Текст книги "Автомобильные газовые топливные системы"

Автор книги: Владимир Золотницкий

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 7 страниц)

Газобаллонное оборудование «САГА-7»

Научно-производственная фирма «САГА» и пермское авиационное объединение «ИНКАР» разработали, внедрили в производство и наладили выпуск автомобильной газовой топливной системы «САГА-7» для использования компримированного природного газа – метана. Эту систему можно устанавливать на любые модели легковых автомобилей отечественного и иностранного производства (при рабочем объеме двигателя до 4,5 л). Она исключительно проста в эксплуатации, безопасна, высоконадежна и экономична.

В зависимости от марки автомобиля, конфигурации и массы баллонов на автомобиль устанавливают от одного до трех баллонов. На рис. 26 показана работающая на компримированном газе газобаллонная установка, содержащая три баллона (1) высокого давления. Каждый баллон представляет собой металлический корпус, покрытый армированным слоем стеклопластика, что повышает его прочность и уменьшает массу. Внутренняя поверхность баллонов имеет антикоррозионное покрытие. Баллоны крепятся с помощью кронштейнов и хомутов, предохраняющих их от перемещения и повреждений. Запас газа в трех баллонах рассчитан на пробег около 250 км.

Рис. 26. Принципиальная схема автомобильной газовой топливной системы «САГА-7».

Обозначение составных частей «САГА-7»: 1 – баллоны; 2 – вентили баллонов; 3, 10 – трубопроводы высокого давления; 4 – газовый электромагнитный клапан; 5 – двухступенчатый редуктор-подогреватель низкого давления; 6 – заправочное устройство; 7 – дренажный гофрированный шланг; 8, 15, 17 – датчики протечки газа (б – в багажном отделении, р – редукторе высокого давления, к – клапане газовом электромагнитном); 9 – редуктор высокого давления; 11 – трубопровод низкого давления; 12 – газовый смеситель; 13 – бензиновый электромагнитный клапан; 14 – дренажный шланг редуктора высокого давления; 16 – дренажный шланг газового электромагнитного клапана; 18 – электронное устройство; 19 – датчик давления газа; 20 – датчик блокировки запуска двигателя; 21 – указатель количества бензина в баке и давления (количества) газа в баллонах; 22 – трехпозиционный переключатель вида топлива «бензино-газ»; 23 – вакуумный шланг.

Каждый баллон снабжен собственным вентилем (2), который содержит скоростной клапан и разрывную предохранительную мембрану (по температуре). Это предотвращает возможность разрыва баллона. Вентиль имеет дренажные каналы, по которым газ в случае утечки выводится через гибкие дренажные гофрированные шланги (7) за пределы автомобиля. В шланг вмонтирован датчик (8), сигнализирующий об утечке газа.

Баллоны заправляют одновременно через заправочное устройство (6), в котором также имеются дренажные каналы для отвода газа в случае его утечки. В корпусе заправочного устройства размещены фильтр, выдерживающий давление 20 МПа, заправочный вентиль и датчик блокировки пуска (20) двигателя в случае, если заправочный шланг АГНКС не отсоединен от заправочного устройства системы.

Баллоны соединены между собой трубопроводом высокого давления (3), переходящим в газовую магистраль. Трубопровод наружным диаметром 6 мм и внутренним 4 мм выполнен из нержавеющей стали с заводской развальцовкой и рассчитан на рабочее давление 20 МПа. Гайки и ниппели – «авиационной» конструкции.

На автомобиле установлен двухступенчатый редуктор-подогреватель низкого давления (РНД) (5) из комплекта «САГА-6», применяемый на газобаллонных автомобилях при использовании газа сжиженного нефтяного. Для работы двигателя на сжатом газе в него устанавливается выполненный с высокой точностью дополнительный узел-редуктор высокого давления (РВД) (9), изготовленный из латуни. Он понижает давление с 20 до 0,5–1,2 МПа и обладает высокой надежностью и малыми размерами. Обогрев РВД осуществляется путем теплопередачи от РНД. Входной штуцер РВД снабжен фильтром, а на его корпусе размещен датчик (15), фиксирующий утечку газа, со штуцером для подключения дренажного гибкого шланга (14), по которому газ в случае утечки выводится за пределы автомобиля.

Шланг (11) соединяет выходной штуцер РНД с газовым смесителем (12), закрепленным на карбюраторе и предназначенным для приготовления газовоздушной смеси.

Газовая система питания также включает в себя электромагнитный газовый клапан (ЭМК) 4, рассчитанный на давление 29 МПа, фильтр, датчик (17), определяющий утечку газа, со штуцером для подключения гибкого дренажного шланга (16), датчик давления (количества газа (19), показывающий на приборном щитке автомобиля К количество оставшегося газа в баллонах.

Бензиновая система питания при установке систем для использования КПГ содержит традиционные элементы: карбюратор, бензиновый электромагнитный клапан (13), фильтр тонкой очистки (D), бензонасос (C), бензопровод (H) и бензобак (J).

Штатный указатель (21) уровня бензина при работе на этом топливе показывает его количество в бензобаке, а при работе на газе – количество (давление) газа в баллонах.

Газобаллонную установку рассматриваемой конструкции отличает от других наличие электронного устройства (18), включающего в себя корректор угла опережения зажигания. Оно позволяет мгновенно переходить с бензина на газ и подстраиваться под частоту вращения коленчатого вала. При низкой частоте вращения коленчатого вала электрическое устройство увеличивает угол опережения зажигания для газа, при высокой частоте – снижает по сравнению с работой двигателя на бензине.

Автоматическое электронное устройство (18), представляющее собой блок обработки сигналов, поступающих от датчиков импульсов, обеспечивает:

– звуковую и световую сигнализацию в салоне водителя об утечке газа и о том, где именно произошла утечка: в багажном отделении, редукторе высокого давления, или в электромагнитном газовом клапане;

– согласование датчика давления газа в баллонах с указателем уровня бензина в комбинации приборов автомобиля;

– выключение электромагнитного газового клапана при остановке двигателя;

– блокировку пуска двигателя, если заправочный шланг газонаполнительной станции не отключен от заправочного устройства системы;

– переключение на другой вид топлива;

– автоматический встроенный контроль исправности электронного устройства.

При работе газобаллонной установки компримированный (сжатый) природный газ из баллонов (1) высокого давления через вентили (2) попадает в трубопровод высокого давления (3), а затем в электромагнитный клапан (4) с фильтром. Здесь газ очищается от механических примесей и поступает в прогретый теплоносителем редуктор высокого давления (9), где давление газа понижается до 0,5–1,2 МПа. Далее вся работа газобаллонной установки идет по традиционной схеме, как и для сжиженного газа.

Переоборудование дизельного автомобиля ЗИЛ-5301 «Бычок» На компримированный газ

АГТС «САГА-7Б» разработана совместно с ООО НПФ «САГА», Автокомбинатом № 44, г. Москва и ООО «ВНИИГАЗ». Изготовитель: ОАО ПАО «ИНКАР».

Автомобильная газовая топливная система «АГТС САГА-7б» предназначена для установки на автомобиль ЗИЛ-5301 и его модификации. Это оборудование позволяет использовать в качестве топлива компримированный природный газ (КПГ) после конвертации дизельного двигателя.

Технические данные системы

Технические показатели автомобилей, работающих как на газовом, так и на дизельном топливе, почти совпадают, отличаясь не более чем на 15 %.

Масса АГТС (без баллонов) – не более 20 кг.

Объем КПГ при заправке – 300/80 (шесть баллонов по 50 л), л/м3.

Контрольный расход топлива – 20 м3/100 км.

Топливо, используемое для работы – компримированный природный газ (ГОСТ 27577-87).

Давление газа на выходе из редуктора высокого давления – 0,55–0,6 МПа.

Давление газа в первой ступени редуктора-подогревателя 0,052–0,055 МПа.

Интервал температур при эксплуатации – от –40 до +45 °C.

Напряжение питания – 12 В.

Устройство системы АГТС «САГА-7Б»

Рассмотрим устройство и принцип работы оборудования этой системы, принципиальная схема которой представлена на рис. 27, схема системы зажигания на рис. 28, а электрическая схема – на рис. 29.

Рис. 27. Принципиальная схема работы АГТС «САГА-7Б»: 1 – редуктор-испаритель низкого давления; 2 – вакуумный шланг; 3 – редуктор высокого давления; 4, 11 – трубопроводы высокого давления; 5 – датчик высокого давления с манометром; 6 – газовый электромагнитный клапан высокого давления; 7 – баллонные вентили; 8 – газовые баллоны; 9, 15 – гофрированные шланги; 10, 18 – датчики утечки газа (Б – багажник, К – капот); 12 – магистральный вентиль; 13, 17 – дренажные шланги; 14 – штуцер с пятью выходами; 16 – заправочное устройство; 19 – переключатель вида топлива с указателем давления газа; 20 – сигнализатор утечки газа (клемма Б и соответствующая сигнальная лампа – утечка в багажнике, клемма К и соответствующая сигнальная лампа – утечка под капотом); 21 – штуцер вакуумного канала; 22 – электронный блок ограничителя частоты вращения; 23 – электромагнитный клапан ограничения частоты вращения; 24 – смеситель газа с дроссельной заслонкой; 25 – вакуумный шланг; 26 – шланг низкого давления; А – впускной трубопровод; D – воздушный фильтр; E – патрубок подачи воздуха; F – подводящий уголок; B – катушка зажигания; C – датчик-распределитель зажигания.

Рис. 28. Схема системы зажигания: 1 – электронный блок системы ограничения частоты вращения; 2 – клапан; 3 – датчик-распределитель; 4 – вакуумный регулятор; 5 – свечи зажигания; 6 —одноканальный коммутатор; 7 – катушка зажигания.

Рис. 29. Электрическая схема «АГТС САГА-7Б».

Система обеспечивает дозированную подачу газа в двигатель во всех режимах работы.

Компримированный природный газ хранится на автомобиле в баллонах (8) (см. рис. 27) высокого давления. Металлический корпус баллона покрыт армирующим слоем из стеклопластика, что повышает его прочность и снижает массу за счет уменьшения толщины стенок. На внутреннюю поверхность баллона нанесено покрытие для защиты от коррозии. В каждый баллон ввернут вентиль (7). Вентили баллонов соединены трубопроводом высокого давления (11). Отрезок трубопровода, проходящий под рамой автомобиля, соединяет все вентили баллонов с магистральным вентилем (12). Аналогичными трубопроводами баллоны соединены с газовым электромагнитным клапаном высокого давления (6), редуктором высокого давления (3) и редуктором-испарителем (1) низкого давления. Газовый электромагнитный клапан, редуктор высокого давления и редуктор-испаритель низкого давления размещены в отсеке двигателя. Вентиль подачи газа (12) и заправочное устройство (16) расположены с левой стороны автомобиля за кабиной водителя.

Трубопровод высокого давления между баллонами и магистральным клапаном заключен в гофрированный шланг (9), в котором установлен датчик (10) утечки газа из баллонов. В гофрированном шланге (15), внутри которого проходит трубопровод, соединяющий заправочное устройство с магистральным вентилем, помещен переходник для подключения датчика (18) утечки газа в подкапотном пространстве.

Газовый электромагнитный клапан (6) соединен с редуктором высокого давления (3) трубопроводом высокого давления (4). Редуктор высокого давления присоединен к редуктору-испарителю низкого давления (1) трубопроводом высокого давления. Рукав (26) низкого давления связывает редуктор-испаритель со смесителем газа (24).

Для установки смесителя СГ-250 необходимо изготовить новый впускной трубопровод. Его изготавливают из стальной прямоугольной трубы. Он имеет два фланца для крепления к впускному трубопроводу головки блока цилиндров, а также фланец для монтажа смесителя газа.

Датчики утечки газа (10) и (18) подключены к блоку индикации утечки (20), установленному на панели приборов кабины. В случае утечки газа, в зависимости от места утечки, на лицевой панели индикатора загораются красные мигающие светодиоды под надписями «Баллон» или «Капот», и подается прерывистый звуковой сигнал, оповещающий водителя об утечке газа.

Манометр-датчик (5), рассчитанный на давление газа 25 МПа, соединен с индикаторным указателем давления газа, смонтированным в переключателе вида топлива (19), который установлен в кабине на панели приборов.

В корпусе заправочного устройства (16) установлен датчик блокировки пуска двигателя, который соединен с коммутатором переключателя вида топлива. При вынутой заглушке заправочного устройства пуск двигателя невозможен.

