Двигатели, работающие на газовом топливе

Система питания двигателя от газобаллонной установки

Газобаллонные автомобили

Газовые двигатели – двигатели, работающие на газообразных топливах, широко применяются на современном автомобильном транспорте. При этом используется сжиженный нефтяной газ (СНГ), состоящий в основном из пропана и бутана, а также сжатый природный газ (СПГ) метан или компримированный природный газ. Запас сжатого или сжиженного газа хранят в специальных баллонах, поэтому и автомобили, работающие на газе, называют газобаллонными.

Двигатели, работающие на газовом топливе, относятся к тепловым двигателям с принудительным воспламенением рабочей смеси, т. е. используют искровое зажигание, как и бензиновые двигатели, поэтому оценивать достоинства и недостатки газообразного топлива объективнее в сравнении с бензином.

Для дизельных двигателей газовое топливо не получило широкого распространения в силу того, что газ физически не может воспламеняться при той температуре, которую имеет сжатый воздух в цилиндрах дизеля с нормальной степенью сжатия. Просто подвести газ к камерам сгорания недостаточно. Газ не воспламенятся сам по себе от сжатия, так как его температура самовозгорания (460. 480 ˚С) примерно в полтора раза выше чем у дизельного топлива (300. 320 ˚С). Поэтому при переводе дизеля на газ даже теоретически невозможно использовать одно только газовое топливо без принудительного его воспламенения.

Тем не менее, эта проблема оказалась преодолимой, и еще во времена СССР было найдено ее техническое решение: впрыскивать в камеру сгорания совместно газ и дизельное топливо. В частности, такое решение применялось для некоторых моделей автомобилей марки «КАМАЗ».

Принцип действия газодизельного двигателя основывался на том, что в цилиндры подается запальная доза дизельного топлива (20%-30%), а остальная порция топлива (70%-80%) замещалась подачей природного газа.

При этом выгоднее подавать в цилиндры сначала газ, чтобы он хорошо перемешался с воздухом, а затем впрыснуть запальную порцию дизельного топлива.

Технически любой дизельный двигатель можно переоборудовать для работы с газобаллонным оборудованием - как на нефтяной пропанобутановой смеси, так и на природном метане, без использования запальной порции дизельного топлива.

Однако, в отличие от перевода бензиновых двигателей на газ, модернизация дизельного двигателя для работы на одном лишь газовом топливе потребует радикальных изменений штатной системы питания дизеля и использования системы зажигания.

Необходимо демонтировать топливную аппаратуру, и вместо нее установить систему зажигания. Форсунки меняются на свечи зажигания, и после этого монтируется газобаллонное оборудование. Газ при помощи дозатора поступает во впускной коллектор и двигатель будет работать на газовом топливе.

Конечно же, после таких переделок многие преимущества дизеля теряются.

Требования, предъявляемые к газообразным топливам

Требования, предъявляемые к газовым топливам мало отличаются от требований к другим видам топлива для двигателей:

• обеспечение хорошего смесеобразования;
• высокая калорийность горючей смеси;
• отсутствие коррозии и коррозионных износов;
• минимальное образование отложений во впускном и выпускном трактах;
• сохранение качества при хранении и транспортировании;
• низкая стоимость производства и транспортирования.

Преимущества использования газообразного топлива

Октановое число газового топлива выше, чем бензина (среднее значение октанового числа – 105), поэтому детонационная стойкость сжиженного газа больше, чем бензина даже самого высшего качества.

Это позволяет добиться большей экономичности использования топлива в двигателе с повышенной степенью сжатия. При этом скорость сгорания газа немного меньше, чем у бензина. В результате снижаются нагрузки на стенки цилиндров, поршневую группу и коленчатый вал, что позволяет двигателю работать ровно и тихо.

Газ легко смешивается с воздухом и равномерней наполняет цилиндры однородной смесью, поэтому двигатель работает ровнее и тише.

Газовая смесь сгорает полностью, поэтому не образуется нагар на поршнях, клапанах и свечах зажигания.

Газовое топливо не смывает масляную пленку со стенок цилиндров, а также не смешивается с маслом в картере, не ухудшая, таким образом, смазочные свойства масла. В результате цилиндры и поршни изнашиваются меньше, а периодичность замены моторного масла увеличивается.

