2295

техническая кожа и другие материалы. В качестве дополнительных могут быть установлены фильтры в наполнительной магистрали баллона, на входе в редуктор-испаритель, внутри редуктора-испарителя (в канале холостого хода) и других местах, по усмотрению разработчика.

Для улавливания механических примесей с содержанием металлических частиц применяют магнит, установленный в корпусе основного фильтра, что улучшает степень очистки газа и облегчает процесс очистки фильтра.

3.7. Газовые редукторы

Предназначены для понижения и стабилизации давления газа, поступающего из газового баллона, стабилизации температуры газа (в случае совмещения с редуктором испарителя или нагревателя), дозирования подачи газа в зависимости от режима работы ДВС и отключения подачи газа при любой остановке двигателя.

При расширении газа в процессе редуцирования происходит поглощение значительного количества теплоты, что приводит к охлаждению редуктора. Для исключения перехода газа в жидкое состояние необходим подвод теплоты в зону редуцирования газа. Подвод теплоты может быть осуществлен путем предварительного нагрева редуцируемого газа в испарителе (нагревателе), установленном в виде отдельного узла перед редуктором. Наиболее широкое распространение получили газовые редукторы с подводом тепла непосредственно к корпусу редуктора, что позволяет уменьшить число соединений газопроводов и повысить эффективность теплообменника. Такие узлы для ГСН получили название «редуктор-испаритель». Редуктор-испаритель газа выполняет также функцию испарения

жидкой фазы газа.

В настоящее время получили распространение механические редукторы-испарители мембраннорычажного типа. В общем случае такие редукторы представляют собой одну, две или три последовательных ступени регулирования (выход первой ступени подается на вход второй и так далее).

Редукторы могут быть оснащены дополнительными устройствами: устройством запирания редуктора при неработающем ДВС (с вакуумным приводом или электроприводом), автономной системой холостого хода, пусковой системой (предпусковое наполнение трубопроводов газом) и другими. Каждая ступень регулирования может быть рассмотрена как самостоятельный регулятор давления. Следует различать несколько типов регуляторов давления, определяемых по воздействию входного давления на регулирующий элемент, по способу задания выходного давления или по другим признакам.

Например, по воздействию входного давления газа на регулирующий клапан регуляторы давления можно разделить на три группы:

входное давление стремится открыть клапан;

входное давление стремится закрыть клапан;

золотниковый (уравновешенный) тип клапана.

Рассмотрим три типа регуляторов давления первой группы (входное давление стремится открыть клапан), получивших наибольшее распространение в автомобильной газоподающей аппаратуре, условно обозначив их как тип «А», тип «В» и тип «С».

Регулятор типа «А» (рис. 3.12) выполнен в виде плоского регулирующего клапана 1, установленного над седлом 2 со стороны регулируемого (выходного) давления.

Рис. 3.12. Схема регулятора типа «А»

Клапан 1 имеет механическую связь с мембраной 3 через рычаг 4 с передаточным отношением,

равным отношению плеч рычага 4. Мембрана 3 отделяет полость регулируемого давления Рр от

окружающей среды с давлением Ро. На мембрану 3 со стороны окружающей среды установлена пружина 5, поджатая крышкой 6.

Регулятор типа «А» работает следующим образом. Газ под давлением Рвх поступает через проходное

сечение между клапаном 1 и седлом 2, заполняя полость регулируемого давления Рр. Пока расход газа на выходе регулятора равен поступлению газа через регулирующий клапан 1,

регулятор находится в уравновешенном состоянии, то есть сумма сил (открывающих и закрывающих), воздействующих на регулирующий клапан 1, равна нулю.

Учитывая, что открывающие и закрывающие силы имеют противоположные направления, сумма открывающих сил должна быть равна сумме закрывающих:

(Рвх – Рр) Sкл kкл + Fпр (в / a) = (Рр – Ро) Sм kм (в / а) ,

где Рвх – входное давление;

Sкл – площадь проходного сечения седла клапана (неуравновешенная часть площади клапана);

kкл – корректирующий коэффициент;

Fпр – сила пружины, Fпр = f (h), где h – высота подъема регулирующего клапана;

в / а – отношение плеч рычага; Рр – регулируемое давление (давление на выходе регулятора);

Ро – атмосферное давление (давление окружающей среды); Sм – площадь мембраны;

kм – коэффициент активности мембраны.

