4655

Работа автотракторных дизелей на газе

Книга

Лесное и сельское хозяйство

Введение Наблюдаемый процесс резкого подорожания нефтепродуктов есть не что иное, как давно прогнозируемое исчерпание запасов нефти. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) более ста лет одерживал победу в конкурентной борьбе с другими источниками меха...

Русский

2012-11-23

2.27 MB

178 чел.

Введение

Наблюдаемый процесс резкого подорожания нефтепродуктов есть не что иное, как давно прогнозируемое исчерпание запасов нефти. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) более ста лет одерживал победу в конкурентной борьбе с другими источниками механической энергии только благодаря относительной дешевизне и доступности нефти и ее производных. Легкие, энергоемкие и компактные энергетические установки с ДВС на жидком нефтяном топливе, как было предсказано еще в ХІХ веке, покорили сушу, воду и небо.

История развития двигателестроения подтвердила предположение, высказанное Сади Карно задолго до создания первых работоспособных ДВС, что наибольший эффект будет иметь тепловая машина, работающая на продуктах сгорания. Утвердилось мнение о ДВС как о тепловом двигателе с максимально возможным коэффициентом полезного действия (КПД), который достигается за счет отсутствия передачи тепла от источника – топки, к рабочему телу – газу в рабочей полости, так как рабочим телом служат сами продукты сгорания. Это явилось причиной снижения интенсивности работ над менее экономичными тепловыми двигателями с внешним подводом теплоты.

В середине 50-х годов теперь уже прошлого века авторитетные специалисты утверждали, что поршневой двигатель внутреннего сгорания в ближайшем будущем ждет такая же судьба, как паровые машины, поскольку он будет вытеснен из наземной техники более перспективными газовыми турбинами так же, как незадолго до этого его вытеснили из авиации. Пока, однако, поршневые двигатели не имеют явных конкурентов ни на транспорте, ни в сельскохозяйственной, дорожной или другой технике. Примерно в те же годы заговорили о том, что запасы нефти ограничены и будут полностью исчерпаны не позже, чем к концу века. Особенно серьезные опасения за будущность двигателей, работающих на жидких топливах нефтяного происхождения, появились в период энергетического кризиса 70-х годов. Тогда всерьез зашла речь об электромобилях, топливных элементах, о двигателях, работающих на водороде и спиртах. Но прошли годы, а в ДВС по-прежнему используются бензин и дизельные топлива, получаемые из нефти.

Несмотря на то, что открытие новых месторождений, новые технологии добычи и переработки нефти все время отодвигают роковую черту, все же никуда не уйти от того факта, что запасы нефти не бесконечны, а потребление ее растет от года к году. Хотя цены на нефть постоянно подвержены колебаниям, вызываемым политическими и спекулятивными мотивами, средняя кривая цен неуклонно идет вверх, и это вполне естественно, поскольку добыча и переработка ее становятся дороже, а спрос растет быстрее, чем предложение [31].

ДВС может работать на разных топливах, однако основное требование к топливу для ДВС – хорошая смешиваемость с воздухом и сгорание топливно-воздушной смеси за короткий промежуток времени, равный 0,001…0,004 с. Уменьшение скорости горения топлива приводит к потере мощности, ухудшению экономичности и экологичности ДВС. Поэтому не всякие топлива способны эффективно замещать углеводороды нефтяного происхождения.

Поиск альтернативных нефтяному топливу источников энергии вынуждает применять на автомобилях и тракторах природный газ, запасы которого больше, а стоимость ниже. При этом приходится мириться с усложнением и удорожанием машин, двигатели которых переоборудуются (конвертируются) для работы на газообразном топливе. Конвертирование бензиновых двигателей с искровым зажиганием в газовые не вызывает проблем и достаточно хорошо отработано, серийно выпускаются комплекты газовой аппаратуры для газобаллонных автомобилей. Сложнее обстоит дело с переводом на газообразное топливо дизелей, хотя принципиальные вопросы работы газожидкостных двигателей достаточно изучены.

Газожидкостный процесс известен давно и запатентован еще Р.Дизелем. Практическое применение этот способ питания ДВС нашел первоначально на стационарных установках с узким диапазоном регулирования мощности. В начале 70-х годов, с наступлением первого нефтяного кризиса, стали предприниматься попытки перевода на двухтопливное питание и транспортных дизелей с использованием сжиженных нефтяных и сжатого или сжиженного природного газов. В СССР проблема практической газификации парка автомобилей и тракторов с дизелями начала решаться в 1980 году специальной общесоюзной научно-технической программой. Разработками и испытаниями газодизельных автомобилей занимались НАМИ, (Москва), ЦНИДИ, филиал НИИАТ (Ленинград), НПО «Казавтотранстехника» (Алма-Ата), КАДИ, ИПМаш АН УССР (Киев), КБ Душанбинского АРЗ, Камского, Минского, Кременчугского автомобилестроительных заводов. Велись научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по переводу на питание газовым топливом тракторных дизелей (Алтайский ПТИ, Омский, Кировский, Волгоградский, Рязанский СХИ и др.). В рамках этой программы, которая по вполне понятным причинам так и не была выполнена, в 1988…93 годах кафедра «Тракторы и автомобили» ДГАУ принимала участие в разработке газодизельного трактора ЮМЗ-6.

Анализ существующих к настоящему времени систем управления газодизелей показывает их недостаточную схематичную проработку. Принцип работы этих систем сводится к фиксации рейки топливного насоса в положении подачи запальной дозы жидкого топлива и переключении штатного регулятора конвертируемого дизеля на управление расходом газа. Фиксирование рейки не обеспечивает постоянства запальной дозы при изменении режима работы двигателя, приводит к нарушению установленного замещения дизельного топлива газом. Попытки установки малой запальной дозы жидкого топлива с целью повышения замещения дизтоплива газом на режимах частичных нагрузок приводят к возникновению проблем при переходе к режимам полной мощности. В частности, в результате малых расходов жидкого топлива имеет место перегрев и закоксовывание распылителей форсунок, работа двигателя становится недопустимо жесткой, у двигателей с повышенными степенями сжатия или оборудованных наддувом может возникать детонационное сгорание. Так как газодизель имеет смешанное смесеобразование, а форма камеры сгорания исходного дизеля оптимизирована для внутреннего смесеобразования, то требуется тщательное исследование рабочего процесса двигателя, конвертированного на газ.

При доработке систем питания конвертируемых двигателей в составе устройств для регулирования расхода газа используют серийно выпускаемые редукторы, предназначенные для двигателей с искровым зажиганием, что создает дополнительные трудности в реализации требуемых алгоритмов управления расходом газа и повышает стоимость машин.

Изложенные в пособии материалы являются итогом работы над проблемой регулирования мощности газодизеля, в результате которой разработан универсальный всережимный регулятор для конвертированных на газ автотракторных дизелей. Раздел 1 настоящего пособия подготовлен доцентом Бабичем А.С., введение и разделы 2…4 – доцентами Улексиным В.А. и Кухаренко П.М. Авторы выражают уверенность в полезности и практической ценности изложенного материала и будут благодарны за отзывы, замечания и предложения по поводу совершенствования пособия.

(электронный адрес – ulecsyn@mail/ru)

Условные обозначения

АГНКС

автомобильная газонаполнительная компрессорная станция

ДВС

двигатель внутреннего сгорания

ДПМ

двигатель постоянной мощности

КПГ

компримированный или сжатый природный газ

КПД

коэффициент полезного действия

РНД

редуктор низкого давления

СНГ

сжиженный нефтяной газ

СПГ

сжиженный природный газ

ТНВД

топливный насос высокого давления


1. Альтернативные моторные топлива. Природный газ

Вид топлива для ДВС всегда определялся его стоимостью и доступностью. В начале века, для того, чтобы использовать дешевое нефтяное топливо, необходимо было развивать инфраструктуру, включающую производства по добычи и переработке нефти, средства доставки, хранения и заправки машин топливом. Потому в тридцатых-пятидесятых годах кроме топлив нефтяного происхождения для значительного количества мобильных машин в качестве моторного топлива применяли низкокалорийные генераторные и среднекалорийные промышленные газы, которые можно было получать из местных ресурсов. Несмотря на неудобства эксплуатации газогенераторных машин и ухудшение удельных показателей ДВС при питании низкокалорийным газом, применение их было экономически оправдано. Более компактными являлись газобаллонные машины с использованием высококалорийных газов. Еще в двадцатые годы перспективным топливом для двигателей сельскохозяйственных тракторов считался спирт, который можно получать из отходов сельскохозяйственного производства.

