Системы питания двигателей легковых автомобилей, работающих на сжиженном нефтяном газе, может работать как по принципу карбюрации, так и по принципу впрыска.
Система питания для сжиженного газа, работающая по принципу карбюрации
Система питания для сжиженного газа, работающая по принципу карбюрации, используется как на двигателях работающих на бензине, оборудованных карбюратором, так и на двигателях, оборудованных системой впрыска бензина. Система питания, работающая по принципу карбюрации при использовании ее на двигателях с электронным впрыском бензина, кроме основных элементов обычной системы впрыска содержит ресивер 2, редуктор-испаритель 6, серводвигатель для управления расходом газа 7, трубопровод для подачи газа в диффузор.
Рис. Система питания для сжиженного газа, работающая по принципу карбюрации, установленная на бензиновом двигателе с электронной системой впрыска:
1 – вентиляционная трубка для газового ресивера; 2 – ресивер с сжиженным газом; 3 – арматура газового ресивера; 4 – наполнительный клапан; 5 – клапан перекрытия газа; 6 – редуктор-испаритель; 7 – серводвигатель для управления расходом газа; 8 – электронный блок управления; 9 – переключатель вида используемого топлива «газ-бензин»; 10 – диффузор-смеситель; 11 – лямда-зонд; 12 – датчик разряжения; 13 – аккумуляторная батарея; 14 – выключатель зажигания; 15 – реле
При переключении на использование газа в качестве топлива, газ поступает из ресивера 2 в редуктор-испаритель, где происходит снижение давление газа и его испарение. В зависимости от сигналов, поступаемых от датчиков, блок управления выдает определенный сигнал на серводвигатель 7, определяющий расход газа на определенном режиме работы двигателя. Газ по трубопроводу поступает в диффузор, где смешивается с воздухом и проходит к впускному клапану, а затем в цилиндр двигателя. Для управления работой двигателя, предусматриваются отдельные блоки управления для работы двигателя на бензине и газе. Между обоими блоками управления идет обмен информацией.
Система питания для сжиженного газа, работающая по принципу впрыска
Система питания для сжиженного газа, работающая по принципу впрыска используется на двигателях, оборудованных системой впрыска бензина. Система питания для подачи сжиженного газа во впускной трубопровод содержит ресивер с газом, редуктор-испаритель 6, распределитель с шаговым электродвигателем, форсунок-смесителей 11.
Рис. Система впрыска сжиженного нефтяного газа (оборудование для работы на бензине не показано):
1 – электронный блок управления; 2 – диагностический разъем; 3 – переключатель для выбора типа используемого топлива; 4 – реле; 5 – датчик давления воздуха; 6 – редуктор-испаритель; 7 – клапан перекрытия подачи газа; 8 – распределитель с шаговым электродвигателем; 9 – прерыватель-распределитель или индуктивный датчик для определения частоты вращения коленчатого вала; 10 – лямбда-зонд; 11 – форсунки для впрыскивания газа
Газ из ресивера поступает в редуктор 6, где происходит испарение газа и снижение его давления. Ресиверы оборудуются наружным наполнительным (впускным) клапаном (с приспособлением, отсекающим подачу газа при заполнении ресивера на 80% его объема) и соленоидным выпускным клапаном. Емкости ресиверов для легковых автомобилей составляют от 40 до 128 л.
После выбора типа используемого топлива, с помощью переключателя 3 и включении зажигания, при использовании газа, срабатывает клапан 7 на подачу газа, который выключается после отключения зажигания.
В электронный блок управления 1 от датчика 5 поступает информация о разряжении во впускном трубопроводе, зависящего от степени открытия дроссельной заслонки, информация о частоте вращения коленчатого вала от датчика или прерывателя-распределителя 9, информация о составе топливовоздушной смеси от лямбда-зонда 9. На основании полученной информации блок управления определяет поворот угол поворота шагового распределителя, регулирующего расход газа, поступающего через форсунки 11 во впускной трубопровод.
Система питания двигателя от газобаллонной установки
Устройство и работа газобаллонных установок
Газобаллонные установки характеризуются тем, что топливо при любом агрегатном состоянии вытекает из баллонов под значительным давлением. Поэтому в этих системах питания нет насосов, перекачивающих и подающих топливо, но введен редуктор, который позволяет снижать давление газа до рабочего, которое должно быть примерно равно атмосферному давлению или несколько превышать его.
