Топливо для газобаллонных автомобилей. Устройство узлов и приборов системы питания двигателей от газобаллонных установок. Пуск и работа на газе.

Газообразное топливо экономически и технически выгоднее бензинового – по стоимости (в 1,5 – 2 раза), из-за более полного сгорания газов в цилиндрах срок замены моторного масла увеличен (35 – 50 %). Кроме того, из-за отсутствия конденсации газового топлива и смыва масла со стенок цилиндров, срок службы двигателя значительно увеличивается. Также газообразное топливо обеспечивает более высокое октановое число, что позволяет значительно увеличить степень сжатия и увеличить мощность и экономичность двигателя. Продукты сгорания двигателей, работающих на газе, содержат значительно меньше токсичных в-в и не имеют ядовитых соединений свинца.

Для газобаллонных автомобилей использование сжиженного газа предпочтительней, чем сжатого, так как там невысокое значение объемной теплоты сгорания сжатого газа по сравнению с сжиженным не позволяет обеспечить хранение на автомобиле достаточного кол-ва газа даже при высоком давлении – запас хода автомобилей на сжатом газе примерно в двое меньше, чем у автомобилей на сжиженном, баллоны которого к тому же имеют значительную массу.

В газобаллонных автомобилей, работающих на сжиженном газе имеется газовая и бензиновая система питания. Газовая СП является основной и предназначена для обеспечения транспортной работы. Она обеспечивает запас хода, равный 375… 420 км. В закрепленных на рамах этих автомобилей баллонов газ находится одновременно в двух агрегатных состояниях – жидком и газообразном. Особенность газовой аппаратуры заключается в том, что рабочее давление зависит не от объема газа в баллоне, а от его компонентного состава и температуры наружного воздуха. Резервная бензиновая система питания предназначена для пуска двигателя в холодное время года и передвижение автомобиля на небольшие расстояния в случае полного расходования газа или отказа газового оборудования. При этом мощность двигателя значительно уменьшается.

При пуске и прогреве двигателей газобаллонных автомобилей их питание осуществляется газом от паровой фазы, а после прогрева при переходе на нагрузочные режимы – от жидкостной. На нагрузочных режимах газ из баллона через расходный вентиль поступает к магистральному вентилю, а от него по трубопроводу высокого давления – в испаритель. Проходя по каналам испарителя, СНГ переходит в парообразное состояние под действием теплоты нагретой жидкости, поступающей по шлангу из системы охлаждения двигателя, которая затем отводится в компрессор. Из испарителя газ поступает в магистральный фильтр, где очищается от механических примесей и смолистых в-в. Затем газ через дополнительный фильтр поступает в первую ступень редуктора, понижающего давление. Затем газ поступает во вторую ступень редуктора, где давление снижается до близкого к атмосферному. Под действием разряжения во впускном газопроводе двигателя газ из второй ступени поступает в дозирующее экономайзерное устройство, встроенное в редуктор, а затем по трубопроводу низкого давления в газовый смеситель, где смешивается с воздухом, образуя горючую смесь, которая поступает в цилиндры, обеспечивая работу двигателя. Остановку двигателя на короткое время производят выключением зажигания, а при длительной остановке перекрывают также и магистральный вентиль. Работу газовой установки контролируют с помощью манометра и указателя давления газа. Резервная (бензиновая) система питания включает в себя бензобак, бензопровод, фильтр-отстойник, бензонасос, карбюратор с сетчатым пламегасителем. Однокамерный беспоплавковый карбюратор горизонтального типа имеет проставку, которая является переходным узлом для присоединения карбюратора к выпускному газопроводу двигателя. Для предотвращения работы автомобиля одновременной работы на двух видах топлива в систему топливоподачи устанавливают электромагнитный запорный клапан, а для прекращения подачи бензина в резервную систему питания бензобак снабжаю краном. Работа двигателя на двух видах топлива одновременно приводит к нарушению состава горючей смеси, что сопровождается обратными вспышками и является пожароопасным.