По сравнению с бензином сжиженный газ имеет следующие преимущества:

• в полтора-два раза меньше себестоимость;
• более высокая детонационная стойкость (октановое число 105);
• двигатель на газе работает мягче, а срок его службы увеличивается примерно в полтора раза;
• увеличивается периодичность замены моторного масла в полтора-два раза, поскольку уменьшается срок его старения;
• увеличивается на 40% срок службы свечей зажигания;
• газ практически не содержит серы, которая вызывает коррозию металлов и их изнашивание;
• снижается токсичность отработавших газов (СО в два раза, СН на 50…100%, NOx на 20…30 %);
• в отличие от бензина газовая смесь более однородна по составу;
• не накапливаются смолистые отложения на деталях и приборах системы питания, так как нефтяной газ растворяет их;
• значительно уменьшается нагарообразование на деталях двигателя.

Сжатый газ также употребляется в качестве горючего, поскольку природные запасы метана колоссальны, и сложно найти более дешевое топливо для автомобильного двигателя.

Сжатый природный газ по сравнению со сжиженным нефтяным газом имеет следующие преимущества:

• бόльшая безопасность, так как он легче воздуха и при утечках улетучивается;
• дешевле;
• большие природные запасы;
• отработавшие газы экологически более чистые.

Недостатки газообразного топлива:

• более низкая скорость сгорания по сравнению с бензином, в результате чего мощность двигателя снижается примерно на 7…12% (до 20%);
• затрудненный пуск двигателя при низких температурах;
• увеличение металлоемкости автомобиля на 25…30 кг при сжиженном газе и на 700…800 кг при сжатом;
• применение дополнительного дорогостоящего оборудования приводит к увеличению стоимости автомобиля на 20..27%;
• повышенный расход газа по сравнению с бензином;
• необходимость периодического освидетельствования баллонов для хранения газа на испытательных станциях;
• трудоемкость ТО и ремонта двигателя возрастает на 3. 5%, (эти затраты перекрываются экономией от увеличения межремонтного ресурса двигателей);
• дальность поездки на одной заправке не превышает 200. 250 км;
• повышенные требования техники безопасности при использовании газобаллонных установок.

Сжиженный газ обычно используется в системах питания двигателей легковых автомобилей. Переоборудовать автомобиль для работы на сжиженном газе проще и дешевле, чем для работы на сжатом. Кроме того, сжиженный газ находится в баллоне под относительно небольшим давлением (примерно 1,6 МПа), а высокая степень разреженности сжатого газа требует увеличить этот показатель в 12-15 раз.

Поэтому для использования сжатого газа необходимы более громоздкие и тяжелые заправочные баллоны с более толстыми стенками, которые значительно повышают вес автомобиля. И если для грузовых автомобилей и автобусов с этим неприятным фактом еще можно мириться, то для легковых автомобилей, где каждый килограмм веса на учете, использование сжатого газа менее привлекательно. Кроме того, пробег между заправками для автомобиля, работающего на сжиженном газе вдвое больше, чем для работающего на газообразном топливе.

Исходя из этого системы питания с газовым топливом пока не нашли достаточно широкого применения, и используются на автомобилях, совершающих поездки в пределах городов и пригородов, т. е. на небольшие расстояния.

Марки газовых автомобильных топлив

ГОСТ 20448-90 предусматривает выпуск сжиженного газа двух марок: СПБТЗ (смесь пропанобутановая техническая зимняя) и СПБТЛ (смесь пропанобутановая техническая летняя).

Устаревший стандарт (ГОСТ 27578-87) также предусматривал две марки сжиженного газа: зимнюю - ПА (пропан автомобильный) и летнюю - ПБА (пропанобутановая смесь автомобильная).

Основными компонентами сжиженного газового топлива являются пропан (С₃Н₈) и бутан (С₄Н₁₀). В сжиженных газах, поставляемых для автомобильного транспорта, по техническим причинам может содержаться некоторое количество масла, поступающего из компрессоров и насосов.

Зимняя смесь отличается от летней повышенным содержанием пропана и применяется при температуре окружающего воздуха ниже +5 ˚С. Летняя смесь применяется при температуре +5 ˚С и выше.

