВС,
переоборудованных для работы на КПГ и СНГ.
27. Объяснить, в чем заключаются конструктивные особенности газодизельных систем от дизельных.
28. В чем заключаются особенности работы газодизельных систем.
29. Объясните работу газодизельного ДВС.
30. Перечислите известные фирмы газодизельных ДВС.
31. Какие конструктивные отличия имеются у трехрежимного регулятора по сравнению с всережимным?
32. Какую функцию выполняет прямой корректор?
33. Какую функцию выполняет обратный корректор?
34. Какие частоты регулирует главная пружина 41 пружинного элемента
(рисунок 2.46)?
35. Какие частоты регулирует промежуточная пружина 50 пружинного
элемента?
36. Какие частоты регулирует малая пружина 39 пружинного элемента
(рисунок 2.46).
37. Какие функции выполняют регулировочные гайки 37 и 49 (рисунок 2.46)?
38. Зачем при пуске двигателя поворачивают рычаг управления против
часовой стрелки и какая частота вращения устанавливается?
39. Чем ограничивается перемещение наружного рычага управления регулятором до положения, в котором обеспечивается подача топлива насосом,
не превышая запальную дозу?
40. Какую функцию выполняет зазор Б между торцом штока 26 прямого
корректора и торцом головки штока 35 регулятора (рисунок 2.46)?
41. Какую функцию выполняет зазор К между ступенчатой гильзой 36 и
тарелкой 42 (рисунок 2.46)?
42. Какую функцию выполняет зазор А между рычагом муфты грузов 2
и рычагом рейки 11 (рисунок 2.47)?
43. Какую функцию выполняет механизм дистанционной установки запальной дозы топлива?
44. Почему рычаг управления 7 может перемещаться от винта 6 минимальной частоты вращения до винта 5 максимальной частоты при дизельном
режиме работы двигателя?
45. Что необходимо сделать при переходе на газодизельный режим (рисунок 2.48)?
116
46. Что необходимо сделать чтобы упор 9 занял рабочее положение?
47. Что произойдет при внезапном выходе из строя электромагнитного
управления подвижным упором 9 рычага управления насосом?
48. Зачем необходим привод управления регулятором и дозатором газа?
49. В чем конструктивные особенности ТНВД газодизеля Д-240 (рисунок 2.50)?
50. Как работает регулятор Д-240 по дизельному процессу?
51. Как работает регулятор Д-240 по газодизельному процессу?
117
3 ГАЗОВЫЕ РЕДУКТОРЫ
Газовые редукторы служат для преобразования сжиженного или сжатого
природного газа или нефтяного газа в газообразное состояние, а также для
снижения давления газа, поступающего из баллона, и кроме того обеспечивают автоматическое снижение и поддержание на выходе заданного давления газообразного топлива на всех режимах работы двигателя, а также обеспечивают автоматическое прекращение поступления газа при остановке
ДВС. Редукторы являются важнейшей, наиболее сложной и дорогостоящей
(не считая баллонов для КПГ) составляющей газобаллонного оборудования,
непосредственно влияющей на показатели работы двигателя и автомобиля,
кроме того, по их устройству можно судить об уровне совершенства всего газотопливного оборудования.
Редукторы выпускаются в различных исполнениях:
Пневматический – для автомобилей с карбюраторами;
Электронный – для инжекторных машин;
Турбо – для машин с турбонаддувом.
Существуют следующие разновидности автомобильных газовых редукторов:
 одноступенчатые высокого давления;
 двухступенчатые низкого давления;
 трехступенчатые комбинированные высокого и низкого давления;
 одноступенчатые низкого давления для впрыска.
Редукторы должны отвечать следующим требованиям:
 автоматически снижать давление газа в системе питания до заданного
уровня при постоянно изменяющихся давлении и количестве газа в баллонах
и изменяющихся режимах работы двигателя;
 обеспечивать подачу газа в широком диапазоне температур окружающего воздуха;
 автоматически прекращать подачу газа в двигатель автомобиля при
любой его остановке, в том числе неконтролируемой водителем;
 иметь небольшие размеры и стоимость, окупаемую применением газа.
Для решения этих сложных задач применяют системы последовательного ступенчатого снижения давления (многоступенчатые редукторы). Для понижения давления компримированного природного газа с 20,0 МПа применяют трехступенчатые системы, а для газа сжиженного нефтяного с 1,6 МПа
– двухступенчатые системы.
3.1 Общие принципы устройства и работы редукторов
Принципиальная схема простейшего одноступенчатого газового редуктора мембранно-рычажного типа представлена на рисунке 3.1. Редуктор состоит из корпуса 14 с крышкой 1, между которыми зажата эластичная мембрана 6, герметично разделяющая редуктор. В центре мембрана зажата шай-
118
бами 4, через которые проходит поводок 16, и на одну из них опирается пружина 3. Усилие этой пружины регулируется положением крышки пружины 2.
Мембрана 6 поводком 16 соединяется с рычагом 15, на котором крепится клапан 13. Рычаг поворачивается на оси, опора которой крепится на корпусе 14.
Газ поступает во входной канал 12 редуктора через открытый усилием
пружины 3 клапан 13. Равновесие сил, регулирующих положение клапана 13
и соответственно давление в камере (ступени) редуктора, поддерживается
давлением газа на мембрану 6 и усилием пружины 3.
1
2
12
3
11
4
10
1 – крышка; 2 – крышка пружины; 3 – пружина; 4 – шайбы мембраны;
5 – полость 1-й ступени; 6 – мембрана 1-й ступени; 7 – канал выхода газа;
8 – корпус полости подогрева; 9 – полость подогрева; 10 – канал выхода
охлаждающей жидкости; 1 1 – канал входа охлаждающей жидкости;
1 2 – канал входа газа; 13 – клапан; 14 – корпус редуктора; 15 – рычаг;
16 – поводок
Рисунок 3.1 – Принципиальная схема одноступенчатого редуктора
Для подогрева редуктора служит герметичная полость 9, которая соединена с системой охлаждения двигателя.
В редукторе для СНГ подогрев необходим для интенсивного испарения
сжиженного газа. Если редуктор понижает высокое давление компримированного природного газа, подогрев необходим для предотвращения замерзания влаги, присутствующей в газе.
Многоступенчатые редукторы имеют дополнительные камеры для дальнейшего снижения и регулировки давления газа.
В следующей ступени редуктора происходит дальнейшее снижение давления газа (рисунок 3.2).
119
Вторая ступень редуктора состоит из корпуса 12 с крышкой 1, между
которыми зажата эластичная мембрана 2, герметично разделяющая редуктор.
В центре мембрана зажата шайбами 4, через которые проходит поводок 3,
соединенный с рычагом клапана 6. Рычаг поворачивается на оси, опора которой крепится на корпусе 12.
газ
разрежение
1 – крышка 2-й ступени; 2 – мембрана 2-й ступени; 3 – поводок мембраны 2-й
ступени; 4 и 7 – шайбы мембраны; 5 – атмосферная полость; 6 – рычаг
клапана 2-й ступени; 8 – мембрана разгрузочного устройства; 9 – полость
разгрузочного устройства; 1 0 и 16 – пружины; 1 1 – патрубок; 1 2 – корпус
редуктора; 13 – канал выхода газа; 14 – канал входа газа; 15 – клапан;
17 – крышка пружины
Рисунок 3.2 – Принципиальная схема 2-й ступени редуктора
Положение клапана регулируется усилием пружины 16 с помощью
крышки 17.
Давление газа в камере зависит от усилия пружины 16, с одной стороны,
и от давления газа, поступающего в канал 14, с другой стороны. Поступлению
газа из выходного канала 13 способствует разрежение, которое образуется в
диффузоре смесителя и карбюратора при работе двигателя. При эксплуатации
автомобиля может возникнуть неконтролируемая водителем ситуация, когда
зажигание остается включенным, а двигатель не работает или заглох. Если отсутствует устройство блокировки, то при включенном зажигании газ под давлением через открытый магистральный электромагнитный клапан будет продолжать поступать через редуктор в двигатель и затем, не сгорая в нем, в подкапотное пространство и другие полости. При наличии специального устройства этого не произойдет – клапан 15 будет герметично закрыт.
120
Такие пневматические устройства называются разгрузочными устройствами. Разгрузочное устройство образует в редукторе дополнительную изолированную полость, соединенную с впускным коллектором. Если двигатель
не работает, пружина, расположенная в разгрузочном устройстве, через мембрану упирается в рычаг клапана ступени и закрывает таким образом поступление газа в полость этой ступени.
Разгрузочное устройство состоит из пружины 10, упирающейся в рычаг 6
через упорные шайбы 7, закрепленные на мембране 8. Мембрана 8 образует
герметичную полость, соединенную через патрубок 11 с впускным коллектором.
При запуске двигателя разрежение из впускного коллектора передается
в полость 9 разгрузочного устройства, мгновенно втягивая мембрану и сжимая пружину 10. Упор на шайбе мембраны 7 опускается и освобождает (разгружает) перемещение рычага 6.
Редукторы могут оснащаться дополнительными (байпасными) каналами,
выполняющими функции пусковой системы и системы холостого хода.
Система холостого хода позволяет обеспечивать поступление малого
количества газа и производить регулировку токсичности на холостом ходу.
Для блокировки подачи газа при неработающем двигателе не обязательно использовать разгрузочное устройство. На входе в редуктор или систему
холостого хода достаточно установить дополнительный электромагнитный
клапан. Клапан открывается специальным электронным блоком как только
на него поступит сигнал о запуске двигателя.
Длина и расположение рычагов клапанов, их форма и размер, диаметр
мембран, усилие пружин существенно отличаются в различных редукторах и
соответственно влияют на характеристики работы редукторов и их систем
питания.
3.2 Редукторы высокого давления
Редукторы высокого давления (РВД) устанавливаются в системах питания КПГ и предназначены для снижения высокого давления газа (20,0 МПа),
поступающего из баллонов, до 1,0 МПа, а также для подогрева газа перед
снижением давления. Во время редуцирования температура газа и всех деталей РВД резко снижается (эффект Джоуля-Томпсона) до -40 °С, и содержащиеся в газе примеси воды могут образовать кристаллы льда на фильтрующем элементе и в каналах редуктора и стать препятствием при подаче газа в
двигатель. Таким образом, при эксплуатации ГБА необходим эффективный
подогрев газа перед снижением давления в редукторе, особенно в зимний
период эксплуатации.
121
3.2.1 Редуктор высокого давления производства «РЗАА»
Рассмотрим редуктор высокого давления ОАО «РЗАА» рычажномембранного типа (рисунок 3.3), состоящий из следующих основных элементов: корпуса блока редуктора 6, корпуса клапана высокого давления 16 с расположенным в нем клапаном 5, мембраны 3 со штоком 17, пружины 2 мембраны, упора 12, болта регулировочного 21, колпака 19. Колпак крепится к
корпусу блока шпильками 18 с гайками. В корпус блока редуктора 6 ввинчен
также предохранительный клапан 8, сообщающий полость низкого давления
редуктора с атмосферой при повышении давления газа в этой полости более
1,6 МПа. Для подогрева газа в корпусе блока редуктора предусмотрены два
штуцера 11 для подвода и отвода охлаждающей жидкости двигателя.
Понижение давления газа в РВД происходит за счет его дросселирования при прохождении через зазор между седлом корпуса 16 и клапаном 5 и
последующего расширения при попадании в камеру низкого давления (полость между мембраной 3 и корпусом блока).
При изменении режима работы двигателя и, соответственно, расхода газа происходит изменение проходного сечения редуктора, которое образовано
положением торца клапана 5 относительно седла корпуса 16. Клапан 5 перемещается вдоль оси корпуса 16.
В момент начала поступления газа в редуктор через входной штуцер 15
клапан 5 открыт под действием усилия пружины 2, которое передается на
шток 17. Когда давление газа под мембраной 3 достигнет 1,0 МПа и уравновесит усилие пружины 2, клапан 5 закроется под действием пружины 13.
В этом положении клапан 5 будет находиться, если открыт расходный вентиль на неработающем двигателе при давлении выше 1,0 МПа. Таким образом перекрывается подача газа в полость низкого давления.
При работе двигателя на различных режимах количество газа, проходящего через редуктор, изменяется при сохранении постоянного давления
(1,0...1,2 МПа) в полости низкого давления благодаря автоматическому поддержанию необходимого зазора между клапаном 5 и седлом корпуса 16. При
увеличении расхода газа (при увеличении нагрузки на двигатель) усилие на
мембрану 3 уменьшается, пружина 2 воздействует на шток 17, и клапан 5
опускается вниз. Зазор между клапаном 5 и седлом корпуса 16 увеличивается. При уменьшении расхода газа происходит обратный процесс изменения
зазора между седлом и клапаном.
Регулировка давления в полости низкого давления осуществляется изменением усилия пружины 2 путем изменения положения упора пружины
вращением регулировочного болта 21.
На входе в редуктор установлен манометр высокого давления
(до 25,0 МПа) и датчик давления ММ124Д, замыкающийся на «массу» при
падении давления в рабочей полости редуктора до 0,45 МПа (на рисунке не
показаны).
Предохранительный клапан 8 обеспечивает аварийный сброс газа в атмосферу. При увеличении давления в редукторе выше 1,6 МПа усилие давления
122
газа в полости низкого давления преодолевает усилие пружины 9, клапан 8 открывается, и газ через дренажное отверстие выходит из редуктора, предотвращая прорыв мембраны 3.
12
Полость подогрева
1 – упор пружины; 2 – пружина; 3 – мембрана; 4 – выходной штуцер;
5 – клапан высокого давления; 6 – корпус редуктора; 7 – вставка
предохранительного клапана; 8 – предохранительный клапан;
9 – пружина предохранительного клапана; 1 0 – корпус предохранительного клапана; 1 1 – штуцеры для теплоносителя; 12 – упор клапана высокого
давления; 13 – пружина клапана высокого давления; 14 – фильтрующий
элемент; 15 – штуцер входной; 16 – корпус клапана высокого давления;
17 – шток мембраны; 18 – шпилька; 19 – колпак; 20 – контргайка; 21 – болт
регулировочный
Рисунок 3.3 – Редуктор высокого давления ОАО «РЗАА»
Для подогрева газа в редукторе охлаждающая жидкость из системы
охлаждения циркулирует через штуцеры 11 в полости для подогрева.
123
3.2.2 Редуктор высокого давления «Автосистема»
Конструкция редуктора высокого давления ЗАО «Автосистема» представлена на рисунке 3.4.
Газ под давлением 20 МПа поступает в полость редуктора через входной
канал 7 в открытое сечение между корпусом клапана 14 и его седлом 2. Поступая в полость под мембраной 9, газ расширяется и оказывает на нее давление. Мембрана перемещается вверх вместе с мембранным механизмом 10,
который перемещает влево рычаг 11 клапана 14 и прижимает клапан к седлу.
При достижении давления 1,0 МПа на неработающем двигателе клапан перекрывает подачу газа.
При постоянной подаче газа через редуктор клапан 14 обеспечивает при
давлении 1,0 МПа требуемый расход газа.
Регулировка давления осуществляется только заменой пружин 7 при
разборке редуктора.
Предохранительный клапан 8 обеспечивает аварийный сброс газа через
дренажное отверстие 5 в атмосферу. Газ при повышении давления выше
1,6 МПа в полости под мембраной 9 преодолевает усилие внутренней пружины 7 и поступает в полость, сообщающуюся с атмосферой.
Регулировку давления срабатывания предохранительного клапана выполняют, изменяя усилие внутренней пружины 7 через дренажное отверстие 5.
1 – входной канал; 2 – корпус седла клапана; 3 – корпус клапана; 4 – крышка
редуктора; 5 – дренажное отверстие; 6 – регулировочный винт; 7 – пружина;
8 – предохранительный клапан; 9 – мембрана; 10 – мембранный механизм
клапана; 11 – рычаг клапана; 12 – выходной канал; 13 – штуцер подвода
теплоносителя; 14 – клапан
Рисунок 3.4 – Редуктор высокого давления ЗАО «Автосистема»
124
Для подогрева газа в корпусе редуктора предусмотрены два штуцера 13
для подвода и отвода охлаждающей жидкости двигателя. Жидкость из системы охлаждения поступает через штуцер в полость для подогрева и затем выходит через другой штуцер (на рисунке он закрыт штуцером 13).
3.3 Редукторы низкого давления (редукторы-испарители)
Редукторы низкого давления (РНД) применяются как в системах питания КПГ, так и в системах питания СНГ.
Редукторы мембранно-рычажного типа имеют две ступени, конструктивно объединенные в один узел.
В первой ступени происходит предварительное снижение давления
(от 0,15 до 0,04 МПа).
Если редуктор работает на сжиженном нефтяном газе, в нем одновременно со снижением давления газа происходит его испарение за счет теплоты, подводимой в герметичную полость, подсоединенную к системе охлаждения двигателя. При использовании РНД в системе питания КПГ нет
необходимости подключать эту полость редуктора к системе охлаждения
двигателя, так как газ во всей системе находится в газообразном состоянии.
Затем газ поступает во 2-ю ступень редуктора, где происходит снижение давления до значений, близких к атмосферному. Редуктор поддерживает эти величины давления при различных режимах работы двигателя. Для обеспечения работы в режиме холостого хода могут использоваться системы холостого хода, выполненные как отдельные каналы подачи газа параллельно второй
ступени. Управление подачей газа осуществляется за счет эжекции (всасывания) газа во впускной коллектор из выходного патрубка РНД, которая изменяется при открытии или закрытии дроссельной заслонки карбюратора. Конструктивных отличий при использовании компримированного и сжиженного
нефтяного газов практически нет. Встречаются конструкции, в которых редуктор высокого давления объединен с редуктором низкого давления в трехступенчатые редукторы, которые используются в системах питания КПГ.
Все автомобильные редукторы низкого давления имеют устройства для
автоматического прекращения поступления газа при остановке двигателя.
Это обеспечивает надежное перекрытие подачи газа, даже если двигатель
прекратит работу, и пожарную безопасность газобаллонного оборудования.
3.3.1 Редуктор-испаритель производства «РЗАА»
Редуктор низкого давления производства ОАО «РЗАА» – двухступенчатый мембранно-рычажного типа. Крышка 1, корпус разгрузочного устройства 3, корпус редуктора 7, крышка корпуса экономайзера 23 и верхняя
крышка корпуса редуктора 39 образуют внутренние полости 1-й и 2-й ступеней и разгрузочное устройство (рисунок 3.5). Каждая ступень имеет свой
клапан 44, 30, мембрану 42, 55, рычаг привода клапана 33, 8, пружину 24, 62.
Разгрузочное устройство образовано его корпусом 3, крышкой 5 и мембра-
125
ной 53. Пружина 54 внутри разгрузочного устройства воздействует на упор,
соединенный с мембраной 2-й ступени 55 и далее с рычагом 8 клапана. Таким образом, на неработающем двигателе вход газа во 2-ю ступень закрыт.
Между корпусом экономайзера 26 и корпусом редуктора крепится пластина 29, имеющая два дозирующих отверстия 14 и 15, через которые газ поступает в экономайзер и затем по патрубку 72 в карбюратор-смеситель.
В корпусе экономайзера 26 находится клапан 17, перекрывающий канал
подвода газа 16. Этот клапан удерживает в закрытом состоянии пружина 19.
Вакуумная полость экономайзера 25, образуемая крышкой корпуса 23 и мембраной 21, служит для открытия клапана 17.
При неработающем двигателе давление в полости 50 1-й ступени равно
атмосферному и клапан 44 открыт под действием пружины 34.
При запуске двигателя газ поступает в 1-ю ступень через фильтр 47. Под
действием давления в 1-й ступени перемещаются мембрана 42 и рычаг 33
вместе с клапаном 44. В результате образовавшегося разрежения мембрана 53
перемещается вверх, освобождая ход упорной пластины 56 и соединенного с
ним штока 58, рычага 8 и клапана 30.
Под действием давления газа в 1-й ступени открывается клапан 30 и газ
поступает в полость 2-й ступени, оказывая давление на мембрану 55. Газ поступает через отверстие 15 в полость экономайзера и далее по патрубку подвода газа в карбюратор-смеситель. В режиме минимальных оборотов холостого хода обратный клапан 17 закрыт, и газ поступает по каналам, регулируемым винтами 67 и 68. При увеличении нагрузки на двигатель дроссельная заслонка 69 открывается. Расход газа, поступающего через клапан 30, возрастает.
Разрежение в вакуумной полости экономайзера 25 уменьшается, клапан 17 открывает канал 16, и газ поступает через отверстие 14. Поток газа открывает
обратный клапан 71, устремляясь в карбюратор-смеситель.
Регулировка давления в 1-й ступени выполняется изменением усилия
пружины 34 при вращении регулировочной гайки 35. Регулировка давления
во 2-й ступени выполняется изменением усилия пружины 62 при вращении
регулировочного ниппеля 59. Ход штока 61 и соответственно клапана 30 регулируется винтом 12. Для контроля давления в 1-й ступени служит датчик 36.
Указатель этого давления находится в кабине водителя.
Испарение СНГ происходит вне редуктора в специальном испарителе.
126
Карбюратор
смеситель
а
б
127
а – конструкция; б – принципиальная схема работы с карбюраторомсмесителем; 1 – крышка корпуса редуктора; 2, 4, 6 , 13 и 28 – прокладки;
3 – корпус разгрузочного устройства; 5 – крышка корпуса разгрузочного
устройства; 7 – корпус редуктора; 8 – рычаг клапана 2-й ступени;
9 и 32 – оси рычагов; 10, 37, 49 и 60 – контргайки; 11 – толкатель клапана
2 -й ступени; 1 2 – регулировочный винт клапана 2 -й ступени; 14 – отверстие
мощностной регулировки; 15 – отверстие экономичной регулировки;
16 – канал подвода газа к клапану экономайзера; 17 – клапан; 18 – толкатель;
19 и 24 – пружины; 20 – замочная шайба; 21 – мембрана; 22 – диск
мембраны; 23 – крышка экономайзера; 25 – вакуумная полость экономайзера;
26 – корпус экономайзера; 27 – газовая полость экономайзера; 29 – пластина
с дозирующими отверстиями; 30 – клапан 2-й ступени; 31 – седло клапана
2-й ступени; 33 – рычаг клапана 1-й ступени; 34 – пружина мембраны
1-й ступени; 35 – регулировочная гайка; 36 – датчик давления 1-й ступени;
38 – шток мембраны 1-й ступени; 39 – верхняя крышка корпуса редуктора;
40 – диск мембраны 1-й ступени; 41 – соединительная тяга; 42 - мембрана
1-й ступени; 43 – регулировочный винт клапана 1-й ступени; 44 – клапан
1-й ступени; 45 – седло клапана 1-й ступени; 46 – корпус газового фильтра;
47 – фильтрующий элемент; 48 – пробка; 50 – полость 1-й ступени;
57 – полость разгрузочного устройства; 52 – полость 2-й ступени;
53 – мембрана разгрузочного устройства; 54 – пружина разгрузочного
устройства; 55 – мембрана 1-й ступени; 56 – упорные пластины мембраны
2-й ступени; 57 – диск мембраны 2-й ступени; 58 – шток мембраны
2-й ступени; 59 – регулировочный ниппель мембраны 2 -й ступени;
61 – стержень штока мембраны 2-й ступени; 62 – пружина; 63 – опорная
шайба; 64 – колпачок; 65 – кран слива конденсата; 6 6 – патрубок подвода
разрежения; 67 и 6 8 – винты регулировки холостого хода; 69 – дроссельная
заслонка; 70 – канал основной подачи газа; 71 – обратный клапан;
72 – патрубок подвода газа
Рисунок 3.5 – Редуктор низкого давления РЗАА
3.3.2 Редуктор-испаритель «Автосистема» фирмы НАМИ
Более простым по принципу работы и конструкции является редукториспаритель низкого давления, выпускаемый ЗАО «Автосистема» фирмы
НАМИ. Несмотря на свою простоту и малые габаритные размеры, редукторы
могут устанавливать на легковых и грузовых автомобилях, а также на автобусах. Редуктор двухступенчатый, без разгрузочного устройства (рисунок 3.6).