При работе на сжатом газе исходное давление в баллонах составляет 20 МПа и более, поэтому эту систему питания оснащают баллонами высокого давления. По мере расхода газа давление в баллонах снижается.
При работе на сжиженном газе давление в баллоне не превышает 1,6…2,0 МПа. Баллоны этих установок относятся к баллонам низкого давления. Давление в них изменяется только в зависимости от состава газовой смеси и от температуры окружающей среды.
При любом количестве жидкого газа в баллоне давление в нем всегда будет равно давлению насыщенных паров топлива для условий окружающей среды. Давление насыщенных паров основных компонентов сжиженного нефтяного газа (СНГ) пропана и бутана при изменении температуры от -40 до +40 ˚С изменяется от 0,12 до 1,7 и от 0,18 до 0,39 соответственно.
В обоих случаях в системе предусматривается фильтр для улавливания твердых частичек (окалины и др.) и теплообменник, размещаемый отдельно или в общем корпусе с редуктором. Для сжиженного газа теплообменник служит испарителем на выходе из баллона, а для сжатого – подогревателем.
Подогреватель необходим в системе сжатого газа, так как резкое снижение давления в процессе его расширения на выходе из баллона приводит к значительному понижению температуры, и при наличии влаги в газе может привести к ее замерзанию и нарушению нормальной работы системы вследствие закупоривания магистральных трубок льдом.
Для подогрева сжатого газа обычно используют тепло отработавших газов, пропускаемых через теплообменное устройство, а для подогрева сжиженного газа чаще всего используют жидкость из системы охлаждения двигателя.
Устройство и работа газобаллонной установки
для сжатого газа
Принципиальная схема газобаллонной установки для работы на сжатом газе показана на рис. 1.
Установка для грузового автомобиля с пятью баллонами, сгруппированными в две секции I и II, размещаемыми обычно под платформой кузова. Каждая секция снабжена соединительной арматурой 2 с трубками 3 и расходным вентилем 4, что позволяет расходовать из них газ порознь и одновременно.
Из баллонов 1 по трубкам 3 и через расходные вентили 4 газ поступает в подогреватель 6, в который через дозирующую шайбу 8 из приемной трубы 7 поступают горячие отработавшие газы. Далее через магистральный вентиль 9 и фильтр 10 газ проходит в одноступенчатый редуктор 11, где давление его снижается до 1,2 МПа, и через второй фильтр 12 в двухступенчатый редуктор 13 с понижением давления почти до атмосферного.
При работающем двигателе газ засасывается в карбюратор-смеситель, причем на режиме холостого хода по трубке 21 он поступает непосредственно в задроссельное пространство и впускной трубопровод 15, который связан трубкой 14 с разгрузочным (пусковым) устройством редуктора.
Система снабжена двумя манометрами: высокого давления 23, включаемого до магистрального вентиля, и низкого 22, фиксирующего давление первой ступени редуктора. По показаниям первого манометра судят о количестве газа в баллонах, а по показаниям второго – о работе редуктора.
Так как автомобильные газобаллонные установки всегда предусматривают возможность питания двигателя и традиционным топливом, то и в рассматриваемой схеме обеспечено питание как газовым топливом, вводимым форсункой 20 в проставку 17, т. е. в зону между диффузором карбюратора и дроссельной заслонкой, так и жидким, вводимым в диффузор распылителем 18. Баллоны наполняются газом через вентиль 5.
Устройство и работа газобаллонной установки
для сжиженого газа
На рисунке 2 приведена схема газобаллонной установки грузового автомобиля ГАЗ-53-07, работающего на сжиженном газе.
Из баллона 7 через расходные вентили 6 (для паровой фазы) или 12 (для жидкой фазы), магистральный вентиль 5 и расходные трубки сжиженный газ поступает в испаритель 4, подогреваемый жидкостью из системы охлаждения двигателя.
Далее газ в паровой фазе проходит через сетчатый фильтр 3 и двухступенчатый редуктор 2, откуда засасывается в газовый смеситель 15.
Пуск и прогрев двигателя осуществляется только на паровой фазе, которую отбирают из баллонов через вентиль 6.