Пропан остается в жидком состоянии при температуре ниже -42 °С, для бутана эта температура составляет -0,5 °С.

В весенний период времени с целью полной выработки запасов сжиженного газа марки СПБТЗ допускается ее применение при температуре до +10 °С.

Более высокая температура может привести к нежелательному повышению давления в системе подачи газа и ее разгерметизации.

Сжатый природный газ выпускается двух марок: «А» и «Б». Они отличаются содержанием метана и азота. Основные горючие компоненты сжатых газов - метан (СН₄), окись углерода (СО) и водород (Н₂) получают из горючих газов различного происхождения (природных, попутных, нефтяных, коксовых и др.). В попутных газах в зависимости от месторождения нефти содержание метана может находиться в пределах 40-82%.

Главная страница

Устройство автомобилей

• Экзаменационные билеты

для группы Т-21 (IV семестр)

для группы Т-31 (V семестр)

для группы Т-31 (VI семестр)

КГБПОУ «Каменский агротехнический техникум»

Материалы: http://k-a-t.ru/dvs_pitanie/50-gaz_1/

Двигатели газобаллонных автомобилей могут работать на различных природных и промыш­ ленных газах, которые могут находиться как в сжатом, так и в сжиженном виде в специаль­ ных баллонах.

В основном в качестве такого газа используется метан. В баллонах сжатый газ находит­ ся под давлением порядка 20 МПа.

Сжиженный газ — это, как правило, смесь пропана и бутана, находится в жидком состоянии в баллоне при более низком давлении порядка 1,6-2 МПа. Сжиженный газ в баллоне не должен занимать весь объем, часть газа должна находиться в газообразном состоянии, чтобы не произошло разрушения баллона при увеличении объема жидкости вследствие нагрева.

По сравнению с жидким нефтяным топливом газ обладает некоторыми преимуществами при использовании его в качестве топлива для ДВС. Во-первых, газ дешевле жидкого топли­ ва. Во-вторых, он лучше смешивается с воздухом, образуя однородную горючую смесь, и обеспечивает более полное сгорание, поэтому в отработавших газах газобаллонных авто­ мобилей содержится меньше вредных веществ. Кроме того, газ в отличие от бензина не раз­ жижает моторное масло, а это гарантирует уменьшение износа деталей двигателя. Антидето­ национная стойкость газа выше, чем бензина. В то же время смесь газа с воздухом имеет меньшую теплоту сгорания и стандартный двигатель при работе на газе будет иметь мень­ шую мощность, чем тот же двигатель при работе на жидком топливе. Несмотря на некоторые недостатки, газобаллонные автомобили получают все большее распространение в мире.

Перед тем как подать газ в камеру сгорания, нужно снизить его давление, для чего ис­ пользуют специальные редукторы. Сжиженный газ предварительно переводится в газооб­ разное состояние с помощью испарителя — специального теплообменника, подключенного к системе охлаждения двигателя.

Все больше известных производителей автомобилей серийно выпускают модели, пред­ назначенные для эксплуатации на двух видах топлива — жидком и газообразном (Volvo, BMW, FIAT, Rover и др.). На этих автомобилях параллельно устанавливаются две системы пи­ тания — для жидкого топлива и для газа (рис. 2.101). Водитель может с помощью контроль­ ного устройства переключать работу двигателя на тот или другой вид топлива и определять остаток любого топлива с помощью контрольных приборов.

Рис. 2.101. Автомобиль BMW 316 g можетРис. 2.102. Емкость для газа производст- работать на бензине и сжиженном газе ва компании Ford Motors

Необходимо размещать газовые баллоны в безопасном месте, чтобы они не были повре­ ждены в случае аварии. Иногда баллоны устанавливают в багажном отделении легковых ав­ томобилей, но располагают их при этом как можно дальше от задней части автомобиля, которая может подвергнуться удару при аварии. На грузовых автомобилях баллоны для сжа­ того газа обычно размещают между рамой и грузовой платформой. У автобусов баллоны мо­ гут располагаться на крыше. Некоторые производители изготавливают емкости для газово­ го топлива из композитных материалов специальной формы для лучшего использования объема багажника (рис. 2.102).