К корпусу редуктора с обеих сторон винтами и шпильками крепятся
крышки и мембраны, образуя таким образом пространство для камер 8 и 14
1-й и 2-й ступеней редуктора и полости теплоносителя 6.
В 1-й ступени установлен клапан 7, соединенный с мембраной 9. Для
уравновешивания давления газа, поступающего в 1-ю ступень, с наружной
стороны на мембране установлена торсионная пружина 19, усилие которой
регулируется винтом 18.
128
129
1 и 2 – штуцеры подвода теплоносителя; 3 и 10 – крышки камеры
подогрева; 4 и 24 – электромагниты; 5 – входной штуцер; 6 – полость
для теплоносителя; 7 – клапан 1-й ступени; 8 – камера 1-й ступени;
9 – мембрана 1-й ступени; 11 – прокладка; 12 – седло клапана 2-й ступени;
13 – клапан 2-й ступени; 14 – камера 2-й ступени; 15 – мембрана
2-й ступени; 16 – рычаг клапана 2-й ступени; 17 – камера атмосферного
давления; 18 – винт регулировки давления; 19 – торсионная пружина;
20 – канал холостого хода; 21 – винт регулировки холостого хода;
2 2 – корпус электромагнитного клапана; 23 – шток электромагнитного
входного клапана; 25 – регулировочный винт 2 -й ступени;
26 – регулировочная пружина
Рисунок 3.6 – Конструкция редуктора-испарителя низкого давления
ЗАО «Автосистема»
130
Во 2-й ступени на оси крепится рычаг 16 клапана 13, соединенный с мембраной 15 этой ступени. В рычаг клапана с другой стороны упирается пружина 26, регулируемая винтом 25. Редуктор имеет канал холостого хода 20 с регулировочным винтом 21.
Для подогрева сжиженного нефтяного газа служит камера теплоносителя 6, соединенная с системой охлаждения штуцерами 7 и 2.
Включение и отключение подачи газа на входе в редуктор выполняет электромагнитный клапан 4 по сигналу, поступающему от электронного блока.
При подаче напряжения на катушку электромагнитного клапана 4 (рисунок 3.7) клапан открывается и газ поступает в камеру 1-й ступени 9. Сжиженный газ поступает через входной штуцер 5 в камеру 1-й ступени снижения давления. Здесь происходит практически мгновенное его испарение за
счет теплоты охлаждающей жидкости, циркулирующей в полости 3, поступающей в редуктор по входным штуцерам 6. Автоматическое регулирование
давления в этой камере осуществляется перемещением клапана 7 за счет результирующей силы давления газа и жесткости торсионной пружины 1, воздействующих на мембрану 1-й ступени 8. Давление в 1-й ступени регулируется затяжкой торсионной пружины с помощью регулировочного винта 2.
13
14
15
16
17
18
19
1 – торсионная пружина; 2 – винт регулировки давления 1-й ступени;
3 – полость для теплоносителя; 4 – катушка электромагнитного клапана;
5 – вход газа; 6 – входной штуцер для подвода охлаждающей жидкости;
7 – клапан 1-й ступени; 8 – мембрана 1-й ступени; 9 – камера 1-й ступени;
10 – винт регулировки холостого хода; 1 1 – пружина; 1 2 – регулировочный
винт 2-й ступени; 13 – выходной патрубок; 14 – клапан 2-й ступени;
15 – мембрана 2-й ступени; 16 – рычаг клапана 2-й ступени;
17 – камера атмосферного давления; 18 – камера 2 -й ступени
Рисунок 3.7 – Схема редуктора-испарителя ЗАО «Автосистема»
131
Испарившийся газ поступает в камеру 2-й ступени 18 через клапан 14.
Автоматическое регулирование необходимого давления в камере 2-й ступени
осуществляется перемещением клапана 14, расположенным на рычаге 16,
при воздействии на него мембраны 2-й ступени 15. Рычаг клапана 16 одновременно с мембраной 15 изменяют свое положение за счет результирующей
силы с одной стороны пружины 11, а с другой стороны разрежения, образующегося при поступлении газа в двигатель. По мере открытия дроссельной
заслонки карбюратора увеличивается расход воздуха через карбюратор и соответственно увеличивается разрежение в диффузорах карбюратора смесителя. Мембрана 15 втягивается внутрь редуктора под действием атмосферного
давления в камере 17, оказывая на рычаг 16 усилие, достаточное для преодоления усилия пружины 11, которая удерживает клапан 14. Таким образом,
клапан 14 открывается и обеспечивает необходимое поступление газа с давлением, близким к атмосферному.
Газ выходит из редуктора через патрубок 13. Оптимальный расход газа
через клапан и его давление во 2-й ступени устанавливаются подбором усилия, воздействующего на пружину 11, с помощью регулировочного винта 12.
В режиме холостого хода клапан 2-й ступени 14 закрыт, и газ поступает
из полости 1-й ступени 9 во 2-ю через канал холостого хода, сечение которого регулируется винтом 10. Этот канал остается постоянно открытым и при
открытии клапана 2-й ступени 14.
По мере открытия дроссельной заслонки (увеличение нагрузки двигателя) и увеличения расхода воздуха через карбюратор-смеситель увеличивается
разрежение в диффузорах смесителя. Разрежение в полости камеры 2-й ступени 18 редуктора также растет, что вызывает перемещение диафрагмы второй ступени 13 и через рычаг 14 открытие клапана второй ступени 6 на
большую величину, обеспечивая больший расход газа.
При остановке двигателя, когда обороты коленчатого вала достигают
значения 400–450 мин–1, электронный блок отключает электромагнитный
клапан 4 редуктора, тем самым, прекращая подачу газа в систему питания.
Двигатель последними оборотами расходует оставшийся в редукторе газ,
предотвращая его самопроизвольное истечение после остановки.
Отличительные особенности редуктора:
– высокая чувствительность и быстродействие;
– оптимизированная расходная характеристика, обеспечивающая высокие динамические качества автомобиля;
– встроенная система холостого хода;
– удобства в эксплуатации и ремонте;
– новые материалы, из которых изготовлены диафрагмы и уплотнительные кольца, позволяют продлить срок службы редуктора в 2–3 раза;
– до минимума сокращено количество деталей.
Благодаря торсионной пружине 1 (рисунок 3.7) редуктор имеет относительно малую толщину. Редукторы этого типа имеют большую пропускную
способность, обеспечивая работу двигателей с рабочим объемом камеры сгорания до 10 л. Эксплуатация этих редукторов показала их высокую ремонтопригодность, возможность быстро проводить ремонт большинства элементов
без снятия редуктора с автомобиля.
132
3.3.3 Редуктор-испаритель «НЗГА»
Для двигателей автомобилей грузоподъемностью до 3,5 т используют
редуктор-испаритель низкого давления (рисунок 3.8) Новогрудского завода
газового оборудования (НЗГА).
1 – канал холостого хода; 2 – винт регулировки холостого хода; 3 – клапан
холостого хода с мембраной; 4, 22 и 30 – пружины; 5 – вакуумная полость;
6 – штуцер подвода разряжения; 7 – клапан 2-й ступени; 8 – штуцер
подвода охлаждающей жидкости; 9 и 14 – полости для теплоносителя;
10 – канал подвода разряжения; 11 – пружина; 12 – мембрана 1-й ступени;
13 – камера 1-й ступени; 15 – штуцер отвода охлаждающей жидкости;
16 – клапан 1-й ступени; 17 – входной штуцер; 18 – полость разгрузочного
устройства; 19 – выходной патрубок; 20 – мембрана разгрузочного
устройства; 21 – упор; 23 – поводок; 24 – камера атмосферного давления;
25 – рычаг клапана 2-й ступени; 26 – камера 2-й ступени; 27 – мембрана
2-й ступени; 28 – крышка; 29 – регулировочный винт 2-й ступени;
31 – пусковой клапан; 32 – катушка пускового клапана
Рисунок 3.8 – Схема редуктора-испарителя низкого давления НЗГА
Газ поступает в редуктор через входной штуцер 17 в камеру 1-й ступени 13. Здесь же происходит испарение сжиженного газа за счет теплоты
охлаждающей жидкости, поступающей по каналам штуцеров 8, 15 и циркулирующей в полостях 9 и 14.
Автоматическое снижение и регулирование давления в камере осуществляются перемещением рычага клапана 1-й ступени 16 за счет результирующей силы давления газа и жесткости пружины 11, воздействующих на
мембрану 1-й ступени 12.
133
Из 1-й ступени газ поступает в камеру 2-й ступени 26 через отверстие,
перекрываемое клапаном 1-й ступени 7, который закреплен на рычаге 25.
Автоматическое регулирование необходимого давления в камере 2-й
ступени 26 осуществляется перемещением рычага 25 и клапана 7. Рычаг перемещается поводком 23, соединенным с мембраной 2-й ступени 27, которая
перемещается под действием результирующих сил. С одной стороны на нее
действуют атмосферное давление воздуха, поступающего через отверстие в
крышке 28 разрежение, образуемое в результате эжекции в карбюраторесмесителе, и давление газа, поступающего из 1-й ступени, а с другой стороны
на мембрану воздействует усилие пружины 30.
Для предотвращения поступления газа в неработающий двигатель служит разгрузочное устройство, образуемое полостью 18 с мембраной 20 и
пружиной 22. При неработающем двигателе пружина 22 через мембрану 20 и
упор 21 воздействует на рычаг 25, запирая таким образом клапан 7. Во время
запуска двигателя и его работы в полость разгрузочного устройства 18 из
впускного коллектора двигателя через цилиндр 6 подвода разряжения по каналу 10 поступает разрежение, достаточное для сжатия пружины 22. Таким
образом, рычаг 25 разгружается и переходит в рабочее состояние, регулируя
поступление газа на различных режимах. При остановке двигателя в полости 18
давление мгновенно сравняется с атмосферным и пружина 22 «запрет»
рычаг 25 клапана 7 и прекратит поступление газа в двигатель.
Для запуска холодного двигателя имеется пусковой клапан 31, позволяющий газу поступать прямо во 2-ю ступень.
Система холостого хода состоит из клапана с мембраной 3 и винта регулировки холостого хода 2. Клапан 3 открывается, когда соединенная с ним
мембрана преодолевает усилие пружины 4 за счет разрежения, поступающего из впускного коллектора по каналу штуцера 6.
В режиме холостого хода разрежения, создаваемого двигателем, недостаточно для открытия клапана 7. При этом газ, минуя закрытый канал 2-й
ступени, поступает во 2-ю ступень через открытый клапан 3 и канал 1.
При открытии дроссельной заслонки за счет увеличивающейся эжекции
всасываемого газа из патрубка 19 мембрана 27 втягивается и поводок 23, перемещая рычаг, открывает клапан 7, и в работу включается основная система
подачи газа.
При открытии дроссельной заслонки карбюратора на режимах холостого
хода и движения при различных нагрузках этот клапан меняет свое положение в зависимости от требуемого расхода газа. При этом давление близко
к атмосферному.
Во 2-й ступени имеется канал для слива конденсата (на рисунке не показан).
Регулировка холостого хода и токсичности отработанных газов выполняется вращением винта регулировки холостого хода 2 на 1/4 оборота. Регулировка давления 2-й ступени в момент открытия клапана 7 выполняется
вращением регулировочного винта 2-й ступени 29.
134
3.3.4 Редукторы-испарители «САГА»
Двухступенчатый редуктор модели «САГА-6» НПФ «САГА» обеспечивает работу как инжекторного, так и карбюраторного двигателя внутреннего
сгорания на сжиженных нефтяном газе (СНГ) и природном газе (СПГ). Такая
его универсальность является существенным достоинством по сравнению
с редукторами других фирм, ориентированными в основном для работы на
каком-то одном виде газового топлива.
1 – крышка второй ступени; 2 – диафрагма разгрузочного устройства;
3 – полость разгрузочного устройства; 4, 8, 11, 22 – пружины; 5 – полость
2-й ступени; 6 – диафрагма 2-й ступени; 7, 24 – рычаги;
9, 25 – клапаны; 10, 26 – седла; 12 – дозатор; 13 – канал выхода газа;
14 – регулировочный винт холостого хода; 15, 30 – каналы соответственно
подвода и отвода теплоносителя; 16 – канал обратной связи; 17 – канал,
соединяющий полости высокого и низкого давления; 18 – полость 1-й
ступени; 19 – пружинная полость 1-й ступени; 20 – винт регулировки
давления 1-й ступени; 21 – диафрагма 1-й ступени; 23 – крышка 1-й ступени;
27 – канал слива конденсата из полости 1-й ступени;
28 – канал подвода газа; 29 – корпус редуктора; 31 – канал для подсоединения
к впускной трубе двигателя или к задроссельному пространству карбюратора;
32 – канал слива конденсата из полости 2-й ступени; 33 – редуктор
высокого давления
Рисунок 3.9 – Редукторы-испарители «САГА-6» и «САГА-7»
135
На базе редуктора «САГА-6» для работы на компримированном природном газе создана модель «САГА-7». В конструкцию редуктора-испарителя добавлен самостоятельный узел – редуктор высокого давления (РВД),
непосредственно присоединенный к корпусу двухступенчатого редуктора
низкого давления (РНД) и сообщающийся с его входом. Совмещение двухступенчатого РНД с РВД позволяет поддерживать на входе в РНД рабочее
давление компримированного природного газа в пределах 0,5–1,2 МПа при
максимальном входном давлении в РВД 20 МПа. Далее газобаллонная установка работает по традиционной схеме, также как и для сжиженных газов.
РВД обогревается посредством контактной теплопередачи от РНД. В корпусе
РВД размещен штуцер для подключения дренажного шланга отвода газа в
атмосферу в случае его утечки в каком-либо соединении системы.
Внешний вид и конструктивная схема унифицированных редукторов
«САГА» приведена на рисунке 3.9.
20
1 – крышка; 2 – мембрана разгрузочного устройства; 7 – мембрана;
3 – полость разгрузочного устройства; 4 – пружина; 5 – поводок; 6 – полость
2-й ступени; 8 – рычаг клапана 2-й ступени; 9 – ось рычага; 10 – клапан 2-й
ступени; 11 – пружина клапана 2-й ступени; 12 – дозатор; 13 – выход газа;
14 – регулировочный винт давления пружины на клапан 2-й ступени;
15 – канал полости теплоносителя; 16 – канал обратной отрицательной связи;
17 – мембрана 1-й ступени; 18 – крышка; 19 – пружина диафрагмы
1-й ступени; 20 – регулировочный винт давления пружины на диафрагму 1-й
ступени; 2 1 – пружина регулировочная диафрагмы 1-й степени; 2 2 – полость
за мембраной 1 -й ступени; 23 – рычаг клапана 1-й ступени; 24 – клапан
1-й ступени; 25 и 30 – каналы слива конденсата; 26 – входной канал газа;
27 – корпус редуктора; 28 – полость теплоносителя;
29 – канал разгрузочного устройства
Рисунок 3.10 – Схема редуктора-испарителя низкого давления НПФ «САГА»
136
Для работы на газовом топливе переключатель вида топлива на панели
приборов устанавливают в положение «Газ», при включенном зажигании газ
под давлением 0,15–0,5 МПа поступает в полость 18 первой ступени редуктора-испарителя или непосредственно из баллона (при работе на СНГ), или
из теплообменника (при работе на КПГ), или из редуктора высокого давления 33 (при работе на СПГ) (рисунок 3.9).
Во время пуска двигателя стартером в его впускной трубе создается разрежение, которое через шланг передается в полость 3 (рисунок 3.10) разгрузочного устройства. Под действием перепада давлений возникающая на диафрагме 2 разгрузочного устройства сила сжимает пружину 4, освобождая
рычаг 8 клапана 10 второй ступени.
Разрежение воздействует и на диафрагму 7 второй ступени. Газ из полости первой ступени поступает в полость 6 второй ступени, где его давление
снижается до величины 0,04 МПа и поддерживается на этом уровне на всех
режимах работы двигателя.
Автоматическое регулирование давления в камере 1-й ступени до
0,04 МПа осуществляется перемещением клапана 1 -й ступени 24 за счет результирующей силы давления газа и жесткости пружин 19 и 21, воздействующих на мембрану 17. Если давление газа больше упругости пружин, то
диафрагма прогибается вниз 1 газ поступает в 1-й ступени редуктора через
открытый клапан 24.
Испарившийся газ из полости 1-й ступени поступает в полость 2-й ступени 6.
Автоматическое регулирование необходимого давления в камере 2-й
ступени осуществляется перемещением клапана 10, расположенного на рычаге 8. Рычаг клапана 2-й ступени перемещается поводком 5, закрепленным
на мембране 2-й ступени 2, которая перемещается под действием сил атмосферного давления воздуха, поступающего через отверстие в крышке 1, пружины усилия клапана 2-й ступени, создаваемого 11 разрежения за счет эжекции при работе двигателя в карбюраторе-смесителе и давления газа, поступающего из 1-й ступени. Регулировка усилия пружины 11 выполняется винтом 14.
Для предотвращения поступления газа в неработающий двигатель служит разгрузочное устройство. Во время запуска двигателя и при его работе в
полости разгрузочного устройства 3 образуется разрежение, достаточное для
сжатия пружины 4. Таким образом, рычаг 8 разгружается и переходит в рабочее состояние, регулируя 1 поступление газа на различных режимах.
Как отмечалось выше, в редукторе введен канал 16 обратной отрицательной связи между полостями над мембранами 1-й и 2-й ступеней. Эта
связь позволяет избежать резонансных колебаний клапанов обеих ступеней,
возникающих на определенных режимах и неожиданно резко снижающих
пропускную способность редуктора.
Если на мембрану 7 2-й ступени воздействует результирующая сила, достаточная для преодоления усилия пружины 11, которая удерживает клапан
10, то этот клапан открывается, меняя свое положение в зависимости от тре-
137
буемого расхода газа. В режиме минимальных оборотов холостого хода клапан 10 2-й ступени открыт минимально. При этом давление близко к атмосферному. Количество газа на выходе регулируется винтом 14.
При нажатии на педаль дроссельной заслонки карбюратора в режиме
движения при различных нагрузках результирующее усилие на клапан 2-й
ступени 10 уменьшается и он занимает положение, соответствующее требуемому расходу газа. Винт 14 позволяет производить регулировку результирующей силы. Давление в 1-й ступени регулируется винтом 20.
Применение обратной связи между полостями 1-й и 2-й ступени 6 и 22
через канал 16 позволяет обеспечить устойчивую и экономичную работу
двигателя на переходных режимах, то есть при резком открытии и закрытии
дроссельных заслонок карбюратора.
В зависимости от мощности двигателя автомобиля подбирают редуктор,
обеспечивающий соответствующую подачу.
В редукторе-испарителе:
– повышена в несколько раз точность редуцирования и регулирования
давления газа на выходе редуктора, что обеспечивает стабильность оборотов
холостого хода двигателя, топливную экономичность и снижение токсичности отработавших газов;
– применены самоустанавливающиеся клапаны, что значительно увеличивает надежность работы редуктора-испарителя;
– конструкция теплообменных каналов дает возможность поддерживать
температуру газа на выходе из редуктора близкой к оптимальной на всех режимах работы двигателя;
– замерзание воды из системы охлаждения двигателя в теплообменных
каналах редуктора не приводит к разрушению корпуса;
– отсутствие электромагнита принудительной подачи газа перед запуском объясняется тем, что в 1-й ступени, после выключения двигателя, остается достаточное количество газа для надежного запуска;
– регулировка редуктора осуществляется всего одним винтом, которым
можно изменять выходное давление от избыточного до разрежения;
– малое давление на выходе первой ступени позволяет полностью использовать запас газа в баллоне;
– введена пневматическая отрицательная обратная связь между первой и
второй ступенями редуктора, которая определяет устойчивую работу редуктора на переходных режимах и не допускает переобогащения газовоздушной
смеси.
3.3.5 Редуктор-испаритель «РЗАА»
Устройство и принцип работы редуктора-испарителя производства ОАО
«РЗАА» имеет ряд существенных отличий и сложнее предыдущих (рисунок
3.11).
Этот редуктор-испаритель не имеет разгрузочного устройства. Вместо
него в редукторе установлен пусковой электромагнитный клапан 26. Главной
138
особенностью этого редуктора является наличие дополнительной чувствительной мембраны 21 и эжекционной вакуумной полости 22. Чувствительная
мембрана 21 защищена крышкой 25 со штуцером, который соединен с полостью воздушного фильтра автомобиля для коррекции подачи газа в двигатель
в зависимости от степени загрязненности фильтра.
1 – входной штуцер; 2 – полость теплоносителя; 3 – прокладка; 4 – корпус
2-й ступени; 5 – задняя крышка; 6 – мембрана 2-й ступени; 7 – шток;
8 – канал, связывающий полости 9 и 22; 9 – подмембранная полость;
10 – рычаг клапана 2-й ступени; 11 – ось клапана 2-й ступени; 12 – клапан
2-й ступени с уплотнителем; 13 – пружина 2-й ступени; 14 – полость 2-й ступени; 15 – седло клапана 2-й ступени; 16 – винт регулировки холостого хода;
17 – патрубок выхода газа; 18 – полость чувствительной мембраны;
19 – канал холостого хода; 20 – эжекционное сопло; 21 – чувствительная
мембрана; 22 – эжекционная вакуумная полость; 23 – жиклер пускового
клапана; 24 – отверстия; 25 – крышка передняя со штуцером; 26 – клапан
пусковой (условно удлинен); 27 – соленоид пускового клапана; 28 – пружина
1-й ступени; 29 – мембрана 1-й ступени; 30 – клапан 1-й ступени;
31 – полость 1-й ступени
Рисунок 3.11 – Схема редуктора низкого давления ОАО «РЗЗА»
Газ поступает через входной штуцер 1 с сетчатым фильтром в полость
1-й ступени снижения давления 31. Здесь происходит его испарение за счет
тепла охлаждающей жидкости, циркулирующей в полости 2 и поступающей
в редуктор по штуцерам (на рисунке не показаны).
139
Автоматическое регулирование давления в этой камере осуществляется
перемещением клапана 30 за счет результирующей силы давления газа с одной стороны и жесткости пружины 28 с другой стороны, воздействующих на
мембрану 29.
В момент запуска двигателя газ поступает из 1-й ступени через открытый
пусковым клапаном 26 жиклер 23 и, проходя через открытый пусковой клапан, делится на две части. Первая часть регулируется винтом 16 и поступает в
полость 2-й ступени 14. Другая часть проходит в эжекционное сопло 20 и выходит из него в полость чувствительной мембраны 18, создавая значительное
разрежение в эжекционной вакуумной полости 22. При этом клапан 2-й ступени 12 и отверстия 24 закрыты.
Автоматическое регулирование необходимого давления в камере 2-й
ступени осуществляется перемещением клапана 2-й ступени 12, расположенного на рычаге 10. При перемещении штока 7 и при воздействии на него
мембраны 2-й ступени 6 клапан 2-й ступени 12 одновременно с мембраной 6
изменяют свое положение за счет результирующей силы с одной стороны
пружины клапана 2-й ступени 13 и с другой – усилий давления газа на поверхность клапана атмосферного давления и разрежения, воздействующего
на мембрану 6 за счет эжекции, создаваемой в карбюраторе-смесителе.
При открытии дроссельной заслонки карбюратора в режимах холостого
хода и движения при различных нагрузках результирующее усилие на клапан 12 и мембрану 2-й ступени 6 изменяется и клапан 2-й ступени открывается. Газ устремляется в полость 2-й ступени чувствительной мембраны 18. Затем газ, давление которого близко к атмосферному, выходит через патрубок 17
из редуктора. Под действием разрежения, создаваемого благодаря специальной форме эжекционного сопла 20, мембрана 6 перемещается.