Газовый баллон 7 емкостью 170 л размещается под грузовой платформой автомобиля. Заполняют его через вентиль 10 до уровня, фиксируемого с помощью контрольного вентиля 9, а текущий запас топлива оценивают по указателю уровня 11.
Баллон оснащен предохранительным клапаном 8, срабатывающим в случае превышения давления сверх допустимого, равного 1,6 МПа.
Магистральный вентиль 5 и контрольные манометры 13 и 14 размещают в кабине водителя на контрольном щитке.
Запас жидкого топлива рассчитывают на кратковременную работу двигателя и хранят в бензобаке 1, который используют в случае отказа газовой аппаратуры или для поездки до ближайшей заправочной газовой станции. С этой целью двигатель оснащают однокамерным карбюратором.
Таким образом, питание газового двигателя бензином может осуществляться с помощью обычного базового карбюратора-смесителя с газовой проставкой или отдельного карбюратора упрощенной конструкции.
Система питания газовых двигателей
Переведя автомобиль на газовое топливо можно сэкономить более дорогой и дефицитный бензин. Газовое топливо более экологически чистое, от его сгорания выделяется меньше токсических веществ в атмосферу. Существенным недостатком газового топлива является его низкая объемная теплота сгорания.
Для газовых двигателей применяют сжиженные (нефтяные ) газы, которые находятся в баллонах под давлением до 1.57 МПа, и сжатые (природные), которые находятся под давление до 19.6 МПа. Газовое топливо храниться в емкостях из стали или алюминиевых сплавов. Сжиженное топливо получило более широкое применение в автомобилях. В газовых двигателях, также как и в двигателях работающих на жидком топливе, может быть осуществлено внешнее или внутреннее смесеобразование. Для работы на сжатых и сжиженных газах применяют автомобили с карбюраторными двигателями, однако некоторые двигатели специально приспосабливают для работы только на газовом топливе. Рабочий цикл двигателя, работающего на газовом топливе, такой же как и у двигателя работающего на бензине, однако работа узлов и агрегатов системы при этом существенно отличается.
В двигателях с внешним смесеобразованием без наддува, газ поступает к смесительным устройствам под давлением, приблизительно близким к атмосферному, в этом случае предотвращается утечка газа во внешнюю среду и проникновение воздуха в газопровод. При избыточном давлении происходит утечка газа, а в случае наличия разрежения в газопроводе, образуется горючая смесь из газа и воздуха, может привести к взрыву. В двигателях с любым смесеобразованием с наддувом газ подводится к газовому клапану под давлением, несколько превышающим давление наддува, также происходит в двигателях с внутренним смесеобразованием без наддува. В стационарных газовых двигателях для поддержания постоянного давление, перед смесительными органами устанавливают регулятор давления газа, который автоматически поддерживает нужное давление, для работы двигателя.
Для снижения давления газа перед смесительными устройствами, устанавливают редуктор. Этот прибор тоже регулирует давление газа и отличается от регуляторов давления газа, только более высокой степенью снижения давления газа. Встречаются одно, двух и многоступенчатые редукторы, в зависимости от числа элементов, в которых происходит последовательное снижение давления газа. Редуктор также препятствует поступлению газа к смесителю при неработающем двигателе.
Рассмотрим устройство и принцип работы системы питания на сжиженном газе на примере автомобилей семейства ЗИЛ.
Рис. Схема газобаллонной установки на сжиженном газе.
1 – карбюратор, 2 – трубопровод. 3 – трубопровод подвода газа из редуктора в смеситель, 4 – трубопровод подвода газа нахолостом ходу, 5 – манометр низкого давления, 6 – кран для слива отстоя или воды в холодное время года, 7 и 8 – трубопроводы для подвода и отвода жидкости из системы охлаждения, 9 – магистральный вентиль (в кабине водителя), 10 – заправочный вентиль для жидкого газа, 11 – указатель уровня газа в баллоне, 12 и 13 – расходные вентили жидкой и парообразной фаз газа, 14 – предохранительный клапан.
Сжиженный газ из баллона, через расходный вентиль 12, клапан – фильтр, испаритель и газовый фильтр поступает к редуктору. Редуктор регулирует давление и через трубопроводы подает его в смеситель. Воздух подается сверху, через патрубок газового смесителя, который вместе с поступившим в смеситель газом, образует газовоздушную смесь, поступающую потом через впускную трубу в цилиндры двигателя. Редуктор низкого давления .
