Устройство и работ двигателя на сжиженном газе - АвтоКлуб Toyota
Toyota-navi.ru

АвтоКлуб Toyota
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Устройство и работ двигателя на сжиженном газе

Газовое оборудование на авто: характеристики, конструкция, правила установки

Первые силовые агрегаты, работающие за счет сгорания газового топлива, появились ранее бензиновых образцов. Но, тем не менее, были вытеснены на долгие годы этим аналогом, так как устройство газового мотора уступало по уровню мощности бензиновому. Сегодня же эта проблема решена, газовый двигатель внутреннего сгорания является особой разновидностью моторов, работающих по принципу теплового цикла Отто. Для приведения в действие сложного устройства используется газообразное топливо. Большая часть газового оборудования, устанавливаемого на современных автомобилях, функционирует за счет сжиженной смеси пропан-бутан. Но есть и установки, работающие на метане или ином газообразном сырье.

Принцип работы

Необходимо отметить, питание газовой смесью, исполнение всей газобаллонной системы предыдущих поколений значительно проще, чем конструкция бензиновой системы подачи топливной смеси.

Перевод транспортного средства для работы на газобаллонном оборудовании, его соответствующее переустройство выглядит таким образом. Предварительно в багажном, грузовом отделении, под днищем машины, на раме монтируют специальную емкость, предназначенную для заполнения газом. В двигательном отсеке (подкапотное пространство) устанавливают редуктор-испаритель, дополнительные устройства, функции которых связаны с подачей в мотор газовой смеси, и механизмы регулировки топлива.

Баллоны заправляются жидкой смесью пропана-бутана. Если давление соответствует атмосферному, топливо имеет газообразное состояние. Если давление выше атмосферного, газ преобразуется в жидкое топливо, которое при бытовых температурах может испаряться. Поэтому под сжиженный газ используются только герметичные емкости. Давление в них может составлять 2-16 атмосфер.

Газовые пары формируют давление, благодаря которому они подаются в газовый трубопровод повышенного давления. Заправка газового баллона и подача из него топлива в магистраль производится через мультиклапан. Для выполнения заправки дополнительно применяется специальное выносное приспособление.

Сжиженная газовая смесь направляется по трубопроводу и проходит через газовый клапан с фильтровальным элементом. Такая дополнительная фильтрация позволяет эффективнее очищать топливо от смолистых соединений, прочих примесей. Это устройство также предназначено для блокировки подачи газовой смеси при отключении зажигания, переключении рабочего режима двигателя на автомобильный бензин.

После фильтрации топливная смесь направляется в редуктор. Здесь давление газовой смеси падает до показателя, составляющего примерно 1 атмосферу. Снижение давления способствует испарению жидкой газовой смеси. При прохождении данного процесса редуктор активно охлаждается. Именно по данной причине его соединяют с системой охлаждения автомобильного двигателя. Подогретая охлаждающая жидкость в результате циркуляции по системе не дает редуктору обмерзать. В холодный период года рекомендуется производить запуск автомобильным бензином, а уже после предварительного прогрева двигателя стоит переводить его рабочий режим на газобаллонное оборудование. Данное требование предполагает выход мотора на рабочий температурный режим, а также подогрев охлаждающей жидкости до необходимой температуры.

После редуктора уже парообразный газ направляется в цилиндры мотора. В ГБ системе отсутствует деталь, схожая функционально с бензонасосом. Газовая смесь содержится в баллоне под определенным давлением, и поступает в редуктор автономно, дополнительная подкачка для этого не требуется. Благодаря этому система ГБО по конструкции значительно проще. А способность газа преобразовываться из жидкости в пар при изменении показателей температуры, давления еще больше сокращает количество элементов конструкции ГБО установок.

Специальный переключатель, установленный в автомобильном салоне, позволяет переключаться с бензина на газ и обратно. После выключения зажигания переключатель занимает нейтральное положение. Газобаллонное оборудование может быть наделено дополнительно функцией отключения подачи газовой смеси, если в автомобильном двигателе отсутствует искра.

Читать еще:  Что сделать чтобы уменьшить расход масла в двигателе

Конструкция систем автомобилей на сжиженном газе

Хранение сжиженного газа в автомобиле

В зависимости от соотношения пропана и бу­тана, СНГ может находиться в жидком состоя­нии при температуре окружающего воздуха от -20 0 до +40 °С, под давлением от 3 до 15 бар. СНГ хранится в жидком состоянии в сталь­ных баллонах. Система заправки СНГ включает ограничитель, не допускающий превышения объема заправки (жидкой фазы) свыше 80 % объема баллона. Это предотвращает увели­чение давления в баллоне выше допустимого уровня при нагреве баллона. На баллоны для СНГ распространяются требования Европей­ских правил безопасности, определяющие их характеристики, дополнительное оборудова­ние и правила установки — в настоящее время ECE-R67-01. Эти требования действуют также в некоторых неевропейских странах.