Количество газа, проходящего через отверстия 24, зависит от зазора
между плоскостью с отверстиями 24 и мембраной чувствительности 21. Оно
изменяется в зависимости от положения чувствительной мембраны 21, которое зависит от перепада давлений по обе ее стороны, т.е. от расхода газа
из 2-й ступени редуктора и от разрежения за воздушным фильтром. Баланс
расхода воздуха и расхода газа заставляет чувствительную мембрану 21 занять оптимальное положение. Таким образом, на любом режиме движения и
расходе газа чувствительная мембрана находит свое положение (зазор) относительно плоскости отверстий, сравнивая давление выхода газа с давлением
воздуха по другую сторону мембраны.
Система холостого хода состоит из электромагнитного пускового клапана 26, который включается соленоидом 27 по сигналу электронного блока
управления при пуске двигателя и находится в открытом состоянии постоянно
при работающем двигателе. Этот клапан также выполняет защитную функцию, закрывая по сигналу электронного блока подачу газа на неработающем
двигателе несмотря на включенное зажигание. Необходимо отметить, что
пружина 13 надежно закрывает клапан 2-й ступени 12 при неработающем двигателе, так как максимальное давление газа в полости 1-й ступени 31 в этом
случае не превышает 0,045 МПа, а клапан 2-й ступени 12, нагруженный пружиной 13, выдерживает давление со стороны 1-й ступени 12 МПа.
140
Благодаря мембране чувствительности работа двигателя с данными редукторами имеет хорошую эластичность. Редукторы такого типа имеют
большие размеры и металлоемкость, и достаточно высокую стоимость.
3.3.6 Редуктор-испаритель ОАО «Компрессор»
Редуктор-испаритель низкого давления ОАО «Компрессор» представляет
собой упрощенный вариант ранее рассмотренного редуктора ОАО «РЗАА».
В редукторе исключена секция мембраны чувствительности редуктораиспарителя (рисунок 3.12). Такое изменение конструкции открывает доступ к
1-й ступени и позволяет выполнять регулировку давления 1-й ступени, изменяя
усилие пружины 14.
Газ поступает в редуктор через входной газовый штуцер 6 в 1-ю ступень, где происходит его испарение от теплоносителя, протекающего в камере 15. Теплоноситель из системы охлаждения подводится через штуцеры 4 и
отводится через штуцер 5. При запуске двигателя и в режиме холостого хода
клапан 10 закрыт усилием пружины 9. Газ поступает через канал холостого
хода по аналогии с редуктором ОАО «РЗАА». Поступление газа происходит
при открытии пускового пневматического клапана 3, привод которого аналогичен дозатору.
При открытии дроссельной заслонки карбюратора результирующее усилие на клапан 2-й ступени 10 и мембрану 2-й ступени 7 изменяется и открывает его. Газ поступает через канал в седле клапана 2-й ступени 11 и открытый клапан 2-й ступени 10 в полость 2-й ступени и затем выходит из редуктора через патрубок 1.
141
1 – патрубок выхода газа; 2 – крышка пружины; 3 – пневматический клапан
холостого хода; 4 и 5 – штуцеры подвода теплоносителя; 6 – входной
газовый штуцер; 7 – мембрана 2-й ступени; 8 – рычаг клапана 2-й ступени;
9 – пружина клапана 2-й ступени; 10 – клапан 2-й ступени; 11 – седло
клапана 2-й ступени; 12 – мембрана 1-й ступени; 13 – стакан пружины
мембраны 1-й ступени; 14 – пружина мембраны 2-й ступени;
15 – камера теплоносителя; 16 – болты
Рисунок 3.12 – Схема редуктора-испарителя низкого давления
ОАО «Компрессор»
3.3.7 Редуктор-испаритель «ЛОВАТО»
Газовый редуктор-испаритель (рисунок 3.13) фирмы «Ловато» (Италия)
является наиболее простым. Он представляет собой двухступенчатый
автоматический регулятор для снижения давления в первой ступени до 0,07–
0,09 МПа и во второй до (7+0,50) Па, т.е. практически до атмосферного. Производительность редуктора-испарителя составляет 40 кг/ч СНГ при расходе
жидкости через испарительную полость редуктора 6 л/мин и температуре
80 °С. Масса редуктора – 1,3 кг.
Конструктивной особенностью малогабаритного редуктора является
применение формованной мембраны 5 разгрузочного устройства с пружиной 6
и магнитной шайбой 9. Последняя во время пуска через рычаг 11 на некоторое время автоматически приоткрывает клапан 15 второй ступени, обеспечивая дозированную подачу газа в начальный период при срабатывании разгрузочного устройства.
142
1 – входной канал; 2, 14 – корпуса; 3 – полость 2-й ступени; 4 – мембрана
2-й ступени; 5 – формованная мембрана разгрузочного устройства;
6, 13, 21, 22 – пружины; 7 – электромагнитный пусковой клапан;
8 – катушка электромагнита; 9 – магнитная шайба; 10 – электрический
контакт; 11 – рычаг; 12 – регулировочный винт; 15 – клапан; 16 – штуцер;
17 – вертикальный канал; 18 – мембрана; 19 – передняя крышка;
20 – винт крепления; 23 – полость 1-й ступени; 24 – клапан 1-й ступени;
25 – камера подвода теплоносителя
Рисунок 3.13 – Двухступенчатый редуктор-испаритель фирмы «Ловато»
Во время пуска магнитная шайба 9 удерживает мембрану и через нее
клапан 2-й ступени в момент пуска в заданном положении, обеспечивающем
оптимальное дозирование газа. Между полостями первой 23 и второй 3 ступеней размещен клапан 15, соединенный с рычагом 11. Клапан 15 перед пуском может быть принудительно открыт электромагнитным клапаном 7. Под
полостью 23 размещена мембрана 18 с пружиной 22.
143
Первая ступень 23 через клапан 15, размещенный на рычаге 11, вертикальный 17 и горизонтальный 1 канал в штуцере соединяется с магистралью подвода СНГ. Газовое топливо по каналам в корпусе, обогреваемом жидкостью из
системы охлаждения двигателя, поступает в полость 23 через клапан 15 и
направляется в полость 3, где давление снижается до 0,07 МПа. В дальнейшем
газ по каналу и открытый клапан 15 входит в полость. Ход клапана 15 регулируется при помощи винта 12 и пружины 13, опирающейся на рычаг 11.
Регулирование давления в 1-й ступени осуществляется клапаном, соединенным рычагом 11 с чувствительным элементом – мембраной. При увеличении давления мембрана прогибается, сжимает пружину и через рычаг 11
прикрывает проходное сечение. Газ из первой ступени попадает во вторую
через канал и клапан 15, связанный с мембраной 6 посредством двухплечего
рычага 11. Рычаг взаимодействует с пружиной 13, затяжка которой регулируется винтом 12. Вторая ступень редуктора в исходном положении заперта
клапаном и вступает в работу с помощью разгрузочного устройства, состоящего из мембраны и пружины.
Мембрана разделяет полость второй ступени и полость разгрузочного
устройства. Полость разгрузочного устройства соединена с помощью трубопровода с задроссельным пространством.
Во время пуска кратковременно включают пусковой клапан, якорь которого, действуя на рычаг 11, открывает клапан 15 и заполняет полости редуктора. Объем газа в полостях редуктора достаточен для пуска двигателя. Разрежение, появившееся после запуска, передается из впускного трубопровода
в полость и, действуя на мембрану, сжимает пружину, освобождая рычаг с
клапаном 15.
При остановке двигателя в полости разгрузочного устройства редуктора
исчезает разрежение и пружина переводит рычаг вместе с клапаном 15 в закрытое положение и тем самым прекращается подача газа.
При пуске двигателя в холодное время, когда эластичность мембраны
ухудшается, требуется повышенное усилие для открытия клапана второй
ступени редуктора. Для принудительного заполнения системы питания газом
на панели приборов автомобиля смонтирована кнопка включения электромагнитного устройства, воздействующего через металлический диск на мембрану и рычаг 11 клапана второй ступени редуктора.
3.3.8 Редукторы-испарители «СКИФ»
Редукторы моделей РГД-2В, -3В (рисунок 3.14) предназначены для
установки на автомобили с карбюраторными двигателями мощностью до
200 л.с. Модели РГД-2Э, -3Э устанавливают на автомобили с инжекторной
системой питания двигателя мощностью до 250 л.с.
Редукторы РГД-2В, -3В работают с управлением по вакуумному принципу. Управляющее разрежение подается в них из впускной трубы двигателя
в момент прокручивания его коленчатого вала стартером и, следовательно,
подача газа начинается только в момент пуска.
144
Редукторы РГД-2Э, -3Э управляются электронным, а точнее, электрическим способом. В отличие от предыдущих моделей у них нет вакуумной камеры (разгрузочного устройства). В конструкции применен электромагнитный клапан, который запирает канал между 1-й и 2-й ступенями редуктора.
Благодаря этому обеспечивается предварительная подача газа до пуска двигателя, что позволило использовать эти редукторы на автомобилях с инжекторными двигателями.
Принцип работы первой ступени редукторов всех типов одинаков. Под
действием совместного усилия от давления сжиженного газа, поступающего
из магистрали в редуктор, и пружины диафрагмы 1-й ступени 18 (рисунок 3.14)
открывается клапан 1-й ступени 2. Газ поступает в полость А для испарения.
1 – входной газовый штуцер; 2 – клапан 1-й ступени; 3 – рычаг клапана
1-й ступени; 4, 5 – устройства соединения рычагов с диафрагмами;
6 – диафрагма второй ступени; 7 – рычаг клапана 2-й ступени; 8 – клапан
холостого хода; 9 – клапан 2-й ступени; 10 – сердечник клапана;
11 – регулировочная пружина 2-й ступени; 12 – регулировочный винт
2-й ступени; 13 – электромагнит; 14 – возвратная пружина сердечника;
15 – электрический вывод к электронному переключателю вида топлива;
16 – винт регулировки холостого хода; 17 – патрубки подвода и отвода
теплоносителя; 18 – пружина диафрагмы 1-й ступени; 19 – диафрагма
1-й ступени; А – полость 1-й ступени; Б – полость 2-й ступени;
В – полость теплообменника
Рисунок 3.14 – Редукторы-испарители «Скиф»
145
В полости В, которая через патрубки 17 соединена с системой охлаждения двигателя, циркулирует нагретая жидкость из этой системы, служащая
теплоносителем для испарения газа.
Давление газа в полости А, испаряющегося в результате подогрева, увеличивается. Диафрагма 1-й ступени 19 начинает перемещаться вниз и, преодолевая усилие сжимающейся пружины диафрагмы 1-й ступени 18 и закрывает клапан 1-й ступени. По мере поступления газа из первой ступени во вторую давление газа в полости А снова снижается и становится недостаточным
для удержания клапана в закрытом состоянии. Клапан 1-й ступени 2 вновь
открывается, в полость А поступает дополнительное количество газа, его
давление вследствие испарения повышается, и клапан 1-й ступени опять закрывается. Циклы открытия и закрытия клапана 1-й ступени при работе двигателя постоянно повторяются, в результате чего в полости первой ступени
избыточное оптимальное давление поддерживается на заданном уровне.
Принцип работы 2-й ступени следующий. Газ в парообразном состоянии
поступает из первой ступени в полость второй Б ступени. Необходимое давление в полости Б поддерживается автоматически диафрагменно-клапанным
механизмом. В случае превышения заданного значения давления диафрагма
2-й ступени 6 перемещается вверх, закрывая через рычаг 7 клапан 2-й ступени 9. Последний остается в закрытом положении до тех пор, пока давление в
полости Б не понизится до заданного за счет расхода газа двигателем. Оптимальное давление в полости Б регулируют, изменяя винтом 12 усилие сжатия
пружины 11, которое определяет силу ее воздействия на рычаг 7 клапана 2-й
ступени.
У редукторов РГД-2Э, -3Э в электромагнитном клапане установлен винт
16 независимой регулировки холостого хода. Этим винтом регулируют количество газа, поступающего в полость Б 2-й ступени, независимо от положения клапана 2-й ступени 9, что позволяет обеспечить стабильность холостого
хода и способствует плавному переходу от холостого хода к ускорению.
3.3.9 Редуктор-испаритель «VIALLE»
Редуктор, изготовленный голландской фирмой «Vialle Autogas Management Sistem», содержит два газовых электромагнитных клапана, работающих
синхронно: основной магистральный и клапан холостого хода.
Штуцер подвода газа соединен с топливной магистралью. Крышка,
в которую ввернут штуцер, оснащена фильтрующим элементом для очистки
газа от механических примесей.
Для подогрева и испарения газа из системы охлаждения двигателя
в редуктор подается теплоноситель.
Отличительная особенность редуктора заключается в оригинальном
устройстве для управления клапаном 2-й ступени 14 (рисунок 3.15) – усилителе
потока газа 10. В основе работы усилителя лежит принцип эжекции и чувствительности диафрагмы. Усилитель потока газа обеспечивает увеличение
рабочего разрежения, управляющего клапаном второй ступени 14.
146
1 – диафрагма 2-й ступени; 2 – канал входа газа; 3 – клапан 1-й ступени;
4 – каналы подвода и отвода теплоносителя; 5 – диафрагма 1-й ступени;
6 – электромагнитный клапан холостого хода; 7 – регулировочный винт
холостого хода; 8 – балансировочное отверстие; 9 – диафрагма
чувствительности; 10 – усилитель потока газа; 11 – передняя крышка;
12 – балансировочный винт; 13 – канал выхода газа; 14 – клапан 2-й
ступени; 15 – пружина клапана 2-й ступени; 16 – полость атмосферного
давления; 17 – задняя крышка; А – полость 1-й ступени; Б – полость
2-й ступени; В – полость испарителя; Г – система холостого хода;
Д – эжекторная система; Е – система чувствительности
Рисунок 3.15 – Принципиальная схема редуктора-испарителя «Vialle»
Кроме этого редуктор включает в себя отдельные системы: испаритель,
в полости В которого в специальном контуре вокруг ребристой наружной поверхности полости А 1-й ступени циркулирует теплоноситель; эжекторную
систему Д, служащую для создания разрежения в полости Б 2-й ступени; систему холостого хода Г; систему чувствительности Е.
Газ в жидком виде поступает через входной канал 2 в полость А 1-й ступени редуктора, где испаряется и его давление понижается до 0,3 МПа.
Из 1-й ступени испаренный газ поступает в смеситель через систему холостого хода и клапан 14 2-й ступени.
Когда двигатель работает на режиме холостого хода, клапан 2-й ступени
закрыт и газ поступает в смеситель только через систему холостого хода,
включающую усилитель потока газа. Количество газа на этом режиме регулируют винтом холостого хода 7. При остановке двигателя поток газа через
усилитель отключается электромагнитным клапаном 6 холостого хода.
С увеличением нагрузки на двигатель требуется дополнительное количество газа, которое обеспечивается благодаря открытию клапана 14 2-й ступени. Для управления работой клапана предусмотрены системы эжекции
(усилитель потока газа) и чувствительности. В редукторах производства дру-
147
гих фирм сила, необходимая для преодоления сопротивления пружины 2-й
ступени клапана 15 2-й ступени, создается за счѐт силы всасывания газа двигателем через смеситель.
В редукторе «Vialle» разрежение от смесителя воздействует только на
диафрагму чувствительности 9, но не влияет на диафрагму 1 2-й ступени.
Эжекторная система (усилитель потока газа), состоящая из жиклера
холостого хода 2 (рисунок 3.16) и эжектора 3, служит для создания разрежения в центральном отверстии 5 в результате истечения газа из жиклера. Часть
газа из 1-й ступени проходит через жиклер 2 и эжектор 3 с высокой скоростью. Образовавшееся при этом в камере чувствительности 8 и центральном отверстии 5 разрежение вызывает перемещение диафрагмы чувствительности 6 и диафрагмы 2-й ступени 4. Перемещение диафрагмы 4 передается через рычаг клапану 2-й ступени (на рисунке не показан), который открывается, обеспечивая дополнительное количество гажения, создаваемого
двигателем.
1 – входное отверстие для потока газа из 1-й ступени; 2 – жиклер
холостого хода; 3 – эжектор; 4 – диафрагма 2-й ступени; 5 – центральное
отверстие; 6 – диафрагма чувствительности; 7 – балансировочное отверстие;
8 – камера чувствительности
Рисунок 3.16 – Эжекторная система и система чувствительности
редуктора-испарителя «Vialle»
Система чувствительности определяет степень и длительность открытия клапана 2-й ступени, реагируя на изменение режима работы двигателя
изменением величины разрежения, создаваемого эжектором.
Работа редуктора на различных режимах.
Пуск двигателя на газе. При включении зажигания и нахождении переключателя вида топлива в положении «Газ» на электромагнитные газовые
клапаны подается управляющее напряжение и они открываются на 1,5 с. При
этом некоторое количество газа из полости 1-й ступени подается в двигатель.
Для обеспечения надежного пуска во время работы стартера клапан холостого хода постоянно открыт.
148
Режим холостого хода. Разрежение, создаваемое двигателем в смесителе на режиме холостого хода, низкое. Система чувствительности не работает,
и клапан 2-й ступени закрыт.
При этом открыт клапан 1-й ступени и газ поступает в двигатель через
систему холостого хода. На этом режиме состав газовоздушной смеси можно
отрегулировать с помощью регулировочного винта холостого хода или балансировочного винта.
Ускорение. При нажатии на педаль акселератора разрежение, создаваемое двигателем, увеличивается. Оно воздействует на диафрагму чувствительности 6, которая, перемещаясь, закрывает центральное отверстие камеры
чувствительности 8. Поток газа из первой камеры, проходя через эжектор 3,
увеличивает разрежение перед диафрагмой 4 2-й ступени. Диафрагма реагирует на перепад давления и перемещается. В результате ее перемещения открывается клапан 2-й ступени и в смеситель поступает дополнительное количество газа.
Частичная нагрузка. В этом режиме разрежение, создаваемое двигателем, может изменяться. Поэтому положение диафрагмы и, следовательно,
клапана 2-й ступени может также меняться. При этом количество подаваемого в двигатель газа напрямую зависит от разрежения в смесителе.
Полная нагрузка. Двигатель развивает максимальное разрежение, и диафрагма чувствительности полностью перекрывает центральное отверстие камеры чувствительности. При этом клапан 2-й ступени открывается на максимально возможную величину, увеличивая подачу газа. Величина подачи
определяется в основном величиной разрежения во впускной трубе двигателя.
Замедление. Дроссельные заслонки закрыты, и разрежение, создаваемое
двигателем в смесителе, резко уменьшается. Клапан 2-й ступени закрывается,
и газ поступает только через систему холостого хода.
Остановка двигателя. При выключении зажигания прекращается подача напряжения на электромагнитные газовые клапаны и они закрываются.
Газ не поступает из баллона в редуктор, а также из редуктора в смеситель.
Дополнительно в данной газотопливной системе предусмотрено аварийное
прекращение подачи газа при самопроизвольной остановке двигателя без выключения зажигания.
А – балансировочный винт;
В – винт холостого хода
Рисунок 3.17 – Расположение регулировочных
винтов редуктора-испарителя «Vialle»
149
Работа редуктора в зависимости от положения регулировочных винтов. При полностью завернутом балансировочном винте А (рисунок 3.17) на
режиме холостого хода газ из редуктора не подается, так как давление за
чувствительной диафрагмой будет повышенным и диафрагма 2-й ступени
перемещаться не будет. Клапан второй ступени останется закрытым.
При полностью ввернутом регулировочном винте холостого хода
(рисунок 3.17) поток газа будет проходить только через маленькое отверстие
эжектора. Создаваемого при этом разрежения будет достаточно, чтобы переместить диафрагму 2-й ступени. Клапан 2-й ступени частично откроется, и
двигатель будет работать на режиме холостого хода.
3.3.10 Редуктор-испаритель «PEGAS»
Двухступенчатый редуктор-испаритель, используемый в системе
«ЭКОГАЗ», обеспечивает стабильную работу газотопливной системы на
сжиженном нефтяном газе и благодаря особенностям конструкции может
быть использован в системах питания как карбюраторных, так и инжекторных двигателей.
Все системы редуктора диафрагменно-рычажного типа с сервоприводом
клапана 2-й ступени смонтированы в едином корпусе 1 (рисунок 3.18).
В первой ступени редуктора установлены клапан 2, диафрагма 5, рычаг 3
клапана 1-й ступени, шарнирно связывающий клапан 2 с диафрагмой 5.
Между диафрагмой 5 и корпусом 1 редуктора образована полость В 1-й ступени. Пружина 4 диафрагмы 1-й ступени поджата крышкой 6.
Вторая ступень редуктора-испарителя имеет клапан 12, диафрагму 21,
установленную в разъеме корпуса сервопривода с образованием вакуумной
полости Д сервопривода, рычаг 13, связанный с клапаном 12, толкатель 15,
установленный подвижно во втулке перегородки вакуумной полости Д, между диафрагмой 21 и рычагом 13.
На клапан 2-й ступени 12 со стороны полости Д установлена пружина клапана 2-й ступени 11, поджатая колпачком 10 с наружной стороны. Через колпачок 10, расположенный в самой нижней точке редуктора-испарителя, сливают
конденсат. Вакуумная полость Г сервопривода сообщена с полостью Д 2-й ступени через периферийный канал 20, а с седлом 17 клапана управления – через канал 14. Функцию запорного элемента клапана управления выполняет
диафрагма управления 16, расположенная между седлом 17 клапана управления и диафрагмой 2-й ступени 21 с образованием атмосферной полости Ж
сервопривода. Полость Ж сообщается с атмосферой через отверстия в разделительном кольце 22, установленном между диафрагмами управления
2-й ступени 16 и 21. В вакуумной полости Г сервопривода установлен диффузор 18 эжектора, соединяющий полости Г и Д. Напротив диффузора установлен жиклер 19 эжектора, расположенный между вакуумной полостью Г и
полостью Е системы холостого хода. Полость Е соединена с полостью В первой ступени каналом 24, в котором установлен электромагнитный клапан 23
отключения системы холостого хода и сервопривода. Также в канале 24, последовательно с клапаном 23, установлен регулировочный винт 25 холостого
150
хода.
1 – корпус редуктора-испарителя; 2 – клапан 1-й ступени; 3 – рычаг
клапана 1-й ступени; 4 – пружина диафрагмы 1-й ступени;
5 – диафрагма 1-й ступени; 6 – крышка 1-й ступени; 7 – штуцер
отвода теплоносителя; 8 – штуцер подвода теплоносителя; 9 – штуцер отвода
газа; 10 – колпачок пружины клапана 2-й ступени; 11 – пружина клапана
2-й ступени; 12 – клапан 2-й ступени; 13 – рычаг клапана 2-й ступени;
14, 20 – периферийные каналы; 15 – толкатель сервопривода;
16 – диафрагма управления; 17 – седло клапана управления; 18 – диффузор
эжектора; 19 – жиклер эжектора; 21 – диафрагма 2-й ступени;
22 – разделительное кольцо; 23 – электромагнитный клапан отключения
системы холостого хода и сервопривода; 24 – соединительный канал;
25 – регулировочный винт холостого хода; 26 – штуцер подвода газа;
А – полость испарителя; Б – атмосферная полость первой ступени;
В – полость 1-й ступени; Г – вакуумная полость; Д – полость 2-й й ступени;
Е – полость системы холостого хода; Ж – атмосферная полость сервопривода
Рисунок 3.18 – Принципиальная схема редуктора-испарителя «PEGAS»
Для обогрева редуктора в его корпусе выполнена полость А испарителя,
сообщающаяся через штуцера 7 и 8 с системой охлаждения двигателя. Газ
подводится в испаритель и отводится из него через штуцера 9 и 26 соответственно.