Рис. Схема работы двухступенчатого редуктора.
А – при закрытом магистральном вентиле, б – во время пуска и работы двигателя, 1 и 10 – мембраны второй и первой ступеней, 2, 9 – пружины второй и первой ступеней, 3 – коническая пружина, 4 – обратный клапан, 5 – дроссельная заслонка, 6 и 8 – двухплечие рычаги второй и первой ступеней, 7 и 11 – клапаны второй и первой ступеней, 12 – мембрана разгрузочного устройства, 13 – дозатор-экономайзер, 14 и 19 – трубопроводы для газа, 15 – воздушный фильтр, 16 – смесительная камера, 17 – впускной трубопровод, 18 – вакуумный трубопровод, 20 – предохранительный клапан, I – первая ступень редуктора, II – вторая ступень редуктора, А – атмосферная полость, Б – вакуумная полость, В – полость экономайзерного устройства.
Каждая ступень, двухступенчатого мембранно – рычажного редуктора имеет клапаны 7 и 11, пружину 3, двуплечие рычаги 6 и 8, которые соединяют шарнирно мембрану с клапаном.
Клапан первой ступени находится в открытом положении под действием пружины 9 и мембраны 10, двуплечего рычага 8, давление в полости первой ступени I, остается постоянным и равным атмосферному при неработающем двигателе и закрытом расходном вентиле.
Клапан II, второй ступени, при неработающем двигателе, находится в закрытом положении и плотно прижат к седлу пружинами конической и цилиндрической через двуплечий рычаг 6.
Если включен электромагнитный клапан и открыт расходный вентиль газ поступает в полость первой ступени редуктора. Мембрана 1, преодолевает усилие пружины 3, прогибается и через рычаг 6, закрывает клапан 7. Давление газа в полости первой ступени регулируется изменением усилия пружины 2 в пределах гайки 0,16….0,18 МПа. Манометр, по которому контролируется уровень давления, расположен в кабине водителя.
Когда дроссельные заслонки полуоткрыты (рис. б), при запуске двигателя и его работе на средних нагрузках, под дроссельными заслонками создается вакуум, который передается в полость В экономайзера. Под вакуумом мембраны вакуумного разгрузочного устройства прогибается вниз и сжимает коническую пружину3, разгружая клапан 7 второй ступени. Клапан из первой ступени открывается, преодолевает сопротивление цилиндрической пружины 2 мембраны 1. Газ заполняет полость второй ступени, поступает в смеситель по трубопроводу 19.
При полном открытии дроссельных заслонок, вакуум в смесительной камере 16 становится достаточным для открытия обратного клапана 4 и газ начинает поступать дополнительно через дозатор – экомайзер 13.При увеличении подачи газа через воздухопровод 14 и 19, газовоздушная смесь обогащается и мощность двигателя увеличивается.
Газовый смеситель служит для получения горючей смеси в газобаллонных автомобилях. Существенным отличием такого автомобиля от карбюраторного является то, что подача топлива осуществляется в одинаковом с воздухом агрегатном состоянии, отсюда конструкция газового смесителя намного проще карбюратора. Такие смесители могут быть как отдельной конструкцией, так и выполненными совместно с карбюратором.
Наличие карбюратора-смесителя не говорит о том, что такой автомобиль не может работать на бензине.
Испаритель сжиженного газа предназначен для преобразования жидкого топлива в газообразное состояние. Изготавливается испаритель из алюминия и состоит из двух частей. Внутренние полости испарителя обогреваются за счет жидкости из системы охлаждения двигателя, которая подогревает газ движущийся по каналам.
Электромагнитный клапан – фильтр служит для очистки газа от механических примесей. Очищенный газ затем поступает через испаритель в редуктор и далее в смеситель.
Система питания на природном газе – это установка высокого давления. Баллоны соединены последовательно трубопроводами, заполняются такие баллоны на газозаправочных станциях, через наполнительный вентиль. Давление сжатого газа в баллонах и редукторе контролируют посредством манометров.
К недостаткам, автомобилей, работающих на газобаллоном топливе стоит отнести уменьшенную на величину массы баллонов грузоподъемность автомобилей, а также его повышенная пожароопасность.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
