Газобаллонные установки для работы на СПГ.

Основные конст­руктивные параметры установок СПГ грузовых автомобилей ЗИЛ и ГАЗ практически полностью унифицированы, а их конструк­тивные схемы имеют в основном различие по количеству баллонов. Так, на автомобиле ЗИЛ-431710 установлено 10 баллонов, на автомобиле ЗИЛ-431610 – 8, на автомобиле ГАЗ-53-27– 7.
Полезная вместимость каждого баллона составляет 5О л., а тепловая энергия газа, содержащегося в одном баллоне, эквивалентна примерно 11,5 л. бензина. Запас хода автомобиля при работе на СПГ составляет 230…270км.

Газобаллонная установка автомобиля ЗИЛ-431610 (рис. 38) включает в себя редукторы 5 и 3 соответственно высокого и низ­кого давления, электромагнитный клапан 6 с газовым фильтром, пусковой клапан 4, газовый смеситель-переходник 2, карбюра­тор-смеситель 18, трубопроводы высокого и низкого давления, восемь баллонов 16 сарматурой (вентили, манометры и т.д.). Бал­лоны закреплены на продольных брусьях под грузовой платфор­мой автомобиля. Они последовательно соединены между собой трубопроводами 10 и разделены на две группы (по четыре балло­на в каждой). Трубопроводы снабжены компенсаторами в виде спиральных витков, которые предохраняют их от поломок при деформациях и перекосах рамы. Каждая группа баллонов имеет запорные вентили 8 и 11, соединенные трубопроводами с распре­делительной крестовиной 12, на которой размещены наполни­тельный 9 и расходный 13 вентили. Наполнительный вентиль служит для заполнения всех баллонов сжатым газом, а расходный обеспечивает поступление (отбор) или прекращение подачи газа от баллонов к аппаратам системы питания.

Рис. 38. Схема газобаллонной установки для работы на СПГ автомоби­лей семейства ЗИЛ

При работе газобаллонной установки газ из баллонов 16 посту­пает к крестовине 12 и, пройдя через расходный вентиль 13, на­правляется к одноступенчатому редуктору высокого давления 5, на входе которого установлен съемный газовый фильтр (такой же второй фильтр расположен внутри редуктора). Во избежание пе­реохлаждения газа в редукторе последний расположен в подка­потном пространстве автомобиля. В зимнее время он дополнительно обогревается горячей жидкостью, поступающей в кронштейн ре­дуктора из системы охлаждения двигателя.

В магистрали редуктора высокого давления происходит частич­ная очистка газа от механических примесей и снижение его дав­ления до 0,9 МПа. Затем газ поступает к электромагнитному кла­пану 6 с вмонтированным в него газовым фильтром. Электро­магнитный клапан обеспечивает автоматическое перекрытие газо­вой магистрали в аварийной ситуации. Газ, проходя через фильтр, установленный в этом клапане, очищается от смолистых веществ, ржавчины и пыли, поступает в первую ступень двухступенчатого редуктора 3 низкого давления, который по принципу работы и ус­тройству аналогичен редуктору, применяемому на установках СНГ.

Из первой ступени редуктора низкого давления газ поступает во вторую его ступень, где давление понижается до значения, близкого к атмосферному. Далее газ из второй ступени редуктора низкого давления поступает в дозирующее экономайзерное уст­ройство, обеспечивающее подачу необходимого количества газа в газовый смеситель-переходник 2, где газ смешивается с очищен­ным воздухом, поступающим из воздушного фильтра. Смешан­ный с воздухом газ под действием разрежения, создаваемого в работы на газе и на бензине.

При работе двигателя на газе необходимый состав горючей смеси в режиме холостого хода образуется в специальной приставке карбюратора-смесителя, куда газ поступает по шлангу 21 из патрубка газового смесителя-переходника 2.
Для повышения стабильности работы двигателя при переходе с режима холостого хода на нагрузочные режимы на входе в карбюра­тор-смеситель 18 установлен тарельчатый обратный клапан, кото­рый при частоте вращения коленчатого вала свыше 1000 об/мин открывается, тем самым, обогащая горючую смесь на переходных режимах. Пуск холодного двигателя при низких температурах воздуха обеспечивается пусковым устройством, состоящим из пускового электромагнитного клапана 4 с дозирующим жиклером, шланга 17, воздушной заслонки карбюратора-смесителя 18 и кнопочного пе­реключателя, расположенного в кабине водителя, В отличие от га­зобаллонных установок СПГ автомобилей ЗИЛ газобаллонные ус­тановки автомобилей ГАЗ не имеют устройства для облегчения пуска двигателей при низких температурах.