Газовый испаритель превращает сжиженный газ в газообразное состояние перед поступлением его в редуктор. Для испарения используются – теплота жидкостной системы охлаждения двигателя, теплота отработавших газов либо система электрического подогрева. Испаритель состоит из двух литых корпусов, изготовленных из алюминиевого сплава. Внутри корпусов находятся жидкостные полости, сообщающиеся при помощи соединительной втулки. Полости снабжены входным и выходным жидкостными штуцерами для подвода и отвода нагретой жидкости из системы охлаждения двигателя. При необходимости слива жидкости в нижней части испарителя предусмотрен кран. Вход СНГ в газовые каналы испарителя происходит через штуцер. Разборная конструкция испарителя позволяет очищать газовые каналы от отложений.

Подогреватель сжатого газа позволяет избежать конденсации влаги в газопроводах и замерзание ее в зимнее время. Источником теплоты могут служить отработавшие газы или охлаждающая жидкость двигателя. В корпусе подогревателя размещен теплообменный змеевик. Подогреватель включается через патрубок в систему выпуска отработавших газов до глушителя. Отработавшие газы, пройдя подогреватель, выбрасываются в атмосферу, минуя глушитель, через приваренный выходной патрубок. Теплота отработавших газов подогревает СПГ, находящийся в змеевике, соединенном с подводящим и отводящим штуцерами.

Фильтры газа очищают его от механических примесей. Очистка может проходить как в сжиженной, так и в паровой фазе, но улавливание смолистых веществ и сернистых соединений возможно только в паровой фазе газа. Для этого в газобаллонной установке автомобиля применяют фильтр с войлочными кольцами и сетчатый фильтр, которые устанавливают в магистрали испарителя. Фильтрующий элемент фильтра с войлочными кольцами состоит из сетки и пакета войлочных колец. Сетчатый фильтр обычно устанавливают в газовом редукторе.

В автомобилях, работающих на сжатом газе, один фильтр установлен на входе в редуктор высокого давления, а другой – на линии низкого давления перед двухступенчатым редуктором.

Газовый редуктор понижает давления газа до близкого к атмосферному. Дополнительные устройства обеспечивают автоматическое перекрывание поступления газа к двигателю при его остановке, герметичность при неработающем двигателе, возможность регулировать вторую ступень редуктора на избыточное давление и дозировать подачу газа соответственно режиму работы двигателя. При неработающем двигателе и закрытом магистральном вентиле, расп в кабине водителя, газ в редуктор не поступает. Пружина прогибает мембрану первой ступени редуктора вверх и с помощью двуплечего рычага открывает клапан первой ступени. Клапан второй ступени закрыт, т к коническая пружина прогибает мембрану второй ступени., поднимая горизонтальное плечо двуплечего рычага вверх. Давление во всех ступенях равно атмосферному. Если открыть магистральный вентиль, то газ из баллона поступает в первую ступень редуктора и прогибает мембрану вниз, которая под давлением с помощью двуплечего рачага закрывает клапан первой ступени. При большем давлении открывается предохранительный клапан и лишний газ из первой ступени редуктора выходит в атмосферу. Преодолевая усилие конической пружины, газ открывает клапан второй ступени и через дозирующее устройство по трубке поступает в смесительную камеру карбюратора-смесителя. Для того чтобы открылся клапан второй ступени, разрежение при пуске и во время работы двигателя передается из впускного газопровода по трубке разгрузочному устройству, которое под действием разрежения сжимает коническую пружину и позволяет пружине второй ступени прогнуть мембрану вниз и открыться ее клапану.

Основным требованием к работе газового редуктора являются малые колебания входного давления газа при работе на холостом ходу и в нагрузочных режимах.

Дозирующе-экономайзерное устройство позволяет регулировать количество горючей смеси в соответствии с режимами работы двигателя. Подача газа регулируется таким образом, чтобы при частичных нагрузках двигатель работал на обедненных смесях.

