Газовые двигатели особенности работы газового двигателя

Газовый двигатель внутреннего сгорания – общее описание агрегата

Современные двигатели такого рода работают на природном и попутном газах, а также на сжиженном пропан-бутане, доменном газе и других. Преимущество таких двигателей заключается в меньшем износе основных узлов и деталей, что достигается путем создания качественной горючей смеси и ее эффективного сжигания. К тому же, в выхлопах практически отсутствуют вредные примеси.

КПД современных двигателей на таком топливе достигает порядка 42 %. Наиболее широко они применяются в газовой и нефтяной промышленности в качестве приводных устройств на газоперекачивающих установках. В последнее время перестали быть новинкой такие агрегаты и в автомобиле.

В отличие от них первый двигатель Отто был достаточно низкооборотным и обладал большой массой. При увеличении оборотов вала до 180 об/мин происходили перебои в его работе, а также ускоренный износ золотника. В качестве бака для хранения газа использовался большой резервуар, поэтому установка его на автомобили была попросту невозможной, однако его стали широко применять на различных заводах и фабриках. https://www.youtube.com/watch?v=laNyGkMKq88

Общее устройство системы питания

Схема системы питания топливом мощного дизеля приведена на рисунке. В общем случае в систему питания топливом входят узлы, размещенные вне двигателя (на раме или в корпусе машины), и на двигателе. К первым относятся топливные баки бачок 7 для сбора топлива, предпусковой топливоподкачивающий насос 10, топливораспределительный кран 77, топливопроводы низкого давления и некоторые другие узлы. Ко вторым в первую очередь относятся основной топливоподкачивающий насос 8, топливный насос высокого давления (ТНВД) 5, форсунки 4 и топливопроводы высокого давления.

При работе двигателя топливо из топливных баков забирается основным топливоподкачивающим насосом и под давлением 0,05…0,1 МПа подается к ТНВД. По пути из баков к насосу топливо проходит через топливораспределительный кран, предпусковой топливоподкачивающий насос и фильтр 9 грубой очистки. Если на ТС установлен только один топливный бак или несколько баков, сообщающихся друг с другом, то топливораспределительный кран отсутствует. Перед поступлением в ТНВД из насоса топливо очищается от мельчайших примесей в фильтре 3 тонкой очистки. Нагнетательные секции ТНВД, приводимого в действие от коленчатого вала двигателя, в определенные моменты согласно рабочему циклу и порядку работы двигателя подают топливо под высоким давлением (до 50 МПа и более) в необходимом количестве к форсункам. Через форсунки, ввернутые в головку блока цилиндров, топливо впрыскивается в камеры сгорания в те моменты, когда в цилиндрах завершается такт сжатия.

Перед пуском двигателя заполнение системы топливом и подача его к ТНВД осуществляются с помощью предпускового топливоподкачивающего насоса. После пуска этот насос не функционирует.

Если в ТНВД и трубопроводы высокого давления, соединяющие его с форсунками, попадает воздух, то подача топлива в цилиндры нарушается. Следовательно, нарушается и нормальный режим работы двигателя. С целью предотвращения попадания воздуха в ТНВД на пути топлива к нему помещают воздухоотстойник, расположенный в самой высокой точке системы. Обычно воздухоотстойник размещают в крышке фильтра тонкой очистки. Перед пуском двигателя в случае необходимости скопившийся в воздухоотстойнике воздух отводят в воздушные полости топливных баков 1 через кран (клапан) 2 для выпуска воздуха. Для этого при неработающем двигателе открывают кран (клапан) и с помощью предпускового насоса прокачивают систему. В этом случае топливо вытесняет воздух из воздухоотстойника в воздушную полость топливного бака через топливораспределительный кран (как показано на рисунке) или напрямую.

Система питания бензинового двигателя

Системы питания бензиновых двигателей бывают двух типов — карбюраторная и впрысковая (инжекторная). Поскольку на современных автомобилях карбюраторная система уже не применяется ниже рассмотрим лишь основные принципы ее работы. При необходимости вы легко сможете найти дополнительную информацию по ней в многочисленных специальных изданиях.