Предохранительные устройства баллона для СНГ включают клапан сброса давления, элек­тромагнитный запорный клапан с встроенным ограничителем расхода (защита в случае разрыва трубопровода) и, в качестве дополнительного обо­рудования, тепловой предохранительный клапан, осуществляющий контролируемый выпуск газа в случае возгорания. Конструкция заправочной горловины не стандартизована. По этой причине в разных странах могут потребоваться различные заправочные переходники. В настоящее время разрабатываются стандартизованные нормы.

Подача сжиженного газа в двигатель

В системах с нагнетанием газообразного топлива, получаемого из СНГ подача газа из баллона в двигатель, осуществляется за счет внутреннего давления в баллоне (давления паров сжиженного газа). Поскольку при понижении тем­пературы наружного воздуха это давление также понижается, применение таких систем частично ограничено в отношении их пригодности для работы в зимних условиях.

В системах с впрыском жидкого топлива СНГ подается насосом, установленным в баллоне, который в дополнение к внутреннему давлению в баллоне создает давление подачи. В отношении их пригодности для работы в зимних условиях — такие системы сравнимы с системами впрыска бензина.

Компоненты системы на сжиженном газе

Системы СНГ включают следующие компо­ненты (см. рис. «Система с подачей газообразного сжиженного нефтяного газа» и «Система подачи жидкого сжиженного нефтяного газа» ):

  • Заправочная горловина со встроенным об­ратным клапаном;
  • Стальной бак (цилиндрической или торои­дальной формы);
  • Клапан сброса давления (27 бар);
  • Датчик и указатель уровня топлива;
  • Клапан с встроенным ограничителем объема заправки до 80% объема баллона;
  • Электромагнитный запорный клапан (в баллоне);
  • Запорный клапан (в моторном отсеке);
  • Испаритель с регулятором давления (только в системах с подачей газообразного сжиженного газа);
  • Регулятор давления (опция в системах с подачей жидкого сжиженного газа);
  • Топливная рампа сжиженного газа с газовыми форсун­ками;
  • Датчики температуры и давления (на то­пливной рампе);
  • Фильтр СНГ;
  • При необходимости, дополнительный (под­чиненный) электронный блок управления;
  • Регулируемый насос подачи сжиженного (только в системах с подачей жидкого сжиженного газа).

Описание поколений

Всего существует шесть поколений ГБО. В России наиболее часто встречается второго и четвертого. Системы первого и второго поколения ГБО используют моновпрыск топлива. То есть, газ подается во впускной коллектор перед дроссельной заслонкой. Если автомобиль инжекторный, то дополнительно устанавливается эмулятор работы бензиновых форсунок.

Редуктор второго поколения

В третьей генерации добавилась система для распределенной подачи газа по цилиндрам. Отличается частичным управлением электроникой на основе показаний датчика кислорода. Четвертое поколение ГБО для автомобилей получило собственный электронный блок управления, а также распределенную систему впрыска топлива. Система может использоваться для пропан-бутана и для метана. Вся разница в редукторе, давлении газа, баллонах и нескольких мелких деталях.

Читать еще:  Датчик давления масла уаз 409 двигатель артикул

Редуктор четвертого поколения. На фото видна крышка фильтра грубой очистки

Пятое поколение самое технологичное и обладает высоким КПД. Мощность двигателя практически не теряется. В пятом и шестом поколении произошли кардинальные изменения в сравнении с предыдущими версиями. В ГБО используют газ в жидком виде. В системе отсутствует редуктор. В баллонах устанавливается топливный насос как в обычном бензобаке, а жидкий газ подается непосредственно в цилиндры. Шестая версия от пятой отличается тем, что врезается в штатную топливную систему автомобиля. Используются одни и те же форсунки для газа и бензина.

Вариант!

«Газпром нефть» продолжает свою «европейскую» акцию, которая сейчас проводится на территории Санкт-Петербурга и Ленобласти, а также Новгородской, Смоленской и Тверской областей. В рамках этого проекта, каждому автовладельцу предоставляется скидка в 26 тысяч рублей на установку ГБО плюс выдается карта с балансом в 4 тысячи рублей, которые он может расходовать на заправку своего автомобиля на метановых станциях «Газпром нефть». Их число, кстати, в 2014 году будет увеличиваться – в частности, появятся новые станции в Северо-Западном регионе.

Воспользовавшись акцией, можно получить существенную экономию уже на самом первом этапе – установке ГБО. Например, для владельца Renault Logan дооборудование машины метановым ГБО обойдется примерно в 27 500 рублей, в то время как без компенсации эта сумма составила бы 53 500 рублей. Время установки оборудования займет от нескольких часов до двух дней. При этом есть выбор ГБО от различных производителей – отечественных и зарубежных, что также дает возможность сэкономить и позволяет установить более дорогое и высококлассное оснащение.

