2295

Работа двигателя без сетчатого фильтра газового редуктора недопустима, так как ведет к преждевременному выходу из строя клапанов газового редуктора и вызывает большой износ цилиндропоршневой группы двигателя.

Таблица 7.2

Коррозионная стойкость железных и алюминиевых сплавов

После каждой очистки и сборки сетчатого фильтра газового редуктора следует проверить герметичность всех его соединений омыливанием.

Своевременная очистка сетчатого фильтра газового редуктора исключает возможность попадания частиц загрязнений под его клапаны, тем самым обеспечивая необходимую герметичность их, а также не допускает увеличения сопротивления в магистрали подачи газа.

Изготовление и монтаж резьбовой пробки, патрона и корпуса сетчатого фильтра газового редуктора из алюминиевого сплава без затруднений осуществляются в условиях автотранспортных предприятий.

Высокий ресурс и малые эксплуатационные затраты на техническое обслуживание сетчатого фильтра, детали которого изготовлены из алюминиевого сплава, позволяют рекомендовать его для применения на стандартном газовом редукторе всех двигателей грузовых автомобилей и автобусов, использующих в качестве моторного топлива сжиженный нефтяной газ.

7.5.5.Сигнализатор предельного загрязнения сетчатого фильтра газового редуктора

Отсутствие в газовой системе питания двигателя средства, обеспечивающего своевременную сигнализацию о наступающем критическом загрязнении сетчатого фильтра газового редуктора окалиной и ржавчиной, образующимися в нем в результате интенсивной коррозии омываемых газом поверхностей чугунного корпуса, стальной пробки и железного патрона сетчатого фильтра, является основной причиной часто возникающих, особенно при зимней эксплуатации автомобилей, нарушений в поступлении газа в газовый редуктор, которые вызывают перебои в работе двигателя и делают невозможной дальнейшую эксплуатацию автомобиля.

С целью своевременного привлечения внимания водителя автомобиля световым сигналом о наступающем предельном загрязнении сетчатого фильтра газового редуктора и необходимости своевременной очистки его от задержанных механических загрязнений, в СибАДИ разработан, изготовлен и находится в эксплуатации сигнализатор предельного загрязнения сетчатого фильтра газового редуктора.

Монтаж такого газового датчика сигнализатора осуществляется непосредственно на редукторе РЗАА путем ввертывания его в гайку патрона сетчатого фильтра, и при снижении давления газа, поступающего по газовой магистрали через сетчатый фильтр в редуктор РЗАА, датчик сигнализатора вступает в работу.

Схема сигнализатора (рис. 7.11) состоит из светового индикатора (резистора и светодиода) и датчика с эластичной диафрагмой и токоведущей регулируемой пружиной. Датчик, имеющий контакты включения в цепь светового индикатора при давлении газа на входе в газовый редуктор, соответствует предельному загрязнению сетчатого фильтра.

Рис. 7.11. Электрическая схема сигнализатора предельного загрязнения сетчатого фильтра газового редуктора:

1 – аккумуляторная батарея; 2 – резистор; 3 – светодиод; 4 – датчик сигнализатора

Устройство и внешний вид датчика сигнализатора предельного загрязнения сетчатого фильтра газового редуктора РЗАА показан на рис. 7.12.

Контактная пара 4 и 7 под действием токоведущей пружины 3 включает цепь светодиода и резистора, установленных на панели приборов в кабине водителя, когда в результате чрезмерного загрязнения сетчатого фильтра газового редуктора наступает значительное уменьшение его пропускной способности, сопровождаемое падением давления газа на входе в газовый редуктор до значений 0,11…0,1 МПа, на которое при помощи винта 2 регулируется давление токоведущей пружины 3.

Принцип действия сигнализатора предельного загрязнения

сетчатого фильтра газового редуктора состоит в том, что токоведущая пружина 3, являясь чувствительным элементом датчика сигнализатора, при давлении газа на входе в газовый редуктор более 0,11 МПа, соответствующем значениям при допустимом загрязнении сетчатого элемента, сжата выгнутой диафрагмой и контактная пара 4 и 7 разомкнута, в результате чего цепь светового индикатора выключена.

При снижении давления газа на входе в газовый редуктор до уровня, соответствующего предельному загрязнению сетчатого фильтра газового редуктора, токоведущая пружина 3 уменьшает выгибание диафрагмы 8, своим перемещением прижимает подвижный контакт 4 к неподвиж-ному контакту 7, замыкая их и тем самым включая цепь индикатора, что, в свою очередь, дает сигнал водителю о необходимости

соответ-ствующих мер.