Особенностью современного энергетического комплекса Украины является отсутствие собственных значительных месторождений нефти, наличие некоторого количества газовых месторождений, значительного количества попутного шахтного газа, который может быть сырьем для производства газового моторного топлива. Перспективным для Украины следует считать производство и использование биогаза, основной составляющей которого является метан.

В последнее время исключительное внимание отводится созданию топлив растительного происхождения, основное преимущество которых – возобновляемость. Сохраняется интерес к природному газу, как к моторному топливу для мобильных машин, в том числе и для тракторных двигателей. Это определяется наличием значительных запасов природного газа, которые по энергетическим возможностям превышают запасы нефти и сопутствующих нефтяных газов, удобством транспортирования газа к потребителю, что обуславливает низшую стоимость получаемой энергии, исчерпанием традиционных для двигателей внутреннего сгорания топлив нефтяного происхождения.

Остановимся вкратце на характеристике известных альтернативных топлив для ДВС.

1.1. Нетрадиционные моторные топлива

Метанол

Среди разнообразных альтернативных топлив наибольшее внимание привлекают спирты, в первую очередь метанол. Это поясняется широкой и разнообразной сырьевой базой для его получения (древесина, природный газ, нефтяные остатки, уголь и т.д.), а также наличием освоенной крупнотоннажной технологии его производства. Метанол по своим физико-химическим и моторным свойствам в значительной степени отличается от нефтяного бензина. С энергетической точки зрения важным преимуществом метанола является его высокая антидетонационная стойкость. При оптимальной организации рабочего процесса величина эффективного КПД метанольного двигателя выше бензинового, что позволяет увеличить мощность двигателя при работе на чистом метаноле на 10...15 %. Использование метанола позволяет существенным образом снизить содержимое вредных веществ в отработавших газах (ОГ) ДВС.

Сдерживают широкое применение метанола в качестве моторного топлива его высокая токсичность, почти вдвое меньшая в сравнении с нефтяным бензином энергоплотность, необходимость существенной доработки систем питания ДВС с заменой отдельных материалов, относительно которых метанол имеет повышенную коррозионную активность, увеличение более чем на 50% приведенных затрат на эксплуатацию метанольного двигателя.

Топлива прямого сжижения угля

Жидкие синтетические топлива получают из угля прямым сжижением методом гидрогенизации. Обработку угля проводят водородом под давлением при повышенной температуре в присутствия пастообразователя и катализаторов. Получаемая смесь жидких продуктов по своему составу близка к обычной нефти. Дальнейшая каталитическая переработка этой смеси позволяет получать бензин и дизельное топливо, которые по своим качествам отвечают действующим стандартам. Разработаны технологии, которые предусматривают 90...93%-ное преобразование угля с выходом 45...50% моторных топлив (соотношение бензин / дизельное топливо от 1:3 до 1:5) на органическую массу угля.

Для Украины, имеющей большие собственные запасы угля, его гидрогенизационная переработка является одним из наиболее перспективных направлений производства топлив не нефтяного происхождения. Существующие в настоящее время отдельные исследовательские установки не получают дальнейшего распространения через необходимость больших капитальных затрат на освоение производства и высокой себестоимости получаемых синтетических моторных топлив. Однако если вспомнить опыт Германии времен второй мировой войны, тоже не имевшей собственной нефти, этот вид топлива в Украине следует признать перспективным.

Водород

С экологической точки зрения водород является идеальным энергоносителем, так как при сгорании водородно-воздушной смеси единственным токсичным компонентом могут быть оксиды азота (не считая продуктов сгорания моторных масел). Основные положительные свойства водорода, как моторного топлива, состоят в низкой энергии воспламенения смеси, высокой скорости ее горения, широком диапазоне воспламеняемости по составу смеси (α = 0,15...10). Последнее разрешает реализовать качественное регулирование ДВС с внешним смесеобразованием.

Существуют разные способы получения водорода – путем паровой конверсии легких углеводородов, газификации угля, электролизом воды. Тем не менее, в пересчете на первично потребляемую энергию эффективность этих способов не превышает 30%. Транспортирование и хранение водорода осуществляется в сжатом или в сжиженном виде. В обоих случаях это сравнительно дорого и требует больших энергозатрат. Для сохранности водорода на борту автомобиля предлагается использовать металлогидраты. Однако энергоплотность гидратных систем питания ДВС относительно бензиновых на порядок ниже, поэтому их применение приводит к 50%-ному увеличению массы машины. Кроме проблем, связанных с хранением и транспортированием водорода, в сфере деятельности автотранспорта целиком отсутствует инфраструктура его получения, хранения и заправки машин.

В мировом автомобилестроении отмечается тенденция расширения разработок «водородного» двигателя, однако имеющиеся технические решения дают чрезмерно дорогую механическую энергию.

Растительные масла

Основными преимуществами этих видов моторного топлива есть его возобновляемость, возможность получения непосредственно в местах потребления. Моторные качества этих топлив пока уступают традиционным, но они с успехом используются в смеси с дизельным топливом и называются биодизельным топливом. Для получения достаточного количества растительного масла необходимо занимать большие площади с.-х. угодий, что ограничивает производство более ценной и необходимой продукции и продуктов питания. Несмотря на это, производители сельхозпродукции в последнее время проявляют серьезный интерес к этому виду топлива.

В настоящее время принята Украинская программа освоения производства «биодизеля» – смесевого топлива на основе метиловых эфиров, получаемых из рапсового масла, которое с успехом используется в странах западной Европы. В Украине широкому внедрению «биодизеля» препятствует низкая урожайность рапса. Возможно использование других масличных культур: подсолнечника, сои, горчицы, льна и т.д.

Газообразное топливо

К современным газовым моторным топливам обычно относят сжиженный нефтяной газ (СНГ), который представляет собою преимущественно смесь пропана и бутана, компримированный, или, иначе говоря, сжатый (КПГ) и сжиженный (СПГ) природный газ, который содержит до 99% метана. Производство СНГ непосредственно связано с ресурсами нефти, так как основным источником его получения служит переработка сопутствующего нефтяного газа и самой нефти. Незначительная часть в общем объеме производства СНГ обеспечивается за счет переработки природного газа.

КПГ и СПГ используется в качестве моторного топлива практически без какой бы то ни было химической переработки сырья. Перед применением газ, как правило, подвергается только осушению и очищению от механических примесей и агрессивных химических соединений. По таким энергетическим свойствам моторных топлив, как октановое число и массовая удельная теплота сгорания, газовые топлива превосходят, а по удельной теплоте сгорания стехиометрической смеси несколько уступают нефтяным бензинам. Последний фактор, а также большее количество воздуха, необходимое для полного сгорания единицы массы газового топлива, и меньшая его энергоплотность приводят к снижению эксплуатационных характеристик карбюраторных двигателей, которые переоборудуются для работы на газовом топливе. Так, мощность, удельный расход топлива, грузоподъемность газобаллонных автомобилей хуже, чем у их бензиновых аналогов. Вместе с тем возможность снижения эксплуатационных затрат на топливо, увеличение ресурса ДВС и свечей зажигания на 40%, срока службы моторного масла почти в 2 раза, а также лучшие экологические показатели, в целом обеспечивают положительный эффект от применения газовых моторных топлив на автомобильном транспорте.

Применение газовых топлив на бензиновых ДВС с незначительным увеличением их степени сжатия не позволяет реализовать все положительные физико-химические свойства этих топлив. В то же время высокая степень сжатия дизельных двигателей делает очень привлекательными использование в них высокооктановых газовых топлив. Рабочий процесс на чистом СНГ или природном газе с зажиганием от сжатия практически не может быть реализованным в современных дизелях. Основным препятствием здесь является высокая температура воспаления газовых топлив, которая значительно превышает аналогичный показатель дизельных топлив. Кроме этого, воспаление от сжатия газовых топлив, которые имеют низкое цетановое число, может приводить к недопустимо жесткой работе двигателя. Реализация газодизельного цикла позволяет эффективно использовать природный газ с одновременным повышением мощности базового двигателя и улучшением других его показателей (экологичности, приемистости и т.д.).

Наличие значительных запасов природного газа делают его наиболее перспективным моторным топливом на ближайшие 30-40 лет.