Редуктор-испаритель работает следующим образом. Если перед пуском
двигателя включено зажигание, а переключатель вида топлива находится в
151
положении «Газ», открываются магистральный газовый клапан и клапан 23
холостого хода редуктора-испарителя. Полость В 1-й ступени заполняется
газом. Величина давления газа в этой полости определяется усилием пружины диафрагмы 2-й ступени 4. Клапан 12 2-й ступени остается закрытым. Газ
поступает через регулируемое винтом 25 сечение канала 24 в полость Е и далее,
через жиклер эжектора 19 и диффузор эжектора 18, в полость Б, затем через
штуцер отвода газа 9 – в смеситель. Этим обеспечивается предпусковое заполнение системы газом. Через 1–2 секунды электронный блок управления
закрывает электромагнитные клапаны. Клапан 23 отключения холостого хода
и сервопривода перекрывает соединительный канал 24, и подача газа из редуктора-испарителя прекращается.
При пуске двигателя стартером на электронный блок управления подаются импульсы от датчика в системе зажигания, дающие блоку сигнал на
включение газовых клапанов, в результате чего начинается непрерывная подача газа, двигатель пускается и начинает работать на режиме холостого хода. При этом клапан 12 2-й ступени остается закрытым и газ, проходящий через жиклер эжектора 19 и диффузор 18 эжектора, поступает в двигатель
только в количестве, ограниченном винтом 25 холостого хода.
3.3.11 Редуктор-испаритель «Темп» для КПГ
Редуктор НПО «Темп» для работы на КПГ (рисунок 3.19) представляет
собой двухступенчатый автоматический регулятор давления диафрагменного
типа с рычажной передачей от диафрагмы к регулирующим клапанам.
Редуктор снижает давление газа, поступающего из моноблока, до величины близкой к атмосферному давлению и регулирует расход газа в соответствии с режимами работы двигателя.
Газовый редуктор состоит из корпуса 11, верхней 9 и нижней 22 крышек, входного штуцера 3, экономайзера 14 и электромагнитного клапана 4.
Между корпусом 11 и крышкой 9 установлена диафрагма 1-й ступени 28.
Полость 2-й ступени 25 отделена от атмосферы диафрагмой 24 низкого давления 2-й ступени.
Газ подводят в полость 1-й ступени через входной штуцер 3. При неработающем двигателе электромагнитный клапан 5 закрыт и газ в редуктор
не поступает. При включении системы зажигания на электромагнитный клапан 4 подается напряжение, клапан 5 открывается и газ начинает заполнять
полость 1-й ступени.
Усилия на клапан 1-й ступени 1 передаются от диафрагмы высокого 1-й
ступени через рычаг. При достижении в полости 1-й ступени 8 давления
0,04–0,01 МПа диафрагма преодолевает усилие пружины 1-й ступени и клапан 1-й ступени 1 перекрывает канал седла и поступление газа в полость 1-й
ступени 8 прекращается. Под воздействием разрежения в полости 25 2-й ступени, создаваемого двигателем, диафрагма 24 2-й ступени втягивается во
внутрь полости, воздействует на рычаг 2-й ступени, и клапан 20 2-й ступени открывается, газ из полости 1-й ступени 8 перетекает в полость 2-й ступени 25,
152
заполняет ее и через зазор между конусом 19 и корпусом экономайзера 14
попадает в газовый рукав, а затем проходит через калиброванное отверстие и
по штуцеру 17 подается в смеситель газа. Регулировка хода клапана 20 осуществляется с помощью регулировочного винта 7.
14
1 – клапан 1-й ступени; 2 – штуцер ввода теплоносителя; 3 – входной
штуцер; 4 – электромагнитный клапан; 5 – клапан; 6 – шток;
7 – регулировочный винт; 8 – полость 1-й ступени; 9 – крышка;
10 – полость теплоносителя; 11 – корпус; 12 – канал выхода газа
из 2-й ступени; 13 – штуцер подвода вакуума; 14 – экономайзер;
15 – диафрагма экономайзера; 16 – дозирующая шайба; 17 – штуцер выхода
газа теплоносителя; 18 – отверстие комбинированное для газа; 19 – запорный
конус; 20 – клапан 2-й ступени; 21 – пружина рычага клапана 2-й ступени;
22 – нижняя крышка; 23 – рычаг клапана 2-й ступени;
24 – диафрагма 2-й ступени; 25 – полость 2-й ступени; 26 – штуцер
подвода воздуха под диафрагму 2-й ступени; 27 – калиброванное отверстие
для воздуха; 28 – диафрагма 1-й ступени
Рисунок 3.19 – Двухступенчатый редуктор-испаритель «Темп» для КПГ
3.3.12 Редуктор дифференциальный одноступенчатый
ООО ГИГ «Инжиниринг»
ООО ГИГ «Инжиниринг» разработало и наладило производство одноступенчатого газового дифференциального редуктора, который имеет две
управляющие мембраны, что позволило учесть отличие свойств газообразного топлива в сравнении с жидким.
Дифференциальный редуктор для газотопливных систем третьего поколения представлен на рисунке 3.20.
153
вакуум
газ
13
18
газ
1 – заглушка; 2 – крышка; 3 – пружина мембраны; 4 – кронштейн;
5 – полость для создания разряжения; 6 и 17 – мембраны;
7, 9, 19 и 21 – диски мембран; 8 – кольцо; 10 – полость низкого давления;
11 – корпус; 12 – клапан; 13 и 15 – штуцеры подвода и отвода газа;
14 – втулка; 16 – отверстие для выхода газа; 18 – отверстие для подвода газа;
20 – штуцер для отвода разрежения; 22 – колпачок
Рисунок 3.20 – Редуктор дифференциальный
Мембраны 16, 17 дифференциального редуктора выполнены из резинометаллического материала. Работой редуктора управляет разрежение из
впускного коллектора двигателя, поступающее в штуцер 20. Изменения разрежения во впускном коллекторе автоматически отслеживаются дифференциальным редуктором и при этом им производится регулирование давления
газа, поступающего к форсункам.
Газ поступает в редуктор через штуцер 13. Давление газа регулируется
за счет перемещения клапана 12 на втулке 14.
Втулка 14 находится под воздействием с одной стороны разрежения, поступающего из выпускного коллектора двигателя и передаваемого на мембрану 6 и усилия пружины 3, а с другой стороны – давления газа, поступающего из испарителя, которое оказывает усилие на мембрану 17.
Давление газа в полость низкого давления 10 понижается до заданного
уровня (0,1...0,2 МПа) после чего газ поступает к инжектору через штуцер 15.
Регулировка давления выполняется вращением заглушки 1, с которой
предварительно снимают колпачок 22.
154
3.3.13 Редуктор-подогреватель трехступенчатый «Аскольд»
Трехступенчатый редуктор-подогреватель, выпускаемый ОАО «Аскольд» (рисунок 3.21), представляет собой трехступенчатый автоматический
регулятор давления диафрагменного типа с рычажной системой передачи
усилий от диафрагмы к запорным клапанам. Редуктор состоит из корпуса 6,
верхней и нижней крышек. Он имеет три ступени редуцирования: входную 13
(высокого давления), промежуточную 7 и выходную 26 низкого давления,
каждая из которых содержит клапан, диафрагму, пружину и рычаг, соединяющий диафрагму с клапаном.
Входная ступень 13 содержит газоподводящий штуцер 20, в полости которого размещены сетчатый 19 и войлочный фильтры, предохранительный
клапан 15 с пружиной и запорным клапаном входной ступени, запорный клапан 17 с уплотнителем, перекрывающим седло входящего газа высокого давления.
Запорный клапан 17 через рычаг 16 и шток кинематически связан с мембраной 12 входной ступени. Давление газа, поступающего в полость ступени 13
высокого давления, воздействует на мембрану 12, преодолевая усилие пружины 14, а при достижении заданной величины давления она через рычаг 16
и клапан 17 перекрывает седло входа газа.
Входная ступень 13 снабжена подогревающей полостью, сообщенной
через подводящий штуцер с системой охлаждения двигателя. Подогрев газа
во входной ступени необходим для компенсации резкого понижения температуры расширяющегося газа, вызванного значительным перепадом давления
до и после запорного клапана 17. Подогрев редуцирующего газа осуществляется путем теплопередачи через корпус от теплоносителя, проходящего через
подогревающую полость 18 входной ступени.
Промежуточная ступень 7 содержит запорный клапан 8 с уплотнителем,
размещенным на рычаге, кинематически связанным через шток с мембраной 9.
Надмембранная полость промежуточной ступени через отверстия сообщена с
атмосферой. Между входной 13 и промежуточной 7 ступенями размещен магистральный электромагнитный клапан 10 с запорным элементом, перекрывающим седло 11 канала подачи газа в промежуточную ступень 7 газового
редуктора-подогревателя.
Пусковая система снабжена электромагнитным пусковым клапаном 5,
содержащим подвижный сердечник с уплотнителем, соединительным каналом и выходным каналом 3 подачи газа с дросселем 4, сообщенным с выходным патрубком 2.
Вторая ступень 26 содержит запорный клапан 31, перекрывающий седло 30, и двухплечий рычаг 29 одним концом связанный с запорным клапаном 31, а вторым – через шток с мембраной 24 и через шток мембраны 25
с мембраной 23 разгрузочного устройства 28.
155
38
39
1 – мембрана экономайзера; 2 – выходной патрубок для газа; 3 – выходной
канал газа; 4 – дроссель; 5 – электромагнитный пусковой клапан; 6 – корпус;
7 – промежуточная ступень; 8 – замерный клапан с рычагом промежуточной
ступени; 9 – мембрана промежуточной ступени; 10 – электромагнитный
клапан; 11 – канал подачи газа в промежуточную ступень; 12 – мембрана
1-й ступени; 13 – полость 1-й ступени (высокого давления);
14 – пружина мембраны 1-й ступени; 15 – предохранительный клапан
1-й ступени; 16 – рычаг предохранительного клапана 1-й ступени;
17 – запорный клапан входящего газа высокого давления;
18 – подогревающая полость 1-й ступени; 19 – сетчатый войлочный фильтр;
20 – газоподводящий штуцер; 21 – канал сообщения
с задроссельным пространством карбюратора; 22 – патрубок;
23 – мембрана разгрузочного устройства; 24 – мембрана 2-й ступени;
25 – шток мембраны; 26 – вторая ступень (низкого давления);
27 – отверстие в пластине экономичной регулировки; 28 – разгрузочные
устройства; 29 – двухплечий рычаг разгрузочного устройства; 30 – седло
запорного клапана; 31 – запорный клапан 2-й ступени;
32 – дозирующая пластина; 33 – отверстие экономичной регулировки;
34 – отверстие мощностной регулировки; 35 – клапаны экономайзера;
36, 37 – пружины клапана экономичной регулировки;
38, 39 – пружина рычага разгрузочного устройства
Рисунок 3.21 – Трехступенчатый редуктор-подогреватель «Аскольд»
Вторая полость под диафрагмой 26 через отверстие 27 в пластине экономичной регулировки сообщена с – карбюратором-смесителем, а через отверстие 34 мощностной регулировки с патрубком 2. При неработающем двигателе сила, возникающая от давления газа на мембрану 24 2-й ступени,
уравновешивает силу пружины и усилие от давления на клапан 31 2-й ступени, вследствие чего последний прижимается к седлу рычага разгрузочного
устройства 30 и герметично закрывает входное отверстие.
156
В момент пуска мембрана 23 разгрузочного устройства, сообщающаяся
через канал 21 с задроссельным пространством, под действием разрежения
прогибается и сжимает пружину 39 и разгружает клапан 31 2-й ступени. Экономайзер снабжен клапаном 35, нагруженным пружиной 36, опирающейся на
жесткий центр мембраны 7 и нагруженной пружиной 37. Дозирующая пластина 32 снабжена отверстием экономичной 33 и мощностной 34 регулировок.
КПГ последовательно редуцируют в 1-й ступени, промежуточной и 2-й
ступенях с одновременным его подогревом. Интенсивность подогрева газа
осуществляют путем подачи теплоносителя через входной и выходной штуцеры.
При малом расходе газа (режимы холостого хода) в 2-й ступени выходной полости 26 создастся избыточное давление (80±20) Па. С увеличением
расхода газа давление во 2-й ступени 26 постепенно уменьшается.
3.3.14 Редуктор-испаритель трехступенчатый «Тартарини»
Фирма «Тартарини» (Италия) разработала унифицированные трехступенчатые редукторы для работы как на СНГ, так и на КПГ (рисунок 3.22).
Теплообменная полость, через которую циркулирует жидкость из системы
охлаждения, соединена с системой охлаждения двигателя.
Редуктор-испаритель выполнен в виде единого агрегата, в котором размещены три редуцирующие полости 13, 24 и 37 соответственно первой, второй и третьей ступеней, а также полость разрежения, соединенная с впускным трубопроводом двигателя. В первой ступени давление снижается до
0,15 МПа. Вторая ступень снижает давление газа с 0,15 до 0,05 МПа. Ступень
низкого давления снижает давление от 0,05 МПа до атмосферного и обеспечивает подачу газа в смесительное устройство в зависимости от скоростных
и нагрузочных режимов двигателя.
В первой ступени размещен входной канал 3 с седлом 6, клапан 7, кинематически связанный с мембраной и задающей пружиной 12. Во 2-й ступени
размещено седло 14, перекрываемое клапаном 15, кинематически связанным
с мембраной 2-й ступени, нагруженной задающей пружиной 17.
Редуктор-испаритель снабжен обогатительной системой для обогащения
горючей смеси на режимах разгона, включающей клапан, жиклер и регулировочный винт.
Третья ступень содержит клапан 28, размещенный на рычаге 32, кинематически связанным через шток с мембраной 39, нагруженной пружиной 34, а
также регулировочный винт 27 выходного давления газа. Электромагнитное
пусковое устройство 26 снабжено клапаном, перекрывает седло канала сообщающее вторую и третью полости.
157
1 – штуцер подвода газа; 2 – штуцер разгрузочного устройства; 3 – входной
канал газа; 4 – штуцер подвода теплоносителя; 5 – камера теплоносителя;
6 – седло; 7 – клапан 1-й ступени; 8, 12, 17, 25 – пружины; 9 – планка;
10, 18 – отверстия; 11, 16, 20, 24, 36 – полости; 13 – полость высокого
давления; 14 – седло клапана 2-й ступени; 15 – клапан 2-й ступени;
19 – жесткий центр; 21 – регулировочная игла; 22 – крышка;
23 – штуцер; 26 – электромагнитный пусковой клапан; 27 – регулировочный
винт; 28 – клапан 3-й ступени; 29 – полость 3-й ступени; 30 – клапан
инжектора; 31 – жиклер инжектора; 32 – рычаг клапана 3-й ступени;
33 – диафрагма разгрузочного устройства; 34 – пружина разгрузочного
устройства; 35 – диафрагма разгрузочного устройства; 37 – выходная
ступень; 38 – крышка; 39 – диафрагма
Рисунок 3.22 – Трехступенчатый редуктор-подогреватель
фирмы «Тартарини»
3.3.15 Редуктор-испаритель «ОМВЛ»
Универсальный газовый редуктор-испаритель фирмы «ОМВЛ» (Италия)
(рисунок 3.23) имеет полости А и Б, а также испарительную В и разгрузочную Г полости. К первой ступени относится входной патрубок 9 с фильтрующим элементом 10, клапан 8 и мембрана 7, нагруженная пружиной 6.
Управляющая камера 2 содержит гофрированную мембрану 4, нагруженную пружиной клапан 21 и соединительный канал 18. Благодаря обратной связи через управляющую камеру 2 на выходе редуктора поддерживается постоянное давление газа 10–20 Па. Разность давлений в регулирующей
полости, образованной камерой 2 и полостью 3, создается в результате падения давления в жиклере 20. При резком увеличении расхода газа из редуктора через клапан второй ступени открывается клапан 21 и газ по соединительному каналу 18 поступает в выходной патрубок 13.
158
При пуске холодного двигателя газ может принудительно поступать из
полости А первой ступени в полость Б второй ступени через электромагнитный клапан 5 с запирающим элементом и соединительный канал 15.
Редуктор содержит встроенное пневматическое разгрузочное устройство, состоящее из полости Г, мембраны 14, входного патрубка 12 и электромагнитного клапана 19, обеспечивающего безопасность эксплуатации редуктора.
Для увеличения долговечности мембран и поддержания оптимальной
температуры газа редуктор снабжен встроенным термостатом 11 с твердым
наполнителем, размещенным во входном штуцере. В подогревающей испарительной полости В поддерживается постоянная температура 50 °С.
Управление клапаном 17 осуществляется с помощью мембраны 16 второй ступени. Редуктор не имеет встроенных элементов дозирования газа, они
находятся в газовом смесителе.
1, 6 – пружины; 2 – управляющая камера; 3 – полость;
4, 7, 14, 16 – мембраны; 5 – соленоид; 8, 17, 21 – клапаны; 9, 12 – входные патрубки; 10 – фильтрующий элемент; 11 – термостат; 13 – патрубок;
15 – канал; 18 – соединительный канал; 19 – электромагнитный клапан;
20 – жиклер; А – входная полость; В – испарительная полость;
Б – выходная полость; Г – разгрузочная полость
Рисунок 4.23 – Двухступенчатый редуктор-испаритель фирмы «ОМВЛ»
3.3.16 Редуктор-испаритель трехступенчатый «М-230»
Редуктор «М 230» фирмы «OFFICINE LOVATO S.p.A» (Италия) предназначен для снижения давления газа, поступающего из баллона со сжатым газом под давлением 200 МПА до уровня, необходимого для работы ДВС.
159
Снижение давления происходит в редукторе в три этапа для обеспечения
стабильности параметров газа на его выходе. Устройство редуцирования
мембранное. При этом обеспечивается независимость давления газа на выходе из редуктора от изменения давления сжатого газа в баллонах.
На первых двух этапах происходит скачок давления. Рабочее давление
первого этапа 5 бар, а второго – 0,8 бар. На третьем этапе, во время прохода
газа на выход редуктора и далее к смесителю, и в ДВС, регулируется подача
газа под давлением, близким к атмосферному.
На рисунке 3.24 представлен редуктор «М 230» фирмы «OFFICINE
LOVATO S.p.A» (Италия).
Сжатый газ поступает из баллонов с газом ко входу в редуктор 1. Затем
он проходит по каналу 2 через клапан первой фазы 3 и поступает в камеру
первой фазы 4. При этом давление газа, воздействуя на мембрану 5, преодолевает сопротивление пружины 6 и посредством рычага 7, имеющего опору в
точке 8, обеспечивает закрытие клапана 9.
Далее, из камеры первой фазы 4 газ поступает через канал 10 и клапан
второй фазы 11 в малый отсек камеры третьей фазы 12. При этом давление
газа воздействует на мембрану 13 второй фазы, которая, преодолевая сопротивление пружины 14, перемещает рычаг 15 с точкой опоры 16, вследствие
чего закрывается клапан 11, и разъединяются камеры второй и третьей фазы.
По мере расхода газа из малого отсека камеры третьей фазы 12 и, соответственно, из большого отсека камеры третьей фазы 22, который связан через выходной штуцер 28 посредством соответствующего шланга со смесителем, снова открывается клапан 11. Необходимо отметить, что этот процесс
происходит с частотой, зависящей от потребления газа ДВС.
Расход газа из малого и большого отсеков третьей камеры 12 регулируется клапаном 26, который через рычаг 24, установленный в точке 25, связан
с мембраной третьей фазы 23.
В конструкции редуктора имеется клапан блокировки 17. Когда система
зажигания выключена или когда ДВС работает на бензине, катушка этого
клапана не воздействует на шток 19, и он под воздействием пружины 20 перекрывает канал 10. При срабатывании клапана электромагнит катушки притягивает шток к упору 27, и при этом открывается поступление газа в отсеки
третьей фазы. Следует отметить, что напряжение питания электромагнита
составляет 12 В.
В конструкции редуктора имеется основной регулятор холостого хода.
При работе ДВС на режиме холостого хода разрежение в камере третьей фазы невысокое, и посредством регулирования винтом 31 (изменяющего усилие
пружины 29) осуществляется регулировка оборотов холостого хода ДВС. Эта
операция может выполняться при техническом обслуживании ГТС.
160
Рисунок 3.2.4 – Редуктор «М 230» фирмы «OFFICINE LOVATO S.p.A»
В конструкции редуктора имеется также дополнительный регулятор холостого хода. Он служит для обеспечения прохождения определенного количества газа от камеры второй фазы к камере третьей фазы независимо от те-
161
кущего положения клапана 26. Этот регулятор обеспечивает защиту ДВС от
остановки при резком торможении. Основным элементом дополнительного
регулятора холостого хода является байпасный канал 32, по которому газ
проходит от камеры второй фазы к камере третьей фазы. Регулировка дополнительного регулятора холостого хода осуществляется посредством винта 33,
причем после выполнения регулировки холостого хода с помощью основного
регулятора холостого хода. Эта операция может выполняться при техническом обслуживании ГТС. Следует отметить, что при неработающем ДВС канал поступления газа к дополнительному регулятору холостого хода закрыт
клапаном блокировки 17.
В конструкции редуктора имеется предохранительный клапан 30, установленный в камере первой фазы. Его настройка осуществляется вручную на
давление 9 бар. Когда давление превысит это значение (в случае дефектов
элементов редуктора), этот клапан сообщает между собой камеры первой и
третьей фазы.
В конструкции редуктора предусмотрены: 37 – канал для его подогрева,
предназначенный для прохода подогревающей жидкости (от системы охлаждения ДВС) либо горячего воздуха (от выпускного коллектора ДВС);
38 – вход, и 39 – выход подогревающей жидкости либо горячего воздуха.
Контрольные вопросы
1. Назначение газовых редукторов.
2. Какие требования предъявляются к конструкции и работе газовым редукторам?
3. Какие виды автомобильных газовых редукторов существует?
4. Для каких видов газа (СНГ или КПГ) применяют редукторы высокого
давления (РВД)?
5. Что способствует выходу газа из редуктора низкого давления?
6. Какое давление имеет СНГ и КПГ при входе и выходе в РВД и почему?
7. Какое устройство в РНД предотвращает выход газа при включенном
зажигании, а двигатель заглох или не работает?
8. Объяснить принцип работы РВД.
9. В чем состоит конструктивное отличие РВД ОАО «РЗАА» и ЗАО
«Автосила»?
10. Для каких видов газа (СНГ, КПГ или СПГ) применимы редукторы
низкого давления (РНД)?
11. Какое давление газ имеет на входе и выходе из РНД и почему?
12. Зачем газ подогревают в РНД и РВД и чем?
13. Имеются ли отличия в конструкции РВД и РНД и почему?
14. Нарисовать схему первой ступени простейшего РНД и объяснить еѐ
работу.
15. Нарисовать схему второй ступени простейшего РНД и объяснить еѐ
работу.
162
16. Зачем необходимо разгрузочное устройство в РНД?
17. Объяснить работу разгрузочного устройства РНД и во всех ли они
устанавливаются?
18. Какое устройство заменяет разгрузочное устройство в РНД?
19. Зачем необходимо экономайзерно-дозирующее устройство в РНД?
20. Объяснить работу экономайзерно-дозирующее устройство в РНД и
когда оно вступает в работу.
21. Можно ли регулировать изменение давления газа поступающего в
первую и во вторую ступень РНД?
22. Имеются ли устройства для изменения работы на min оборотах ДВС
и токсичность отработанных газов?
23. Объясните, почему нельзя произвольно ставить РНД любого производителя на легковые, грузовые автомобили и автобусы?
24. В каком направлении идет конструкторская работа РНД и почему?
25. Зачем введена пневматическая отрицательная обратная связь между
1-й и 2-й ступенями РНД «Сага 7» (каналы)?
26. Зачем введена дополнительная чувствительная мембрана и эжекционная вакуумная полость у РНД «РЗЗА»?
27. Какое устройство обеспечивает аварийный сброс газа в РВД?
163
4 ГАЗОВЫЕ СМЕСИТЕЛЬНЫЕ И ДОЗИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
ДЛЯ ГАЗА
Из редуктора газ поступает в двигатель, предварительно смешиваясь с
воздухом. Для этого используются газовые смесители. Дополнительно перед
смесителем могут устанавливаться дозирующие устройства для корректировки количества поступающего газа в зависимости от режима работы двигателя и нагрузки.