Рис. 7.12. Датчик сигнализатора предельного загрязнения сетчатого фильтра газового редуктора:

1 – контргайка; 2 – регулирующий винт; 3 – токоведущая пружина; 4 – подвижный контакт; 5 – эбонитовая часть корпуса; 6 – прокладка; 7 – неподвижный контакт; 8 диафрагма; 9 эбонитовая втулка; 10 выводная клемма; 11 корпус датчика

Применение сигнализатора предельного загрязнения сетчатого фильтра газового редуктора позволяет своевременно проводить

его очистку, в результате чего заметно сокращается в процессе эксплуатации автомобиля количество отказов в работе системы питания двигателя на сжиженном нефтяном газе.

Конструкция разработанного сигнализатора отличается высокой эксплуатационной надежностью и при монтаже не вносит изменений в конструкцию газового редуктора.

7.6.Использование подогрева газового баллона при зимней эксплуатации автомобиля

Зимняя эксплуатация автомобилей на сжиженном нефтяном газе ПБА возможна лишь при температурах окружающего воздуха до –20 оС. При отсутствии сжиженного нефтяного газа марки ПА и температурах окружающего воздуха ниже –20о С ПБА, находясь в газовом баллоне, не переходит в паровую фазу и не создает даже

минимально потребного избыточного давления паров. Вследствие этого сжиженный нефтяной газ из баллона не поступает по магистрали в газовую аппаратуру и зимняя эксплуатация автомобиля на этом виде топлива становится невозможной. В этих условиях зимнюю эксплуатацию автомобиля продолжают на бензине, включив бензиновую систему питания двигателя.

Обеспечение безотказной зимней эксплуатации автомобиля на сжиженном нефтяном газе в этих условиях возможно посредством подвода тепловой энергии к газовому баллону, источником которой могут быть:

-посторонний источник тепловой энергии, используемый при длительной остановке автомобиля и перед пуском холодного двигателя;

-отработавшие газы двигателя, работающего вначале на бензине, а потом на сжиженном нефтяном газе;

-теплый воздух из моторного отсека автомобиля; -жидкость охлаждающей системы двигателя либо жидкая фаза

сжиженного нефтяного газа, поданная из баллона криогенным насосом.

Использование первого источника тепловой энергии сопряжено с определенными конструктивными особенностями. Неприемлемым в этих условиях является использование теплоты жидкости охлаждающей системы двигателя и воздуха из моторного отсека автомобиля для подогрева газового баллона, ввиду низкого энергетического потенциала этих источников теплоты. Подача жидкой фазы газа специальным насосом значительно усложнит газовую систему питания.

Наиболее предпочтительным источником теплоты для подогрева газового баллона при зимней эксплуатации автомобиля являются отработавшие газы, выбрасываемые в атмосферу двигателем. Это достаточно мощный источник тепловой энергии, обладающей высоким качеством, о котором свидетельствуют высокая температура, значительная скорость и большие объемы выбрасываемых отработавших газов в окружающую среду. Отработавшие газы являются высокопотенциальным, концентрированным (сосредоточенным) вторичным энергоресурсом двигателя.

Внешняя утилизация теплоты отработавших газов двигателя, составляющей около 30 % энергии сгорающего нефтяного газа, является одним из направлений увеличения полезного использования теплоты газа в качестве эффективного средства для обеспечения избыточного давления газа в баллоне при эксплуатации автомобиля в условиях отрицательных температур окружающего воздуха.

Температура отработавших газов в процессе их выпуска из

цилиндров двигателя, происходящего при большом перепаде давлений, достигает в зоне выпускных клапанов 900…1100 К.

Поток отработавших газов из двигателя характеризуется температурой Тог и давлением Рог. Газовый баллон, на подогрев которого будет использоваться теплота отработавших газов, имеет равновесное состояние с окружающим воздухом, обладающим температурой Ток.в и давлением Рок.в.

При этом наличие градиента потенциалов (вследствие того,

использования термического воздействия отработавших газов на изменение температурного состояния газового баллона, а следовательно, и на изменение термических параметров сжиженного нефтяного газа, находящегося в нем.