1.2. Природный газ в качестве моторного топлива

К основным преимуществам природного газа, как моторного топлива, относят высокую антидетонационную стойкость, меньшую токсичность отработанных газов, сравнительно невысокую стоимость, больший ресурс работы двигателя. Так, октановое число природного газа составляет 110 единиц, что позволяет использовать его при высоких степенях сжатия и достигать высокой экономичности двигателя. Выбросы окиси углерода (СО) газового двигателя меньшие в 3…4 раза в сравнении с двигателем на жидком топливе, окислов азота (NОx) – в 1,5…2 раза, углеводородов (СН) – в 1,2…1,4 раза, дымность отработанных газов газодизеля – в 2…3 раза меньше по сравнению с дизелем. Межремонтный пробег двигателя на газе больший в сравнении с двигателем на жидком топливе в 1,5 раза, срок службы картерного масла – в 1,5…2 раза. Стоимость природного газа меньше стоимости жидкого топлива в несколько раз.

К недостаткам использования газового моторного топлива относят большую массу и стоимость газобаллонной установки в сравнении с системой питания двигателя на жидком топливе, необходимость более высокой квалификации персонала для обслуживания газобаллонных установок высокого давления, пониженный коэффициент использования пробега газобаллонного автомобиля.

Экономическая эффективность применения природного газа в качестве моторного топлива в значительной мере зависит от наличия разветвленной сети газозаправочных станций, условий выполнения работ и в целом может быть даже отрицательной. Но даже в этом крайнем случае применение природного газа является одной из важнейших общегосударственных проблем, связанной с необходимостью сохранения топлив нефтяного происхождения.

В качестве моторного топлива используется природный газ согласно ТУ 51 166-83 "Газ горючий природный сжатый. Топливо для газобаллонных автомобилей". В соответствии с этими техническими условиями на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС) может отпускаться сжатый природный газ марок А и Б. Из-за разного количества примесей азота они отличаются плотностью и теплотой сгорания (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Основные показатели сжатого природного газа согласно ТУ 51 166-83

Давление газа в баллонах, не меньше МПа (кгс/см2) . . . . . . . . . . .

19,62 (200)

Температура газа, подаваемого на заправку, ˚С, не больше:

для умеренной и холодной климатических зон . . . . . . . . . .

+40

для жаркой климатической зоны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

+45

Компонентный состав, объемный, %: метана

в СПГ марка А  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . .

95±5

в СПГ марка Б  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

90±5

этана, не более . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

пропана, не более . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1,5

бутанов, не более . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

пентанов, не более . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

0,3

двуокиси кислорода, не более . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

кислорода, не более . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

азота, не более  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

в СПГ, марка А  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

0…4

в СПГ, марка Б  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4…7

Масса сероводорода, г/нм3, не более . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

0,02

Масса меркаптановой серы, г/нм3, не более . . . . . . . . . . . . . . . . . .

0,016

Масса механических примесей, г/нм3, не более . . . . . . . . . . . . . . .

0,001

Масса влаги серы, г/нм3, не более . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

0,009

Природный газ добывают преимущественно непосредственно из газовых буровых скважин, некоторое количество получают в процессе переработки нефти, фракционирования газового конденсата или сопутствующего нефтяного газа, перспективными являются новые технологии обогащения шахтного газа.

Основным компонентом природного газа является метан СН4 (82-98%) с небольшими примесями этана С2Н6 (до 6%), пропана С3Н8 (до 1,5%), и бутана С4Н10 (до 1%). В состав природного газа входит также азот, количество которого зависит от месторождения или способа получения газа.

Основными параметрами для оценки качества газового топлива являются: элементарный состав, октановое число, теплота сгорания, воспламеняемость, содержимое влаги и степень очистки от загрязняющих примесей. По энергетической ценности 1 м3 природного газа замещает приблизительно 1 л бензина или дизельного топлива.

Физико-химические свойства метана, как основной составляющей СПГ, приведены в таблице 1.2. Молекула метана в сравнении с другими углеводородами содержит максимальное количество атомов водорода на один атом углерода, что обуславливает высокую теплоту сгорания, широкие границы воспламеняемости газовоздушной смеси, низкое содержимое вредных компонентов в продуктах сгорания. Высокое содержимое водорода обеспечивает и более полное сгорание топлива в цилиндрах двигателя. Метан намного легче воздуха и при утечках он легко выветривается, имеет свойство накапливаться в верхних частях закрытых помещений. Газовоздушные смеси метана, близкие к стехиометрическому составу, допускают бездетонационную работу двигателя при степенях сжатия 9,6…10,5.

Одна из важнейших проблем применения природного газа в качестве моторного топлива связана с его осушением на АГНКС. Количество влаги в газе не должно превышать 9 мг/нм3 (точка росы при давлении 20 МПа равняется 30˚С). Несоблюдение этого условия приводит к нарушению работы газовых редукторов из-за образования льда в их каналах при дросселировании СПГ. Содержимое сероводорода в СПГ не должно превышать 0,1% по массе. Как видно из таблицы 1.2, теплофизические свойства газов марок А и Б отличаются мало.

Температура вспышки СПГ в 3 раза превышает температуру вспышки бензина, что затрудняет пуск карбюраторного двигателя на газе. Поэтому газовые двигатели с искровым зажиганием приходится оборудовать специальными, более дорогими системами зажигания повышенной мощности.

Таблица 1.2.

Физико-химические свойства метана

Молекулярная масса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16,14

Плотность при нормальных условиях, кг/м3 . . . . . . . . . . . . . . . . . .

0,717

Относительная плотность по воздуху  

марка А . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

0,586

марка Б . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

0,611

Стехиометрический коэффициент  м33. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9,52

Температура кипения, ˚С . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

–161,6

Температура вспышки, ˚С

марка А . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

624,7

марка Б . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

608,0

Теплота испарения, кДж/кг . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

514,1

Теплота сгорания низшая в газообразном состоянии, кДж/м3  

марка А . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

33802,6

марка Б . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

33657,4

в жидком состоянии , кДж/л . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30649,2

Объемная теплота сгорания горючей смеси при α = 1, кДж/м3 

3218,6

Пределы воспламенения в смеси с воздухом, %, (α):

верхний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14,0 (0,65)

нижний . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5,3 (1,88)

Октановое число по моторному методу:

марка А . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

103

марка Б . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

102,3

Коррозионная активность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . отсутствует 

Выделение тепла на единицу массы метана на 12% больше в сравнении с бензином, тем не менее, тепловыделение при сгорании стехиометрической газовоздушной рабочей смеси меньше, чем бензиновой, на 9,5% (3218,6 и 3553,0 кдж/м3, соответственно). Это приводит к снижению мощности бензинового двигателя при переводе (конвертировании) его на питание природным газом.


2. Рабочий процесс газодизеля

Конвертирование автотракторных дизелей в газодизели выполняется, как правило, без существенных изменений в конструкции двигателя и сводится к оснащению машины газобаллонной установкой и системой подачи газа во впускную систему дизеля. При этом штатная система питания конвертируемого дизеля должна обеспечивать подачу в камеру сгорания запальной дозы жидкого топлива. Газодизелям, созданным путем конвертирования серийных дизелей, присуща ценная эксплуатационная черта – двухтопливность, особенно важная в условиях недостаточного количества газозаправочных станций. Это означает, что при выработке газа из баллонов двигатель может нормально работать на одном дизельном топливе.

Стоимость топлива для газодизеля определяется стоимостью дизельного топлива и газа с учетом соотношения их расходов. Для уменьшения общей стоимости топлива стараются уменьшить величину запальной дозы жидкого топлива, которое существенно дороже эквивалентного количества газа. Уменьшение запальной дозы имеет определенные ограничения.

Первое ограничение определяется свойствами штатной топливной аппаратуры, которая при малых цикловых подачах не может обеспечить равномерного распределения топлива по цилиндрам в широком диапазоне частот вращения. Соответствующими регулировками топливного насоса можно достичь удовлетворительной равномерности запальной дозы при ее величине, равной 8...10% от значения на номинальном режиме. При этом равномерность распределения топлива по цилиндрам в номинальном режиме дизеля будет нарушена. Кроме того, уменьшение запальной дозы приводит к перегреву распылителей форсунок, охлаждение которых существенно зависит от количества прокачиваемого топлива.