Для подачи газа могут использоваться серийно выпускаемые газовые
смесители, универсальные (газобензиновые) карбюраторы или устройства,
устанавливаемые на бензиновые карбюраторы (насадки, штуцеры, проставки). Для инжекторных бензиновых систем также могут использоваться
насадки.
Для автомобилей, оснащенных двигателями, работающими только на газе с большим рабочим объемом и автобусов используются смесители (для запуска и прогрева двигателя), одновременно могут использоваться простейшие вспомогательные карбюраторы).
Смеситель выполняет три функции:
– создает необходимое разрежение на малых частотах вращения коленчатого вала двигателя, достаточное для приведения в действие «отпирающей» диафрагмы редуктора и перевода его из режима запорного клапана в
рабочий режим;
– обеспечивает равномерное перемешивание газа и воздуха;
– совместно с газовым редуктором формирует внешнюю скоростную характеристику двигателя.
Дозирование необходимого количества газа производится дроссельной
заслонкой. При нажатии на педаль акселератора рычаг привода дроссельной
заслонки открывает дроссельную заслонку, и за счет разрежения в диффузоре смесителя газ поступает из редуктора в смеситель.
4.1 Газовые смесители для карбюраторных двигателей
Смеситель СГ-250 (рисунок 4.1) имеет два диффузора с воздушными 4 и
дроссельными 11 заслонками, которые открываются в обеих камерах одновременно. Для подачи газа используются патрубки главной системы 1 и систем переходных режимов и холостого хода 6. Регулировка частоты вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу, переходных режимах и
токсичности выполняется винтами 7 и 8.
В режиме запуска и прогрева двигателя воздушные и дроссельные заслонки закрыты, и обогащенная газовоздушная смесь образуется при поступлении газа через канал 10. В режиме холостого хода воздушная заслонка открыта, а дроссельная закрыта, и газ поступает через канал 10 и канал холостого хода 9. Обратный тарельчатый клапан 2 при этом препятствует поступлению газа из главной системы. На переходных режимах, режимах частичной
164
и полной нагрузки дроссельная заслонка находится в различных открытых
положениях и газ поступает через клапан 2 и каналы холостого хода 9 и переходного режима 10.
11
10
9
1 и 6 – патрубки подвода газа; 2 – обратный клапан; 3 – крышка;
4 – воздушная заслонка; 5 – газонаполнительное устройство;
7 – регулировочный винт переходных режимов; 8 – регулировочный винт системы холостого хода; 9 – канал холостого хода; 10 – канал переходного режима; 11 – дроссельная заслонка
Рисунок 4.1 – Смеситель СГ-250
При переоборудовании автомобиля установка такого смесителя или
универсального газобензинового карбюратора требует дополнительных затрат. Значительно снизить стоимость переоборудования можно, устанавливая
смесительные устройства (смеситель-насадка) на штатных бензиновых карбюраторах. Этот способ подачи газа нашел наибольшее распространение как
наиболее доступный, простой и дешевый.
Существует три основных варианта подачи газа с помощью установки
газовых смесителей-насадок:
– на верхней части карбюратора;
– между частями карбюратора;
– в корпусе карбюратора.
165
Смеситель-насадка
Наиболее простым является установка смесителя на верхнюю часть карбюратора (рисунок 4.2). Насадка 2 устанавливается в корпус воздушного
фильтра 1.
1 – воздушный фильтр; 2 – смеситель-насадка; 3 – отверстие для подвода
газа; 4 – корпус карбюратора
Рисунок 4.2 – Схема подачи газа над карбюратором
Насадки РЗАА на карбюратор типа «Озон»
Насадки РЗАА на карбюратор типа «Озон» представлен на рисунке 4.3.
Газ поступает в периферийную кольцевую полость 7 и из нее через каналы 6
к центральному кольцевому отверстию 5. В этом отверстии и далее в диффузоре карбюратора газ смешивается с воздухом, поступающим из воздушного
фильтра. Для подачи газа в насадку необходимо просверлить отверстие в
корпусе воздушного фильтра.
166
1 – корпус карбюратора; 2 – штуцер подвода бензина; 3 – насадка;
4 – впускной коллектор; 5 – центральное кольцевое отверстие; 6 – канал;
7 – периферийная кольцевая полость
Рисунок 4.3 – Газовый смеситель-насадка РЗАА на карбюраторе «Озон»
167
Газовые смесители НПФ «САГА» представлены на рисунке 4.4.
2
3
4
5
1 – для карбюраторов типа «Озон»; «Солекс» (ВАЗ); 2 – для карбюраторов
К-151 (ГАЗ); 3 и 4 – для автомобилей иностранного производства;
5 – для инжекторных систем питания
Рисунок 4.4 – Газовые смесители НПФ «САГА»
Другим способом подачи газа является установка плоской проставки
между частями карбюратора. На рисунке 4.5 представлен вариант проставки
ЗАО «Автосистема». Проставка 9 устанавливается между средней 1 и нижней 3 частью карбюратора. Для этого необходимо демонтировать карбюратор
с впускного коллектора 4 и разобрать его. Проставка 9 устанавливается на
место теплоизоляционной проставки. Газ поступает на входные штуцеры
насадки и по внутренним каналам к отверстиям, расположенным по кольцевому периметру внутренних отверстий насадки.
На ряде карбюраторов, например типа «Солекс», установку такой насадки невозможно выполнить конструктивно.
Третий способ подачи газа заключается в установке в корпусе карбюраторов штуцеров 2 (рисунок 4.6). Для этого необходимо сверление в корпусе в
зоне максимального сужения диффузоров карбюратора двух отверстий диаметром 8...10 мм в зависимости от рабочего объема двигателя. Штуцеры
ввинчиваются в эти отверстия. Однако такой на первый взгляд простой способ требует большой трудоемкости и хорошего знания конструкции карбюратора, так как необходимо точно определить место сверления отверстий,
чтобы не повредить внутренние каналы карбюратора.
168
1 – средняя часть корпуса карбюратора; 2 – воздушный фильтр; 3 – нижняя часть карбюратора; 4 – впускной
коллектор; 5, 7 и 11 – хомуты; 6 – патрубок подвода теплоносителя; 8 – патрубок подвода газа;
9 – проставка-смеситель; 1 0 – штуцер подвода бензина
Рисунок 4.5 – Газовый смеситель-проставка ЗАО «Автосистема» на карбюраторе «Озон»
169
1 – воздушный фильтр; 2 – штуцер для подвода газа; 3 – корпус карбюратора
Рисунок 4.6 – Схема подачи газа через штуцер
Предпочтительным считается применение проставок и штуцеров, так
как они практически не оказывают влияния на работу двигателя на бензине и
одновременно обеспечивают при работе на газообразном топливе эффективные показатели мощности двигателя, расхода газа и низкую токсичность.
Смеситель «Тартарини», «Вебер», «Виалле» и «Импко»
Смеситель фирм «Тартарини», «Вебер» (Италия) и «Виалле» (Нидерланды) (рисунок 4.7) содержит диффузоры 5 и 8 основной системы, отверстия 3, регулировочные винты 6 и 7 основной дозирующей системы и регулировочный винт 13 системы холостого хода. Вход газа осуществляется через входной канал 14 в газовую полость 10 и далее через распылители 4 и 9 в
главный воздушный канал. Регулирование дозирования газа на основных режимах осуществляется одним или двумя регулировочными винтами били 7.
Несмотря на относительную простоту конструкция смесителя обеспечивает
двигателю хорошие эксплуатационные качества. Газовый смеситель отличается простотой конструктивного исполнения.
Фирма «Импко» (США) выпускает бездиффузорный газовый смеситель
САG-225, в котором дозирование газового топлива осуществляется при помощи подвижного клапана специального профиля, установленного на подпружиненной диафрагме. Подвижный клапан специального профиля выполнен из полимерного материала и снабжен вакуумным приводом. Функции
экономайзерного устройства выполняет диффузор переменного сечения.
В двухкамерном газовом смесителе фирмы «Сенчури» (США) применен
необычный способ подвода, дозирования и образования газовоздушной смеси. Смеситель снабжен золотником для изменения проходного сечения дозатора от степени открытия дроссельных заслонок.
170
1 – впускной трубопровод; 2 – смесительная камера; 3 – отверстия;
4, 9 – распылители; 5, 8 – диффузоры; 6, 7 – регулировочные винты;
10 – газовая полость; 11 – дроссельная заслонка; 12 – канал;
13 – винт регулировки системы холостого хода; 14 – входной газовый канал
Рисунок 4.7 – Принципиальная схема газового смесителя фирм «Тартарини»,
«Вебер» и «Виалле»
4.2 Дозаторы газа для карбюраторных двигателей
При переоборудовании бензиновых инжекторных систем питания для
работы на газовом топливе также используются насадки. Они устанавливаются в разрыв воздушного трубопровода перед дроссельной заслонкой.
Дозатор газа РЗАА (рисунок 4.8) имеет корпус 9, выполненный в форме
трубки. В отверстие корпуса установлен плунжер 12, соединенный с мембраной со штоком 1. Мембрана закреплена крышкой 3, имеющей патрубок для
подсоединения к впускному коллектору двигателя. На минимальной частоте
вращения коленчатого вала разрежение в вакуумной полости дозатора максимальное и плунжер 12 частично перекрывает сечение трубки дозатора. По
мере увеличения нагрузки на двигатель дроссельная заслонка будет открываться и разрежение в вакуумной полости дозатора уменьшится. Плунжер 12
переместится, увеличивая сечение трубки. Таким образом дозатор газа производит коррекцию количества газа, подаваемого редуктором. Регулировка
количества газа выполняется перемещением плунжера 12 по штоку мембраны 1, а также регулировочным винтом 2.
171
1 – мембрана со штоком; 2 – регулировочный винт; 3 – крышка; 4 – шайба;
5 – кольцо уплотнительное; 6 – пружина прижимная; 7 – пружина
дозирующая; 8 – патрубок подвода вакуума; 9 – корпус; 10 – контргайка;
1 1 – пробка; 1 2 – плунжер
Рисунок 4.8 – Дозатор газа РЗАА
В отличие от рассмотренного выше смесителя СГ-250 газоподающие
системы с установленными на штатных бензиновых карбюраторах смесителями оснащаются дополнительными устройствами для регулировки минимальной частоты вращения на холостом ходу, а также для регулировки и
управления подачи топлива на различных режимах. Для этого используются
дозаторы, или дозирующе-экономайзерные устройства (ДЭУ).
Дозатор (дозирующее-экономайзерное устройство) ДЭУ ЗАО «Автосистема» (рисунок 4.9) устанавливается непосредственно на выход. Газ, поступая из редуктора, разделяется на два потока, поступающих в каналы 2 и 4.
На минимальной частоте вращения коленчатого вала газ поступает только в
канал 2. Канал 4 закрыт благодаря разрежению, удерживающему мембрану 8
и соединенный с ней клапан, перекрывающий канал 4. При нажатии на педаль акселератора, то есть при увеличении нагрузки на двигатель, мембрана
вместе с клапаном перемещается под действием пружины 6, открывает канал 4,
и в двигатель поступает дополнительное количество газа. Конструкция дозирующе-экономайзерного устройства позволяет регулировать сечение каналов 2 и 4 винтами 1 и 3. ДЭУ такого типа устанавливают на двигателях с рабочим объемом более 1,5 л.
172
1 и 3 – регулировочные винты; 2 – канал холостого хода и малой нагрузки;
4 – канал дополнительной подачи; 5 – штуцер для подсоединения
к впускному коллектору; 6 – пружина; 7 – крышка; 8 – мембрана;
9 – корпус ДЭУ; 1 0 – контргайка
Рисунок 4.9 – Дозирующе-экономайзерное устройство ЗАО «Автосистема»
Дозатор тройник подвода газа. В легковых автомобилях с рабочим объемом двигателя менее 1,5 л вместо ДЭУ устанавливают простые дозаторы
(рисунке 4.10). Поток газа, поступающий из РНД по патрубку 6, разделяется
в корпусе 4 на два потока. Количество газа регулируется раздельно для первичной и вторичной камер винтами 2.
173
1 – хомут; 2 – регулировочный винт; 3 – пружина; 4 – корпус тройника;
5 и 7 – патрубки подачи газа к смесителю; 6 – патрубок подвода газа
Рисунок 4.10 – Тройник подвода газа
Газовый инжектор (форсунка) ГИГ-3 для газотопливных систем
третьего поколения
Дозирование газа в это ГТС осуществляется с помощью электромагнита,
расположенного внутри форсунки и управляемого импульсами, модулированными по широте, которые поступают от электронного блока управления.
Пример последовательности импульсов управления показан на рисунок 4.11.
Этот электромагнит в зависимости от скважности сигнала приводит в действие сердечник (якорь с втулкой). Скважность сигнала это отношение времени действия сигнала к периоду времени Т. При изменении скважности
среднее значение тока электромагнита также изменяется, и при этом сердечник выдвигается на определенную величину или, соответственно, вдвигается.
Пачки импульсов с изменяющейся в соответствии с сигналами, поступающими от электронного блока управления, скважностью подаются на форсунки
по очереди, обеспечивая фазированный впрыск газа (впрыск в цилиндр ДВС
один раз за два оборота коленчатого вала). При поступлении этих импульсов на
электромагнит газовой форсунки открывается соответствующее отверстие в ней
на определенную величину (в зависимости от скважности сигнала) для прохода
газового топлива из форсунки во впускной коллектор (предкамеру). Открытие
отверстия происходит за время не более 0,6 мс, а закрытие – за время не более
0,2 мс. Продолжительность времени открытия газовой форсунки зависит от режимов работы ДВС. Следует отметить, что за счет изменения времени открытия этих газовых электромагнитных форсунок производится управление количеством газового топлива поступающего в цилиндры ДВС.
174
Рисунок 4.11 – Пример последовательности импульсов управления
Подача газа из инжектора производится непосредственно во впускной
коллектор, что препятствует загрязнению карбюратора, улучшает наполнение цилиндров, снижает риск «обратного хлопка» в инжекторных автомобилях работающих только на сжиженном газе.
1 и 8 – шайбы; 2 – кольцо уплотнительное; 3 – якорь; 4 – опора; 5 – кольцо
регулировочное; 6 – корпус; 7 – обмотка катушки; 9 – крышка;
10 и 11 – шайбы электроизоляционные; 12 – сердечник со втулкой;
13 – гайка; 14 – штуцер
Рисунок 4.12 – Инжектор газовый ГИГ-3
175
4.3 Газовые смесители и дозаторы газа газодизельных автомобилей
Дозатор газа газодизеля выполнен в одном блоке со смесителем, что облегчает его монтаж. Крепится к корпусу смесителя двумя шпильками. Дозатор предназначен для регулирования подачи в смеситель необходимого количества газа в различных режимах работы двигателя. Дозирующее устройство в виде дроссельной заслонки 6 (рисунок 4.13), установленной на впускном канале корпуса 8 и закрепленной на валике 7. Управление заслонкой
осуществляется педалью акселератора из кабины через систему тяг, рычагов
и валик 4. При открытии заслонки на больший угол увеличивается поток газа, проходящего через диффузор смесителя. При закрытии заслонки подача
газа прекращается.
1 – крышка ограничителя оборотов; 2 – диафрагма ограничителя оборотов;
3 – рычаг привода дроссельной заслонки; 4 – валик ведущий;
5 – крышка корпуса дозатора; 6 – заслонка дроссельная; 7 – валик ведомый;
8 – корпус дозатора газа; 9 – пружина ограничителя оборотов;
10 – крышка корпуса дозатора
Рисунок 4.13 – Дозатор газа газодизельных автомобилей семейства КамАЗ
При достижении максимальной частоты вращения коленчатого вала на
холостом ходу двигателя, работающего в газодизельном режиме, выключается подача запальной дозы жидкого топлива. Для выключения подачи газа в
этот момент предназначен вакуумный ограничитель, объединенный с дозатором в одном корпусе. Ограничитель позволяет управлять положением дроссельной заслонки независимо от положения рычага 3 привода заслонки,
например поворачивать ее в сторону закрытия при достижении двигателем
максимально допустимой частоты вращения (2550 мин-1).
176
Вакуумный ограничитель работает совместно с трехходовым электромагнитным клапаном и индуктивным датчиком частоты вращения коленчатого вала двигателя. Если частота вращения коленчатого вала двигателя не
превышает допустимого значения, электромагнитный клапан сообщает полость над диафрагмой с атмосферой. При этом диафрагма под действием
пружины 9 прогибается вниз и шток мембраны не препятствует повороту валика 7 в сторону открытия заслонки рычагом 3.
При превышении максимально допустимой частоты вращения коленчатого вала индукционный датчик через электронный блок управления включает электромагнитный клапан. При этом клапан разобщает полость над диафрагмой с атмосферой и сообщает ей разрежение диффузора. Вследствие
этого диафрагма 2 выгибается вверх и через шток и валик 7 прикрывает
дроссельную заслонку 6, преодолевая усилие пружины 9. Поступление газа в
смеситель прекращается.
Смеситель типа сопла «Вентури» (рисунок 4.14) предназначен для приготовления газовоздушной смеси, регулирования подачи газа и в конечном
счете получения заданной частоты вращения коленчатого вала. Смеситель
представляет собой цилиндр с вставленным в него диффузором типа сопла
«Вентури». Внутри диффузор имеет кольцевой коллектор подвода газа через
радиальные отверстия.
1 – диффузор; 2 – насадка
Рисунок 4.14 – Газовый смеситель типа сопла «Вентури» для автомобилей
177
Контрольные вопросы
1. В чем отличие газовых смесителей от дозирующих устройств?
2. Назовите варианты подачи газа с помощью смесителей-насадок и почему их применяют?
3. Объясните работу смесителя СГ-250?
4. Объясните конструкцию смесителя-штуцера и как происходит смесеобразование?
5. Почему предпочтительным считается применение проставок и штуцеров?
6. В чем состоит достоинство смесителей фирм «Тартарини», «Вебер»,
«Виалле» и «Импеко»?
7. Каким образом происходит дозирование газа дозатором «РЗАА»?
8. Что позволяет делать конструкция дозирующее-экономайзерного
устройства и на двигателях и на ДВС с каким рабочим объемом их устанавливают?
9. На каких автомобилях устанавливают дозатор-тройник?
10. Каким образом происходит дозирование газа газовым инжектором
ГИГ-3?
11. Объясните принцип работы смесителя-дозатора газодизеля типа сопла «Вентури».
178
5 ПРИБОРЫ И АРМАТУРА ГАЗОБАЛЛОННЫХ УСТАНОВОК
5.1 Баллоны для газового топлива
Баллоны, применяемые для хранения необходимого запаса газообразного топлива на газобаллонных автомобилях, подразделяются на три основных
типа:
– для компримированных (сжатых) природных газов (КПГ);
– сжиженных нефтяных газов (СНГ);
– сжиженных природных газов (СПГ).
Они различаются между собой величиной давления, диапазоном температур, конструктивным исполнением и применяемой арматурой.
Рисунок 5.1 – Маркировка баллона
На верхней сферической части каждого баллона (рисунок 5.1) должны
быть отчетливо выбиты следующие сведения о нем:
– товарный знак завода-изготовителя;
– номер баллона;
– дата (месяц и год) изготовления и год следующего испытания;
– назначенное рабочее давление;
– пробное гидравлическое давление;
– вместимость баллона в литрах (с точностью + 0,2 л);
– масса баллона в килограммах (с точностью ± 0,2 кг);
– клеймо отдела механического контроля завода-изготовителя.
На баллонах, изготовленных из композитных материалов, маркировка
наносится на цилиндрической части краской.
Баллоны для сжатого газа являются особо ответственными и металлоемкими элементами газовой установки.
Баллоны для сжатого газа изготавливаются из бесшовных труб с наружным диаметром 219 мм и толщиной стенок 6,5 мм из легированной стали
(массой 62,5 кг) или углеродистой стали (массой 90 кг). Баллоны подвергают
термической обработке – закалке и отпуску, – чтобы обеспечить однородную
сорбитную структуру металла и безосколочность при разрушении. Наружная
179
и внутренняя поверхности баллонов не должны иметь раковин, закатов, трещин и глубоких рисок. При полностью ввернутом в горловину баллона вентиле на его нарезанной части должно оставаться три – пять запасных ниток.
Баллоны для сжатого газа рассчитывают на внутреннее давление
20 МПа. Каждый вновь изготовленный баллон подвергают пробному гидравлическому испытанию под давлением 30 МПа в течение 1 мин, а затем пневматическому испытанию под давлением 20 МПа. Неисправные баллоны выбраковываются.
Баллоны для КПГ предназначены для хранения на борту автомобиля газа при температуре от -60 до + 50 °С.
Отечественная промышленность изготавливает автомобильные баллоны
для КПГ по ГОСТу 909-73 объемом от 34 до 400 л.
Баллон представляет собой бесшовный сосуд цилиндрической формы со
сферическими днищами. В горловине баллона имеется резьба для ввинчивания вентиля.
Для уменьшения массы баллонов применяются композитные материалы,
выпускаемые по ТУ 45591-001-29416612-94 «Баллоны автомобильные газовые облегченные» (для баллонов с металлическим корпусом, армированным
пропитанной смолой жгутовой нитью, намотанной в виде обруча).
Конструкция баллонов для КПГ представлена на рисунке 5.2, а их характеристика в таблице 5.3.
Металлический
несущий лейнер
Армирующая
оболочка
б
Герметизирующая
неметаллическая
оболочка баллона;
силовая оболочка
г
в
а – тип 1; б – тип 2; в – тип 3; г – тип 4
Рисунок 5.2 – Конструкция газовых баллонов для КПГ
180
Таблица 5.1 – Характеристики газовых баллонов для КПГ
Конструкция
Рабочее
Диаметр, Длина,
давление,
мм
мм
МПа
Масса,
кг
Объем,
л
Бесшовный баллон из углеродистой стали (тип 1 )
19,6
219
1755
93
50
Бесшовный баллон из легированной стали (тип 1 )
19,6
219
1650
56
50
19,6
254
254
322
882
1102
1470
23,7
28,9
63,8
34,2
44,1
97
19,6
320
2000
73
120
Композитный стеклопластиковый баллон (тип 4)
19,6
219
514
514
525
2700
1400
2290
2660
52
155
260
350
84
200
350
400
Композитный стеклопластиковый баллон (тип 4)
19,6
335
200
68
120
Металлопластиковый
баллон с бесшовным
стальным лейнером
(тип 2 )
Металлопластиковый
баллон с бесшовным
алюминиевым лейнером
(тип 3)
Баллоны для сжатых газов окрашивают снаружи масляной и эмалевой
краской в красный цвет и цвет автомобиля. Повторные гидравлические испытания баллонов производятся обычно через два года.
Баллон 9 для КПГ представляет собой двойной цилиндрический резервуар (рисунок 5.3), изготовленный из нержавеющей стали. Внутренний сосуд 2
рассчитан на избыточное давление, равное рабочему давлению 0,5 МПа. Для
поддержания требуемого разрежения в изоляционном пространстве между
сосудом 2 и кожухом 1 и обеспечения термоизоляции наружная поверхность
внутреннего сосуда покрыта высокоэффективным адсорбирующим материалом (вакуумная рубашка 3), образующим слоистую изоляцию. Сосуд закреплен в кожухе двумя цилиндрическими опорными втулками 4 из стеклопластика.
В верхней части полости внутреннего сосуда установлена ловушка 5,
предотвращающая выброс жидкой фазы газа в дренажный трубопровод при
движении автомобиля по неровной дороге. На днище кожуха 1 расположен
вакуумный вентиль 6, при помощи которого можно создавать и долго поддерживать в изоляционном пространстве требуемое разрежение.
181
Вместимость газового сосуда 100 л. Сосуд заполняют газом не более чем
на 90%. Запас газа в сосуде обеспечивает примерно такой же пробег автомобилей, как и на бензине. Автомобиль можно эксплуатировать в радиусе около 450 км от газонаполнительной станции.