С целью использования теплоты отработавших газов двигателя для подогрева газового баллона был установлен контур утилизации их теплоты, включенный в систему выпуска двигателя. При работе двигателя на режимах холостого хода серийный глушитель выключается специальной заслонкой из системы выпуска и весь поток отработавших газов проходит только через контур утилизации их теплоты. В этих условиях распределение термического воздействия отработавших газов можно представить выражением

где Qогдв- теплота, уносимая отработавшими газами из двигателя;

Qкутог - теплота, поступающая в контур утилизации (подогреватель газового баллона );

Qог Б- часть теплоты Qкутог, используемая для подогрева газового баллона;

Qог П- часть теплоты Qкут ог, потерянная в результате излучения наружными поверхностями контура утилизации (подогревателя), а также вследствие теплопроводности в элементы крепления газового баллона;

Q ог ок.в- часть теплоты Qкут ог, уносимая отработавшими газами из контура утилизации (подогревателя газового баллона) в окружающий воздух.

Количество теплоты отработавших газов, используемой на подогрев газового баллона при работе двигателя на режимах холостого хода, можно определить из выражения

При работе двигателя на нагрузочных режимах контур утилизации теплоты отработавших газов поворотом специальной заслонки включается в систему выпуска двигателя параллельно серийному глушителю. На этих режимах распределение

термического воздействия отработавших газов можно представить выражением

где Q ог гл- часть теплоты Q ог дв, поступающая в глушитель системы выпуска двигателя.

Количество теплоты отработавших газов, используемой на подогрев газового баллона при работе двигателя на нагрузочных режимах, можно определить из выражения

Распределение теплоты отработавших газов двигателя при ее утилизации для подогрева газового баллона показано на рис. 7.13 в виде полос, каждая из которых соответствует одному из слагаемых правых частей выражений (1), (2) и (4), (5).

Процессы внешней утилизации теплоты отработавших газов двигателя связаны прежде всего с их местным интенсивным охлаждением и потому практически могут быть без особых затруднений реализованы с помощью специального теплообменника (например, подогревателя газового баллона при низких температурах), выполненного в виде греющего фартука, который без всяких затрат энергии осуществляет движение отработавших газов перед выпуском их в окружающий воздух.

Рис. 7.13. Распределение термического воздействия отработавших газов двигателя в процессе подогрева газового баллона при низких температурах:

а– при работе двигателя на режимах холостого хода;

б– при работе двигателя на нагрузочных режимах

В СибАДИ разработана конструкция устройства (рис. 7.14), в котором осуществляется утилизация теплоты отработавших газов двигателя газового баллона и через него подогрев сжиженного нефтяного газа при низких температурах окружающего воздуха с

целью создания избыточного давления паров газа в баллоне для обеспечения безотказной зимней эксплуатации автомобиля на сжиженном нефтяном газе.

Утилизационный контур (см. рис. 7.14) для газового баллона представляет собой сварной многоходовой теплообменник, элементы которого выштампованы из листовой углеродистой стали толщиной 1,5 мм, обеспечивающей сопротивление окислению его внутренней поверхности от воздействия высоких температур отработавших газов.

Конвективный канал подогревателя образован двумя его полусферическими стенками, с которыми плотно соединены шесть направляющих ребер, обеспечивающих семиходовое движение отработавших газов в подогревателе и используемых в процессе теплоотдачи в качестве дополнительной конвективной поверхности

нагрева.

Площадь поперечного сечения конвективного канала выбрана несколько больше поперечного сечения подводящего патрубка подогревателя газового баллона. Площадь поперечного сечения отводящего патрубка подогревателя в два раза меньше площади поперечного сечения подводящего патрубка подогревателя. В результате этого увеличивается продолжительность термического воздействия отработавших газов на стенки конвективного канала подогревателя, которая способствует увеличению охлаждения отработавших газов вследствие увеличения при этом

теплоотдачи от них в подогреватель газового баллона. Внутренние элементы конструкции подогревателя отвечают требованиям аэродинамического профилирования. Такое техническое решение (в рамках габаритных размеров газового баллона) позволяет значительно увеличить утилизацию теплоты отработавших газов в подогревателе газового баллона при сравнительно небольшой массе подогревателя (4,8 кг у автомобиля ГАЗ-53-07).

При монтаже подогреватель плотно прижимается сверху к газовому баллону его хомутами таким образом, что он обхватывает верхнюю половину цилиндрической части газового баллона (рис. 7.15).