Второе ограничение связано с особенностями рабочего процесса конвертируемых газодизелей, который имеет существенные отличия от процессов известных специальных газожидкостных двигателей. Эти отличия заключаются в следующем.

Жесткость работы конвертируемого газодизеля больше, чем базового дизеля. Это объясняется большим тепловыделением в факеле после воспламенения топлива, так как кроме горения жидкого топлива начинает гореть еще и газ. Увеличение подачи газа при увеличении нагрузки и постоянстве запальной дозы жидкого топлива приводит как к повышению максимального давления, так и скорости его нарастания (жесткости процесса).

На рис. 2.1 представлены индикаторные диаграммы рабочего процесса газожидкостного двигателя со степенью сжатия 12,5 при постоянной запальной дозе и регулировании мощности путем изменения расхода газа, что сопровождалось незначительным изменением коэффициента наполнения [3].

Рис. 2.1. Индикаторные диаграммы газожидкостного процесса при постоянной запальной дозе жидкого топлива, подаваемого с неизменным углом впрыска, и разных значениях подачи газа [3]

Как видно из диаграмм, увеличение подачи газа мало влияет на продолжительность периода быстрого горения (І), из-за чего при увеличении нагрузки и соответствующем обогащении газовоздушной смеси жесткость процесса существенно возрастает.

При незначительных нагрузках и малых подачах газа (кривые 1 и 2) обедненная газовоздушная смесь полностью не догорает. При переходе к средним нагрузкам продолжительность периода основного горения (ІІ) стабилизируется и при дальнейшем обогащении газовоздушной смеси изменяется мало (кривые 4...7). Горение газовоздушной смеси после зажигания факелом жидкого топлива происходит как у двигателя с искровым зажиганием. У двигателей с чрезмерно высокой степенью сжатия, которыми являются конвертируемые на газ автотракторные дизели, это создает условия для возникновения детонации.

В отличие от двигателя с внешним смесеобразованием и искровым зажиганием, у которого форма камеры сгорания приспособлена к распространению пламени по всему объему, конвертируемый газодизель имеет камеру сгорания, приспособленную к внутреннему смесеобразованию. В автотракторных дизелях реализованы разнообразные способы смесеобразования [11] с соответствующими формами камер сгорания (рис. 2.2). Это обстоятельство вызывает необходимость исследования допустимых границ обогащения газовоздушной смеси и установление рационального соотношения между жидким и газообразным топливом в зависимости от способа смесеобразования базового дизеля.

За счет меньшего результирующего коэффициента избытка воздуха мощность конвертируемого газодизеля на пределе дымления может быть большей, чем у базового дизеля. Если у дизеля через несовершенство процесса смесеобразование не удается полностью использовать воздушный заряд, то у газодизеля за счет более качественного внешнего смесеобразования можно достичь существенного обогащения топливно-воздушной смеси. Тем не менее, как подсказывает опыт, не следует превышать установленные заводом-производителем пределы максимальной мощности, прежде всего, через возрастание тепловой напряженности. Так, при мощности газодизеля, равной номинальному значению по базовому дизелю, наблюдается повышение максимальной температуры цикла и температуры отработавших газов на 80...100°. Конкретное значение максимальной мощности в режиме газодизеля имеет ряд ограничений, одно из которых определяется способом смесеобразования базового дизеля.

Рис. 2.2. Формы камер сгорания автотракторных дизелей [49]

Руководствуясь теоретическими предпосылками, нужно ожидать существенного увеличения жесткости работы при конвертировании дизелей с открытыми камерами сгорания (рис. 2а – 2д). У этих двигателей имеется существенный запас воздуха ( = 1,5…1,6), за счет чего можно достичь повышения мощности. Так как камера сгорания не имеет изолированных объемов, а температура заряда в зонах между головкой и поршнем достаточно низкая по причине интенсивного отвода тепла в стенки, конвертированный газодизель должен обладать устойчивостью к детонации. У двигателей с пленочным смесеобразованием (рис. 2г – 2д) при малых запальных дозах возможны нарушения своевременности воспламенения, так как основная подача жидкого топлива осуществляется в пристеночную область камеры сгорания.

Двигатели с камерами сгорания в поршне и объемно-пленоч-ным смесеобразованием (рис. 2е – 2з) имеют достаточный запас воздуха для достижения максимальной мощности в режиме газодизеля ( = 1,5…1,6), однако наличие организованного потока заряда в камере сгорания при обогащении газовоздушной смеси может повышать вероятность возникновения детонации. Особенно это относится к двигателям с наддувом.

Дизели с разделенными камерами (рис. 2и – 2н) должны иметь наибольшую склонность к детонации, а низкие значения избытка воздуха в дизельном режиме ( = 1,25…1,3) не позволят достичь сколько-нибудь заметного увеличения мощности в режиме газодизеля. Повышение температуры в газодизельном цикле ухудшает работу отдельных теплонапряженных частей камеры сгорания, что может вывести двигатель из строя.

Жесткость работы газодизеля удается уменьшить уменьшением угла опережения подачи топлива. При этом улучшается топливная экономичность при некотором увеличении максимального и среднего индикаторного давления. Если конвертируемый двигатель приходится эксплуатировать и как дизель, и как газодизель, то возникает задача оптимизации угла опережения подачи топлива. В этой задаче предпочтение следует отдавать установке угла опережения подачи топлива для режима «газодизель» в ущерб экономичности двигателя в режиме «дизель».

Приведенные рассуждения являются ориентировочными, требующими практического подтверждения. Конкретные показатели определяются совокупностью множества эксплуатационных факторов. Так, опытная эксплуатация системы питания, разработанной для двигателей городских автобусов [31] совместно фирмами TNO (Нидерланды) и TOTAL GAS (Франция), показала, что для обеспечения бездетонационной работы двигателя в газодизельном режиме возможна замена не более 25...30 % дизельного топлива на СНГ. Из других литературных источников можно заключить, что доля СНГ, замещающего дизельное топливо, может составлять не более 40 % [2]. В противном случае возникают детонация, неустойчивая работа и прочие явления, ухудшающие работу дизельного двигателя. При использовании природного газа, обладающего более высокой антидетонационной стойкостью, доля замещения дизтоплива может быть существенно увеличена.

В результате проведения стендовых испытаний полноразмерного дизельного двигателя RABA-M.A.N. D2156 MN 6U с пленочным смесеобразованием были получены сравнительные внешние скоростные характеристики при работе в дизельном и газодизельном режимах с использованием КПГ [2]. Показано, что при использовании схемы ГД-ИАМИ с запальной дозой дизельного топлива, равной 15% от номинальной подачи, изменение крутящего момента и эффективной мощности качественно совпадает для обоих режимов работы двигателя. Температура ОГ газодизеля во всем диапазоне частот вращения коленчатого вала больше примерно на 100°С, чем у дизеля. При реализации несколько большей мощности (Neгд = 1,1 N ) дымность ОГ ДВС в газодизельном режиме работы в 1.5...3 раза меньше дымности ОГ в дизельном режиме работы. При этом удельный расход дизельного топлива на нагрузках, близких к номинальной, снижается в 5 и более раз.

Индицирование двигателя показывает, что максимальное давление цикла Pz и скорость нарастания давления у газодизеля больше, чем у базового дизельного двигателя. В НПО «Казавтотранстехника» установлено [2], что повышение Pz определяется, в первую очередь, соотношением расходов газового и жидкого топлив и линейно зависит от этого соотношения. Экспериментальные исследования, проведенные на стенде с одноцилиндровым вихрекамерным дизелем 1Ч8,5/11, подтверждают этот результат, а также показывают, что при неизменной величине угла опережения впрыска жидкого нефтяного топлива в газодизельном режиме работы, происходит снижение эффективного КПД двигателя. Увеличение Pz ведет к росту максимальных температур цикла (Тz ), что является основной причиной повышенного содержания NOx в ОГ газодизеля. Вместе с этим исследования показывают, что перевод с дизельного в газодизельный режим работы и последовательное увеличение доли газового топлива в общем энергетическом балансе двигателя, несмотря на рост абсолютных значений Tz, не оказывает отрицательного влияния на его общее тепловое состояние.


3. Газобаллонная аппаратура

По конструкции системы питания газобаллонные машины подразделяются на три группы:

двухтопливные – с универсальной системой питания, включающей две независимые системы питания на газе и жидком топливе;

однотопливные – с полноценной газовой системой питания;

газожидкостные или газодизельные – созданные на базе дизельного двигателя с системой питания, у которой часть жидкого моторного топлива используется в качестве запальной дозы для воспламенения газовоздушной смеси, сжатой в камере сгорания.