В сосуде газ хранится без потерь в течение трех суток – так называемое
бездренажное хранение. Тепловой поток, поступающий из атмосферы, нагревает сосуд, и примерно через 72 часа давление в нем может увеличиться. При
этом срабатывают предохранительные клапаны и паровая фаза газа выбрасывается в окружающую среду через дренажный трубопровод. Сбросить газ из
сосуда для понижения давления можно также через шаровые краны в дренажный трубопровод. При заправке уровень КПГ в сосуде контролируют по
манометру в арматурном шкафу, а при движении – по указателю уровня газа,
который находится в кабине водителя.
1 – кожух; 2 – внутренний сосуд; 3 – вакуумная рубашка; 4 – опорная втулка;
5 – ловушка; 6 – вакуумный вентиль
Рисунок 5.3 – Газовый баллон для КПГ
Баллоны для сжиженного газа рассчитываются на рабочее давление
1,6 МПа, что соответствует упругости насыщенных паров пропана при температуре 48,4 °С. Для современных газобаллонных автомобилей применяются
баллоны горизонтального типа, оборудованные комплектом наполнительнорасходной и контрольно-предохранительной арматуры. Цилиндрическая часть
баллона обычно изготавливается из листового материала, свариваемого продольным швом, или из специальной тонкостенной трубы толщиной 5…3 мм.
К центральной части в виде цилиндрической обечайки с обеих сторон приварены полусферические днища.
Материалом для изготовления баллонов служит углеродистая сталь Ст3
с пределом прочности примерно 4000 кгс/см2. Арматура располагается на одном или обоих днищах или на цилиндрической части (обечайке) баллона.
Изготавливают три типа баллонов для СНГ:
– с отдельно расположенными на баллоне вентилями (рисунок 5.4 а);
– с вентилями, конструктивно объединенными в один узел – мультиклапан;
– тороидальные баллоны (в виде тора) (рисунок 5.4 б).
Последний вид баллонов удобен тем, что может устанавливаться в
углублении для запасного колеса.
182
1
8
2
5
6
7
а
4
3
а – цилиндрический; б – тороидальный
Рисунок 5.4 – Баллоны для СНГ
б
На баллоне вместимостью 100 л устанавливается следующая арматура:
паровой вентиль 1, предохранительный клапан 3, контрольный вентиль 2,
наполнительный вентиль 4, указатель уровня сжиженного газа 7, сливная
пробка 6 и жидкостный вентиль 5, расходный вентиль 8. Гидравлические испытания газового баллона необходимо проводить при давлении 2,4 МПа.
Маркировка делается такая же, как и для баллонов для сжатого газа.
Таблица 5.2 – Типы и характеристики применяемых газовых баллонов
для СНГ
Обозначение баллона
ГБА 01.00.00.00
АГ-50
АГ-65
АГ-76
АГ-90
АГ-103
Масса баллона, кг,
не более
22
22
25
40
47
54,5
Вместимость
полная, л
50
50
65
76
90
103
На все газовые баллоны КПГ и ГСН, предназначенные для установки на
газобаллонные автомобили, распространяются «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением».
Автомобильные газовые баллоны, являющиеся сосудами, работающими
под давлением, должны подвергаться техническому освидетельствованию
(периодическому в процессе эксплуатации и в необходимых случаях – внеочередному). Автомобильные газовые баллоны не подлежат регистрации в
органах Госгортехнадзора.
Баллоны для СНГ должны проходить испытания (освидетельствование)
один раз в два года. Стальные баллоны для КПГ из углеродистой стали осви-
183
детельствуются один раз в три года, из легированной стали и композитных
материалов – один раз в пять лет.
При эксплуатации автомобилей особое внимание необходимо уделять
креплению баллонов для сжатого и сжиженного газа, так как ослабление
креплений может привести к их перекосам и обрыву трубопроводов.
5.2 Арматура газовых баллонов
Арматуры предназначены для заполнения баллона СНГ на 80–85% от
полного его объема, выдачи паровой или жидкой фазы топлива из баллона на
работу двигателя, ограничения давления газа в баллоне 1,58 МПа и организацию вывода газа из баллона при повышении давления свыше допустимого,
автоматического прекращения расхода газа при обрыве трубопровода. Стрелочное устройство блока управления арматуры обеспечивает визуальный
контроль количества топлива, заправляемого в баллон.
Рисунок 5.5 – Схема размещения газового баллона СНГ
Арматура газового баллона для сжиженного нефтяного газа автомобиля
(рисунок 5.5) содержит наполнительный 4 и два расходных вентиля – жидкостной 5 и паровой 1 фаз газа. Предохранительный клапан 3 обеспечивает
максимально возможное давление в газовом баллоне. Степень наполнения
баллона определяют по контрольному вентилю. Слив осадка, образующегося
в газовом баллоне в процессе эксплуатации осуществляют через сливную
пробку 6. Указатель уровня газа размещен в центре газового баллона 7.
184
5.2.1 Мультиклапаны
Мультиклапан представляет собой устройство, предназначенное для
наполнения СНГ газового баллона, автоматического прекращения заправки
при заполнении объема баллона на 80% с герметичной отсечкой баллона от
заправочной магистрали (выполняется автоматически), обеспечения подачи
СНГ газовую систему питания двигателя, ограничения истечения газа при
аварийном обрыве магистрального трубопровода, визуального контроля за
уровнем газа в баллоне (непосредственно на мультиклапане баллона и дополнительно в кабине водителя при наличии дистанционного указателя
уровня), стравливания повышенного давления газа в баллоне вследствие его
нагрева или пожара.
5.2.1.1 Мультиклапан «РЗАА»
В корпусе 7 (рисунок 5.5) мультиклапана конструкции ОАО «РЗАА», выпускаемою по лицензии фирмы «Полиавто» (Италия), размещен расходный
вентиль 21 с трубопроводом, предохранительный клапан 28, обратный клапан с трубопроводом подачи газа, заправочный вентиль 38, автоматический
клапан 13, кинематически связанный через тягу с поплавком 16. Указатель
уровня газа содержит подвижный шарик 11 диаметром 1,5 мм, магнитную
стрелку 9, оцифрованную шкалу 10, закрытую прозрачной крышкой 8.
Трубка 15 забора газа снабжена сеткой 1 фильтра, закрепленного
с помощью стопорного кольца 2, и через штуцер с уплотнительной прокладкой 14 сообщена с расходным вентилем 21. Герметичность соединения корпуса 7 с газовым баллоном обеспечивается с помощью прокладки 6.
Входной трубопровод снабжен обратным клапаном, выполненным в виде шарика 19, пружины 20, седла 34 со штуцером 30, гайкой 31 и переходником 32, герметичность которых обеспечивается с помощью прокладок 33 и
36. Предохранительный клапан 28 снабжен регулировочным винтом. Герметичность соединения заправочного и расходного 21 вентилей с корпусом 7
обеспечивается с помощью прокладок 39 и 22 соответственно. Предохранительный клапан 28 снабжен вставкой 25, пружиной 26 и пломбой.
Мультиклапан крепят на баллоне шестью винтами М5×30. В обычных
условиях работы заправочный 38 и расходный 21 вентили мультиклапана
находятся в открытом положении. Их закрывают при постановке автомобиля
на длительную стоянку, в случае утечки газа и других неисправностей, а
также при техническом обслуживании и ремонте газобаллонной аппаратуры
или других узлов автомобиля.
185
1 – фильтр; 2 – стопорное кольцо; 3 – тяга; 4 – колодка; 5 – выходной канал;
6, 14, 33, 39 – прокладки; 7 – корпус; 8 – прозрачный корпус; 9 – стрелка;
10 – шкала; 11, 13 – автоматические клапаны; 12 – колодка; 15 – трубка
забора газа; 16 – поплавок; 17 – регулировочный винт; 18, 29, 41 – отверстия;
19 – скоростной клапан; 20, 26, 37 – пружины; 21 – расходный вентиль;
23 – канал; 24 – газопровод; 25 – вставка; 27 – пломба; 28 – предохранительный клапан; 30 – штуцер; 31 – гайка; 32 – переходник; 34 – седло;
35 – трубопровод; 36, 40, 42 – уплотнители; 38 – заправочный вентиль
Рисунок 5.6 – Мультиклапан ОАО «РЗАА»
186
Для районов с холодным климатом в мультиклапане предусмотрена установка (по заказу) ручного вентиля паровой фазы для пуска холодного двигателя при отрицательных температурах. Во время заправки под давлением газа шарик 19 сжимает пружину 20 и он отходит от посадочного кольца 34
(седла). Газ попадает в баллон через зазор между корпусом поршня автоматического клапана 13 и неподвижной крышкой, имеющей четыре отверстия
для прохода газа. Этот зазор поддерживается штифтом, расположенным в
поршне, до тех пор, пока идет заполнение баллона до 80% его объема; потом
поплавок всплывает, поворачивая поршень и штифт до совпадения штифта с
первым из указанных четырех отверстий. В результате штифт «проваливается» в него под давлением газа, преодолевая действия пружин, и поршень
прижимается к крышке, перекрывая отверстия для прохода газа. Так происходит отсечка газа и автоматическое прекращение заправки.
При работе двигателя на СНГ последний под действием давления насыщенных паров проходит сетку фильтра 1, поднимается по трубке забора газа
в мультиклапан, проходит «скоростной» клапан 19, ручной расходный вентиль 21 и подается по медной трубке, имеющей герметичное соединение
с помощью конусной муфты и гайки в газовый электромагнитный клапан
с фильтром газа.
Поплавок (рисунок 5.7) имеет полый корпус 5, с размещенным в нем
наполнителем 4, закрепленном винтами 7, и тягу 6. На днище 1 размещен выступ 2 и резиновое кольцо 3.
Рисунок 5.7 – Поплавок
5.2.1.2 Мультиклапан «Компрессор»
Мультиклапан, разработанный и выпускаемый ОАО «Компрессор»,
предназначен для всех модификаций автомобилей. Блок контрольнонаполнительной и расходно-предохранительной арматуры (рисунок 5.8)
включает наполнительное устройство 11, снабженное трубопроводом 12 подачи газа и сообщенное через впускной канал 14 с наполнительным устройством (при помощи ниппеля и накидной гайки 13) и наполнительным вентилем 15.
187
1 – стрелка; 2 – блок; 3 – отверстие; 4 – шкала; 5 – предохранительное
устройство; 6 – расходный вентиль; 7 – расходное устройство; 8 – канал;
188
9, 16 – расходные трубопроводы; 10, 13 – накидные гайки; 11 – наполнительное устройство; 12 – наполнительный трубопровод; 14 – впускной канал;
15 – наполнительный вентиль; 17, 28, 40, 43 – штуцеры; 18 – уплотнительное
кольцо; 19, 48 – переходники; 20 – втулка; 21, 24 – уплотнители;
22 – входной канал; 23 – корпус предохранительного клапана;
25, 31, 46 – пружины; 26 – выходное отверстие; 27, 42 – штоки;
29 – уплотнительная прокладка; 30 – полость; 32, 44 – шарики; 33 – ниппель;
34 – поплавок; 35, 50 – винты; 36 – пластина; 37, 49 – упоры; 38, 51 – тяги;
39, 47 – оси; 41 – втулка; 45 – кронштейн; 52 – направляющая
Рисунок 5.8 – Мультиклапан ОАО «Компрессор»
Расходное устройство 7 снабжено трубопроводом 9 расхода газа, ниппелем 33 с каналом 8, накидной гайкой 10 и расходным вентилем 6. Блок 2
снабжен указателем уровня газа с оцифрованной шкалой 4 со стрелкой 1 и
предохранительным устройством 5.
Предохранительное устройство 5 имеет корпус 23 с седлом, шток с тарировочной пружиной 25, втулку с выводным отверстием 26 и колпачок.
Герметичность предохранительного устройства 5 обеспечивается с помощью
уплотнителя 27, размещенного между седлом входного канала 22 и колпачком.
Расходное устройство 7 имеет расходный трубопровод 16, закрепленный
в переходнике 19 с помощью ниппеля 33 и штуцера, запорный элемент, выполненный в виде шарика 32, нагруженного пружиной 31, размещенной во
втулке 20. Шток 27 с маховичком расходного вентиля 6 снабжен уплотнителем 27, перекрывающим седло, сообщенное с полостью 30 трубопровода 9
расхода газа.
Контрольно-наполнительное устройство имеет поплавок 34, связанный
кинематически через рычаг 51 с шестерней. Кронштейн жестко скреплен с
переходником 48, внутри которого размещена шестерня, ось 47 с упором и
пружиной 46, опирающаяся одним концом на упор оси 47, а другим – на выступ переходника 48. Запорный элемент (шарик) Попирается на седло при
достижении заданного уровня газа в газовом баллоне. Наполнительный вентиль снабжен штоком 42 с уплотнителем, жестко закрепленным со стороны
торца штока 42. Шестерня связана передачей с колесом, жестко скрепленным
через винт 35 с тягой 38, на конце которой размещена втулка 41 со шкалой 4
и стрелкой 1.
5.2.1.3 Мультиклапан «САГА-6»
Мультикланан «САГА-6» (рисунок 5.9) выполнен с защитным газонепроницаемым вентиляционным кожухом, снабженным колпаком, вместе с которым крепится к фланцу газового баллона. Мультиклапан имеет заправочный
вентиль, заправочно-расходный вентиль, датчик уровня газа в баллоне.
Запорный орган имеет корпус 19, обеспечивающий в закрытом состоянии скорость наполнения не выше 1 л/мин.
189
Дренажное устройство, обеспечивающее выброс СНГ в окружающую
среду, содержит трубопровод 4, штуцер 6, каналы и дренажный вентиль 7.
Автоматическое устройство, ограничивающее наполнение баллона, снабжено
поплавком 2, сообщенным через тягу 1, кулачок 3 и толкатель 18 с запорным
клапаном 20, размещенным в полости 21 корпуса 19 с отверстием 22. Кулачок через шток 8 с магнитом и датчиком 9 соединяется с электрической цепью 10.
Расходно-наполнительное устройство содержит заправочный 13 и расходный 14 штуцеры, трубопровод 17 с каналом 16, сообщенный с блоком арматуры 12 и корпусом 19, и заправочно-расходный вентиль 11. Газ через
дренажный штуцер 6 и открытый дроссельный вентиль 7 поступает в атмосферу. Предохранительное устройство расположено во фланце 15 и содержит
предохранительный клапан 5, седло, канал и шток, нагруженный тарировочной пружиной.
1 – тяга; 2 – поплавок; 3 – кулачек; 4 – трубопровод дренажный; 5 – клапан
предохранительный; 6 – штуцер дренажный; 7 – дренажный вентиль;
8 –шток; 9 – датчик; 10 – электрическая цепь; 11 – расходно-наполнительный
(заправочно-расходный) вентиль; 12 – блок арматуры; 13 – заправочный
штуцер; 14 – расходный штуцер; 15 – фланец; 16 – канал; 17 – трубопровод;
18 – толкатель; 19 – корпус запорного органа; 20 – заполнительный клапан;
21 – полость корпуса запорного органа; 22 – отверстие в корпусе
запорного органа
Рисунок 5.9 – Мультиклапан «САГА-6»
При заправке баллона СНГ при пониженном давлении на газонаполнительной станции необходимо снять колпак с вентиляционного кожуха, со-
190
единить дренажный штуцер 6 со шлангом и вывести его за пределы автомобиля. В дальнейшем необходимо открыть дренажный 7 и расходнонаполнительный вентиль 11 и осуществить заправку автомобиля газом.
Принципиальная особенность блока арматуры состоит в том, что благодаря наличию дренажного вентиля блок арматуры позволяет производить дозаправку баллона СНГ при пониженном давлении заправки, а также на АГНС
не имеющих компрессора. Для этого необходимо снять колпак с вентиляционного кожуха, надеть на дренажный штуцер 6 шланг и вывести за борт автомобиля. Затем следует открыть дренажный 6 и расходно-заправочный 11
наполнительный вентили и начать заправку баллона газом.
5.3 Вентили
По своему назначению вентили разделяются на наполнительные, контрольные, расходные и дренажные.
Наполнительные вентили на большинстве газобаллонных автомобилей
применяют диафрагменного типа (рисунок 5.10). Они предназначены для заполнения баллонов сжатым газом и размещаются на днище баллона. Герметичность вентиля при заправке баллона обеспечивает клапан 2 с уплотнителем из полиамидной смолы, который прижимается к седлу путем вращения
маховика 6. Для дополнительного уплотнения вентиля предусмотрена мембрана 3 из прорезиненной ткани. В приливе корпуса размещен обратный клапан 8 пружинного типа. Клапан предназначен для предотвращения выхода
сжиженного газа через входной штуцер после окончания заправки, в аварийных случаях при нарушении герметичности вентиля и в случае отсоединения
заправочного шланга. Заправочное отверстие закрыто пробкой 7.
1
23
4
5
1 – корпус; 2 – клапан;
3 – мембрана; 4 – крышка;
5 – шток; 6 – маховик;
7 – пробка;
8 – обратный клапан;
9 – пружина
Рисунок 5.10 – Вентиль
наполнительный
191
Вентили контроля за максимальным наполнением баллона газом бывают
двух типов. Более простой (рисунок 5.11 б) состоит из корпуса 12 с двумя
контрольными отверстиями 11, уплотнителя 10 и маховика 14. При заправке
баллона газом необходимо отвернуть маховик на 3–4 оборота и заправлять
баллон до тех пор, пока из контрольного отверстия 11 не потечет струйка
жидкого газа. После этого заправка прекращается, а маховик закручивается
до отказа.
Другой тип контрольного вентиля (рисунок 5.11 а) состоит из маховика 1,
пробки 2 и штока 3.
На наружном конце штока вентиля 3 закреплен маховик, на внутреннем –
уплотнитель 4. В корпус вентиля 5 ввернут штуцер 6 с пробкой 7. Перед
началом заправки необходимо вывернуть пробку 7, а вместо нее присоединить специальный шланг, через который лишний газ отводится в безопасное
место или в специальную емкость газозаправочной станции. На шланге имеется специальное смотровое устройство. Перед началом заправки необходимо отвернуть на несколько оборотов маховичок контрольного вентиля. Заправка продолжается до тех пор, пока в смотровом устройстве не покажется
жидкий газ. Это служит сигналом к прекращению заправки.
а
б
1, 14 – маховик; 2, 7 – пробки; 3 – шток для вентиля; 4, 10 – уплотнитель;
5, 12 – корпус; 6 – штуцер
Рисунок 5.11 – Контрольные вентили наполнения баллона (а, б)
Расходные вентили устанавливают на баллоне по два (рисунок 5.12),
один из них предназначен для отбора газообразной фазы, другой – для отбора
жидкостной.
Основной деталью вентиля является корпус 1, закрепляемый при помощи конической резьбы на днище баллона. Внутри в корпус ввернуто седло
клапана 2. Клапан 41 с уплотнителем 3 закреплен при помощи зажима 7 на
мембране 5. Для управления ходом мембраны служит шток 8 с маховиком 9.
Если маховик вращать по часовой стрелке, то шток, перемещая мембрану,
прижмет клапан с уплотнителем к седлу и перекроет входное отверстие. Для
выхода газа на корпусе имеется патрубок, к которому при помощи накидной
гайки присоединяется трубопровод. Если маховик повернуть на несколько
192
оборотов против хода часовой стрелки, то клапан с уплотнителем отойдет от
седла и газ начнет выходить из баллона. Движение газа показано на рисунке
стрелками.
1 – корпус вентиля; 2 – седло клапана; 3 – уплотнитель клапана;
4 – клапан; 5 – мембрана; 6 – крышка вентиля; 7 – зажим мембраны;
8 – шток вентиля; 9 – маховик вентиля
Рисунок 6.12 – Контрольный вентиль
Вентиль для дренажной схемы (рисунок 5.13). Вентиль имеет дренажные каналы 10 и 13. В случае утечки газа из внутренних полостей вентиля газ
поступит по этим каналам в вентиляционные кожухи (по аналогии с вентиляционной системой баллона СНГ). Также данный вентиль оснащен скоростным клапаном 12. Этот клапан перекроет канал входа-выхода газа 7 в случае
аварийного обрыва трубопроводов, подсоединенных к штуцеру 9.
1 – ручка вентиля; 2 – уплотнения дренажа; 3 – втулка резьбовая;
4 и 5 – основные уплотнения; 6 – запорный шток с вставкой уплотнительной;
7 – канал входа-выхода газа; 8 – предохранительный температурный клапан;
9 – штуцер; 10 и 13 – дренажные каналы; 11 – пружина;
12 – скоростной клапан; 14 – корпус
Рисунок 5.3 – Вентиль баллонный для дренажной схемы подключения
193
5.4 Указатель уровня газа в баллоне для сжиженного нефтяного газа
Указатель дистанционного типа расположен на щитке приборов в кабине водителя, датчик – на днище баллона. Принцип действия указателя основан на изменении сопротивления реостата в зависимости от положения поплавка. При изменении уровня газа поплавок всплывает или опускается.
С поплавком соединены контакты, которые скользят по реостату, изменяя
величину сопротивления электрической цепи и показания на указателе.
5.5 Предохранительный клапан для сжиженного газа
Предохранительный клапан предназначен для ограничения максимального давления в баллоне со сжиженным газом. Он состоит из корпуса 3 (рисунок 5.14) который вворачивается в днище баллона. Внутри корпуса установлен клапан 5, нагруженный пружиной 4. Давление пружины регулируется
прокладками 7, которые служат уплотнителем для клапана.
Для принудительного открытия клапана служит шток 2. Для надежного
закрытия выходного канала на клапане имеется уплотнитель 7, для выхода
газа имеются отверстия 6. Усилие пружины 4 рассчитано на давление
1,68 МПа. Если давление внутри баллона превысит это значение, то клапан с
уплотнителем 7, преодолевая силу пружины 4, отжимается от седла и открывает отверстия 6 для выхода газа из баллона. Клапан полностью открывается
при давлении 1,8 МПа.
1 – регулировочные прокладки; 2 – шток клапана; 3 – корпус клапана;
4 – пружина клапана; 5 – клапан; 6 – отверстие для выхода газа;
7 – уплотнительные прокладки клапана
Рисунок 5.14 – Предохранительный клапан
5.6 Электромагнитные запорные клапаны с фильтрами
Для управления подачей газа и бензина в системе питания газобаллонного автомобиля устанавливаются газовые и бензиновые клапаны.
Клапаны достаточно часто объединены конструктивно с фильтрами для
очистки поступающего топлива. В основном клапаны и фильтры различаются
194
по пропускной способности. Если не учитывать это условие, то при замене
штатных узлов на другие возможно резкое ухудшение характеристик двигателя и автомобиля из-за снижения пропускной способности клапана и фильтра.
Электромагнитные запорные клапаны выполняют роль магистральных
клапанов в газовой и бензиновой системах подачи топлива. По устройству
они относятся к соленоидным. Управляются клапаны переключателем вида
топлива. Рычаг переключателя имеет три положения с нейтральным посередине. Нейтральное положение необходимо для перевода работы двигателя с
бензина на газ, и наоборот. Если рычажок установлен в нейтральное положение, то оба электромагнитных клапана отключены.
Электромагнитный запорный клапан с газовым фильтром (рисунок 5.15 а) имеет соленоид, состоящий из сердечника 7, пружины 2, якоря 3 и
обмотки 16. Соленоид защищен обоймой 15.
а
б
а – с газовым фильтром; б – с бензиновым фильтром; 1 – сердечник;
2 – пружина; 3 – якорь; 4, 18 – клапаны; 5, 6, 13 – уплотнительные кольца;
7, 23 – распорные пружины; 8 – специальный болт; 9 – прокладка;
10 – опорная шайба; 11 – отстойник фильтра; 12, 21 – фильтрующие
элементы; 14, 19 – корпуса фильтров; 15 – защитная обойма; 16 – обмотка;
17, 20 – прокладки; 22 – стакан фильтра; 24 – коромысло;
А – полость клапана; Б – отверстие
Рисунок 5.15 – Электромагнитные запорные клапаны
195
Сам клапан имеет разборный фильтрующий элемент 12, состоящий из
двух фетровых шайб и трех медных сеток. Корпус фильтра 14 с отстойником 11
соединяются специальным болтом 8. Болт имеет продольный канал с верхнего резьбового конца с выходом его внутрь отстойника. Фильтрующий элемент 12 поджимается к корпусу пружиной 7. Для герметизации соединений
установлены уплотнительные кольца 5, 6 и 13. Выходной канал Б из полости А
прикрывается клапаном 4.