Рис. 7.15. Схема расположения контура утилизации отработавших газов двигателя на баллоне сжиженного нефтяного газаавтомобиляГАЗ-53-07:

1 – патрубок отвода отработавших газов из контура; 2 и 4 – стяжные хомуты; 3 – контур утилизации отработавших газов двигателя; 5 – баллон СНГ; 6 – патрубок подвода отработавшихгазоввконтур

Утилизационный контур теплоты отработавших газов включается в систему выпуска двигателя посредством металлического компенсатора, который, обеспечивая герметичность соединения подогревателя газового баллона с системой выпуска отработавших газов двигателя, выдерживает длительную необслуживаемую эксплуатацию.

Исследования эффективности утилизации теплоты отработавших газов в разработанном утилизационном контуре (определение динамики избыточного давления газа в баллоне в процессе его подогрева, температурного перепада в контуре утилизации спектральных составляющих акустического излучения контура утилизации и др.) были осуществлены на автомобиле ГАЗ- 53-07 на различных скоростных режимах холостого хода двигателя в условиях различных отрицательных температур окружающего

воздуха. При этом особенно важно было вскрыть эффективность утилизации теплоты отработавших газов в контуре при работе двигателя на режимах холостого хода (когда расход сжиженного нефтяного газа не более 2,5…3,5 м3/ч) в обеспечении достаточного избыточного давления газа в баллоне в результате его подогрева при низких температурах окружающего воздуха.

При зимней эксплуатации автомобиля на сжиженном нефтяном газе, ввиду значительного превышения температуры отработавших газов, проходящих через подогреватель газового баллона, над температурой окружающего воздуха, естественны значительные потери теплоты их через стенки подогревателя в окружающий его воздух, которые могут быть определены из выражения

где Gог - количество отработавших газов, проходящих через подогреватель газового баллона;

cог - удельная теплоемкость отработавших газов;

Tог - средняя температура отработавших газов в подогревателе; Tок.в - температура окружающего воздуха.

Потери теплоты от подогревателя газового баллона в окружающий воздух значительно уменьшают эффективность воздействия подогревателя на повышение избыточного давления газа в баллоне. Отсюда вытекает необходимость при зимней эксплуатации автомобиля на сжиженном нефтяном газе обязательного утепления газового баллона вместе с подогревателем специальным термоизоляционным кожухом.

В СибАДИ на основании данных о теплопроводности различных теплоизоляционных материалов (табл. 7.3) в качестве материала для утепления газового баллона и его подогревателя при зимней эксплуатации автомобиля использован термостойкий термоизоляционный материал – стеклополотно, которое обеспечивает противопожарную безопасность, так как защищает наружные поверхности подогревателя и баллона. Одновременно, вследствие незначительной величины коэффициента теплопроводности стеклополотна, уменьшаются потери теплоты от газового баллона и его подогревателя в окружающий воздух.

Перед проведе-нием эксплуата-ционных испыта-ний газовый бал-лон и его подо-греватель были тщательно обер-нуты стеклополо-тном, плотно при-жатым к их поверхностям (рис. 7.16).

Таблица 7.3 Теплоизоляционные материалы и их коэффициенты теплопроводности

С целью уменьшения потерь теплоты отработавших газов кроме тепловой изоляции газового баллона и его подогревателя были теплоизолированы участки выпускного тракта от выпускных коллекторов двигателя до подогревателя газового баллона.

Аккумулирование теплоты теплоизолированным газовым баллоном и его подогревателем в процессе зимней эксплуатации автомобиля дает возможность после значительных по продолжительности остановок при низких температурах осуществлять пуски двигателя на газе, так как величина избыточного давления газа в баллоне при этом превышает

минимальную потребную величину 0,07 МПа.

Рис. 7.16. Схема утепления газового баллона, его подогревателя и трубопроводов системы выпуска двигателя ГАЗ- 53-07:

1, 2, 3, утепление трубопроводов на участках от выпускных коллекторов дви-гателя до газового баллона; 4 – утепление газового бал-лона и его подогревателя;

5 – глушитель шума выпуска

Результаты эксплуатационных испытаний автомобиля ГАЗ-53-07 при температуре окружающего воздуха -26 оС

показали, что разработанные средства утепления газового баллона, его подогревателя и трубопроводов системы выпуска двигателя осуществляют эффективную теплоизоляцию. Это позволяет обеспечить нормальную эксплуатацию автомобиля на сжиженном нефтяном газе в широком диапазоне отрицательных температур окружающего воздуха.

Таким образом, настоятельная необходимость и целесообразность утепления газового баллона, его подогревателя