В дозирующе-экономайзерное устройство пневматического типа входят жиклеры экономичной и мощностной регулировок, клапан, мембрана и пружины. При переходе двигателя с минимальных на средние нагрузки под действием разрежения во впускном газопроводе мембрана, преодолевая усилие пружины экономайзера, прогибается и клапан экономайзера, под действием пружины клапана, закрывается. Смесь в этом случае поступает только через жиклер экономичной регулировки. При более низком разрежении во впускном газопроводе пружина экономайзера открывает клапан, и дополнительная порция газа через жиклер мощностной регулировки поступает в газовый смеситель. На включение пневматического экономайзера влияет разрежение перед его клапаном, которое зависит от расхода газа.

Газовый смеситель готовит горючую смесь и регулирует ее подачу для получения нужной частоты вращения коленвала. Чтобы повысить коэффициент наполнения и мощность двигателя, смеситель обладает минимальным сопротивлением потоку газовоздушной смеси. Конструктивно газовые смесители могут быть объединены с карбюратором или выполнены отдельно. Основные топливодозирующие элементы объединены с газовым редуктором. Газ в смеситель подается из двух полостей – расположенной до дозирующего устройства (система холостого хода), и после дозирующего устройства (нагрузочный режим).

Карбюратор резервной системы питания имеет цельнолитой корпус, который включает в себя горловину, диффузор и смесительную камеру. В горловине расположена воздушная заслонка с автоматическим клапаном, а в смесительной камере – дроссельная заслонка. В карбюраторе имеется основное смеседозирующее устройство и система холостого хода. При работе К бензин, подаваемый насосом, подводится через входной штуцер, проходит через сетчатый фильтр и впускной клапан в полость над мембраной. Под действием разрежения в диффузоре топливный клапан над мембраной открывается, и топливо через главный жиклер-распылитель поступает в смесительную камеру. Система холостого хода имеет регулируемый винтом топливный жиклер, воздушный жиклер, эмульсионное отверстие в зоне высокого разрежения и канал для обеспечения плавных переходов между режимами вращения коленвала.

Баллоны для работы на СНГ(пропан) оборудованы контрольно-предохранительной и расходно-наполнительной арматурой. При заполнении баллона жидким газом часть его немедленно испаряется и весь свободный объем над уровнем жидксти образует паровую подушку, испарение продолжается до достижения точки насыщения при данной температуре. Во избежание разрушения баллона его заполняют до 90% объема. Средняя часть баллона (обечайка) – цилиндрическая, а днище – сферическое. На переднем днище баллона установлена унифицированная арматура – расходные вентили паровой и жидкостной фаз газа, наполнительный вентиль, предохранительный клапан, указатель уровня СНГ и вентиль его максимального уровня. Сжиженный газ из баллона в магистральные трубопроводы отбирается через тройник в жидкой или газообразной фазе. Для слива конденсата в нижней части установлена сливная пробка. Для предохранения арматуры от грязи перед передней частью баллона размещают брызговик.

При заводском клеймении баллона на переднем днище наносят маркировочную таблицу с указанием завода-изготовителя, порядкового номера баллона, рабочего давления, объема и собственной массы баллона, дату его изготовления. Даты первого и последующих гидравлических испытаний в период эксплуатации наносят на средней цилиндрической части баллона белой краской.

Запрещается эксплуатировать автомобили после истечения срока испытания баллона, без клейма ОТК завода на баллонах, с нарушенной герметичностью вентилей и ослабленным краплением баллонов, а также с баллонами, имеющими повреждения (забоины, вмятины, глубокую коррозию). На забракованных баллонах рядом с датой последнего испытания выбивают круглое клеймо с изображением креста внутри круга, а сами баллоны приводятся в негодность путем нанесения насечки на резьбе горловины, исключая тем самым возможность их дальнейшей эксплуатации.

Баллоны для СПГ(метан) рассчитаны на максимальное рабочее давление. Их изготавливают в виде бесшовных труб из углеродистой или легированной стали с последующей термической обработкой, которая создает однородность структуры и устраняет напряжения в металле. Срок освидетельствования баллонов из углеродистой стали 3 года, а из легированной – 5 лет. На сферической поверхности баллона указывают: товарный знак завода-изготовителя, порядковый номер и массу баллона, дату последующего испытания, рабочее и пробное давление, ОТК завода и номер стандарта.