Одним из способов повышения мощности двигателя внутреннего сгорания является увели­ чение количества поступающего в цилиндры воздуха. Подача в двигатель воздуха при поло­ жительном давлении называется наддувом. В настоящее время зарубежными фирмами про­ изводится от 50 до 90 % двигателей с наддувом от общего объема выпускаемых двигателей. В ДВС применяют механический наддув, когда воздух закачивается специальным на­ сосом (компрессором), имеющим механический привод, и турбонаддув, при котором компрессор приводится в действие турбиной благодаря энергии отработавших газов. Турбо­

компрессоры получили наибольшее распространение.

В турбокомпрессоре используются центробежные насосы. Под действием центробежных сил, вызванных вращением колеса с лопатками, воздух отбрасывается к периферии колеса, а в его центре создается разрежение, что обеспечивает всасывание воздуха (рис. 2.103). Для эффективной работы турбокомпрессора частота вращения колеса компрессора должна быть очень высокой не менее 50-100 тыс. мин-1.

При работе ДВС из выпускного трубопровода под давлением выбрасываются продукты сгорания, которые имеют высокую температуру. Поток газов приводит во вращение колесо турбины, которое передается закрепленному на общем вале колесу компрессора.

Для достижения фазы наддува, т. е. момента, когда давление воздуха на впуске превысит атмосферное, необходимо, чтобы была достигнута определенная частота вращения турбины (не менее 60 000 мин-1). При малых оборотах двигателя турбокомпрессор работает в дежур­ ном режиме (частота 5 000-10 000 мин-1). Необходимо учитывать, что наличие турбины в выпускном тракте создает сопротивление выходу отработавших газов.

Существует две проблемы, связанные с наддувом двигателей. Первая заключается в том, что давление наддува увеличивает степень сжатия двигателя и увеличивает

проблема связана с тем, что чем больше ча­ стота вращения коленчатого вала, тем боль­ ше образуется отработавших газов и тем быстрее вращается компрессор, увеличивая количество воздуха, поступающего в цилин­ дры. Это приводит к увеличению мощности двигателя и одновременному увеличению количества отработавших газов с последую­ щим ростом числа оборотов турбины. Если не предусмотреть специальных мер, этот

Рис. 2.103. Схема работы турбокомпрес­ сора

процесс приведет к разрушению деталей двигателя или турбокомпрессора.

Материалы: http://poznayka.org/s56664t1.html

Топливо для газобалонных автомобилей. Сравнительная характеристика газового топлива. Преимущества и недостатки газового топлива по сравнению с бензином.

Топливом для газобалонных автомобилей являются сжатые и сжиженные газы. Сжиженный газ - газ, превращающийся в жидкость при нормальной температуре и давлении до 1,6 МПа. Сжатый газ - такие газы, которые сохраняют газообразное состояние при обычных температурах и давлении до 20 МПа.

Сжиженный газ - смесь пропана и бутана с примесями других газов. Основными производителями сжиженного газа являются: газолиновые заводы, вырабатывающие бензин из нефтяных газов (выход газа 50% от производства бензина); крекинг заводы (газ получается в качестве заборного продукта до 3%); заводы, вырабатывающие бензин из каменного угля (выход газа 10-15%). Сжиженный газ не должен содержать механических примесей, воды, водорастворимых кислот и щелочей, и смолистых веществ.

Сжатые газы делят на природные, нефтяные и биологические. Природные добывают из буровых газовых скважин; нефтяные газы получают в качестве пабочного продукта при добыче, транспортировке, переработке нефти.

Сжиженный газ. Преимущества.

Значительное более низкое рабочее давление; позволяет применять более лёгкие и дешёвые газопроводы баллоны; более простая транспортировка автомобильным и ж/д транспортом; более дешевые и простые газозаправочные устройства; больший запас хода.

Сжатый газ. Преимущества.

Меньшая стоимость; наличие развитой сети газопроводов; позволяет сохранять доставку жидкого топлива в эти регионы.

Сравнение газового топлива с бензином.

Газ - лучшее смесеобразование; уменьшение нагарообразования в цилиндрах и отсутствие разжижения моторного масла; меньшая ядовитость отработавших газов; высокие антидитанационные свойства (позволяет повысить степень сжатия и мощность двигателя).