Система питания бензинового двигателя, независимо от типа двигателя внутреннего сгорания, предназначена для хранения запаса топлива, очистки топлива и воздуха от посторонних примесей, а также подачи воздуха и топлива в цилиндры двигателя.

Для хранения запаса топлива на автомобиле служит топливный бак. На современных автомобилях применяются металлические или пластмассовые топливные баки, которые в большинстве случаев расположены под днищем кузова в задней части.

Систему питания бензинового двигателя можно условно разделить на две подсистемы — подачи воздуха и подачи топлива. Что бы ни случилось, в любой ситуации наши специалисты по выездной тех помощи на дорогах москвы приедут и окажут необходимую помощь.

Система подачи воздуха практически одинакова для всех типов двигателей внутреннего сгорания. Воздух, предназначенный для подачи в цилиндры двигателя, очищается от пыли воздушным фильтром, который расположен в моторном отсеке автомобиля. Воздух очищается сменным фильтрующим элементом, который выполнен из специальной бумаги с мелкими порами. Из следующей главы можно будет узнать электронная система управления двигателем — что это такое и как осуществляется диагностика электронной системы управления двигателем.

Дальнейший путь очищенного воздуха зависит от типа системы питания и будет рассмотрен ниже. А в одной из следующих глав можно будет узнать система питания дизельного двигателя: устройство системы питания дизельного двигателя.

Принцип работы газовых двигателей

Система питания газовых двигателей внутреннего сгорания, предназначенная для установки на автомобили представляет собой дозирующую систему, использующую вместо бензина сжиженный газ. Ее комплектация предусматривает:

1. Баллон для топлива, который может иметь различную форму. 2. Переключатель с разных топливных жидкостей, установленный в автомобильном салоне. 3. Редуктор-испаритель, выполняет функцию подогрева и испарения сжиженного топлива. 4. Электромагнитный газовый клапан – перекрывает поступление топлива, когда автомобиль не находится в движении. 5. Электромагнитный бензиновый клапан — перекрывает поступление бензина, когда агрегат работает на газе. 6. Устройство для заправки. 7. Специальный клапан, не позволяющий случится утечке газа.

Принцип работы такого оборудования не отличается от нюансов работы бензиновой установки. На начальной стадии, сжиженный газ, через топливные трубки, проходят в клапанный фильтр. Здесь происходит предварительная фильтрация и очищение от всех видов тяжелых веществ и смол. И только, когда газ чистый, он поступает в испарительный редуктор, где давление снижается до уровня 1 атмосферы. Есть специальный дозатор, через который газ поступает в смеситель.

В установках для инжекторных агрегатов не предусмотрен монтаж бензинового клапана. Вместо него используют эмулятор форсунок.

Виды системы питания двигателя

Первые бензиновые двигатели оснащались карбюраторной топливной системой, в которой топливовоздушная смесь образовывалась в камерах карбюратора. Учитывая невысокую эффективность, экологичность и экономичностью карбюраторных ДВС, вполне логично, что со временем они были заменены более прогрессивной системой впрыска топлива (инжектором).

Инжектор представляет собой систему питания двигателя, работающую по принципу подачи топлива впрыском во впускной канал (коллектор) или в камеру сгорания двигателя (по принципу дизельного ДВС).

Первый прототип инжектора создали ещё в 1894 году. Массовое внедрение технологии в серийное производство началось в 60-е годы XX века. За короткое время да20нный тип питания двигателя набрал высокую популярность за счёт экономичности, надёжности и экологичности в сравнении с карбюраторными версиями. В первых версиях инжекторных ДВС открытие дроссельной заслонки осуществлялось механическим способом, а позже она перешла на электронное управление. В настоящие время все современные автомобили оснащаются именно электрической системой впрыска.

Установка кнопки ГБО 2-3 поколения ГАЗ-Бензин на инжектор

Газобаллонное оборудование второго и третьего поколения, а также все более поздние модели устанавливаются на автомобили с инжекторными двигателями, хотя второе еще подходит для карбюраторных авто.

Разница между ГБО 2-го и 3-го поколения на самом деле несущественна. Если во втором поколении подача газа осуществляется путем внедрения газового оборудования в штатную систему питания, то у более новых версий газ подается непосредственно во впускной коллектор.