В случае если поступление газа через клапан 1 превышает расход газа на выходе регулятора, в полости регулируемого давления происходит повышение давления, усилие от которого на мембрану 3 становится выше суммы сил, открывающих регулирующий клапан (сила пружины и сила входного давления на клапан). Мембрана 3 перемещается, сжимая пружину 5. Перемещение мембраны 3 через рычаг 4 вызывает перемещение клапана 1, уменьшая проходное сечение между клапаном 1 и седлом 2. Нарастание регулируемого давления и соответственно прикрытие клапана 1 происходит до выравнивания расхода газа через клапан 1 и расхода газа на выходе регулятора. При этом регулятор

переходит в очередное уравновешенное состояние с регулируемым давлением Рi + 1 = Рi + Р ,

соответствующим расходу Vi + 1 = Vi - V.

Если поступление газа через регулирующий клапан 1 меньше расхода газа на выходе регулятора, то регулируемое давление начинает снижаться. Сумма сил, открывающих клапан (усилие пружины и сила входного давления на клапан), становится больше усилия мембраны 3. Мембрана 3 перемещается, увеличивая открытие клапана 1. Снижение регулируемого давления и соответственно открытие клапана 1 происходит до выравнивания расхода газа через клапан 1 и расхода газа на выходе регулятора.

При этом регулятор переходит в очередное уравновешенное состояние с регулируемым давлением Рi

+ 1 = Рi - Р , соответствующим расходу Vi + 1 = Vi + V.

Регулятор типа «А» применяется, как правило, в первой ступени редуктора и работает с избыточным давлением на выходе.

Регулятор типа «В» (рис. 3.13), так же как и регулятор типа «А», выполнен в виде плоского регулирующего клапана 1, установленного над седлом 2 со стороны регулируемого (выходного) давления. Клапан 1 имеет механическую связь с мембраной 3 через рычаг 4 с передаточным

отношением, равным отношению плеч рычага 4. Мембрана 3 отделяет полость регулируемого

давления Рр от окружающей среды с давлением Ро. В отличие от регулятора типа «А», пружина 5 установлена на клапан 1 со стороны регулируемого давления и поджата крышкой 6.

Регулятор типа «В» работает следующим образом. Газ под давлением Рвх поступает через проходное

сечение между клапаном 1 и седлом 2, заполняя полость регулируемого давления Рр.

Пока расход газа на выходе регулятора равен поступлению газа через регулирующий клапан 1, регулятор находится в уравновешенном состоянии, то есть сумма сил (открывающих и закрывающих), воздействующих на регулирующий клапан 1, равна нулю. Учитывая, что открывающие и закрывающие силы имеют противоположные направления, сумма открывающих сил должна быть равна сумме закрывающих:

(Рвх – Рр) Sкл kкл + (Ро – Рр) Sм kм (в / а) = Fпр (с / a) ,

где Рвх – входное давление;

Sкл – площадь проходного сечения седла клапана (неуравновешенная часть площади клапана);

kкл – корректирующий коэффициент;

Fпр – сила пружины, Fпр = f (h), где h – высота подъема регулирующего клапана;

(в / а), (с / а) – отношения плеч рычага; Рр – регулируемое давление (давление на выходе регулятора); Ро – атмосферное давление;

Sм – площадь мембраны;

kм – коэффициент активности мембраны.

В случае если поступление газа через клапан 1 превышает расход газа на выходе регулятора, в полости регулируемого давления происходит повышение давления, усилие от которого на мембрану 3 совместно с усилием пружины 5 становится выше усилия, открывающего регулирующий клапан (сила входного давления на клапан). Перемещение мембраны 3 через рычаг 4 вызывает перемещение клапана 1, уменьшая проходное сечение между клапаном 1 и седлом 2. Нарастание регулируемого давления и соответственно прикрытие клапана 1 происходит до выравнивания расхода газа через клапан 1 и расхода газа на выходе регулятора. При этом регулятор переходит в очередное

уравновешенное состояние с регулируемым давлением Рi + 1 = Рi + Р , соответствующим расходу Vi

+ 1 = Vi - V.

Если поступление газа через регулирующий клапан 1 меньше расхода газа на выходе регулятора, то регулируемое давление начинает снижаться. Сила, открывающая клапан (сила входного давления на клапан), становится больше суммы сил, закрывающих клапан (усилия пружины 5 и мембраны 3). Мембрана 3 перемещается, увеличивая открытие клапана 1, сжимая пружину 5. Снижение регулируемого давления и соответственно открытие клапана 1 происходит до выравнивания расхода

газа через клапан 1 и расхода газа на выходе регулятора. При этом регулятор переходит в очередное

уравновешенное состояние с регулируемым давлением Рi + 1 = Рi - Р , соответствующим расходу Vi

+ 1 = Vi + V.

Регулятор типа «В» применяется, как правило, во второй ступени редуктора и работает с разрежением на выходе.

Особенность регуляторов типов «А» и «В» заключается в зависимости выходных параметров от входного давления и расхода газа. Причина зависимости в том, что в регуляторах типов «А» и «В» одна и та же мембрана является одновременно исполнительным механизмом, датчиком обратной связи и элементом сравнения (рис. 3.14). Зависимость вызвана влиянием возмущающих факторов в виде силы воздействия входного давления на регулирующий клапан и влиянием изменяющегося

усилия пружины при изменении хода клапана (h).

Регулятор типа «С» (рис. 3.15) выполнен в виде плоского клапана 2 установленного над седлом 1 со стороны регулируемого (выходного) давления. На клапан 2 со стороны регулируемого давления установлена пружина 4, прижимающая клапан 2 к седлу 1. Клапан 2 механически связан с силовой

»

Рис. 3.15. Схема регулятора типа «С»

Мембрана 3 привода установлена на корпусе сервопривода, отделяя вакуумную полость сервопривода от внешнего пространства (атмосферы). Шток 6 установлен в направляющем отверстии в корпусе сервопривода с минимальным зазором, обеспечивающим уплотнение перехода штока из вакуумной полости сервопривода в полость регулируемого давления.

Вакуумная полость сервопривода сообщается с полостью регулируемого давления через клапан управления с седлом 7 и уплотнителем в виде мембраны 8 управления.

Мембрана 8 управления расположена над седлом 7 клапана управления, отделяя полость регулируемого давления от внешнего пространства (атмосферы).

В вакуумной полости сервопривода установлен диффузор 9 эжектора, соединяющий вакуумную полость сервопривода с полостью регулируемого давления. Напротив диффузора 9 эжектора, соосно с ним, установлен жиклер 10 эжектора, соединенный с полостью входного давления.

Регулятор типа «С» работает следующим образом. В случае, если расход газа, выходящего из регулятора, превышает суммарный расход газа через жиклер 10 эжектора и регулирующий клапан 2, в полости регулируемого давления возникает разрежение, под действием которого мембрана управления придвигается к седлу клапана управления. Поступление газа из полости регулируемого давления в вакуумную полость сервопривода через клапан управления прекращается.

В вакуумной полости сервопривода начинает возрастать разрежение, создаваемое потоком газа из жиклера 10 эжектора в диффузор 9 эжектора. Усилие на мембране 3 привода возрастает. Мембрана 3 перемещается, через шток 6 и рычаг 5 открывая клапан 2, сжимая пружину 4.

Разрежения, создаваемого потоком газа из жиклера 10 в диффузор 9 эжектора, при постоянно закрытом клапане управления достаточно, чтобы усилие на мембране 3 привода значительно превосходило усилие пружины 4.

Разрежение в вакуумной полости сервопривода возрастает до тех пор, пока открытие клапана 2 (с учетом газа, проходящего через жиклер 10 эжектора) не обеспечит расход, равный расходу газа из регулятора.

В случае, если расход газа, выходящего из регулятора, меньше суммарного расхода газа через жиклер 10 эжектора и регулирующий клапан 2, в полости регулируемого давления возникает избыточное давление, под действием которого мембрана управления отодвигается от седла клапана управления. Начинается поступление газа из полости регулируемого давления в вакуумную полость сервопривода через клапан управления. В вакуумной полости сервопривода начинает уменьшаться разрежение, создаваемое потоком газа из жиклера 10 эжектора в диффузор 9 эжектора. Усилие на мембране 3 привода уменьшается. Клапан 2 под воздействием пружины 5 прикрывается.

Разрежение в вакуумной полости сервопривода снижается до тех пор, пока прикрытие клапана 2 (с учетом газа, проходящего через жиклер 10 эжектора) не обеспечит расход, равный расходу газа из регулятора. В случае равенства расхода газа, выходящего из регулятора, и суммарного расхода газа через жиклер 10 эжектора и регулирующий клапан 2 регулятор находится в уравновешенном состоянии.

Колебания регулируемого давления и чувствительность регулятора типа «С» зависят от жесткости мембраны 8 управления.

Применение усилителя в виде сервопривода регулирующего клапана (регулятор типа «С») позволяет разделить исполнительный механизм и датчик обратной связи (рис. 3.16).

В регуляторе типа «С» функцию датчика обратной связи и элемента сравнения выполняет отдельный элемент – мембрана управления, на которую воздействуют только назначенные конструктивно выходные параметры, а влияние входного давления исключено избыточным усилием запирающей пружины, которое, в свою очередь, с большим запасом может преодолеваться усиленным приводом регулирующего клапана.

Регулятор типа «С» применяется в качестве выходной (второй) ступени редуктора.

Для всех регуляторов мембранно-рычажного типа характерно засорение или заедание механических элементов, износ подвижных частей и изменение свойств мембран (потеря эластичности, усадка и т.д.), что является проявлением внешнего воздействия возмущающих факторов.

Рис. 3.16. Блок-схема регулятора типа «С»

Редукторы или редукторы-испарители газовые входят в группу элементов ГБО, выполняющих дозирование подачи газа в ДВС.

Нельзя рассматривать редуктор газовый как самостоятельный элемент дозирования газа, без учета смесителя газа и дозирующе-экономайзерных устройств, согласующих характеристики и работу редуктора и смесителя в зависимости от режима работы ДВС.

3.8. Дозирующие устройства

Дозирующие или дозирующе-экономайзерные устройства предназначены для согласования выходных характеристик газового редуктора с характеристиками газосмесительного устройства с целью обеспечения необходимого состава топливовоздушной смеси на различных режимах работы двигателя.

В зависимости от режима работы двигателя требуется обедненный (экономичный) или обогащенный (для получения максимальной мощности) состав топливовоздушной смеси.

Согласование характеристик происходит за счет воздействия исполнительного механизма дозирующего устройства на параметр, изменяющий подачу топлива (например, проходное сечение газопровода) в зависимости от управляющего сигнала.

Конструктивно дозирующие устройства могут быть в виде исполнительных механизмов различного типа, совмещённых с газовым редуктором или газосмесительным устройством, а также выполненных отдельным устройством. Возможны другие комбинированные сочетания устройств.

Привод исполнительных механизмов дозирующих устройств может быть механическим, пневматическим, электрическим (электромагнитным) или комбинированным.

Виды и типы управляющих сигналов для дозирующих устройств могут быть различными, в зависимости от типа привода исполнительного механизма. В качестве управляющих сигналов (параметров) могут быть использованы положения дроссельных заслонок, частота вращения коленчатого вала, разрежение во впускном коллекторе (задроссельном пространстве) и т.д., возможно

комбинированное сочетание управляющих сигналов.

Дозирующие устройства входят в группу устройств, обеспечивающих дозирование подачи газа в ДВС, поэтому их следует рассматривать только в функциональной целостности с остальными устройствами

этой группы (редуктор-испаритель, смеситель, ЭБУ), а не как отдельно существующие функциональные узлы.

Вариант дозирующе-экономайзерного устройства с вакуумным приводом, выполненный отдельным узлом для установки навесным монтажом в трубопровод от редуктора-испарителя к смесителю, показан на рис. 3.17.

3.9. Газосмесительные устройства

Газосмесительное устройство в общем случае предназначено для смешивания газа с воздухом и

канал подвода воздуха в двигатель до дроссельной заслонки. Расход газа через такой смеситель находится в пропорциональной зависимости от проходящего через диффузор воздуха. Согласование характеристик смесителя такого типа с характеристиками редуктора для обеспечения необходимого состава смеси осуществляется при помощи дозирующих устройств, изменяющих проходное сечение канала подвода газа от редуктора к смесителю.