Усложнение, удорожание и утяжеление топливной аппаратуры; снижение мощности двигателя при переводе с бензина на газ 15-20% без переделок; затруднительный холодный пуск.

Назначение, устройство и работа системы питания на сжатом газе.

Газобаллонная установка грузового автомобиля для сжатого газа включает в себя: восемь газовых баллонов, соединенных трубками; двухступенчатый газовый редуктор высокого давления; электромагнитный клапан с газовым фильтром; газопроводы; манометры высокого и низкого давления; подогреватель газа; газовые вентили — наполнительный, баллонный и магистральный; карбюратор-смеситель, приборы резервного топлива.

Газ из балона при открытом запорном вентиле поступает в распределительную креставину и через расходный вентиль по трубопроводу поступает в рдуктор высокого давления, где происходит снижение давления газа до 0,9-1,2 МПа. Газ проходит электромагнитный клапан с встроенным в него газовым фильтром, в котором происходит очищение газа от механических примесей и автоматическое отключение газовой магистрали в аварийной ситуации. После этого по трубопроводу газ поступает в редуктор низкого давления, где происходят вторичные понижения давления газа до давления близкого к атмосферному. За счёт разряжения, создаваемого цилиндрами двигателя, газ поступает в карбюратор-смеситель, где происходит процесс смесеобразования, и в дальнейшем газовоздушная смесь поступает по впускному тракту в цилиндры двигателя в соответствии с его порядком работы. Для работы на резервном топливе (бензине) автомобиль имеет топливный бак, фильтр-отстойник, топливный насос, топливопроводы.

Назначение, устройство и работа системы питания на сжиженном газе.

Газобаллонная установка, работающая на сжиженном газе , состоит из газовых баллонов, испарителя газа, двухступенчатого газового редуктора, манометров высокого и низкого давления, электромагнитного клапана с газовым фильтром, карбюратора-смесителя, приборов резервного топлива. Газовый баллон снабжен контрольным вентилем уровня жидкости, предохранительным клапаном, указателем уровня жидкости, вентилем расхода газа.

Газ из баллона, который может быть заполнен жидким газом на 85% (на баллоне установлена наполнительно-расходная арматура, включающая наполнительный вентиль, через который происходит заправка, расходный вентиль, через который осуществляется отбор газа в систему и вентиляционные шланги, отводящие газ от автомобиля при наличии утечки), по трубопроводу поступает в газовый клапан-фильтр, а от него в двухступенчатый редуктор-испаритель, где происходит снижение давления газа до атмосферного и его испарение. К редуктору-испарителю от рубашки охлаждения двигателя по шлангам подводится горячая охлаждающая жидкость, позволяющая подогревать газ для перевода его в паровую фазу и не позволяет ему замерзать при низких температурах. Испарённый газ за счёт разряжения, создаваемого в цилиндрах двигателя, поступает в карбюратор-смеситель и оттуда по впускному трубопроводу в цилиндры двигателя. Для перехода с одного вида топлива на другой служит переключатель, расположенный на панели приборов и управляющий электромагнитным клапаном переключения видов топлива.

Назначение, устройство и работа системы электронного впрыска газа.

1 — газовый клапан 2 — испаритель / регулятор давления СНГ 3 — температурный датчик 4 — питание от силовой цепи зажигания 5 — заземление на корпус автомобиля 6 — газовый фильтр 5-7 мкм 7 — газовый инжектор 8 — бензиновая форсунка 9 — кабель эмулятора бензиновых форсунок 10 — подающая трубка 11 — переключатель вида топлива с индикатором 12 — электронный блок управления 13 — впускной воздушный коллектор двигателя 14 — двигатель автомобиля

Газ из балона, пройдя наполнительно-расходную арматуру поступает в редукторный испаритель. В редукторе происходит снижение давления до близкого к атмосферному и испарения газа. Редуктор управляется в зависимости от разряжения во впускном трубопроводе и сигналов блока управления, далее газ поступает к дозатору-распределителю с шаговым электродвигателем. Дозирование и подача газа происходит по соответствующим трубопроводам к форсункам, которые распыляют его в пространство около впускных клапанов.

Для продолжения скачивания необходимо собрать картинку:

Материалы: http://studfiles.net/preview/1742511/page:3/