Что касается кнопки переключения с одного типа топлива на другое, то в ней существенных отличий нет. Для переключения различных режимов работы топливной системы во всех системах используется классический трехпозиционный переключатель, которые если и отличаются друг от друга, то только внешне.

Поскольку положений переключателя три, система предполагает три режима работы:

• Режим 1 — работа на бензине, во время которой все элементы ГБО отключены;
• Режим 0 — это работа автотранспортного средства на бензине и переход на потребление газового топлива в момент достижения определенного числа оборотов, которые выставляются на боковой стенке тумблера;
• Режим 2 — аварийный режим работы ГБО, при котором авто заводится на бензиновом топливе, сразу после чего переходит на газ.

Рассмотрим схему подключения проводов кнопки ГБО 2 поколения на инжектор на примере кнопки Stag2-W:

• Коричневый провод — подключается к модулю зажигания, либо наматывается на высоковольтный провод первого цилиндра (по инструкции 10 витков);
• Черный провод кнопки газ-бензин — идет на массу (прикручивается к любой части кузова);
• Красный провод — через предохранитель подключается на плюс катушки;
• Желтый провод — подается на бензонасос;
• Синий провод — идет на редуктор подачи газа, к нему же подключается эмулятор форсунок;
• Белый провод — датчик уровня газа в баллоне (если этот датчик предусмотрен в используемой системе ГБО).

Следует отметить, что практически во всех системах ГБО второго поколения используются простые переключатели газ-бензин, в которых не предусмотрена индикация уровня газа в баллоне.

Лекция 17. Система питания двигателя от газобаллонной установки.

ГБО на автомобили с инжекторным двигателем – отличная идея, так как есть возможность сэкономить на бензине. Газобаллонное оборудование на таком двигателе позволит удобно и комфортно перемещаться.

Для инжекторных двигателей, обычно, используют оборудование со второго по пятое поколение. Они отличаются друг от друга характеристиками и моделями автомобилей, на которые их можно установить.

Но пятое поколение, больше подходит для современных иномарок и при наличии старенькой машины, ставить его нет смысла. Третье поколение — это практически тоже самое, что и второе, за исключением наличия электронной дозировки топливной подачи.

Система питания двигателя с газораспределительной установкой

В двигателях с газобаллонными установками в качестве топлива применяются горючие газы: 1) сжатые (природные) газы — чаще всего это метан, хранящийся под давлением до 20 МПа; 2) сжиженные (нефтяные) газы — чаще всего бутано-пропановые смеси; 3) сжижающиеся газы при давлении 1,6 МПа.

Газораспределительные смеси имеют более высокие антидетонационные свойства и незначительную токсичность отработанных газов, чем бензиновоздушные двигатели. Кроме того, из-за отсутствия конденсации паров полностью исключается смывание пленки моторного масла со стенок гильз и поршней двигателя, а также уменьшается степень нагарообразования на стенках камер сгорания цилиндров. В результате этого срок эксплуатации автомобильного двигателя возрастет в 1,5-2 раза.

Одновременно с достоинствами газобаллонные установки имеют ряд недостатков: 1) повышение пожаро и взрывоопасности; 2) уменьшение мощности двигателя из-за более низкой скорости сгорания газовоздушной смеси, по сравнению с бензиновыми двигателями; 3) уменьшение грузоподъемности автомобиля, так как газобаллонные установки имеют большой вес.

Системы питания, работающие на газобаллонных установках, конструируются на базе карбюраторных систем. Карбюраторные двигатели, оборудованные специальной газораспределительной установкой, могут работать как на газе, так и на бензине. Газобаллонная установка на сжатом газе состоит из: 1) баллонов для хранения газа: 2) расходных вентилей; 3) наполнительных вентилей; 4) подогревателя; 5) редуктора высокого давления; 6) электромагнитного клапана с фильтром; 7) редуктора низкого давления;

В газобаллонных установках, работающих на сжатом газе, баллоны для хранения сжатого воздуха могут быть объединены в две группы. Газ через расходные вентили может поступать в систему питания как от одной отдельной группы баллонов, так и от обеих групп сразу. Зарядка баллонов газом осуществляется через наполнительный вентиль. Через расходные вентили газ поступает в подогреватель. Подогреватель предохраняет систему от замерзания, возможного вследствие расширения газов в редукторе. Для подогрева используется тепло отработанных газов. Из редуктора высокого давления газ поступает в электромагнитный клапан. Электромагнитный клапан открывается при пуске двигателя, он пропускает газ в редуктор низкого давления.