В этих системах используются как унифицированные, так и оригинальные узлы и детали.

3.1. Газобаллонные установки

Газобаллонной установкой (ГБУ) называют комплект оборудования, устанавливаемого на машине для работы двигателя на газовом топливе и служащего для хранения необходимого запаса газового моторного топлива, подготовки и подачи его в цилиндры двигателя. Различают ГБУ для сжатых и сжиженных газов.

3.1.1. Установки для сжиженного нефтяного газа

В газобаллонных установках СНГ, которые применяются преимущественно на двигателях с искровым зажиганием (рис. 3.1), топливо находится в баллонах одновременно в двух агрегатных состояниях – в жидкой и паровой фазах. Установка содержит баллон 8 для хранения СНГ, испаритель 1, двухступенчатый газовый редуктор 11 и газовый смеситель 12. Баллон снабжен двумя вентилями 7 и 9. Вентиль 7 предназначен для отбора паровой фазы, всегда имеющейся над зеркалом жидкости в баллоне, а вентиль 9 – для отбора жидкой фазы.

Испаритель газа 1 сообщен с двухступенчатым газовым редуктором 11 и с баллоном газопроводом высокого давления 5 с магистральным вентилем 6. Испаритель подключен к системе охлаждения двигателя. В испарителях в качестве источника тепла, как правило, используют жидкость из системы охлаждения. Конструктивно испарители выполняют как в виде отдельного самостоятельного элемента, так и встроенного в газовый редуктор.

Рис. 3.1. Схема однотопливной системы питания СНГ

автомобиля ЗИЛ-431810:

1 – испаритель; 2 – магистральный фильтр; 3 – манометр низкого давления; 4– указатель уровня СНГ; 5 – газопровод высокого давления; 6 – магистральный вентиль; 7 и 9 – вентили баллона, 8 – газовый баллон; 10 – электрический провод; 11 – газовый редуктор низкого давления; 12 – смеситель; 13 – проставка под смеситель; 14 – карбюратор с пламегасителем; 15 – двигатель; 16 – бензобак; 17 – краник; 18 – бензопровод; 19 – топливный фильтр; 20 – бензонасос.

Газовый редуктор 11 объединен с дозирующим экономайзерным устройством и сообщен при помощи трубки с газовым смесителем. На щитке приборов в кабине водителя размещены указатель 4 уровня жидкой фазы газа в баллоне и указатель 3 давления газа в 1-й ступени редуктора.

Бензиновая резервная система питания содержит бензиновый бак 16, бензопровод 18, топливный фильтр 19, карбюратор 14 с пламегасителем, выполненным в виде металлической сетки. Однокамерный беспоплавковый карбюратор горизонтального типа сообщен с основной системой при помощи проставки 13, размещенной между газовым смесителем 12 и впускным трубопроводом.

3.1.2. Установки для сжатого природного газа

Газобаллонные автомобили, оборудованные двигателями с искровым зажиганием, при использовании СПГ в зависимости от способа питания подразделяются на универсальные (газобензиновые) и специализированные (газовые). На универсальных газобаллонных автомобилях устанавливают двигатели, содержащие две автономные равноценные системы питания – бензиновую и газовую. Газобаллонная установка при использовании СПГ содержит от четырех до двенадцати баллонов.

Для городских автобусов, работающих на закрепленных конкретных маршрутах с дозаправкой их от газопроводов, применяются газобаллонные установки низкого или среднего давления (до 1,2 и до 5,0 МПа, соответственно). Эти установки имеют весьма ограниченное применение. Схема системы питания СПГ приведена на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Схема системы питания СПГ двигателя с искровым зажиганием:

1 – бензиновый насос; 2– фильтр тонкой очистки бензина с электромагнитным клапаном; 3 – карбюратор-смеситель; 4 – впускная труба; 5 – шланг подачи газа в карбюратор-смеситель; 6 – бензиновый фильтр грубой очистки; 7 – трубка от баллона к редуктору высокого давления; 8 – расходный вентиль; 9 – наполнительный вентиль; 10 – манометр высокого давления; 11 – соединительная трубка баллонов; 12 – соединительная трубка секций; 13 – задняя секция баллонов; 14 – передняя секция баллонов; 15 – бензиновый бак; 16 – фильтр газа с электромагнитным клапаном; 17 – редуктор высокого давления; 18 – трубка от фильтра к редуктору низкого давлении; 19 – манометр низкого давления; 20 – редуктор низкого давления; 21 – вакуумная трубка; 22 – трубка холостого хода; 23 – двигатель.

При использовании СПГ запорно-предохранительная арматура размещена с правой стороны по ходу движения газобаллонного автомобиля, а подогрев корпуса редуктора осуществляется жидкостью из системы охлаждения двигателя.

Сжатый природный газ содержится в баллонах, устанавливаемых на платформе автомобиля. Газовые баллоны соединены между собой при помощи трубопроводов высокого давления. Баллоны могут быть объединены в отдельные секции. В этом случае каждая секция баллонов имеет запорный вентиль. Вентили соединены при помощи трубопроводов с распределительной крестовиной, на которой размещены наполнительный и расходный вентили.

3.1.3. Установки для газодизелей

Газодизельные автомобили оборудованы газовой и дизельной системами питания. Система питания обеспечивает возможность работы дизеля как на смеси дизельного топлива и природного газа, так и на одном дизельном топливе.

Газовая топливная система питания (рис. 3.3) состоит из необходимого количества баллонов высокого давления, соединенных между собой толстостенными стальными бесшовными трубками. Для повышения безопасности баллоны разделены секции. Каждая секция имеет свой расходный вентиль (11 и 14). Заполнение баллонов газом производится через наполнительный вентиль 13. Рабочее давление в баллонах 20 МПа, объем одного баллона 50 л, объем заправленного газа, приведенного к нормальным условиям, в среднем принимается (для каждого баллона) 10 м3.

Сжатый газ из баллонов через магистральный вентиль 12 поступает в подогреватель 10, где нагревается за счет тепла охлаждающей жидкости двигателя. Подогреватель выполнен в виде отдельного узла, расположенного на правом лонжероне рамы перед редуктором высокого давления. Из подогревателя газ поступает в редуктор высокого давления 7, где редуцируется до давления 0,95 – 1,1 МПа. Далее газ через электромагнитный клапан с фильтром 6 поступает в двухступенчатый редуктор низкого давления 17 и затем через дозатор газа 5 в смеситель 20. Образовавшаяся в смесителе газовоздушная смесь поступает в цилиндры двигателя, сжимается поршнем и в конце такта сжатия в нее через серийную форсунку впрыскивается запальная доза дизельного топлива. В системе предусмотрен датчик блокировки 21, исключающий одновременную подачу газа и полной дозы дизельного топлива.

Рис. 3.3. Схема газовой системы питания газодизельного автомобиля:

1 – индуктивный датчик частоты вращения; 2 – двигатель; 3 – топливный насос высокого давления; 4 – механизм установки запальной дозы топлива; 5 – дозатор газа; 6 – электромагнитный клапан с фильтром; 7 – редуктор высокого давления; 8 – предохранительный клапан; 9 – сигнализатор аварийной выработки газа; 10 – подогреватель газа; 11 и 14 – расходные вентили; 12 – магистральный вентиль; 13 – наполнительный вентиль; 15 – манометр; 16 –датчик давления; 17 – двухступенчатый редуктор низкого давления; 18 – баллоны; 19 – трехходовой электромагнитный клапан; 20 – смеситель; 21 – датчик блокировки; 22 – подвижный упор; 23 – зубчатый венец; 24 – акселератор.

3.1.4. Установки для сжиженного природного газа

Особенностью автомобильной установки для работы на сжиженном природном газе является наличие теплоизолированного криогенного сосуда для хранения природного газа в жидком виде при температуре –161,4С° и максимальном давлении 0,3 МПа (рис. 3.4).

Газовый криогенный баллон крепится на правом лонжероне рамы автомобиля. Контрольная, запорная, дренажная, заправочная и предохранительная арматура размещена на заднем днище баллона и закрыта кожухом.

Заправочная горловина 4 с фильтром и обратным клапаном 5, а также дренажная горловина 13 линии сброса газа в линию утилизации рассчитаны на подключение стандартных криогенных рукавов газозаправщика через специальный штуцер. Уровень 90 % заполнения баллона контролируется визуально. Давление в баллоне контролируется с помощью манометра 6, расположенного на баллоне.

Рис. 3.4. Принципиальная схема топливной системы при использовании сжиженного природного газа:

1 – дренажный клапан; 2 – криогенный бак; 3 и 8 – электромагнитные клапаны; 4 – заправочная горловина с фильтром; 5 – обратный клапан; 6 – манометр; 7 и 23 – датчики давления; 9 – дренажный вентиль; 10 – предохранительный клапан; 11 – предохранительная мембрана; 12 – пламегасители; 13 – штуцер сброса газа в линию утилизации; 14 и 26 – штуцеры; 15, 25 и 28 – испарители; 16 – свеча сброса газа; 17 – двигатель; 18 – бензиновый бак; 19 – топливный насос; 20 – электромагнитный бензиновый клапан-фильтр; 21 – карбюратор-смеситель; 22 – редуктор; 24 – водяной подогреватель; 27. – магистральный вентиль.

Перед пуском двигателя при недостаточном давлении его необходимо поднять до 0,15…0,18 МПа одновременным открытием электромагнитных клапанов 3 и 8 кнопкой «Наддув». При этом жидкий метан под давлением поступает в испаритель 28, где испаряется и далее поступает через клапан 8 в паровую подушку баллона, повышая в нем давление.

Датчик 7 давления соединен с электронным блоком. При давлении, меньшем 0,15 МПа, электронный блок включает клапан 3 жидкой фазы, а при давлении, большем 0,18 МПа, – клапан 8 паровой фазы. Отбор газа (жидкой или паровой фазы) в системе питания автомобиля осуществляется через магистральный вентиль 27 и штуцер 26. После испарения и нагревания в трубчатом испарителе 25 газ по трубопроводу и гибкому шлангу поступает в подогреватель жидкостного типа 24, размещенный на двигателе. Из подогревателя газ направляется в двухступенчатый редуктор низкого давления. Из второй ступени редуктора газ поступает в экономайзер, который подает необходимое количество газа в переходник-смеситель карбюратора 21. В карбюраторе-смесителе газ смешивается с воздухом, поступающим из воздушного фильтра. Образовавшаяся газовоздушная смесь через диффузоры и смесительные камеры карбюратора-смесителя направляется во впускной трубопровод и распределяется по цилиндрам двигателя.

3.2. Газовые редукторы

Неотъемлемым элементом любой системы питания газом является газовый редуктор – автоматический регулятор давления или расхода газа. Для газобаллонных установок питания автотракторных ДВС разработано и выпускается большое количество газовых редукторов. Рассмотрим некоторые наиболее распространенные из них, предварительно познакомившись с принципом их работы.

3.2.1. Принцип действия [57]

Автоматические регуляторы давления, управляемые только энергией подводимого к ним рабочего тела, снижающие давление поступающего газа до заданного значения, называют редукторами давления газа. Редукторы давления газа автоматически поддерживают заданное давление на выходе редуктора при изменении входного давления, расхода и температуры газа. Входное давление редуктора обычно существенно превышает выходное и меняется в широких пределах. Давление после редуктора Рр (выходное или редуцированное) является регулируемым параметром, а сам редуктор – автоматическим регулятором давления, у которого и давление на входе Рв, и температура Т, и расход газа m являются входными параметрами.

В редукторе любой конструкции сущность процесса регулирования одна и та же: регулирующим органом создается регулируемая щель, при прохождении через которую давление газа падает – газ дросселируется.

В простейшем редукторе (рис. 3.5а) сжатый газ дросселируется в щели между затвором 1 и неподвижным седлом 2. Далее газ попадает в камеру низкого давления Н и через выходной патрубок направляется к потребителю. Значение выходного давления Pр регулируется винтом 5, который изменяет усилие регулировочной пружины 4.

Рис. 3.5. Принципиальные схемы редукторов давления: а – неуравновешенного типа; б - уравновешенного типа:

1 – затвор; 2 – седло; 3 – чувствительный элемент (мембрана, сильфон); 4 – регулировочная пружина; 5 – регулировочный винт; 6 – шток; 7 – вспомогательная пружина; 8 – сильфон.

Газ в камере Н воздействует на мембрану 3. Если усилие от давления в камере Н превысит силу пружины 4, то мембрана 3 прогнется в сторону пружины и затвор 1 под действием давления на входе и силы вспомогательной пружины 7 приблизится к седлу; площадь дросселирующей щели уменьшится, и давление в камере Н снизится до заданного. При уменьшении выходного давления ниже обусловленного регулировкой пружины 4, мембрана переместится в другую сторону и толкатель 6 приподнимет затвор 1, увеличивая площадь дросселирующей щели.

Таким образом, в редукторе давления газа (регуляторе давления прямого действия) чувствительный элемент – мембрана 3 связан с регулирующим органом – затвором 1 через исполнительный механизм – толкатель 6. Иногда исполнительный механизм, осуществляющий связь чувствительного элемента с регулирующим органом, представляет довольно сложное механическое или гидравлическое устройство. Значение регулируемого параметра – выходного давления редуктора, определяется усилием задающего устройства – пружины 4.

Определим функции основных элементов редуктора давления как частного случая регулятора:

1. Чувствительный элемент любого регулятора – устройство, реагирующее на отклонение регулируемого параметра от заданного значения и передающее возникающее вследствие этого отклонения воздействие (механическое перемещение, изменение напряжения, и т. д.) на усилительное устройство, а при его отсутствии – на исполнительный механизм.

На чувствительный элемент редуктора воздействует давление газа после дросселирующей щели. При изменении выходного давления чувствительный элемент перемещается, вследствие чего происходит соответствующее изменение площади дросселирующей щели. В качестве чувствительного элемента редуктора давления используют эластичные резиновые мембраны, металлические гофрированные мембраны, сильфоны, поршни с уплотнительными манжетами или кольцами. Поэтому иногда употребляют названия: «мембранный редуктор», «манжетный редуктор», «сильфонный редуктор» и т. п.

2. Исполнительный механизм любого регулятора – устройство для перестановки регулирующего органа. Он воспринимает воздействие от усилительного устройства или, в случае его отсутствия, от чувствительного элемента и передает его на регулирующий орган.

В качестве дополнительного механизма применяют механические, гидравлические, электрические и тому подобные устройства. В редукторах давления газа исполнительный механизм передает на регулирующий орган перемещение, соответствующее перемещению чувствительного элемента. Отношение перемещения регулирующего органа ∆hx к перемещению чувствительного элемента ∆hч.э называют коэффициентом усиления или коэффициентом передачи исполнительного механизма у = ∆hx/∆hч.э.

В общем случае коэффициент усиления (коэффициент передачи) – отношение изменения выходной величины относительно изменения входной.

При непосредственной связи чувствительного элемента с регулирующим органом, что в редукторах давления встречается наиболее часто, αу = 1. В этом случае исполнительный механизм представляет собой простой толкатель. При αу  1 в редукторах давления применяются механические и гидравлические исполнительные механизмы. Такие исполнительные механизмы в подавляющем большинстве случаев уменьшают перемещение регулирующего органа относительно перемещения чувствительного элемента (αу < 1), в результате чего усилие, действующее на регулирующий орган, увеличивается по сравнению с усилием, возникающим на чувствительном элементе. Быстродействие редукторов с αу < 1 ниже, чем имеющих αу = 1.  

3. Регулирующий орган любого регулятора – устройство, осуществляющее изменение подачи рабочего тела или энергии к объекту регулирования. Изменение положения регулирующего органа вызывает соответствующее изменение регулируемого параметра.

При изменении положения регулирующего органа редуктора меняется площадь дросселирующей щели, вследствие чего оказывается воздействие на выходное давление и температуру газа. В качестве регулирующего органа в редукторах применяются различные системы «затвор – седло», «гильза – золотник». Совокупность исполнительного механизма и регулирующего органа называется исполнительным устройством.

4. Задающее устройство служит для введения в регулятор заданного значения регулируемого параметра. Редуктор давления задающим устройством регулируют для получения требуемого значения выходного давления. Задающим устройством в редукторах чаще всего служит регулировочная пружина.