В зависимости от производителя, на установленное оборудование действует гарантия от 1 года до 2-х лет, сам же срок службы ГБО неограничен. С техосмотром и выездом на автомобиле за границу также не возникает проблем: достаточно только проходить плановые испытания баллонов в автосервисе – один раз в пять лет для металлических баллонов и раз в три года для композитных.

Преимущества использования газообразного топлива

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

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

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

Результаты моделирования рабочего цикла поршневых ДВС

На рис. 1 показаны зависимости Ne и ge от частоты вращения коленчатого вала n после перевода базового двигателя на газомоторное топливо (пропан и метан) с сохранением всех основных параметров ДВС (степени сжатия, фаз газораспределения, угла опережения зажигания и т.д.). Как и следовало ожидать, перевод бензинового двигателя на газ сопровождается уменьшением мощности во всём диапазоне частот вращения коленвала: в случае работы ДВС на пропане снижение Ne не превышает 5%, а при использовании метана достигает 12%. При этом наблюдается улучшение топливной экономичности газопоршневых двигателей внутреннего сгорания. Выигрыш в расходе топлива (по сравнению с базовым двигателем) составляет в среднем 4% и 13%, соответственно, при использовании в качестве топлива пропана и метана. Таким образом, положительный эффект от перевода бензинового двигателя на газомоторное топливо заключается в снижении расхода топлива, но при одновременной потере мощности. Известно, что повышение степени сжатия в поршневых ДВС имеет ряд преимуществ, в частности, уменьшение gе и рост Ne, что связано с увеличением термического КПД и улучшением условий для смесеобразования и сгорания топлива [13, 14]. Поэтому было исследовано влияние величины степени сжатия поршневых двигателей, переведённых на газомоторное топливо, на их технико-экономические показатели (рис. 2). Установлено, что наиболее заметный рост мощности двигателя наблюдается при увеличении степени сжатия ε до 15, после чего рост Ne становится малозаметным; при этом зависимость ge = f(ε) имеет экстремум при рассматриваемой величине ε. Следовательно, можно предположить, что оптимальные значения степени сжатия для газопоршневых двигателей размерности 9,2/8,8 находятся в районе 14–16. Таким образом, было произведено сравнение технико-экономических показателей базового бензинового ДВС (с ε = 7,6) и газопоршневых двигателей, работающих на пропане и метане, с ε = 15 (рис. 3).

Читать еще:  Волга 3110 двигатель 406 датчик холостого хода


Рис. 3. Зависимость удельного эффективного расхода топлива от частоты вращения колен- вала поршневого двигателя [работающего на бензине (ε = 7,6), пропане (ε = 15) и метане (ε = 15)]

На основе численного моделирования установлено, что двигатель, работающий на метане, при ε = 15 имеет мощность, фактически равную базовому бензиновому двигателю (отклонения Ne находятся в пределах ± 5%), при снижении расхода топлива на 20–30%, в зависимости от режима работы ДВС. В свою очередь, при ε = 15 у двигателя, работающего на пропане, наблюдается рост мощности по сравнению с базовым двигателем в диапазоне 5–15% при одновременном уменьшении ge на 10–20%. Для более корректного сравнения технико-экономических показателей поршневых ДВС, работающих на разных видах топлива, дополнительно было выполнено численное моделирование для бензинового двигателя, имеющего ε = 11 (что вполне допустимо при работе на бензинах с октановым числом 95–98) и газопоршневых двигателей, работающих на пропане и метане с ε = 15 (рис. 4). Установлено, что бензиновый двигатель с ε = 11 и газопоршневой ДВС, работающий на пропане, с ε = 15 имеют практически одинаковую эффективную мощность (отличия составляют ± 2%) во всём диапазоне частот вращения коленчатого вала; при этом газопоршневой двигатель имеет меньший расход топлива ge на 4–10%. В свою очередь, бензиновый ДВС с ε = 11 имеет большие значения Ne по сравнению с двигателем, работающем на метане, на величину от 4 до 10%. Однако даже в этом случае газопоршневой двигатель на метане имеет существенно лучшую экономичность (снижение ge вплоть до 20%).

Положительный эффект от перевода бензинового двигателя на газомоторное топливо заключается в снижении расхода топлива, но при одновременной потере мощности. Известно, что повышение степени сжатия в поршневых ДВС имеет ряд преимуществ, в частности, уменьшение gе и рост Nе, что связано с увеличением термического КПД и улучшением условий для смесеобразования и сгорания топлива [13, 14]


Рис. 4. Зависимость удельного эффективного расхода топлива от частоты вращения коленвала поршневого двигателя [работающего на бензине (ε = 11), пропане (ε = 15) и метане (ε = 15)]

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector