2094

5. Поддержание дизеля в технически исправном состоянии. Так, стабильность регулировок топливной аппаратуры и периодичность контроля токсичности и дымности отработавших газов снижают общий выброс токсичных веществ на 30...40 % и значительно уменьшают интенсивность дымления дизеля.

Токсичность выбросов бензиновых двигателей и дизелей может быть снижена за счет применения рациональных приемов вождения автомобилей, которые позволят также экономить топливо.

Для этого необходимо выполнять следующие рекомендации:

–умело и расчетливо управлять автомобилем, исходя из условий движения, дорожной ситуации, профиля дороги и др.;

–выбирать хорошо изученные маршруты (по возможности с безостановочным движением) и стараться поддерживать установившийся режим движения автомобиля;

–избегать лишних торможений и остановок, заранее предусматривать необходимость снижения скорости и числа остановок автомобиля, используя по возможности движение накатом;

–избегать лишних разгонов, а при разгоне своевременно переключать передачи и на каждой передаче плавно увеличивать подачу топлива по мере роста частоты вращения коленчатого вала двигателя;

–не допускать работы двигателя с перегрузкой, т.е. движения автомобиля с максимальной подачей топлива при низкой частоте вращения коленчатого вала. Такой режим является наихудшим по топливной экономичности, токсичности и дымности, а также отрицательно влияет на долговечность двигателя и его механизмов;

–избегать работы двигателя на холостом ходу на продолжительных остановках и стоянках и своевременно после пуска холодного двигателя открывать воздушную заслонку карбюратора;

–следить за температурным режимом работы двигателя, устанавливать воздухозаборник воздушного фильтра в положение, соответствующее температуре окружающего воздуха, утеплять при низких температурах радиатор системы охлаждения двигателя;

–не допускать заправки автомобиля топливом и маслом, которые не рекомендованы заводом-изготовителем;

–не делать самостоятельной перерегулировки приборов и систем питания и зажигания двигателя без применения соответствующих контроль- но–диагностических приборов и соблюдения технических инструкций;

–систематическиконтролироватьрасходтоплива, таккакегоперерасходв одних и тех же условиях эксплуатации свидетельствует о появлении неисправностейиразрегулировок, повышающихтоксичностьотработавшихгазов.

11

1.2. Применение горючих газов для двигателей внутреннего сгорания

Горючие газы все шире применяют в качестве топлива для карбюраторных двигателей и дизелей.

Работа карбюраторного двигателя на газообразном топливе не имеет принципиальных отличий от работы двигателя на бензине, однако вид применяемого топлива оказывает влияние на ряд технико-экономических и са- нитарно-гигиенических показателей двигателя [12].

Использование газов в качестве автомобильного топлива имеет ряд преимуществ. При работе двигателя на газе происходит более совершенное смесеобразование. Это объясняется тем, что газ и воздух поступают в смесительное устройство в одинаковом агрегатном (газообразном) состоянии. Полученная однородная горючая смесь, сгорая в цилиндрах двигателя, позволяет более полно использовать теплоту топлива и получать минимальное количество токсичных продуктов неполного сгорания.

Газообразные топлива, имеющие более широкие пределы воспламеняемости, дают возможность получать бедные смеси с коэффициентом избытка воздуха а = 1,5…1,7. При работе двигателя на полной нагрузке (рис. 1.2, кривые 1) определяющим фактором является максимальная мощность, для получения которой требуются богатые смеси с а = 0,9…1. При частичных нагрузках (кривые 2) для улучшения топливной экономичности двигателя и снижения токсичности отработавших газов требуются бедные смеси с а = 1,2…1,3.

Рис. 1.2. График регулировочных характеристик двигателя при работе на газе в цилиндрах двигателя (n = 2000 об/мин):

1, 2 – при полной и частичной нагрузках двигателя

12

Применение газа исключает возможность конденсации паров топлива на стенках цилиндров и смывание масляной пленки, в результате чего увеличивается срок службы двигателя и возрастает пробег автомобиля до смены масла в двигателе.

К недостаткам применения газового топлива относятся снижение скорости горения и меньшая удельная теплота сгорания горючей смеси. В результате этого мощность двигателя уменьшается в зависимости от вида применяемого газа на 7–12 %.

Перевод карбюраторного двигателя на газообразное топливо. Пе-

ревод карбюраторных двигателей на питание сжиженным или сжатым газом осуществляют двумя способами.

Первый способ заключается в создании газовой модификации стандартного карбюраторного двигателя путем его оснащения газобаллонной установкой. В этом случае сохраняется возможность работы двигателя и на бензине, и на газе, причем на бензине двигатель развивает полную мощность, на газовом топливе его мощность уменьшается.

Второй способ заключается в создании из карбюраторного двигателя специального газового, развивающего полную мощность только на газообразном топливе. Такой двигатель имеет улучшенные мощностные и экономические показатели благодаря повышению степени сжатия и установке газового смесителя.

При использовании в качестве топлива газа систему питания двигателя независимо от его типа дооборудуют газобаллонной установкой.

Перевод дизеля на газообразное топливо также осуществляют двумя способами.

Первый способ заключается в переоборудовании дизеля в газовый двигатель с искровым зажиганием. Для этого снижают степень сжатия в цилиндрах двигателя до 8–9, устанавливают систему зажигания и газобаллонное оборудование. Двигатель в этом случае работает так же, как и карбюраторный, но его работа на дизельном топливе исключается. К преимуществам этого способа относятся повышение мощности двигателя и уменьшение выброса токсичных веществ с отработавшими газами, к недостаткам – серьезные конструктивные переделки двигателя.

Второй способ (газодизельный) предполагает одновременное использование дизельного и газообразного топлива при работе двигателя. Для подачи газообразного топлива в этом случае двигатель дооборудуют газобаллонной установкой.

Газ через смеситель подается во впускной трубопровод и в смеси с воздухом засасывается в цилиндры двигателя. В конце такта сжатия в цилиндры впрыскивается дизельное топливо, которое выполняет роль искры зажигания; его количество составляет до 20 % от расходуемого при обычном

13

дизельном процессе. При этом способе, не требующем коренного изменения конструкции двигателя, последний обладает высокими мощностью и экономичностью; одновременно резко снижается содержание сажи в отработавших газах. Для автомобильных двигателей наибольшее распространение получил газодизельный способ. Оба способа перевода на газообразное топливо применяют для дизелей стационарного типа.

В конструкции автомобиля, работающего на газовом и бензиновом топливе, имеются независимые друг от друга газовая и бензиновая системы питания.

Газобаллонная установка обеспечивает хранение сжиженного газа, его ступенчатое редуцирование и подачу газа в цилиндры двигателя в количестве, обеспечивающем заданные режимы работы двигателя. Газобаллонная установка (рис. 1.3) содержит следующие основные узлы:

баллон;

блок арматуры (мультиклапан);

заправочное устройство;

систему вентиляции;

редуктор-испаритель;

смеситель;

дозатор;

электромагнитные клапаны;

переключатель рода топлива;

электропроводку с электронным блоком;

трубопроводы, шланги и пр.

В зависимости от вида газообразного топлива газобаллонные установки для двигателей внутреннего сгорания подразделяются на три типа: для сжатого природного газа, жидкого метана и сжиженного пропан-бута- нового газа. Газобаллонная установка вне зависимости от вида применяемого газа состоит из баллонов для хранения и транспортировки газа, испаряющего или подогревающего устройства, газового редуктора, дозирующего устройства, смесителя, трубопровода и контрольных приборов.

Приборы и аппараты, применяемые для различных видов газа, не имеют существенных различий в принципе действия. Исключение составляют баллоны для хранения и транспортировки газа. Сжатый природный газ хранится при высоком давлении (до 20 МПа) и требует толстостенных сосудов; жидкий метан содержится при температуре кипения (–161 С) в изотермических сосудах, а сжиженный пропан-бутановый газ имеет максимальное рабочее давление 1,6 МПа и для его хранения и транспортировки на автомобилях используют баллоны с толщиной стенок 3–6 мм и вместимостью до 300 л. Наибольшее распространение получили газобаллонные установки, работающие на сжиженном пропан-бутановом и сжатом природном газах.

14

Рис. 1.3. Принципиальная схема бензиногазовой топливной системы легкового автомобиля:

1 – водяной насос; 2 – трубопровод подвода и отвода охлаждающей жидкости; 3 – тройник-дозатор; 4 – редуктор-испаритель; 5 – карбюратор;

6 – газовый электромагнитный клапан; 7 – трубопровод разреженна; 8 – трубопровод подача газа; 9 – бензиновый бак; 10 – наливная горловина; 11 – заправочный штуцер газа; 12 – баллон для газа; 13 – блок арматуры;

14 – бензиновый трубопровод; 15 – переключатель рода топлива; 16 – бензиновый насос; 17 – бензиновый фильтр; 18 – трубопровод возврата бен-

зина; 19 – бензиновый электромагнитный клапан; 20 – двигатель

Сжиженный пропан-бутановый газ из всех газообразных топлив наиболее близок к бензину по концентрации энергии в единице объема, способу хранения и другим эксплуатационным качествам. Его наиболее широко применяют в качестве топлива для автомобильных двигателей. На газобаллонных автомобилях ЗИЛ-138 и ГАЗ-53-07 установлены газовые двигатели, газобаллонные установки которых рассчитаны на избыточное давление 1,6 МПа и обеспечивают хранение сжиженного газа, его испарение, очистку, ступенчатое редуцирование и подачу в двигатель в строго заданных количествах в смеси с воздухом. Кроме того, на автомобилях имеется резервная система питания двигателей бензином.

Сжиженный газ в газобаллонных автомобилях (рис. 1.4) содержится в баллоне 20 в жидком и парообразном состояниях. Газовый баллон, кроме контрольно-предохранительной и наполнительной арматуры, снабжен двумя расходными вентилями, позволяющими осуществлять питание дви-

15

гателя газом, находящимся в паровой или жидкой фазе. Система питания обеспечивает нормальную работу двигателя при условии подачи к редуцирующему устройству газа, находящегося в парообразном состоянии. Испарение сжиженного газа в системе питания происходит за счет тепловыделения из системы охлаждения двигателя.

Рис. 1.4. Схема системы питания грузового автомобиля, работающего на сжиженном газе:

1 – проставка; 2 – фильтр-отстойник; 3 – топливный насос; 4 – карбюратор; 5 – смеситель; 6 – трубка; соединяющая редуктор с всасывающим трубопроводом; 7, 9 – шланги для подвода и отвода жидкости системы охлаждения в испаритель; 8 – испаритель; 10 – трубка для отвода газа в систему холостого хода; 11 – шланг основной подачи газа; 12 – дозирующе-экономайзерное устройство; 13 – редуктор; 14, 15 – газовый и сетчатый фильтры;

16 – манометр; 17 – указатель уровня сжиженного газа в баллоне; 18 – магистральный вентиль; 19 – топливный бак; 20 – газовый баллон; 21, 22 – расходные вентили паровой и жидкой фазы газа

При пуске и прогреве двигателя незначительный перепад температур между теплоносителем (жидкостью системы охлаждения) и газом не обеспечивает испарения последнего. В этом случае питание двигателя осуществляется паровой фазой газа через вентиль 21. После прогрева двигателя его питание осуществляется жидкой фазой газа через вентиль 22. Это позволяет исключить кипение жидкости и падение давления в газовом баллоне, а также сохранить стабильность показателей газа, так как в жидкой фа-

16

зе все компоненты хорошо перемешаны и химический состав топлива практически не меняется по мере опорожнения баллона.

Из баллона газ подводится к управляемому из кабины водителя магистральному вентилю 18, служащему для быстрого прекращения подачи газа к двигателю, а из него попадает в испаритель 8, в котором по шлангам 7 и 9 циркулирует горячая жидкость системы охлаждения двигателя. Пройдя змеевик испарителя, сжиженный газ из жидкого состояния полностью переходит в парообразное и подвергается очистке с помощью фильтра 14 с войлочными кольцами и сетчатого фильтра 15.

Очищенный газ подается в редуктор 13, где происходит двухступенчатое снижение давления до близкого к атмосферному. Управление работой редуктора осуществляется разрежением, передаваемым в него по трубке 6 из всасывающего трубопровода. Из редуктора через дозирующеэкономайзерное устройство 12 и шланг основной подачи газ направляется в смеситель 5. Кроме того, по трубке 10 газ, минуя дозирующеэкономайзерное устройство, из редуктора подается в систему холостого хода смесителя. В смесителе газ смешивается с воздухом, образуя горючую смесь, которая засасывается в цилиндры двигателя.

Газобаллонная установка автомобиля снабжена двумя контрольными приборами: дистанционным электрическим манометром 16, показывающим давление газа в первой ступени редуктора, и указателем уровня сжиженного газа в баллоне 17.

Резервная система питания двигателя бензином состоит из топливного бака 19, фильтра-отстойника 2, топливного насоса 3 и однокамерного карбюратора 4, установленного на проставке 1, расположенной под газовым смесителем. Наличие на автомобиле резервной системы питания создает возможность работы двигателя на бензине при полном расходе газа или неисправности газовой аппаратуры. При переходе с газообразного топлива на бензин (или наоборот) не следует допускать, чтобы двигатель работал на смеси двух топлив, так как это приводит к обратным вспышкам, опасным в пожарном отношении. Перевод системы питания с одного вида топлива на другой обязательно осуществляют при остановленном двигателе. При этом перекрывают подачу и вырабатывают из системы один вид топлива, затем рычаг управления дроссельной заслонкой присоединяют к карбюратору (или, наоборот, к смесителю), открывают подачу другого вида топлива и пускают двигатель обычным способом.

Сжиженный нефтяной газ в качестве топлива применяют не только для грузовых, но и для легковых автомобилей и автомобилей. Конструкции систем питания газобаллонных автомобилей и грузовых газобаллонных автомобилей не имеют принципиальных различий. Легковой газобаллонный автомобиль (ГАЗ-24-07) имеет газовое оборудование, в котором

17

конструктивно объединены в одном узле газовый редуктор с испарителем, фильтр газа с магистральным электромагнитным вентилем, расходные вентили жидкой и паровой фаз газа, наполнительный вентиль с вентилями максимального заполнения баллона и предохранительным клапаном.

Сжиженный газ из баллона 5 (рис. 1.5), установленного в багажном отсеке автомобиля, через расходные вентили 7 и 9 по трубопроводу поступает в газовый фильтр 8, а из него – в двухступенчатый газовый ре- дуктор-испаритель 2, где за счет теплоты системы охлаждения двигателя происходит испарение сжиженного газа и снижение его давления до близкого к атмосферному. Из редуктора-испарителя газ через регулировочный винт 3 направляется в смесительное устройство 6, расположенное в воздушном фильтре двигателя, а затем в карбюратор.

Рис. 1.5. Схема системы питания легкового автомобиля, работающего на сжиженном газе: 1 – шланг отвода воды из испарителя;

2 – двухступенчатый газовый редуктор-испаритель; 3 – регулировочный винт подачи газа; 4 – шланг подвода воды в испаритель; 5 – газовый баллон;

6 – смесительное устройство; 7; 9 – расходные вентили паровой и жидкой фаз газа; 8 – газовый фильтр с электромагнитным клапаном;

10 – заправочное устройство с контрольным и предохранительным клапанами

18

Бензиновая система питания автомобиля ГАЗ-24-07 не имеет отличий от системы питания базовой модели, что позволяет данному двигателю полноценно работать как на сжиженном нефтяном газе, так и на бензине.

Сжатый природный газ в настоящее время в нашей стране получает все более широкое применение на автомобильном транспорте. С 1981 г. автозаводы (ЗИЛ и ГАЗ) приступили к серийному выпуску газобаллонных автомобилей ЗИЛ-138А; ГАЗ-53-27 и ГАЗ 52-27, являющихся газовой модификацией автомобилей ЗИЛ-130; ГАЗ-53А и ГАЗ-52-04. Конструкции систем питания этих автомобилей выполнены по универсальной схеме и обеспечивают полноценную работу двигателя как на газе, так и на бензине.

В газобаллонной установке автомобиля ЗИЛ-138А (рис. 1.6) природный газ хранится в сжатом до 20 МПа состоянии в баллонах 1. Запас природного газа в одном баллоне при давлении 20 МПа составляет около 10 м3, что эквивалентно примерно 10 л бензина. Для обеспечения запаса хода в 200 км на автомобиле ЗИЛ-138А установлены восемь баллонов, последовательно соединенных трубопроводами в две равноценные секции. Секции баллонов, в каждой из которых предусмотрен запорный вентиль, подключены к крестовине с заправочным и магистральным вентилями (указанные вентили позволяют осуществлять наполнение и расход газа из всех баллонов одновременно или по секциям.) От крестовины газ высокого давления через подогреватель 3, в котором теплоносителями являются отработавшие газы, поступает в одноступенчатый газовый редуктор высокого давления 4, где давление газа снижается до 1–1,6 МПа. Затем газ подается к фильтру 9 с войлочным элементом и электромагнитным клапаном, а из него – в двухступенчатый газовый редуктор 8, где происходит снижение его давления практически до атмосферного. После редуктора газ поступает в газосмесительное устройство 7, которое конструктивно выполнено в одном узле с карбюратором.

Следует отметить, что двухступенчатый газовый редуктор, соединительные детали и трубопроводы унифицированы с аналогичными узлами, устанавливаемыми на автомобилях, работающих на сжиженном нефтяном газе. Кроме того, для возможности работы на бензине у этих автомобилей сохранена система питания двигателей базовых бензиновых автомобилей.

19

Рис. 1.6. Схема системы питания грузового автомобиля, работающего на сжатом газе:

1 – газовый баллон; 2 – бензиновый бак; 3 – подогреватель газа; 4, 8 – редукторы высокого и низкого давления; 5, 9 – бензиновый и газовый

фильтры с электромагнитными клапанами; 6 – бензиновый насос

1.3. Схемы переоборудования инжекторных топливных систем на газовое топливо

Любой автомобиль, имеющий ДВС, может быть переоборудован для работы на СНГ. В большинстве случаев двигатели с искровым зажиганием переоборудуются для работы в двухтопливном режиме (возможно переключение системы питания на работу или на бензине, или на СНГ). Авто- мобили-такси и автобусы обычно переоборудуются для работы только на одном виде топлива, например на СНГ. Применение такой однотопливной системы регламентируется на промышленных автомобилях, используемых внутри помещений. При переоборудовании двигателей с впрыском топлива для работы на СНГ следует помнить, что в этом случае они будут работать как двигатели без наддува.

Так как СНГ достаточно хорошо смешивается с воздухом, то выбросы СО и других неконтролируемых компонентов отработавших газов (например полициклических ароматических углеводородов) оказываются значительно ниже, чем подобные выбросы от бензиновых двигателей, даже когда последние оборудованы трехкомпонентным каталитическим нейтрали-

20