Некоторые конструкции редукторов содержат, кроме перечисленных элементов:

- систему для подогрева сжатого или испарения сжиженного газа;

- фильтр, служащий для тонкой очистки газа перед поступлением его в редуктор; иногда для защиты редуктора от посторонних частиц фильтры ставят также на все выходные штуцеры редуктора;

- предохранительный клапан, ограничивающий рост давления за редуктором; этот рост давления может возникнуть при неправильной эксплуатации или неисправности редуктора;

- расходное устройство (жиклер или система жиклеров), создающее небольшую утечку газа. Расходное устройство устанавливают только на редукторах специального назначения.

3.2.2. Классификация редукторов [57]

Редукторы давления можно классифицировать следующим образом:

- по уравновешенности: на редукторы уравновешенного типа и неуравновешенного;

- по направлению движения регулирующего органа: на редукторы прямого и обратного хода;

- по виду задающего устройства: на пружинные, пневмоуправляемые и грузовые;

- по числу последовательных ступеней дросселирования: на одноступенчатые и двухступенчатые;

- по конструкции чувствительного элемента: на мембранные, сильфонные и поршневые;

- по конструкции исполнительного механизма: на редукторы с коэффициентом передачи исполнительного механизма αу = 1 (с непосредственной связью регулирующего органа с чувствительным элементом) и на редукторы с αу  1.

Редукторы уравновешенного типа – это редукторы, у которых изменение входного давления газа в принципе не создает непосредственного изменения сил, действующих на регулирующий орган. Равнодействующая от давления газа на входе равна нулю.

В редукторе уравновешенного типа (рис. 3.5б) уравновешивание достигается благодаря тому, что средний диаметр сильфона 4 равен диаметру седла 6. Вследствие возникновения аэродинамических сил при обтекании регулирующего органа потоком газа, а также из-за наличия допусков на изготовление деталей полное уравновешивание от входного давления никогда не обеспечивается. Кроме того, и теоретически снижение давления на входе, приводящее к перемещению регулирующего органа 5 для увеличения дросселирующей щели, ведет к изменению усилия задающего устройства – регулировочной пружины 2, к изменению упругости сильфонов 1 и 4 и вспомогательной пружины 3. Это обусловливает изменение выходного давления – статизм регулятора.

В большинстве конструкций редукторов, уравновешенных по входному давлению, стремятся к уравновешиванию регулирующего органа и по выходному давлению. В редукторе, представленном на рис. 3.5б, это достигается тем, что давление газа после дросселирующей щели, воздействующее на чувствительный элемент – сильфон 1, благодаря наличию полого штока 7 действует и внутри сильфона 4. Таким образом, в первом приближении, силы от входного и выходного давления, действующие на регулирующий орган 5, уравновешены.

В редукторах неуравновешенного типа (рис. 3.6) изменение давления газа на входе непосредственно вызывает соответствующее изменение сил, действующих на регулирующий орган (равнодействующая от входного давления газа не равна нулю).

Редукторами обратного хода называют редукторы, у которых перемещение регулирующего органа 1 для увеличения дросселирующей щели происходит в направлении, обратном направлению потока газа. На рис. 3.6а дана схема манжетного редуктора обратного хода. Он отличается от редуктора, приведенного на рис. 3.5а, только конструкцией чувствительного элемента: им служит поршень 3, уплотняемый манжетой 4.

У редуктора прямого хода (см. рис. 3.6б) перемещение регулирующего органа 1 для увеличения дросселирующей щели происходит по направлению потока газа.

Рис. 3.6. Схемы редукторов неуравновешенного типа:

а – редуктор обратного хода; б – редуктор прямого хода; в – пневмоуправляемый редуктор; г – редуктор с комбинированным управлением

Пружинными называются редукторы, у которых задающее усилие на чувствительный элемент создается пружиной 2 (рис. 3.6.а,б). Регулировка выходного давления такого редуктора осуществляется регулировочным винтом, поджимающим пружину.

Чувствительным элементом у редукторов, приведенных на рис. 3.6б,в, является мембрана. Это – мембранные редукторы, как и редуктор, показанный на рис. 3.6г.

Пневмоуправляемыми называются редукторы, у которых задающее усилие, действующее на чувствительный элемент, создается командным давлением рком управляющего газа (см. рис. 3.6в). Регулируется выходное давление изменением значения рком. Задающим устройством для таких редукторов обычно служит другой малогабаритный командный редуктор.

Встречаются редукторы с комбинированным управлением, у которых на чувствительный элемент воздействует как командное давление, так и регулировочная пружина 2 (см. рис. 3.6г.). В редукторах с комбинированным управлением усилие пружины, необходимое для обеспечения заданного выходного давления, уменьшается благодаря воздействию управляющего давления газа.

Иногда пневмоуправляемый редуктор конструктивно объединен в едином агрегате с командным редуктором; входное давление от общего источника подводится к пневмоуправляемому и командному редукторам (рис. 3.7). Такие редукторы часто называют агрегатными.

На схеме, приведенной на рис. 3.7а, чувствительным элементом пневмоуправляемого редуктора обратного хода служит поршень 1, уплотняемый кольцом в цилиндре 2.

Рис. 3.7. Схемы агрегатного (а) и грузового (б) редукторов:

1 – поршень; 2 – цилиндр; 3 – мембрана; 4 – груз.

Для полноты изложения можно упомянуть о грузовых редукторах (рис. 3.7б), в которых задающим устройством является груз 4, воздействующий на чувствительный элемент 3. Выходное давление редуктора определяется массой груза. Подобные редукторы имеют большие габаритные размеры и массу, могут обеспечить лишь низкое выходное давление, поэтому используются как образцовые, работающие в стационарных условиях.

Одноступенчатыми редукторами называются редукторы, в которых снижение давления происходит в одной ступени дросселирования. Все редукторы, схемы которых приведены на рис. 3.5...3.7, одноступенчатые.

Двухступенчатыми редукторами (рис. 3.8) называются редукторы, в которых снижение давления происходит последовательно в двух ступенях дросселирования. В первой ступени I входное давление снижается до промежуточного значения РрІ, а затем, во второй ступени II это давление снижается до заданного значения РрІІ. Обе ступени редуктора можно компоновать как в одном, общем, корпусе, так и в разных корпусах, соединяемых трубопроводом. В некоторых конструкциях двухступенчатых редукторов предусмотрено использование газа и после первой ступени.

Рис. 3.8. Схемы двухступенчатого редуктора (а) и редукторов с коэффициентом усиления αу < 1 (б) – с рычажным и (в) – с гидравлическим исполнительным механизмом:

1 – регулирующий орган; 2 – ось рычага; 3 – рычаг; 4 – чувствительный элемент, 5 – канал; 6 – поршень; 7 – жиклер; 8 – плунжер.

У всех редукторов, схемы которых приведены ранее, связь регулирующего органа с чувствительным элементом непосредственная. При этом виде связи перемещение чувствительного элемента равно перемещению регулирующего органа. Исполнительным механизмом служит шток (толкатель). В более сложных механических (рычажных, винтовых, зубчатых, клиновых) или гидравлических исполнительных механизмах перемещение чувствительного элемента вызывает соответствующее (но не равное) перемещение регулирующего органа

У редуктора с рычажным исполнительным механизмом (рис. 3.8б) соотношение перемещений чувствительного элемента – мембраны 4 и регулирующего органа 1 определяется отношением длин плеч рычага 3, поворачивающегося относительно неподвижной оси 2.

При гидравлических исполнительных механизмах усилие от чувствительного элемента к .регулирующему органу передается жидкостью. В редукторе, схема которого приведена на рис. 3.8в, соотношение перемещения чувствительного элемента – мембраны 4 и регулирующего органа 1 определяется отношением площадей поршней 6 и 8. Жиклер 7 повышает устойчивость процесса регулирования. Выходное давление к чувствительному элементу подводится по каналу 5.

При исполнительных механизмах с αу < 1 перемещение регулирующего органа меньше перемещения чувствительного элемента. Следовательно, у редуктора с таким исполнительным механизмом для перемещения регулирующего органа требуется меньшее усилие на чувствительном элементе, чем у аналогичного редуктора с αу = 1. Таким образом, при исполнительных механизмах с αу < 1 чувствительность редуктора – его способность реагировать на отклонение выходного давления от заданного значения – выше, чем при исполнительных механизмах с αу = 1.

В газобаллонных системах питания двигателей применяются редукторы с числом ступеней редуцирования одно-, двух- и трехступенчатые, с избыточным давлением и разрежением на выходе, с открытием клапанов по ходу (прямой ход) и против направления движения газа (обратный ход).