В редукторе низкого давления понижается давление газа, оно становится немного ниже атмосферного. После этого газ поступает в карбюратор-смеситель, а при режиме холостого хода газ поступает непосредственно в дроссельное пространство. Редуктор низкого давления также дозирует газ для приготовления газовоздушной смеси оптимального состава и отключает газовую магистраль при остановке двигателя. В двигателях, оснащенных газораспределительной установкой, работа на бензине осуществляется по стандартной схеме питания бензином, которая подключена автономно к карбюратору-смесителю.

Газобаллонная установка, работающая на сжиженном газе, состоит из: 1) баллонов с газовой арматурой; 2) наполнительного, магистрального и расходных вентилей; 3) испарителя; 4) редуктора; 5) смесителя.

Сжиженный газ находится в жидком и парообразном состоянии в баллоне из листовой стали. На баллоне находятся расходные вентили паровой и жидкостной фаз газа. При пуске и прогреве двигателя используется газ от паровой фазы топлива, а после прогрева используется жидкостная фаза. От расходных вентилей, газ поступает к магистральному вентилю. Через магистральный вентиль и штанги высокого давления газ попадает в испаритель. В испарителе происходит испарение сжиженного газа под воздействием тепла охлаждающей жидкости. Далее сжиженный газ в парообразном состоянии поступает через фильтры в газовый редуктор. В редукторе происходит снижение давления газа до уровня в два раз меньше атмосферного. После этого газ через дозирующее устройство по газопроводу поступает к обратному клапану входного патрубка смесителя. Далее газ попадает через форсунки к дроссельным заслонкам газового смесителя. Из смесителя газовоздушная смесь поступает в камеры сгорания цилиндров двигателя и там сгорает.

Двигатели, оснащенные газораспределительной установкой, работающей на сжиженном газе, также могут работать и на бензине. Для этого вместе с газовым смесителем устанавливается карбюратор с сетчатыми пламегасителями. Во время работы двигателя запрещено переходить с одного вида топлива на другой, так как это приводит к повреждению диафрагмы газового редуктора.

Устройство и работа газобаллонных установок

Газобаллонные установки характеризуются тем, что топливо при любом агрегатном состоянии вытекает из баллонов под значительным давлением. Поэтому в этих системах питания нет насосов, перекачивающих и подающих топливо, но введен редуктор, который позволяет снижать давление газа до рабочего, которое должно быть примерно равно атмосферному давлению или несколько превышать его.

При работе на сжатом газе исходное давление в баллонах составляет 20 МПа и более, поэтому эту систему питания оснащают баллонами высокого давления. По мере расхода газа давление в баллонах снижается.

При работе на сжиженном газе давление в баллоне не превышает 1,6…2,0 МПа. Баллоны этих установок относятся к баллонам низкого давления. Давление в них изменяется только в зависимости от состава газовой смеси и от температуры окружающей среды. При любом количестве жидкого газа в баллоне давление в нем всегда будет равно давлению насыщенных паров топлива для условий окружающей среды. Давление насыщенных паров основных компонентов сжиженного нефтяного газа (СНГ) пропана и бутана при изменении температуры от -40 до +40 ˚С изменяется от 0,12 до 1,7 и от 0,18 до 0,39 соответственно.

В обоих случаях в системе предусматривается фильтр для улавливания твердых частичек (окалины и др.) и теплообменник, размещаемый отдельно или в общем корпусе с редуктором. Для сжиженного газа теплообменник служит испарителем на выходе из баллона, а для сжатого – подогревателем.

Подогреватель необходим в системе сжатого газа, так как резкое снижение давления в процессе его расширения на выходе из баллона приводит к значительному понижению температуры, и при наличии влаги в газе может привести к ее замерзанию и нарушению нормальной работы системы вследствие закупоривания магистральных трубок льдом. Для подогрева сжатого газа обычно используют тепло отработавших газов, пропускаемых через теплообменное устройство, а для подогрева сжиженного газа чаще всего используют жидкость из системы охлаждения двигателя.