Конструктивно такой тип смесителя может быть выполнен в виде диффузора в воздуховоде от воздушного фильтра к корпусу дроссельных заслонок или в виде адаптера-переходника (рис. 3.18), устанавливаемого на карбюратор или корпус дроссельных заслонок. К этому же типу относятся смесители в виде штуцеров-форсунок, врезаемых в карбюратор в зоне начала расширения диффузора карбюратора (рис. 3.19), или в виде проставки с диффузорами (рис. 3.20), устанавливаемой в разъем карбюратора, между корпусом дроссельных заслонок и корпусом поплавковой камеры карбюратора.

изменения длительности импульсов открытого состояния форсунок.

Рис. 3.21. Смеситель в виде проставки, устанавливаемой под карбюратор (за дроссельную заслонку)

1 – диффузор карбюратора; 2 – дроссельная заслонка; 3 – регулируемая тяга; 4 – золотниковый дозатор

3.10. Электронный блок управления (ЭБУ) с

датчиками

ЭБУ в большинстве случаев предназначен для управления электромагнитными клапанами газа. ЭБУ выполняет следующие функции:

открытие газовых клапанов на небольшой промежуток времени при включении зажигания (при нахождении переключателя вида топлива в положении «Газ») для предпускового наполнения системы газом;

открытие и удержание в открытом состоянии газовых клапанов при работающем на газовом топливе двигателе;

автоматическое закрытие газовых клапанов при любой остановке двигателя.

ЭБУ может выполнять множество различных дополнительных функций.

На рис. 3.22 представлена функциональная блок-схема алгоритма работы ЭБУ для управления газовыми клапанами (один из возможных вариантов).

С 1 января 2001 г. ЭБУ является обязательным для ГБО по требованиям ОСТ 37.001.653-99.

Сигнал от датчика работы двигателя (например, импульсы от нескольких витков провода, намотанного на высоковольтном проводе катушки зажигания)

Рис. 3.22. Функциональная блок-схема электронного блока управления газовыми клапанами

3.11.Переключатель вида топлива

Переключатель вида топлива предназначен для управления переключением вида используемого топлива с места водителя. Наиболее простым типом переключателя вида топлива является трехпозиционный электрический переключатель, позволяющий переключать электропитание с бензинового ЭМК на газовый ЭМК или обесточивать оба этих клапана. Переключение напряжения питания с одного клапана на другой в этом случае должно осуществляться через нейтральное положение управляющей кнопки, при котором оба клапана обесточены.

Возможно применение электронных переключающих устройств, имеющих довольно сложный алгоритм управления в автоматическом режиме.

Так, например, известно применение электронных переключающих устройств в системах питания газом ДВС, оснащенных системой механического впрыска бензина. Эти устройства при переводе кнопки управления в положение «Газ» переключают систему в состояние готовности перехода на газовое топливо. Окончательное переключение происходит автоматически, после увеличения частоты вращения коленчатого вала двигателя до определенной величины, необходимой для открытия и фиксации в открытом положении заслонки расходомера воздуха.

Возможно применение переключающих устройств, осуществляющих автоматическое переключение с газового топлива на жидкое, если газовое топливо заканчивается.

Контрольные вопросы

По каким признакам и на какие типы подразделяются системы питания ДВС газом?

Чем отличаются универсальные системы питания от комбинированных? Какие параметры могут быть использованы для управления подачей газа в

ДВС?

По каким факторам можно оценивать эффективность системы питания ДВС газом?

Для чего предназначена система питания ДВС газом? Какие функции она выполняет?

Из каких функциональных элементов состоит система автоматического регулирования подачи газа в ДВС с обратной связью?

Из каких основных функциональных элементов состоит система питания ДВС газом?

Для чего предназначены и как устроены автомобильные газовые баллоны? Как устроены и для чего предназначены наполнительная, контрольно-

предохранительная и запорная арматура газовых баллонов?

Какого типа трубопроводы и соединения применяют в автомобильной газобаллонной аппаратуре?

Как устроены и для чего предназначены запорные магистральные клапаны? Где установлены и для чего предназначены фильтры газа?

Какие функции выполняет газовый редуктор?

Какие типы автомобильных газовых редукторов бывают и чем они различаются?

В чем особенность регулятора с сервоприводом регулирующего клапана? Для чего предназначено дозирующе-экономайзерное устройство?

Для чего предназначены газосмесительные устройства? Каких типов они бывают и в чем их особенности?

Какие функции выполняют электронный блок управления и переключатель вида топлива?