Газовый электромагнитный клапан (6) посредством штуцера (14) с пятью выходами соединен с датчиком утечки газа (18) через дренажные шланги (17) и (13). В случае утечки из-под основных уплотнений газового клапана газ по дренажному шлангу выводится за пределы отсека двигателя.

По шлангу (2) к редуктору-испарителю (1) из дроссельного пространства передается управляющее разрежение.

При разработке системы «САГА-7Б» для автомобиля ЗИЛ-5301 и его модификаций предприняты все меры, обеспечивающие герметичность системы на весь срок эксплуатации. В газовой магистрали применены трубопроводы, изготовленные из нержавеющей стали, с заводской развальцовкой концов. Гайки и ниппели «авиационной» конструкции выдерживают многократный демонтаж и сборку.

Если повреждена диафрагма первой ступени редуктора-испарителя, газ не попадет в отсек двигателя. Поступление газа в систему охлаждения двигателя также исключено. Если возникает утечка газа в каком-либо соединении, газ не попадает в подкапотное пространство, а отводится наружу по дренажным шлангам (13) и (17). Когда утечка происходит в магистральном вентиле (12), электромагнитном клапане (6) или редукторе высокого давления (3), газ проходит через датчик утечки (18), и на блоке индикации утечки (20) загорается светодиод под надписью «Капот». B случае утечки в соединениях баллонных вентилей (7) и в трубопроводе высокого давления (11) газ пройдет через датчик (10) и загорится светодиод под надписью «Баллон». В обоих случаях прозвучит прерывистый предупреждающий звуковой сигнал.

В дизельной системе питания задействованы следующие штатные элементы: воздушный фильтр (D), выпускной трубопровод (Е), подводящий угловой патрубок (F). Дополнительно устанавливаются: катушка зажигания (В), датчик-распределитель зажигания (С), а также электронный блок, ограничителя частоты вращения (22), электромагнитный клапан ограничения частоты вращения (23), штуцер вакуума (21) и вакуумный шланг (25).

При работе газобаллонной установки газ из баллонов (8) через вентиль (7) по трубопроводу (11) и магистральному вентилю (12) поступает в газовый электромагнитный клапан (6) с фильтром. Здесь газ очищается от механических примесей и поступает в редуктор высокого давления (3), прогретый теплоносителем системы охлаждения двигателя. В редукторе (3) давление газа понижается до величины, необходимой для нормальной работы редуктора-испарителя (1). Далее установка работает по той же схеме, что и системы для сжиженного нефтяного газа.

Доработка деталей и узлов двигателя

Доработка деталей и узлов двигателя ММЗ-245.12, а также изготовление оригинальных деталей для его переоборудования в газовый двигатель с зажиганием от искры осуществляются по чертежам ООО «ВНИИГАЗ».

Отверстия под распылитель в головке цилиндров дорабатываются с целью установки искровых свечей зажигания. В доработанные каналы заворачиваются свечи зажигания с резьбой M12х1,25, длиной резьбовой части 19 мм и размером шестигранника под ключ 16 мм.

Дорабатывается камера сгорания (поршень) с целью увеличения ее объема для снижения степени сжатия. Объем камеры выбран из условия получения заданной степени сжатия. С учетом объема в надпоршневом пространстве, образованном прокладкой головки цилиндров, объемов в выточках под клапаны и кармане свечи в головке, степень сжатия в двигателе составляет S= 12.

Бесконтактно-транзисторная система зажигания, схема которой приведена на рис. 28, применяется на двигателе, переоборудованном под газовое топливо в комплектации со следующими элементами. Электронный блок ограничения частоты вращения (1); электромагнитный клапан (2); доработанный датчик-распределитель (3) (40.3706) с вакуумным регулятором (4); искровые свечи зажигания (5) (BOSCH Y6DC); одноканальный коммутатор (6) (76.3734); одновыводная маслонаполненная катушка зажигания (7) (27.3705); жгут низковольтных проводов с клеммными колодками для соединения датчика-распределителя, коммутатора и катушки зажигания; жгут из пяти проводов высокого напряжения (центральный провод и четыре провода на свечи зажигания).

Общий вид расположения оборудования на автомобиле показан на рис. 30.