Работу газобаллонной установки СПГ контролируют по пока­заниям манометров высокого и низкого давления. Манометр 7 высокого давления (со шкалой с пределом измерений до 25 МПа) показывает давление газа в баллонах 16 и одновременно с этим является указателем запаса сжатого газа на автомобиле. Дополни­тельно к этому в редуктор высокого давления ввернут датчик кон­трольной лампы, установленной на панели приборов в кабине. Лампа загорается при снижении давления газа в редукторе ниже 0,45 МПа, сигнализируя о том, что газа в баллонах осталось на 10... 12 км пробега.

Манометр низкого давления (со шкалой с пределом измере­ний до 0,6 МПа) также установлен в кабине водителя и предназ­начен для контроля за работой и правильностью регулировки двух­ступенчатого редуктора низкого давления.

Бензиновая система питания автомобилей, работающих на СПГ, по принципу действия аналогична системам питания базовых мо­делей автомобилей и обеспечивает запас хода 450...525 км. Она включает в себя топливный бак 14

(рис. 39), фильтр грубой очистки бензина 15, топливопроводы, бензиновый насос 20, кар­бюратор-смеситель 18. Особенностью бензиновой системы пита­ния является наличие электромагнитного клапана для отключе­ния подачи бензина при работе на СПГ. На газобаллонных авто­мобилях ЗИЛ он устанавливается на фильтре 19 тонкой очистки бензина, а на автомобилях ГАЗ – на каркасе радиатора. Управле­ние клапаном производится из кабины водителя.

Газодизельные установки для работы на сжатых газах.

Газоподающая аппаратура СПГ и приборы подачи воздуха и жидкого топлива в дизелях составляют газодизельную систему питания, которая обеспечивает возможность работы дизеля как на смеси природного газа и небольшой дозы дизельного топлива, так и на чистом дизельном топливе.

Воспламенение одной только газовоздушной смеси от сжатия в дизелях практически невозможно из-за высокой температуры самовоспламенения газа (700... 750 °С), значительно превышающей температуру самовоспламенения дизельного топлива (320... 370 °С). Поэтому в цилиндры дизеля подают небольшую массовую дозу (12... 17%) запального дизельного топлива, очаги самовоспламе­нения которого в цилиндрах обеспечивают надежное сгорание даже сильно обедненного заряда газовоздушной горючей смеси. При увеличение дозы запального топлива повышается устойчивость процесса сгорания вследствие образования большого количества очагов самовоспла-менения.

Газодизельные установки для работы на СПГ применяются на автомобилях КамАЗ следующих моделей: –53208 (бортовой), –53219 (шасси), –54118 (седельный тягач), –55118 (самосвал). На этих автомобилях устанавливается дизель К-7409 с трехрежимным ре­гулятором частоты вращения коленчатого вала, газоподающей аппаратурой и устройством для подачи запального дизельного топлива.

В газодизельных установках сжатый газ содержится в зависимо­сти от модели автомобилей в восьми или десяти баллонах, разме­щенных поперек рамы автомобиля. На бортовых автомобилях бал­лоны 15 (рис. 39) размещают на продольных брусьях платфор­мы; на седельных тягачах и автомобилях-самосвалах — за каби­ной, в специальных держателях, закрепленных на раме; на авто­мобилях-шасси — на деревянных брусьях, установленных на лон­жеронах рамы. Горловины всех баллонов направлены в одну сто­рону. Сами баллоны последовательно соединены трубопроводами и разделены на две

Рис. 39. Схема газодизельной установки для работы на СПГ автомоби­лей КамАЗ:

Подача воздуха: А – из воздушного фильтра; Б – к индикатору засоренности; Поступление жидкости:

В – в систему охлаждения; Г – из системы охлаж­дения.

Сами баллоны последовательно соединены трубопроводами и разделены на две группы, каждая из которых имеет вентиль 10 и связана трубопроводом с крестовиной, имеющий наполнительный 9 и расходный 8 вентили.