***

Это интересно: Устройство и принцип работы бензонасоса — объясняем развернуто

Фильтры грубой и тонкой очистки топлива

Очистка топлива от механических примесей и воды происходит в фильтрах грубой 9 и тонкой 3 очистки. Фильтр грубой очистки, устанавливаемый перед основным топливоподкачивающим насосом 8, задерживает частицы размерами 20… 50 мкм, на долю которых приходится 80…90 % массы всех примесей. Фильтр тонкой очистки, помещаемый между основным топливоподкачивающим насосом и ТНВД, задерживает примеси размерами 2…20 мкм.

В настоящее время в силовых установках с дизелями применяют следующие типы фильтров грубой очистки:

• сетчатые
• ленточно-щелевые
• пластинчато-щелевые

У сетчатых фильтров фильтрующим элементом является металлическая сетка. Из нее можно образовывать концентрические цилиндры, через стенки которых продавливается топливо, или дискообразные секции, нанизанные на центральную трубу с отверстиями в стенке, соединенную с выходным трубопроводом.

В ленточно-щелевом фильтре фильтрующим элементом служит гофрированный стакан с намотанной на него профильной лентой. Через щели между витками ленты, образованными за счет ее выступов, топливо из пространства, окружающего фильтрующий элемент, попадает во впадины между гофрированным стаканом и лентой, а затем — в полость между дном и крышкой стакана, откуда удаляется через выпускной трубопровод.

Фильтрующий элемент пластинчато-щелевого фильтра представляет собой полый цилиндр, составленный из одинаковых тонких кольцевых дисков с отгибными выступами. За счет этих выступов между дисками образуются зазоры. Топливо поступает к наружным и внутренним поверхностям цилиндра и, проходя через щели между дисками, очищается. Очищенное топливо через торцевые отверстия в дисках направляется в верхнюю часть фильтра к выходному отверстию.

Очень часто фильтр грубой очистки совмещают с отстойником для воды, находящейся в дизельном топливе. В этом случае необходимо периодически отворачивать пробку отстойника для удаления из него скопившейся воды.

В фильтрах тонкой очистки в качестве фильтрующих элементов обычно используют картонные элементы типа «многолучевая звезда» или пакеты из картонных и фетровых дисков. Реже применяют каркасы с адсорбирующей механические примеси набивкой (например, минеральной ватой), каркасы с тканевой или нитчатой обмоткой и др.

В процессе эксплуатации ТС топливные фильтры загрязняются, что приводит к увеличению их сопротивления. Чтобы подача топлива к ТНВД не прекратилась, необходимо фильтр грубой очистки периодически промывать, а фильтрующий элемент фильтра тонкой очистки заменять новым.

Из чего состоит система питания двигателя

В состав топливной системы современных автомобилей входят следующие основные элементы:

1. Непосредственно топливо. Это может быть бензин с различным октановым числом (турбированные двигатели требуют бензин не ниже АИ-95) или дизельное топливо. В качестве рабочей среды в дизельных и бензиновых двигателях может использоваться газ, но это требует дополнительной установки ГБО (газобаллонного оборудования).
2. Топливный бак. В баке хранится топливо, пока оно не понадобится двигателю. В большинстве современных автомобилей бак расположен сзади. Частично причина кроется в ограниченном пространстве спереди. Большинство современных бензобаков оснащены перегородками, предотвращающими разбрызгивание топлива.
3. Система шлангов. От бензобака к двигателю идёт небольшая сеть шлангов и трубопроводов. Современные топливные системы состоят минимум из трёх трубок: подачи топлива, обратки и вентиляции бака.
4. Топливный насос. В автомобилях с инжекторными ДВС используется электрический топливный насос (или несколько). Автомобили с карбюраторами обычно имеют механические насосы. Бензонасос обычно встраивается внутри бензобака, за исключением ТНВД (топливного насоса высокого давления) — он монтируется на двигателе и работает вместе с основным бензонасосом.
5. Системы фильтрации. Топливный фильтр, возможно, является одним из самых важнейших компонентов системы. Он предотвращает попадание грязи и мусора в форсунки и их засорение. Когда фильтр забивается, насосу приходится работать с большей нагрузкой, что сокращает срок его службы. В автомобилях два отдельных фильтра: один (грубой очистки) в бензобаке, а другой (тонкой очистки) в линии, ведущей к форсункам. Оба фильтра необходимо периодически менять.