Рис. 30. Принципиальная схема монтажа АГТС «САГА-7Б» на автомобиль ЗИЛ-5301 «Бычок»: 1, 3, 4, 13 – рукава; 2 – смеситель газа с дроссельной заслонкой; 5 – редуктор-подогреватель; 6 – вентиль магистральный; 7 – трубопроводы; 8 – кронштейн крепления агрегатов в моторном отсеке; 9 – редуктор высокого давления; 10 – клапан электромагнитный газовый высокого давления; 11 – заправочное устройство; 12 – вентили баллонов; 14 – баллоны; 15 – хомуты.

Установка для работы на сжиженном природном газе (СПГ) метане «Гелий – САГА»

Реализация новых технологических решений, направленных на использование сжиженного природного газа – метана (СПГ) в качестве моторного топлива, позволяет получить значительный экономический эффект благодаря уменьшению эксплуатационных затрат (обычная «Газель» при заправке газовым топливом проезжает не 200 км, как принято считать, а 450), а также создать энергетический мост в экологически благополучное общество.

Главная особенность в конструкции автомобильной установки для работы на СПГ – наличие бака криогенного топливного (БКТ) с высокими вакуумно-теплоизоляционными свойствами для хранения газа. Охлажденный до температуры –160 °C метан переходит в жидкое состояние уже при атмосферном давлении и значительно уменьшается в объеме.

Научно-производственная фирма «САГА» совместно с НПО «ГЕЛИЙМАШ» разработала газотопливное оборудование, предназначенное для содержания и подачи СПГ в БКТ и в двигатель автомобиля «Газель».

Рис. 31. Схема размещение АГТС «Гелий-САГА» на автомобиле «Газель»: 1 – редуктор-испаритель; 2 – теплообменник; 3 —трубопроводы подачи газа к теплообменнику; 4 – бак криогенный топливный; 5 – арматурный шкаф; 6 – дренажный трубопровод; 7 – панель приборов.

Схема размещения автомобильной газовой топливной системы (АГТС) «Гелий-САГА» на «Газели» приведена на рис. 31. Криогенный топливный бак (4) закреплен при помощи двух кронштейнов на правом лонжероне рамы автомобиля за кабиной водителя. Заправочное устройство контрольно-измерительные приборы установлены в арматурном шкафу (5), размещенном на БКТ. Дренажный трубопровод (6) предназначен для отвода в атмосферу парообразного газа, вышедшего из-под предохранительных клапанов, расположенных в арматурном шкафу, а также для аварийного сброса газа при повреждении арматуры. Дренажный трубопровод выведен над тентом бортового кузова и прикреплен к кузову хомутами. Аварийный сброс газа из БКТ осуществляется через скоростной клапан, также находящийся в арматурном шкафу.

Панель приборов (7), расположенная в кабине водителя, обеспечивает управление газовой аппаратурой и контроль ее работы.

На арматурном шкафу БКТ, окрашенном в красный цвет, белой краской сделана надпись «МЕТАН».

Рис. 32. Бак криогенный топливный.

Криогенный топливный бак представляет собой двойной/ цилиндрический резервуар (рис. 32), изготовленный из нержавеющей стали. Внутренний сосуд рассчитан на избыточное давление, равное рабочему давлению 0,5 МПа. Для поддержания требуемого разрежения в изолирующем пространстве между сосудом внутренним и кожухом для обеспечения термоизоляции наружная поверхность внутреннего сосуда покрыта высокоэффективной вакуумно-многослойной изоляцией (экранно-вакуумная теплоизоляция). Внутренний сосуд закреплен в кожухе двумя цилиндрическими опорными втулками из стеклопластика (на рисунке не показаны).

Вместимость газового сосуда 100 л. Количество СПГ, заливаемого в бак, 90 л (эквивалентный объем газа в нормальных условиях 60 м3).

Запас газа в баке обеспечивает примерно такой же пробег автомобиля, как и на бензине.

В баке газ хранится без потерь в течение пяти суток – так называемое бездренажное хранение. Тепло окружающей атмосферы нагревает бак, и примерно через 120 час давление в нем может увеличиться. При этом срабатывают предохранительные клапаны, и паровая фаза газа выбрасывается в окружающую среду через дренажный трубопровод. Сбросить газ бака для понижения давления можно также через шаровые краны (см. ниже) в дренажный трубопровод.