Электромагнитный клапан с газовым фильтром работает следующим
образом. Сначала необходимо переключить систему подачи топлива на подачу газа и включить зажигание.
Электромагнитный клапан с фильтром газа «РЗАА» для грузовых автомобилей и автобусов (рисунок 5.16) состоит из корпуса 4, к которому крепится при помощи гайки 7 колпак фильтра 9. В колпаке находится войлочный фильтрующий элемент 5.
В верхней части электромагнитного клапана расположен дифференциальный клапан 3, который перекрывает подачу газа под действием подпружиненного цилиндра 1. При подаче питания в цепь катушки 13 цилиндр перемещается вверх и открывается клапан 3.
1 – цилиндр; 2 – переходник; 3 – клапан дифференциальный; 4 – корпус;
5 – фильтрующий элемент; 6 – шайба; 7 – гайка колпака; 8 – шпилька;
9 – колпак фильтра; 1 0 – кольцо уплотнительное; 1 1 – седло клапана;
1 2 – гильза; 13 – катушка
Рисунок 5.16 – Электромагнитный клапан с фильтром газа «РЗАА»
для грузовых автомобилей и автобусов
196
Электромагнитный клапан с фильтром газа «РЗАА» для легковых автомобилей (рисунок 5.17).
Он состоит из корпуса 8, к которому крепится при помощи четырех винтов (на рисунке не показаны) отстойник 10. В верхней части клапана расположена направляющая втулка 1, которая ввинчивается в его корпус. Внутри
втулки перемещается подпружиненный якорь 4 с клапаном, который перекрывает подачу газа. На втулке при помощи стопорной шайбы 2 закреплена
катушка 5. При подаче питания в цепь катушки открывается якорь и газ поступает в корпус. Затем газ очищается, проходя через фильтр 9. На дне отстойника помещен постоянный магнит 11 для сбора металлических загрязнений, поступающих с окалиной из баллонов.
1 – втулка направляющая; 2 – стопорная шайба; 3 – пружина; 4 – якорь;
5 – катушка; 6 – кольцо пружинное; 7 – кольцо уплотнительное; 8 – корпус;
9 – фильтр; 10 – отстойник; 11 – магнит; А – вход газа; Б – выход газа
Рисунок 5.17 – Электромагнитный клапан с фильтром газа «РЗАА»
для легковых автомобилей
Бензиновый электромагнитный клапан устанавливают в разрыв топливной магистрали. Большинство клапанов «РЗАА» имеют устройство для ручного открытия бензомагистрали. Бензоклапан «РЗАА» (рисунок 5.18) состоит
из корпуса 1, в который запрессованы патрубки входа 9 и выхода 13 бензина.
В корпус ввинчена направляющая втулка 2, которая уплотняется с использованием уплотнительного кольца 8. Внутри втулки перемещается подпружи-
197
ненный якорь 4, на торце которого запрессован клапан. При подаче питания
на обмотку катушки 7 якорь поднимается и открывает клапан. С противоположной стороны в корпус 7 ввинчен механический аварийный клапан 11.
Вращением его маховичка можно открыть поступление бензина при отключенном питании на катушке 7.
1 – корпус; 2 – направляющая втулка; 3 – кольцо пружинное; 4 – якорь;
5 – пружина якоря; 6 – шайба стопорная; 7 – катушка ЭМК;
8 – уплотнительное кольцо; 9 – патрубок входа бензина; 10 – шайба
уплотнительная; 11 – механический аварийный клапан;
12 – шайба стопорная; 13 – патрубок выхода бензина
Рисунок 5.18 – Электромагнитный бензиновый клапан «РЗАА»
Электромагнитный бензиновый клапан НЗГА (рисунок 5.19) также имеет якорь 3 с клапаном на торце, который поднимается при помощи обмотки в
катушке 2. Для аварийного открытия бензоклапана имеется рычажок (на рисунке не показан).
198
1 – пружина; 2 – катушка;
3 – якорь;
4 – кольцо уплотнительное;
5 – корпус
Рисунок 5.19 – Электромагнитный
бензиновый клапан НЗГА
Электромагнитный газовый клапан ЗАО «Автосистема» для перекрытия подачи газовой магистрали с высоким давлением газа 20,0 МПа используются специальные клапаны высокого давления. Такой клапан производства
ЗАО «Автосистема» представлен на рисунке 5.20. Клапан электромагнитный
газовый (Р = 20,0 МПа) состоит из корпуса 2 и электромагнита 3 с клапаном.
Герметичность соединения корпуса 7 с электромагнитом 3, внутри которого
перемещается клапан, обеспечивается уплотнительной прокладкой 1. Работа
клапана аналогична представленным выше электромагнитному клапану.
Для очистки газа в магистралях высокого давления применяются газовые фильтры (рисунок 5.21) по конструкции и принципу работы аналогичны
топливным фильтрам.
1 – уплотнительная прокладка;
2 – корпус; 3 – электромагнит
с клапаном
Рисунок 5.20 – Электромагнитный
газовый клапан ЗАО «Автосистема»
1 – уплотнительная прокладка;
2 – корпус; 3 – стакан; 4 – заглушка
для слива конденсата;
5 – фильтрующий элемент
Рисунок 5.21 – Газовый фильтр
ЗАО «Автосистема»
199
Газ под давлением поступает из газовой магистрали через впускной
штуцер в полость между фильтрующим элементом (металлическая сетка) и
корпусом. Газ проходит через отверстие в фильтрующем материале освобождается от частиц, которые больше чем отверстия в фильтре и поступает
во внутреннюю полость фильтра и выходит в магистраль.
5.7 Подогреватель сжатого газа
Сжатые газы могут содержать небольшое количество влаги. Если она
попадет в редуктор высокого давления без подогрева, то может превратиться
там в лед и нарушить работу всей газовой системы питания. Поэтому перед
редуцированием газ необходимо подогреть. Для этого можно использовать
тепло отработавших газов или горячей жидкости из системы охлаждения
двигателя.
Подогреватель сжатого газа (рисунок 5.23) состоит из нижнего 3 и
верхнего 6 корпусов, соединенных друг с другом. Внутри корпуса находится
змеевик 4 для циркуляции газа, имеющий штуцер 1 входного патрубка и
штуцер 2 выходного патрубка. Горячие отработавшие газы из трубы глушителя поступают в корпус подогревателя через входной патрубок 8, а выходят
через выходной патрубок 5, нагревая в теплообменнике 7 змеевик 4 и проходящий по нему сжатый газ.
1 – штуцер входного патрубка; 2 – штуцер выходного патрубка; 3 – нижний
корпус; 4 – змеевик; 5 – выходной патрубок отработавших газов; 6 – верхний
корпус; 7 – теплообменник; 8 – входной патрубок отработавших газов
Рисунок 5.23 – Подогреватель для сжатого газа
Подогреватель сжиженного газа состоит из корпуса 3 (рисунок 5.24),
теплообменника 4, патрубков 7 и 8, штуцеров 1 и 6. Входной 7 и выходной 8
патрубки соединены с системой охлаждения двигателя. При циркуляции
жидкости в корпусе подогревателя КПГ подогревается. Жидкость из системы
охлаждения отбирается из левой водяной трубы и сливается в коробку термостатов.
200
I и II – направления движения газа и воды; 1 – штуцер входной; 2, 5 – кольца
уплотнительные; 3 – корпус нагревателя; 4 – элемент теплообменный;
6 – штуцер выходной; 7 – патрубок подвода охлаждающей жидкости;
8 – патрубок слива охлаждающей жидкости в коробку термостата
Рисунок 5.24 – Подогреватель газа для СПГ
Испаритель сжиженного газа
При расширении выходящих из баллона газов поглощается большое количество теплоты. Кроме того, жидкий газ необходимо испарить. Испаритель
(рисунок 5.25) состоит из двух стянутых болтами симметричных корпусов 7
и 8, между которыми установлена уплотнительная прокладка. Корпуса соединяются втулкой 9, через которую циркулирует горячая охлаждающая
жидкость. Жидкость поступает в испаритель через штуцер 2 и выходит через
штуцер 3. Газ поступает в змеевик через штуцер 7 и выходит через штуцер 4.
1 – штуцер входной для газа; 2 – штуцер входной для воды; 3 – штуцер
выходной для воды; 4 – штуцер выходной для газа; 5 – сливной кран
для воды; 6 – змеевик; 7, 8 – корпуса; 9 – втулка
Рисунок 5.25 – Испаритель для СПГ
201
Горячая жидкость омывает змеевик 6 и подогревает газ. Для удаления,
при необходимости, охлаждающей жидкости из корпуса испарителя имеется
сливной кран 5.
5.8 Выносные заправочные устройства
Для наполнения газовых баллонов служат устройства, расположенные в
удобных и безопасных для заправки и эксплуатации автомобиля местах.
Выносное заправочное устройство (рисунок 5.26) предназначено для
подсоединения к системе питания СНГ подсоединяется к заправочному трубопроводу через выходной штуцер 10. Заправочная струбцина шланга газовой колонки подсоединяется к фланцу корпуса 3.
Для уплотнения этого соединения служит резиновая прокладка 2. Во
время поступления газа под давлением клапан 5 находится в открытом состоянии. По окончании заправки он автоматически перекроет заправочный
трубопровод. Выносная заправочная горловина крепится к кузову автомобиля при помощи кронштейна 7, который прижимается гайкой 8.
1 2 3 4 5 6
7
8 9
10
1 – заглушка; 2 – резиновая прокладка; 3 – корпус; 4 – седло клапана;
5 – клапан; 6 – пружина; 7 – кронштейн; 8 – гайка;
9 – кольцо уплотнительное; 1 0 – выходной штуцер
Рисунок 5.26 – Выносное заправочное устройство для СНГ
Выносной заправочный узел для КПГ (рисунок 5.27) предназначен для
подсоединения системы питания к наконечнику заправочного шланга 9 при
заправке баллонов газом.
Фиксация и герметизация соединения штуцера 2 заправочного узла производится при помощи двух кольцевых канавок в штуцере и распорных колец 10 и 12 на наконечнике 9. Они также препятствуют отсоединению заправочного шланга до окончания заправки. Во время заправки обратный клапан 4
открыт под действием давления.
Обратный клапан 4 и пружина 6 препятствуют выбросу газа из системы
при отсоединении заправочного устройства газонаполнительной станции. На
заправочный штуцер 2 надевается защитный колпачок 1.
202
1 – защитный колпачок; 2 – штуцер заправочный; 3 – кольцевая канавка;
4 – обратный клапан; 5 – кольцо уплотнительное; 6 – пружина; 7 – корпус
вентиля; 8 – упорный элемент; 9 – наконечник заправочного шланга;
1 0 и 1 2 – кольца распорные и уплотнительные; 1 1 – канал подачи газа
Рисунок 5.27 – Выносной заправочный узел для КПГ
5.9 Трубопроводы и соединительные детали
Баллоны, агрегаты, узлы и приборы газобаллонного оборудования соединены трубопроводами при помощи соединительных деталей.
Трубопроводы высокого давления для КПГ изготовлены из трубы бесшовной холоднокатаной или холоднотянутой: внешний диаметр (10±0,1) мм,
стенка (2±7,5)%, материал – сталь 20.
Соединения газовых трубопроводов высокого давления с элементами газобаллонного оборудования выполняются беспрокладочными ниппельными
соединениями типа «врезающееся кольцо», допускающими многократную
разборку (рисунок 5.28). Материал ниппеля – сталь 40Х.
При затягивании накидной гайки ниппель деформируется и заполняет
пространство внутреннего конического отверстия в штуцере соединяемой
детали, при этом острая кромка ниппеля врезается в стенку трубки для
предотвращения ее вырыва из соединения под действием высокого давления.
Предварительное врезание колец в стенку трубки в сборе с накидными
гайками производится в технологическом стальном штуцере (рисунок 5.29).
Также могут использоваться соединения уплотнителей фирмы «Шваглок»
(рисунок 5.30).
Газовые баллоны КПГ соединяют между собой и в отдельные секции
при помощи специальных переходников и штуцеров (угольник баллона,
тройник баллона, тройник вентильный).
Трубопроводы для систем питания сжиженного нефтяного газа изготовлены из медных трубок с внешним диаметром 8 мм (толщина стенок 0,8 мм)
и 6 мм или стальной холоднотянутой (холоднодеформированной) бесшовной
трубы с внешним диаметром 8 мм.
203
а – до затяжки; б – после затяжки; в – ниппель; 1 – соединяемая деталь;
2 – гайка; 3 – ниппель; 4 – трубка
Рисунок 5.28 – Беспрокладочное ниппельное соединение
а
б
а – ниппельное соединение трубопроводов с технологическим штуцером;
б – технологический штуцер; 1 – накидная гайка; 2 – кольцо;
3 – трубопровод; 4 – штуцер
Рисунок 5.29 – Технологический штуцер для предварительного врезания
ниппеля в трубопровод
Соединения газовых трубопроводов с элементами газового оборудования выполняются беспрокладочными ниппельными соединениями в виде конусной муфты (рисунок 5.31). Трубки диаметром 18 мм могут подсоединяться накидными гайками с предварительной развальцовкой торца трубки.
204
1 – трубопровод; 2 – ниппель;
3 – накидная гайка; 4 – штуцер
Рисунок 5.30 – Беспрокладочное
нипельное соединение типа
«Шваглок»
1 – трубка; 2 – упорная гайка;
3 – конусная муфта; 4 – корпус
Рисунок 5.31 – Соединение
трубопровода с помощью конусной
муфты
Контрольные вопросы
1. Какую форму имеют газовые баллоны и почему?
2. Какая информация и где наносится на газовых баллонах?
3. Из какого материала изготавливаются баллоны для сжиженного и
сжатого газа и почему?
4. Назовите периодичность прохождения испытания (освидетельствование) баллонов для СНГ, КПГ?
5. Назначение арматуры газовых баллонов?
6. Какую функцию выполняют мультиклапаны в газовых баллонах?
7. Назовите элементы мультиклапана и их назначение?
8. На какие виды по назначению разделяются вентили?
9. В чем состоит отличие в конструкции вентилей: наполнительных,
контрольных, дренажных, расходных?
10. Назначение и принцип работы предохранительного клапана для СНГ?
11. Назначение электромагнитных клапанов с фильтрами?
12. В чем состоит отличие фильтров для жидкого топлива от газа?
13. Объясните принцип работы электромагнитных клапанов с фильтрами?
14. Имеются ли отличия в конструкции электромагнитных клапанов для
жидкого топлива и газа? Если есть – то в чем?
15. Назначение и принцип работы подогревателей газа?
16. Зачем подогревать газ?
17. Зачем нужно выносное заправочное устройство и принцип его работы?
18. Из каких материалов изготавливают трубопроводы для СНГ и КПГ?
19. Назовите способы соединения трубопроводов высокого давления газа?
20. Назовите способы соединения трубопроводов низкого давления.
205
6 МОНТАЖ ГАЗОБАЛЛОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ
ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН
6.1 Общие положения о переоборудовании автомобиля
Установка на автомобили ГБО до последнего времени называлась в
нормативных документах переоборудованием.
Переоборудование автомобилей для работы на газообразном топливе заключается в установке на базовом автомобиле газобаллонного оборудования,
проверке герметичности соединений (опрессовке) газовой системы питания,
регулировочных работах по системам зажигания и питания, а также оформлении соответствующих документов.
Переоборудование производится или на специализированных участках,
которые могут располагаться в производственных помещениях автотранспортных предприятий (АТП) или предприятий автосервиса и производителей ГБО.
Переоборудование и дальнейшая эксплуатация ГБА могут осуществляться только при наличии ряда соответствующих документов на ГБО и переоборудованный автомобиль, подтверждающих, что ГБО, установленное на
автомобиль, соответствует требованиям ТУ, ГОСТ, ОСТ, и сам автомобиль
после переоборудования соответствует требованиям безопасности, а также
что организация, выполнившая переоборудование и производящая обслуживание и ремонт газового оборудования, имеет на это право. Этими документами являются: сертификат соответствия на комплект газобаллонного оборудования для данной модели автомобиля, сертификат соответствия на выполняемые услуги по переоборудованию, проверке герметичности, опрессовке и
регулировочным работам и лицензия на право выполнения этих работ. Персонал, производящий переоборудование автомобиля для работы на газовом
топливе, должен пройти специальную подготовку и иметь удостоверения соответствующего образца.
Установка ГБО может производиться на автотранспортные средства категорий N и М отечественного и зарубежного производства.
В зависимости от агрегатного состояния и вида газа автомобили переоборудуются для работы на компримированном, сжиженном природном или
нефтяном газе.
Переоборудование производится в каждом конкретном случае в соответствии с технической документацией, прилагаемой к каждому комплекту
ГБО. Расположение всех элементов ГБО должно строго соответствовать прилагаемым чертежам и схемам (рисунок 6.1). В случае возникновения судебно-исковых разбирательств, возникших в результате различных аварийных
ситуаций с ГБА, ответственность за последствия может быть возложена на
организацию, производившую установку ГБО, если будут установлены
нарушения в технологии и, прежде всего, в расположении узлов.
Работы по переоборудованию выполняются на специализированных постах. Оборудование этих постов должно позволять производить монтаж на
всех рабочих местах. Для монтажа трубопроводов и заправочных устройств
206
по днищу автомобиля используются канавы или подъемники. Для опрессовки должен использоваться источник рабочего давления: для ГСН – 1,6 МПа,
для КПГ – 19,8 МПа. Опрессовка ГБО, работающего на КПГ, может выполняться на АГНКС газом. Для регулировки газотопливной аппаратуры (ГТА)
и двигателя необходимо иметь двухкомпонентные газоанализаторы, специализированные стенды или манометры. Для сверления отверстий большого
диаметра применяются специальные фрезы или развертки. Для монтажа оборудования применяется специальный инструмент.
1
2
12
3
11
4
10
5
9
8
1 – РНД; 2 – смеситель; 3 – тройник; 4 – ЭМК; 5 – вентиляционное отверстие;
6 – мультиклапан; 7 – заправочное устройство; 8 – заправочный трубопровод;
9 – крепление баллона; 10 – переключатель «Газ» – «Бензин»; 11 – точка
подключения электропитания (катушка); 12 – бензонасос; 13 – бензоклапан;
14 – карбюратор
Рисунок 6.1 – Монтажный чертеж расположения газобаллонной аппаратуры
ЗАО «Автосистема» на автомобиле ГАЗ-3110
Организация работ поста переоборудования производится таким образом, что сразу выполняются операции на нескольких рабочих местах. Одновременно можно вести работы в багажнике, на днище или раме и в подкапотном пространстве. Это позволяет сэкономить время пребывания автомобиля
на посту переоборудования и выполнять работы сразу нескольким рабочим
различной квалификации.
207
6.2 Технологический процесс установки ГБО на автомобили
Технологический процесс установки ГБО (рисунок 6.2) включает в себя
следующие основные этапы: подготовку комплекта ГБО и автомобиля к монтажу, непосредственно монтаж оборудования
на автомобиль, испытания газотопливной системы питания на герметичность и прочность соединений (опрессовку) газовой системы на автомобиле,
регулировочные работы и оформление соответствующей документации.
Подготовка к монтажу. Перед переоборудованием проверяется техническое состояние систем двигателя, особенно зажигания и газораспределительного механизма.
Автомобиль поступает на пост вымытым снаружи и в подкапотном пространстве. Проверяется комплектность автомобиля. Визуально оценивается
состояние кузова, рамы, кабины, салона. Если в процессе монтажа необходимо будет снять бензобак, производят слив топлива. В приемо-сдаточный акт
заносятся помимо сведений ПТС номера шин и имеющиеся повреждения кузова или кабины. Если автомобили не отвечают перечисленным требованиям,
то их переоборудование не проводится.
Подготовка комплекта позволяет проверить по упаковочному листу
комплектность и работоспособность элементов, маркировку на баллонах и
дату выпуска баллона до их установки на автомобиль. При этом производится сборка баллона, установка на нем запорной арматуры. На баллон для ГСН
одновременно устанавливается колпак системы вентиляции. Рекомендуется
накачать баллон ГСН воздухом до рабочего давления 1,6 МПа.
Ввертывание переходников и вентилей в баллоны КПГ выполняют на
специальном приспособлении для фиксации баллона.
При ввертывании вентилей в баллон КПГ используется в качестве герметика свинцовый сурик, разведенный на олифе.
Трубопроводы из цветных металлов для ГСН предварительно изолируют с помощью полихлорвиниловой трубки для предотвращения возникновения электрохимической коррозии из-за образования гальванической пары со
стальными деталями кузова и защиты от механических повреждений.
Монтаж оборудования. Установка ГБО включает в себя выполнение
разборочно-сборочных работ на кузове, в кабине, двигателе при установке
комплектующих элементов ГБО.
Перед началом работ отключают клеммы аккумуляторной батареи или
снимают батарею.
На первом рабочем месте выполняются работы по установке баллонов.
Они крепятся на специальных кронштейнах. У грузовых автомобилей баллоны обычно располагаются на раме, у автобусов баллоны для КПГ – на крыше
в специальной кассете, для ГСН – под кузовом. Баллоны легковых автомобилей крепятся в багажнике (рисунок 6.3).
Для закрепления баллонов выполняются подготовительные работы.
В легковых автомобилях предварительно демонтируется обшивка багажника
и, если это необходимо, заднее сиденье и его спинка (рисунок 6.4).
208
Рисунок 6.2 – Технологический процесс установки ГБО на легковой автомобиль для работы на ГСН
209
1 – баллон; 2 – хомут; 3 – заправочное устройство;
4 и 5 – баллонные вентили
Рисунок 6.3 – Расположение баллонов КПГ с арматурой в багажнике
1
2
1 и 2 – хомуты
Рисунок 6.4 – Подготовка крепления баллона ГСН в багажнике
210
Для крепления элементов ГБО на раме либо в днище багажника сверлятся отверстия для крепления кронштейнов или ложементов и вентиляционные
отверстия для системы вентиляции багажника (рисунок 6.5). Края отверстий
покрывают антикоррозионным составом. Для установки баллонов КПГ демонтируется кузов.
1
2
3
1 – фреза; 2 и 3 – вентиляционные отверстия
Рисунок 6.5 – Сверление вентиляционных отверстий
Для автобусов КПГ внутри салона демонтируется часть обшивки потолка и к лонжеронам привариваются косынки с отверстиями, в которые будут
вворачиваться затем болты крепления кассеты. Для сверления отверстий
предварительно производится разметка. Для этого можно использовать шаблоны или непосредственно баллон. Основным условием крепления баллона
является то, чтобы он соприкасался с автомобилем только по ложементу или
кронштейну.
На платформе автомобиля в случае необходимости наращивают высоту
брусьев и переставляют запасное колесо.
Затем при помощи болтовых соединений устанавливаются кронштейны
или ложементы, в которые хомутами из стальной ленты крепятся баллоны.
Баллон для ГСН располагается так, чтобы наклон горловины соответствовал чертежам инструкции (рисунок 6.6). В противном случае может быть
затруднен доступ к мультиклапану и количество заправляемого топлива не
будет соответствовать норме.
Баллоны КПГ крепятся так, чтобы входные отверстия вентилей были
развернуты навстречу подводимым трубопроводам (рисунок 6.7).
В вентиляционных отверстиях устанавливаются фланцы (сапуны). Обращенные вниз торцы этих фланцев, имеющие скосы, располагают таким образом, чтобы при движении автомобиля обеспечивалась циркуляция воздуха.