Вентили – наполнительный и расходный. Наполнительный вентиль состоит из корпуса, клапана с уплотнителем, связанного при помощи муфты с шпинделем, и маховичка с пружиной, поджимаемой гайкой. Уплотнители через прокладку и уплотнительное кольцо поджимаются гайкой, обеспечивая герметичности вентиля в открытом положении. В закрытом положении герметичность вентиля обеспечивает уплотнитель клапана. Вентиль имеет боковой штуцер с левой резьбой, который при помощи накидной гайки подключается к шлангу от газораздаточной колонки. После отключения заправочного шланга боковой штуцер наполнительного вентиля закрывабт предохранительной гайкой с уплотнительной прокладкой. Коническая резьба корпуса вентиля обеспечивает герметичность его соединения с баллоном. Расходный вентиль по устройству аналогичен наполнительному, за исключением соединения с газопроводом высокого давления боковым штуцером с правой резьбой. При отвертывании шпинделя клапан вентиля под давлением остаточного газа открыт, и газ из баллона через канал и открытый клапан с уплотнителем поступает к штуцеру, а затем – в газопровод высокого давления. При завертывании шпинделя клапан вентиля перекрывает выход газа в полость, соединенную с штуцером.

Пуск газового двигателя. При температуре окружающего воздуха не ниже -5°С двигатель может быть пущен на газе при помощи стартера. После проверки исправности и герметичности аппаратуры, наличия охлаждающей жидкости, масла и бензина открывают паровой вентиль баллона при пуске холодного двигателя или жидкостный вентиль при пускепрогретого, открывают магистральный вентиль и по манометру проверяют наличие газа в баллоне и первой ступени редуктора. Воздушная заслонка прикрывается только при затрудненном пуске холодного двигателя, во всех других режимах она должна быть полностью открыта. Для ускорения пуска заполняют газом трубопровод от редуктора до смесителя принудительным открыванием клапана второй ступени редуктора, кратковременно нажав на шток мембранного узла клапана или прикрытием воздушных заслонок газового смесителя. Вытягивают ручку управления дроссельными заслонками примерно наполовину ее хода (прикрывают заслонки). Пускают двигатель и прогревают его на малой частоте вращения коленвала. При температуре охлаждающей жидкости 50-60°С открывают расходный вентиль жидкостной фазы и закрывают вентиль паровой фазы. Недопустима длительная работа двигателя при открытом вентиле паровой фазы, т к происходит интенсивное испарение многих фракций сжиженного газа. После прогрева двигателя кнопку ручного управления дроссельными заслонками возвращают в исходное положение и открывают полностью воздушную заслонку, если ее прикрывали перед пуском двигателя.

Остановка двигателя. Для остановки двигателя на короткое время выключают зажигание. Магистральный и расходный вентиль остаются открытыми, т к поступление газа прерывает редуктор. При остановке на время от 1ч перекрывают магистральный вентиль и не прерывают работу двигателя до тех пор, пока не будет израсходовано топливо из газопровода между магистральным вентилем и газосмесительным устройством. Затем выключают зажигание. При длительной стоянке закрывают расходные вентили паровой и жидкостной фаз и продолжают работать до полной остановки двигателя, после чего перекрывают магистральный вентиль и выключают зажигание.

Перевод двигателя с одного вида топлива на другой рекомендуется выполнять после того, как из трубопровода будут полностью выработаны остатки предыдущего топлива и двигатель остановится. Закрывают расходный вентиль и вырабатывают газ из трубопроводов до остановки двигателя, закрывают магистральный вентиль, выключают зажигание, отсоединяют тягу привода дроссельных заслонок от смесителя и присоединяют к карбюратору, открывают кран топливного бака, закрывают воздушные и дроссельные заслонки смесителя, открывают крышку входного отверстия карбюратора, запускают двигатель на бензине. При переводе работы двигателя с бензина на газ операции выполняют в обратной последовательности.