При заправке уровень СПГ в баке контролируют по манометру в арматурном шкафу, а при движении – по указателю уровня газа, который находится в кабине водителя.

Рис. 33. Арматурный шкаф: 1 – заправочный отсек; 2 – заправочная горловина; 3 – манометр; 4 – функциональный отсек; 5 – скоростной клапан; 6 – клапан переключения фаз; 7 – предохранительный клапан; 8 – шаровые краны.

Арматурный шкаф (рис. 33) смонтирован непосредственно на баке. Он состоит из двух отсеков: заправочного (1) и функционального (4). Каждый из отсеков снабжен самостоятельно открывающейся крышкой с замком. В заправочном отсеке на специальной панели размещены манометр (3) и заправочная горловина (2). В заправочной горловине объединены две линии – заправки и газосброса. В функциональном отсеке находятся предохранительные клапаны (7), скоростной клапан (5), клапан (6) переключения фаз и шаровые краны (8). Предохранительные клапаны настроены на рабочее давление 0,5 МПа.

При увеличении рабочего давления от 0,54 до 0,57 МПа клапаны открываются, и происходит сброс паров метана в дренажный трубопровод.

Скоростной клапан служит для отключения бака и прекращения подачи газа в случае повреждения или обрыва магистрального трубопровода.

Клапан переключения фаз выполняет две функции в зависимости от значения давления газа в баке. При давлении до 0,4 МПа в теплообменник (2) (см. рис. 31) подается жидкая фаза, если давление превышает 0,4 МПа – подается паровая фаза.

Теплообменник предназначен для испарения жидкой фазы и подогрева СПГ, поступающего в двигатель.

Трубопроводы системы изготовлены из нержавеющей стали с проходным сечением 8 мм и имеют тонкие стенки, так как вся система работает под небольшим давлением от 0,15 до 0,55 МПа.

АГТС «Гелий-САГА» работает следующим образом. Газ в жидком виде подается по магистрали в теплообменник, где подогревается жидкостью из системы охлаждения двигателя. В парообразном виде газ поступает непосредственно в газовую систему «CAГA-6». Далее дозировка газа осуществляется по традиционной схеме редуктором-испарителем «САГА-6», где его давление снижается до значения, близкого к атмосферному. Затем под действием разрежения во впускном трубопроводе двигателя газ поступает в смеситель, в котором смешивается с воздухом, и газовоздушная смесь через карбюратор направляется во впускной трубопровод и далее в цилиндры двигателя.

Автомобильная криогенная заправочная станция (КриоАЗС), предназначенная для сжижения природного газа, его накопления и заправки сжиженным природным газом (СПГ) автомобилей. КриоАЗС подключена к газопроводу низкого давления 0,2–0,6 МПа и установлена в непосредственной близости от места расположения автопредприятия. Подобным образом КриоАЗС установлена на автокомбинате № 41 (г. Москва), эксплуатирующем 12–15 малотоннажных грузовых автомобилей «Газель» (рис. 34).

Рис. 34. Автомобильная криогенная заправочная станция: 1 – операторская с блоком управления; 2 – заправочная колонка СПГ; 3 – криогенная емкость для накопления и хранения СПГ; 4 – технологический блок; 5 – компрессорный блок.

Природный газ по трубопроводу от газораспределительного пункта поступает под давлением 0,25 МПа в компрессорное отделение (5), где сжимается до давления 20 МПа, очищается от масла и капельной влаги и подается в технологическое отделение (4). Здесь газ очищается от двуокиси углерода и паров воды, сжижается и при давлении 0,3 МПа по трубопроводу с вакуумно-многослойной изоляцией подается в криогенную емкость (3) для накопления и хранения СПГ. Из операторской, оснащенной блоком управления (1), по команде оператора сжиженный газ под давлением 0,25 МПа подается по раздаточному трубопроводу, оснащенному вакуумно-многослойной теплоизоляцией, к заправочной колонке (2), а от нее – в газовый баллон автомобиля «Газель».

Со своего поста оператор при помощи системы автоматического управления контролирует работу компрессорного и технологического отделений, криогенной емкости и заправочной колонки. Заправку автомобилей «Газель» оператор осуществляет при помощи пульта управления, расположенного на заправочной колонке. Максимальный заправочный объем – 90 л сжиженного природного газа. Время заправки – не более 15 мин.