С помощью наполнительного вентиля 9 производится заправка сжатым газом всех баллонов газодизельной установки. При откры­тии расходного вентиля 8 газ по трубопроводу направляется в подогреватель 7, а из него – в редуктор высокого давления 6, где происходит понижение давления до 0,95 МПа. Колебания рабочего давления газа поддерживаются автоматически в пределах 0,15 МПа. Еслидавление на выходе становится ниже допустимого, редуктор остается постоянно открытым, а при давлении большем 1,5 МПа срабатывает предохранительный клапан 11. Из редуктора высокого давления газ по гибкому шлангу подается к электромагнитно­му клапану 4, на входе в который встроен войлочный газовый фильтр. В режиме работы дизеля на жидком топливе электромаг­нитный клапан под действием пружины находится в закрытом положении и не пропускает газ в редуктор низкого давления. При переходе дизеля на работу в газодизельном режиме электромаг­нитный клапан 4 открывается и отфильтрованный от механичес­ких примесей газ поступает в двухступенчатый редуктор низкого давления 13. В первой ступени этого редуктора давление газа снижается до 0,20 МПа, а на выходе из второй ступени – до атмос­ферного.

Из двухступенчатого редуктора газ поступает в дозатор газа 17 со встроенным в него мембранным механизмом, обеспечиваю­щим подачу необходимого количества газа в смеситель 18, разме­щенный на впускном коллекторе после воздушного фильтра ди­зеля.

При такте впуска образовавшаяся в смесителе газовоздушная смесь поступает по впускному газопроводу в цилиндры дизеля 1, затем в конце такта сжатия в них через штатные форсунки впрыс­кивается небольшое количество дизельного топлива.

Дозу запального жидкого топлива подают в цилиндры с необ­ходимым опережением, обеспечивающим сгорание основной мас­сы газовоздушной смеси при переходе поршня через ВМТ. Механизм 3 ограничителя дозы запального топлива, установленный на топливном насосе высокого давления 2, состоит из электромаг­нитного привода и передвижного упора 20 регулятора частоты вращения коленчатого вала. При переводе дизеля на газовое топ­ливо ограничитель 3 переключает насос высокого давления на режим подачи только дозы дизельного топлива для воспламене­ния газовоздушной смеси.

Для ограничения подачи газа при максимальной частоте вра­щения коленчатого вала предусмотрено устройство, состоящее из зубчатого венца 21, датчика 22 частоты вращения и связанного с ним посредством реле электромагнитного клапана 16, который соединяет полость диффузора смесителя с мембранным узлом, ограничивающим подачу газа и взаимодействующим с заслонкой дозатора газа 17, обеспечивая ее частичное прикрытие при часто­те вращения коленчатого вала около 2 600 об/мин.

В газодизельной системе питания имеется также блокировка, исключающая поступление в цилиндр дизеля одновременно газа и полной (цикловой) подачи топлива. Блокировка включает в себя подвижной упор 20, датчик 19 блокировки и ограничитель 3 дозы запального топлива. Блокировка происходит следующим образом.

При установке переключателя в положение, соответствующее работе дизеля в газодизельном режиме, подвижной упор 20 пере­мещается ограничителем 3 в положение, при котором подача за­пальной дозы жидкого топлива ограничивается. При этом под­вижной упор 20, воздействуя на датчик блокировки, замыкает цепь питания реле, управляющего включением электромагнитно­го клапана подачи газа. О переходе на газодизельный режим рабо­ты сигнализирует контрольная лампа с зеленым светофильтром, установленная в кабине.

При нахождении подвижного упора 20 в положении, соответ­ствующем работе дизеля на режиме жидкого топлива, он макси­мально отдален от ограничителя 3 и не воздействует на датчик 19 блокировки устройства, разъединяя посредством реле цепь пита­ния электромагнитного клапана 4 подачи газа. Следовательно, если топливный насос высокого давления работает на полную цикло­вую подачу дизельного топлива, газовый электромагнитный кла­пан закрывается, и подача газа автоматически прекращается. Это необходимо для предотвращения разрушения деталей механизмов дизеля из-за передозировки – одновременной подачи газа и ди­зельного топлива.

Для предотвращения аварийных ситуаций при работе газодизельных установок предусматривается автоматический переход с газодизельного режима на дизельный в случае внезапного пре­кращения подачи газа (при полном расходе газа, повреждениях гибких шлангов, трубопроводов и т.д.). С этой целью в магистра­ ли подвода газа установлен датчик 12 давления газа. При паде­нии давления ниже 0,45 МПа с помощью датчика отключается ограничитель 3 дозы запального топлива, а электромагнитный клапан 4 перекрывает подачу газа, обеспечивая тем самым переход газодизельной установки в режим работы только на дизельном топливе. Работу газодизельной установки контролируют с помощью манометра низкого давления (до 0,6 МПа), размещенного в кабине водителя, и манометра 14 высокого давления (до 25 МПа), установленного на первом баллоне. При снижении давления газа в баллонах ниже 1,05 МПа срабатывает установленный в газовой магистрали датчик 5, подавая сигнал водителю об аварийной выработке газа.