211
1 – баллон; 2 – вентиляционный корпус; 3 – болт, стягивающий хомут;
4 и 7 – крепление ложемента к полу багажника; 5 – заправочная трубка;
6 – вентиляционные штуцеры; 8 – расходная трубка; 9 – отверстие в полу
багажника; 10 – стенка багажника автомобиля; 11 – вентиляционный рукав;
12 и 16 – саморезы; 13 – пол багажника; 14 – отверстия в полу багажника;
15 – хомут
Рисунок 6.6 – Монтаж баллона ГСН в багажнике
1 и 3 – крепление поперечины; 2 – трубка соединительная между баллонами;
4 и 10 – поперечины для крепления баллонов; 5 – заправочный узел;
6 – наполнительная трубка; 7 – баллонный вентиль; 8 – хомут; 9 – баллон
Рисунок 6.7 – Расположение баллонов КПГ на раме автомобиля ГАЗ-3302
(«Газель»)
212
У автобусов устанавливается защитный кожух на кассету с баллонами.
На рисунке 6.8 представлено расположение газовых баллонов на крыше
автобуса. Остальные элементы (заправочный и расходный вентили, электромагнитный клапан и газовый фильтр, редукторы высокого и низкого давления, дозатор и смеситель) расположены во вспомогательном и моторном отсеках.
4
5
6 7
8
9
10
1
1 – кассета из восьми баллонов; 2 – РВД; 3 – смеситель газа; 4 – механизм
установки запальной дозы; 5 – ТНВД; 6 – РНД; 7 – тяга привода подачи газа;
8 – электромагнитный газовый клапан; 9 – подогреватель газа; 10 – труба
защитная для газового трубопровода; 11 – электропроводка; 12 – щиток
приборов ГДА в кабине водителя
Рисунок 6.8 – Общая компоновка газодизельной аппаратуры на автобусе
«Икарус 260 (280)»
1
2
3
1 – баллон; 2 – мультиклапан; 3 – трубопровод; 4 – клапан; 5 – РНД
Рисунок 6.9 – Расположение агрегатов и узлов ГБО ГСН на автомобиле
ГАЗ-3302 «Газель»
213
На втором рабочем месте производится прокладка магистрального трубопровода для подачи газа от баллонов (рисунок 6.9), а затем заправочного
устройства.
1
2
1 – трубопровод; 2 – хомут
Рисунок 6.10 – Прокладка трубопровода по днищу кузова
На легковых автомобилях прокладку трубопроводов начинают с протаскивания магистральной трубки по днищу (рисунок 6.10). Трубку прокладывают над тросами ручного тормоза, трубками глушителя и задним мостом и
другими деталями согласно монтажной схеме.
1
2
3
7
4
5
6
8
1 – заправочный трубопровод; 2 – вентиляционная коробка; 3 – штуцер;
4 – мультиклапан; 5 – вентиляционный вывод; 6 – хомут;
7 и 8 – вентиляционные штуцеры
Рисунок 6.11 – Монтаж арматуры баллона ГСН
214
При изгибе трубки не допускается образование изломов. Затем вводят в
багажник со стороны днища через вентиляционные отверстия концы магистральной и заправочной трубок. Длина трубки должна позволять ее концам
свободно доставать до заправочного вентиля (рисунок 6. 11).
Если трубопроводы прокладываются по раме, прокладку начинают от
баллона.
На участке выхода в моторный отсек на трубопровод надевают защитную стальную оплетку, так как в этом месте он подвержен повышенной вибрации от двигателя. При выводе трубки в моторный отсек не допускается ее
касание рулевого механизма, тормозных трубок и т.п.
После прокладки трубопроводы неподвижно фиксируются через каждые
30...50 см скобами, крепящимися на днище саморезами, а на раме – болтами.
На бампере или другом, определенном инструкцией месте закрепляется
с помощью кронштейна и болтов заправочное устройство (рисунки 6.12 и
6.13). По днищу багажника прокладывается и крепится заправочная трубка.
1 – трубопровод; 2 – накидная гайка; 3 – кронштейн; 4 – бампер;
5 – корпус заправочного устройства; 6 – защитный колпачок
Рисунок 6.12 – Монтаж и проверка герметичности заправочного устройства
В багажном отделении завершают монтаж системы вентиляции баллона
ГСН (рисунок 6.14). На выводы магистральных и заправочных трубок и на
фланцы вентиляционных отверстий надевают гофрированные трубки. Концы
магистральной и заправочных трубок пропускают в отверстия вентиляционной коробки.
215
1
2
5
3
4
1 – заправочное устройство; 2 – заправочный вентиль;
3 и 4 – баллонный вентиль; 5 – баллон
Рисунок 6.13 – Монтаж арматуры баллонов КПГ
1
2
3
1 и 3 – вентиляционные трубки; 2 – корпус мультиклапана с крышкой
Рисунок 6.14 – Расположение баллона ГСН с арматурой в багажнике
216
1 – катушка зажигания; 2 – смеситель; 3 – бензоклапан; 4 и 10 – тройники
подвода теплоносителя; 5 – трубопровод подвода теплоносителя; 6 – РНД;
7 – тройник газовый; 8 – газовый клапан; 9 – электронный блок;
11 – газовая магистраль
Рисунок 6.15 – Монтажная схема расположения газового оборудования
ЗАО «Автосистема» под капотом автомобиля ГАЗ-3302
217
Затем с помощью уплотнительных прокладок и штуцеров закрепляют
концы этих трубок на мультиклапане, также присоединяют конец трубки к
газовому клапану. Прямолинейный участок на конце трубки должен быть не
менее 20 мм.
Конец трубки должен свободно входить до упора в отверстие при ее затяжке предварительно надетой гайкой с конусной муфтой (рисунок 6.11),
также соединяется ЭГК с редуктором.
На третьем рабочем месте в подкапотном пространстве моторного отсека в строгом соответствии с чертежами инструкции (рисунки 6.15 и 6.1) просверливают отверстия для крепления агрегатов ГТА. Газовый и бензиновый
клапаны РВД и РНД крепятся к этим отверстиям на специальных кронштейнах болтами или саморезами (рисунки 6.16...6.19).
1
2
3
4
5
6
1 – РНД; 2 – электронный блок; 3 – патрубок выходной подачи газа;
4 – карбюратор со смесителем; 5 – ЭГК; 6 – бензоклапан
Рисунок 6.16 – Расположение основных элементов системы питания ГСН
в подкапотном пространстве
218
1
2
3
4
5
6
7
1 – трубопровод низкого давления; 2 – РВД; 3 – патрубок подвода
теплоносителя; 4 – ЭГК; 5 – клемма подвода электропитания ЭГК;
6 – фильтр газовый; 7 – трубопровод высокого давления
Рисунок 6.17 – Расположение элементов высокого давления
системы питания КПГ
1
2
3
4
1 – трубопровод; 2 – корпус клапана; 3 – штуцер; 4 – проводка
Рисунок 6.18 – Монтаж газового клапана ГСН
219
В разрыв бензиновой магистрали после бензонасоса подключается бензиновый клапан. Этот клапан крепится на кронштейне к шпильке клапанной
крышки или на другое, указанное в инструкции место (рисунок 6.19).
1
2
3
4
1 – обмотка катушки бензоклапана; 2 – рычажок ручного открытия клапана;
3 – хомут; 4 – бензопровод; 5 – клемма
Рисунок 6.19 – Расположение бензоклапана
Установку газосмесительных и дозирующих устройств выполняют на
двигателе (в карбюраторе, воздушном трубопроводе, впускном коллекторе).
Для установки смесителя и подсоединения к нему трубок подвода газа
демонтируется корпус воздушного фильтра. Если газ будет поступать через
смеситель, установленный над карбюратором в корпусе воздушного фильтра,
то в соответствии с чертежом инструкции сверлится отверстие для патрубка
подвода газа.
Если газ будет подводиться через штуцеры или проставку, необходимо
демонтировать карбюратор (рисунок 6.20).
Для установки проставки отсоединяют нижнюю часть карбюратора и
устанавливают проставку, обеспечивая герметичность соединения (рисунок
6.21). После сборки карбюратора необходимо проконтролировать возможность полного поворота осей дроссельных заслонок, так как их привод может
задевать за проставку.
Отверстия для штуцеров сверлятся по чертежам, нарезается резьба и в
нее ввинчиваются штуцеры, которые закрепляются контрящими гайками.
Если это предусмотрено конструкцией ГТА, то к редуктору или дозатору
подсоединяют трубопровод для создания разрежения. Для этого используются
имеющиеся на двигателе отводы разрежения из впускного трубопровода через
тройник. Отвод для корректировки опережения зажигания не используется.
220
1
2
3
1 – корпус карбюратора; 2 – штуцер с патрубком подвода газа; 3 – тройник
Рисунок 6.20 – Подготовка карбюратора к установке на двигатель
1 – верхняя часть карбюратора; 2 – газосмесительная проставка;
3 – нижняя часть карбюратора
Рисунок 6.21 – Монтаж газосмесительной проставки на карбюратор К-151
221
Соединяют выход РНД с дозатором и далее со смесителем резиновым
шлангом при помощи хомутов (рисунок 6.22).
1
2
3
4
1 – РНД; 2 – патрубок выходной подачи газа; 3 – электроклапан РНД;
4 – трубопровод
Рисунок 6.22 – Монтаж РНД в системе питания КПГ
В системе охлаждения подсоединяют дополнительные резиновые шланги для подвода охлаждающей жидкости к редукторам (рисунок 6.23). Для
этого необходимо слить 2...4 л охлаждающей жидкости. Редукторы с помощью патрубков подсоединяются последовательно или параллельно. Редуктор
с помощью патрубков подсоединяют к трубопроводу подогрева впускного
коллектора («ВАЗ», ряд иномарок). Редукторы подсоединяют с помощью
тройников, подключаемых в разрыв трубопроводов («ГАЗ», «ЗИЛ», автобусы), параллельно магистрали отопителя салона. Используются резиновые
шланги с внутренним диаметром 8…16 мм в зависимости от размера патрубков редукторов и тройников. Шланги крепятся хомутами типа «Норма». После завершения монтажа шлангов редуктора заливают охлаждающую жидкость до нормативного уровня. Чтобы не образовывалась паровая пробка,
часть жидкости необходимо залить через входной шланг редуктора.
Электропроводка и электронные приборы монтируются для включения
и блокировки подачи газа, подключения дополнительных контрольных приборов топливодозирующих устройств и средств оповещения об утечках
(рисунок 6.24). Провода управления работой клапанов прокладывают параллельно штатным линиям электропроводки и по корпусным деталям. Электронные блоки и провода не должны касаться двигателя. Жгут проводов выводится в кабину или салон через технологическое отверстие в стенке моторного отсека. Органы управления газовой системой (переключатель «Бензин»
– «Газ») располагаются на приборной доске в кабине водителя (рисунок
6.25).
222
При прокладке шлангов, трубопроводов нужно обратить внимание на
то, чтобы они не пережимались, не затрудняли доступ к деталям двигателя,
не касались его вращающихся деталей и по возможности были короткими.
1 – РНД; 2 – патрубок выходной подачи газа; 3 и 4 – патрубки подвода
охлаждающей жидкости (теплоносителя к РНД); 5 – тройник; 6 – хомут;
7 – патрубок подвода охлаждающей жидкости к отопителю автомобиля
Рисунок 6.23 – Подвод теплоносителя к РНД в системе питания ГСН
1 – вывод «+» катушки зажигания; 2 – клемма
Рисунок 6.24 – Подсоединение клеммы питания электрической схемы ГСН
223
1
2
1 – переключатель; 2 – проводка электросхемы ГСН
Рисунок 6.25 – Установка переключателя «Бензин» – «Газ» в салоне
1 – РНД; 2 – смеситель газовый; 3 – РВД; 4 – ЭГК; 5 – фильтр газовый
Рисунок 6.26 – Расположение основных элементов системы питания КПГ
инжекторного двигателя в подкапотном пространстве
224
Завершаются работы установкой всех демонтированных элементов, затем устанавливают аккумуляторную батарею, подключают клеммы батареи,
доливают до нормы охлаждающую жидкость.
При переоборудовании автомобилей с впрысковыми (рисунок 6.26) и
дизельными системами питания (газодизель) в связи с их конструктивными
особенностями выявляется ряд отличий. Они касаются дозирования и подвода газа к смесителю и электрических схем подачи топлива.
Испытания газотопливной системы. По окончании монтажа заводят
автомобиль на жидком топливе, прогревают двигатель, контролируют утечки
охлаждающей жидкости и бензина, нагрев редукторов, а также проверяют,
чтобы все шланги и электропроводка не касались двигателя и его вращающихся частей: вентилятора, шкивов и их ремней.
Затем производится контроль герметичности (опрессовка) и прочности
соединений с использованием рабочего давления.
Давление для опрессовки систем ГСН составляет 1,6 МПа. Открывается
наполнительный вентиль. При закрытом магистральном вентиле через заправочное устройство накачиваются баллоны. Манометром контролируется
наполнение баллонов. Затем открывают расходный вентиль.
Давление для опрессовки систем КПГ подается ступенчато. Сначала
проверяют герметичность и работоспособность клапанов при давлении
1,0 МПа, затем – при последовательном повышении давления до 2,5; 4,9; 9,8
и 19,8 МПа.
Для контроля герметичности после электромагнитного клапана включают зажигание и переключатель ставят в положение «газ».
Внешнюю герметичность проверяют нанесением мыльного раствора на
все соединения газопровода и вентили (рисунок 6.27). Утечки устраняют,
предварительно выпустив воздух из восстанавливаемого участка магистрали.
Рисунок 6.27 – Проверка герметичности арматуры баллона и мультиклапана
225
Внутреннюю герметичность РНД проверяют нанесением мыльного раствора на выходной патрубок при выключенном зажигании. Не допускается
увеличение объема мыльных пузырьков.
По окончании опрессовки выпускают воздух из баллонов КПГ, открыв
заправочный вентиль, и проводят их вакуумирование.
Воздух из баллона ГСН выпускается через магистральный трубопровод,
подсоединенный к мультиклапану. Затем автомобиль заправляется газом и
проводятся регулировочные работы.
Регулировочные работы. Важным является первый запуск двигателя
на газе, так как редуктор и дозатор могут оказаться разрегулированными.
Предварительно необходимо прогреть двигатель на бензине, затем перевести
переключатель топлива в нейтральное положение. В момент когда обороты
начнут резко падать, включить газ. Обороты необходимо поддерживать открытием дроссельной заслонки и частичным закрытием воздушной заслонки.
Затем регулировочными винтами добиваются стабильных оборотов холостого хода и нормативных показателей отработавших газов.
Работы по переоборудованию завершаются сдачей автомобиля заказчику. Для этого заказчику передают акт приемки-сдачи и свидетельство о соответствии транспортного средства с установленным на него газобаллонным
оборудованием требованиям безопасности.
6.3 Особенности переоборудования инжекторных бензиновых
автомобилей
Для повышения топливной экономичности, динамики и особенно снижения вредных выбросов отработавших газов на автомобили устанавливают
двигатели с инжекторными, или компьютерными, системами управления.
Подготовкой смеси и подачей топлива в отличие от карбюраторных и механических впрысковых систем управляет бортовой компьютер.
Инжекторная бензиновая система питания с компьютерным управлением (рисунок 6.28) существенно отличается от карбюраторной системы.
Количество впрыскиваемого инжектором (форсункой) 21 топлива определяется сигналами, поступающими на бортовой компьютер, называемый
электронным блоком управления (ЭБУ) 7.
Топливо из бензобака 5 подается расположенным в нем бензонасосом 3
и поступает далее через фильтр 4. Напряжение на бензонасос подается от
замка зажигания через переключатель 1 и реле 2.
Топливо дозируется и впрыскивается во впускной коллектор расположенными в нем инжекторами 21, электрическая цепь которых соединена с
ЭБУ 7. Таким образом, по сигналу ЭБУ изменяется количество топлива, сгорающего в камере сгорания двигателя.
Водитель управляет режимом работы двигателя, изменяя положение
дроссельной заслонки 23, установленной перед впускным коллектором.
Для управления подачей воздуха при закрытой воздушной заслонке
служит клапан холостого хода 18, включаемый датчиком положения дрос-
226
сельной заслонки. Информация о положении воздушной заслонки, количестве воздуха, поступающего в двигатель, и другие необходимые данные (положение коленчатого и распределительных валов, температура двигателя, детонация) поступают от соответствующих датчиков (16, 19, 20, 22, 24 и 25)
в ЭБУ.
Важнейшим сигналом, обеспечивающим экологическую эффективность
применения таких сравнительно дорогостоящих систем питания, является
информация датчика кислорода О2.
15
14
13
12
1 – переключатель «Бензин» – «Газ»; 2 – реле включения бензонасоса;
3 – бензонасос; 4 – топливный фильтр; 5 – бензобак; 6 – регулятор давления;
7 – ЭБУ; 8 – дополнительное реле выключения инжекторов; 9 – корпус
воздушного фильтра; 10 – предохранительный клапан; 11 – замок зажигания;
12 – согласующий электронный блок; 13 – газовый дозатор; 14 – редуктор
низкого давления (газовый); 15 – электромагнитный клапан-фильтр;
16 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 17 – газовый смеситель;
18 – клапан холостого хода; 19 – датчик детонации; 20 – α-зонд;
21 – бензиновый инжектор; 22 – датчик температуры воздуха;
23 – дроссельная заслонка; 24 – датчик положения дроссельной заслонки;
25 – расходомер воздуха
Рисунок 6.28 – Система многоточечного впрыска
227
Этот датчик служит для косвенного определения и коррекции ЭБУ коэффициента избытка воздуха (а) в топливовоздушной смеси. Устанавливаемый в выпускном тракте каталитический нейтрализатор (катализатор)
уменьшает сразу все основные компоненты вредных выбросов СО, СН и КОх
если выдерживается соотношение между топливом и воздухом для бензина
1:14,9; пропан-бутана 1:16,1; метана 1:17,2. Эти соотношения соответствуют
α = 1. Кислородный датчик называют также α-зондом. Этот зонд постоянно
определяет содержание не использованного в камере сгорания кислорода –
косвенного показателя α. Эта информация позволяет ЭБУ путем изменения
времени открытия инжектора 21 поддерживать α в узких пределах. Инжектор
впрыскивает топливо в необходимых количествах для образования в камере
сгорания смеси, для которой коэффициент α меньше единицы или близок к
ней, и обеспечивает таким образом эффективную работу каталитического
нейтрализатора.
Существует множество вариантов принципиальных и конструктивных
решений инжекторных систем питания. На рисунке 6.28 представлена система распределенного или многоточечного впрыска. Существуют системы центрального впрыска с одной или двумя форсунками на все цилиндры. Системы зажигания могут иметь кардинальные отличия и управляться ЭБУ.
При переводе на газ инжекторных систем необходимо учитывать, что
вмешательство в такие сложные системы может повлиять на их работоспособность и процесс подготовки смеси, на начало подачи газа и его воспламенение. Если не учитывать этого, то при работе на газе могут возникнуть такие негативные явления, как хлопки в воздушном фильтре двигателя, выход
из строя бензиновых форсунок и бензонасоса и др. Система может перестать
работать на бензине.
Перед выполнением работ по переоборудованию инжекторных систем
проводят согласование и консультации с представителями завода-изготовителя автомобиля или двигателя. Необходимо хорошо изучить бензиновую
систему питания.
Следует строго соблюдать меры предосторожности, чтобы не повредить
чувствительные электронные приборы ЭБУ и датчиков. Прежде всего, нужно
правильно обесточить ЭБУ. Отключение аккумулятора при работающем двигателе или включенном зажигании может привести к сбою программы ЭБУ.
Не допускается подключение или отсоединение цепей ЭБУ при включенном
зажигании. Также необходимо помнить, что статическое электричество от
тела и одежды автомеханика может вывести чувствительные электронные
схемы ЭБУ из строя.
При вмешательстве в системы двигателя следует учитывать, что механические нарушения технического состояния двигателя или его систем
(например, низкая компрессия, изменение фаз газораспределения, подсос
воздуха, плохое качество топлива) могут быть ошибочно восприняты ЭБУ
как неисправности электронной системы управления.
228
На инжекторные автомобили могут устанавливаться системы питания
компримированного природного или сжиженного нефтяного газа.
Рассмотрим особенности перевода на газ на примере схемы распределенного впрыска.
Для работы на газовом топливе необходимо отключить подачу бензина.
Существует два способа отключения поступления бензина в камеру сгорания. Первый способ предусматривает полное отключение подачи топлива.
Для этого в цепь управления штатным реле бензонасоса 3 устанавливают выключатель. Также в цепь управления инжекторами 21 устанавливается реле
выключения форсунок 8. Таким образом, при переключении на газ одновременно обесточиваются бензонасос и инжекторы.
Второй способ в соответствии с зарубежными требованиями безопасности не предусматривает отключения бензонасоса. Это позволяет устранить
явления усыхания резинотехнических изделий системы питания и поддерживать режим охлаждения инжекторов циркулирующим по основной и сливной
магистралям топливом.
Для подачи газа используется газовая система питания, отличающаяся
от устанавливаемых на карбюраторные автомобили тем, что в ней дополнительно установлены смеситель 17, дозатор 13 и согласующий электронный
блок 12. В газовой системе могут устанавливаться блокировки подачи газа
при запуске холодного двигателя и затрудненном запуске на газе.
Газовый смеситель 17 устанавливают между корпусом воздушной заслонки (дроссельный узел) и воздухопроводом.
Для обеспечения необходимого соотношения газовоздушной смеси
устанавливается дозатор газа 13. Сечение трубки дозатора изменяется электроприводом, управляемым через согласующий блок 12 ЭБУ 7.
При переоборудовании следует учитывать, что в ЭБУ заложена программа для работы на бензине, т.е. для обеспечения соотношения 1:14,9. Газы имеют отличные от бензина плотность и теплотворность. Для обеспечения
коэффициента а должны соблюдаться соотношения с воздухом 1:16,1 (для
пропан-бутана) или 1:17,2 (для метана). Чтобы не выполнять дорогостоящего
перепрограммирования, для работы на газе применяют дополнительные согласующие блоки – электронные блоки 12. Также в случае отключения инжекторов бензина и ряда датчиков вместо них подключают так называемые
эмуляторы (симуляторы). Они «обманывают» ЭБУ, выдавая ему сигналы о
том, что эти отключенные приборы будто бы работают нормально.
Опыт перевода инжекторных двигателей показывает, что достаточно отключить подачу бензина, установить смеситель и обычный дозатор газобензиновых систем. Однако такой «простой» способ может привести к негативным последствиям.
При работе на газе инжекторных систем повышается вероятность возникновения обратного распространения пламени во впускной трубопровод,
расходомер и воздушный фильтр из-за внезапного обеднения смеси на пере-
229
ходных режимах. Возможны хлопки, которые могут разрушить корпус воздушного фильтра и повредить дорогостоящий расходомер воздуха. Расходомер – это термоанемометр, выполненный из платиновой проволоки толщиной 70 мкм. Для предотвращения этих явлений устанавливается дозатор,
управляемый ЭБУ через согласующий блок. В корпусе воздушного фильтра
устанавливают обратный предохранительный клапан (хлопушку) 10. Он выбрасывает в атмосферу избыточное давление в момент хлопка воздушной
смеси. Установка остальных узлов ГБО аналогична переоборудованию карбюраторного автомобиля.
230
Сергеев
Николай Викторович
кандидат технических наук, доцент
Шоколов
Валентин Петрович
Яровой
Виктор Григорьевич
кандидат технических наук, профессор
Гетманенко
Владимир Михайлович
кандидат технических наук, профессор
Щиров
Владимир Николаевич
кандидат технических наук, доцент
Устройство и монтаж газобаллонного
оборудования транспортно-технологических
машин и комплексов
Редактор И.А. Перкова
Подписано в печать 25.12.2014 г.
Формат 60×84/16. Усл. п. л. 13,5. Тираж 50 экз. Заказ № 327.
РО и ОП Азово-Черноморского инженерного института
ФГБОУ ВПО «Донской государственный аграрный университет»
347740, г. Зерноград Ростовской области, ул. Советская, 15