Система питания двигателя устроена таким образом, что топливо и воздух смешиваются в камере сгорания каждого цилиндра. Внутри смесь сжимается, когда клапаны закрываются, а поршень поднимается. Свеча зажигания находится в верхней части камеры и генерирует искру, необходимую для воспламенения сжатой смеси. Это вызывает небольшой взрыв внутри камеры сгорания. Энергия и расширение паров толкают поршень вниз, что способствует вращению коленчатого вала ДВС.

Форсунка

Форсунка служит для подачи топлива в цилиндр двигателя под высоким давлением в мелкораспыленном виде.

Типичная форсунка включает в себя корпус 5 с распылителем 3, направляющим штифтом 4 и накидной гайкой 2, иглу 1 распылителя со штоком б, пружину 7 с опорной шайбой, регулировочным винтом 9 и втулкой 8, колпачковую гайку 10 и топливоприемный штуцер 12 с сетчатым фильтром 11. Распылитель и игла должны быть очень точно подогнаны друг к другу. В верхней части распылителя имеются один кольцевой и несколько (чаще всего три) вертикальных топливных канала, а в нижней части — центральные входной и выходной каналы с распыляющими отверстиями. Диаметр этих отверстий составляет 0,2…0,4 мм. Игла своим нижним конусным концом закрывает выходной канал. Распылитель плотно прикрепляется к корпусу-форсунки с помощью накидной гайки. Топливный канал корпуса соединяется с кольцевым каналом распылителя через его вертикальные каналы. Правильное положение распылителя относительно корпуса обеспечивает направляющий штифт.

Топливо, подаваемое к форсунке по топливоприемному штуцеру, проходит через сетчатый фильтр и по топливным каналам корпуса  в верхней части распылителя поступает в его кольцевую полость. По достижении необходимого давления в этой полости, действующего кроме прочего на конический поясок иглы, она поднимается вверх, преодолевая сопротивление пружины. В это время открывается выходной канал, и топливо через него и распыливающие отверстия поступает в камеру сгорания цилиндра двигателя.

После прекращения подачи топлива насосной секцией ТНВД и падения давления игла снова садится в свое седло, прекращая впрыскивание топлива. Просочившееся через неплотности топливо поступает в верхнюю часть форсунки и через отверстия в винте 9 и гайке 10 по специальному трубопроводу сливается в бачок 7 для сбора топлива.

ГБО на двигатели с прямым впрыском

Газовое оборудование на двигателе с прямым впрыском. Первые двигатели, используемые подачу бензинового топливо напрямую в камеру сгорания, начали применять на авто в 90-х годах XX века. Современные автопроизводители, в угоду экономии и экологии, начали чаще комплектовать свои машины подобными силовыми агрегатами. В связи с чем у владельцев данных авто появились вопросы о возможности установка ГБО на непосредственный впрыск, а также какие последствия переоборудования могут возникнуть. Использовать систему прямого впрыска в массовом производсте начала японская Mitsubishi, с маркировкой двигателей GDI (Gasoline Direct Injection – непосредственный впрыск бензина). У концерна VAG эти моторы маркируются FSI, TFSI, TSI, которые получили широкое применение на автомобилях Volkswagen, Shkoda, Audi, Seat. У других производителей это: Fiat (GTS). BMW (THP). Pego (HPI). Mercedes-Benz (CGI). Mazda (DISI). Ford (Ecoboost).

ТАБЛИЦА ПОДБОРА ГАЗОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ☜ Если Вы не смогли обнаружить Ваш автомобиль, Вам необходимо отправить на электронный адрес

после получения запроса Мы направляем скан ПТС на завод производитель для получения верного подбора комплекта оборудования ГБО, время на данный запрос занимает от 5 до 10 рабочих дней.