3.2.3. Требования к газовым редукторам

При создании новой или использовании существующей конструкции редуктора необходимо обеспечить его соответствие целому ряду требований (параметров). К таким параметрам прежде всего относятся:

- значение выходного (редуцированного) давления Рр;

- расход газа – объемный V (л/с) или массовый т (кг/с) при заданном значении выходного давления;

- начальное (максимальное) значение давления на входе в редуктор Рвmах;

- конечное (минимальное) значение давления на входе в редуктор Рвmin или диапазон снижения входного давления ∆Рв = Рвmах – Рвmin;

- допустимое изменение выходного давления ∆Рр, или допустимые отклонения выходного давления от начального значения в сторону возрастания (+δ1Рр) и в сторону снижения (–δ2Рр): ∆Рр = Ррmах – Ррmin = |δ1Рр| + |δ2Рр|;

- разность между минимальным значением входного давления Рвmin и заданным значением выходного давления Рвmin – Рр или их отношение Рвminр.

Все перечисленные выше параметры взаимосвязаны: изменение одного параметра у конкретного редуктора неизбежно вызывает изменение других параметров.

Специальные газовые редукторы для систем питания двигателей внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием должны удовлетворять следующим требованиям:

- автоматически снижать и поддерживать на выходе из системы постоянное давление, близкое к атмосферному, независимо от расхода газа;

- обеспечивать при холостом ходе двигателя небольшое избыточное давление от 20 до 100 Па;

- обеспечивать надежные пусковые качества и устойчивый переход двигателя с одного режима работы на другой;

- автоматически прекращать подачу газа при остановке двигателя;

- обладать компактностью, простотой устройства и обслуживания.

Газовые редукторы газобаллонных машин могут иметь встроенный испаритель или подогреватель газа. В качестве источника тепла, как правило, используется жидкость из системы охлаждения двигателя. Если газовый редуктор не имеет упомянутых узлов, то перед ним устанавливается автономный испаритель или подогреватель. Для автоматического отключения подачи газа при остановке двигателя и обеспечения его надежного пуска в газовых редукторах предусмотрено разгрузочное устройство. В некоторых конструкциях оно отсутствует. В этом случае на входе в редуктор устанавливают электромагнитный запорный клапан с электронным блоком управления, отключающий газовую магистраль при выключенном зажигании.

На газобаллонных автомобилях, работающих на СПГ, в целях унификации газового оборудования применяют одноступенчатый редуктор высокого давления, работающий в комплексе с двухступенчатым унифицированным редуктором низкого давления.

Требования к газовым редукторам для системы питания газодизелей не сформулированы, так как отсутствует общепринятая схема питания. Разными конструкторами используются редукторы, разработанные для двигателей с внешним смесеобразованием и искровым зажиганием. Это является существенным недостатком большинства конструкций. Рассмотрим некоторые наиболее распространенные схемы серийно выпускаемых газовых редукторов.

3.2.4. Одноступенчатый газовый редуктор высокого давления

Газовый редуктор высокого давления мод. БМО-80-1 (рис. 3.9) предназначен для автоматического поддерживания давления на выходе из него в пределах 0,8…0,12 МПа и совместной работы с двухступенчатым редуктором низкого давления. Редуктор обеспечивает понижение давления вследствие расширения газа при прохождении его через зазор между седлом 11 и клапаном 16 из камеры 12 высокого давления. Усилие нажимной пружины 5 передается через мембрану 7 и толкатель 27 на клапан 16. При перемещении клапана 16 образуется зазор между ним и седлом, через который газ попадает в камеру 8.

Рис. 3.9. Редуктор высокого давления БМО-80-1:

1 – регулировочный винт; 2 – гайка; 3 – крышка редуктора; 4 – опорная шайба; 5 – пружина; 6 – шайба нажимного диска; 7 – мембрана; 8 – рабочая камера; 9, 10 – канал низкого давления; 11 – седло клапана; 12 – камера высокого давления; 13 – корпус редуктора; 14 – полость; 15 – пружина; 16 – клапан; 17, 23 – керамические фильтры; 18 – втулка; 19 – прокладка; 20 – фильтр; 21 – нажимная гайка; 22 – штуцер полости высокого давления; 24 – канал; 25 – уплотнитель клапана; 26 – направляющая толкателя; 27 – толкатель; 28 – соединительный канал

Техническая характеристика одноступенчатого газового редуктора высокого давления БМО-80-1

Давление газа на входе, МПа: наибольшее

20,0

наименьшее

1,20

Рабочее давление, МПа: наибольшее

1,20

наименьшее

0,80

Пропускная способность при давлении на входе 1,2 МПа и рабочем давлении 0,8 МПа, м3/час не менее

80,0

Неравномерность рабочего давления, МПа

0,13

Давление срабатывания предохранительного клапана, МПа

1,7…0,05

Материал уплотнения клапана редуктора

дифлон марки 3

Диаметр седла клапана, мм

4,6

Габаритные размеры, мм

120х108х152

Масса, кг

1,7

Если давление газа в баллоне ниже 0,8 МПа, то пружина отжимает клапан 16 толкателем в открытое положение и редуцирование газа прекращается. В новых конструкциях газобаллонных автомобилей вместо регулировочного винта 1 размещен штуцер для аварийного отвода газа при разрыве мембраны 7. Газ из штуцера и от предохранительного клапана отводится за пределы подкапотного пространства по отдельным трубопроводам.

3.2.5. Двухступенчатый газовый редуктор низкого давления РЗАА

Унифицированный редуктор низкого давления РЗАА-4404010 (рис. 3.10), диафрагменного типа с рычажным приводом от диафрагмы к регулирующим клапанам прямого действия, объединяет в одном агрегате фильтр, первую и вторую ступени редуцирования, разгрузочное и дозирующе-экономайзерное устройства.

Редуктор предназначен для понижения давления газа до близкого к атмосферному и подачи необходимого количества газа на различных режимах в двигатель с внешним смесеобразованием и искровым зажиганием. Выпускается Рязанским заводом автомобильной аппаратуры с 1974 г.

Рис. 3.10. Газовый редуктор низкого давления РЗАА:

1 – крышка корпуса редуктора; 2, 4, 6, 28 – прокладки; 3 – корпус разгрузочного устройства; 5 – крышка корпуса разгрузочного устройства; 7 – корпус редуктора; 8 – рычаг клапана второй ступени; 9, 32 – оси рычагов; 10, 37, 49, 60 – контргайки; 11 – толкатель клапана второй ступени; 12 – регулировочный винт клапана второй ступени; 13 – опорная пластина; 14 – расходомерная шайба мощностной регулировки количества газа; 15 – расходомерная шайба экономической регулировки количества газа; 16 – канал подвода газа к клапану экономайзера; 17 – клапан экономайзера; 18 – толкатель клапана экономайзера; 19 – пружина клапана экономайзера; 20 – замочная шайба; 21 – мембрана экономайзера; 22 – диск мембраны экономайзера; 23 – крышка корпуса экономайзера; 24 – пружина мембраны экономайзера; 25 – вакуумная полость экономайзера; 26 – корпус экономайзера; 27 – полость экономайзера; 29 – пластина для установки расходомерных шайб; 30 – клапан второй ступени; 31 – седло клапана второй ступени; 33 – рычаг клапана первой ступени; 34 – пружина мембраны первой ступени; 35 – регулировочная гайка пружины мембраны первой ступени; 36 – датчик манометра низкого давления; 38 – шток мембраны первой ступени; 39 – верхняя крышка корпуса редуктора; 40 – диск мембраны первой ступени; 41 – соединительная тяга; 42 – мембрана первой ступени; 43 – регулировочный винт клапана первой ступени; 44 – клапан первой ступени; 45 – седло клапана первой ступени; 46 – корпус газового фильтра; 47 – фильтрующий элемент, 48 – пробка; 50 – полость первой ступени; 51 – полость разгрузочного устройства; 52 – полость второй ступени; 53 – разгрузочная мембрана; 54 – диск разгрузочной мембраны с пружиной; 55 – мембрана второй ступени; 56 – упор разгрузочной мембраны; 57 – диск мембраны второй ступени; 58 – шток мембраны второй ступени; 59 – регулировочный ниппель пружины мембраны второй ступени; 61 – стержень штока; 62 – пружина мембраны второй ступени; 63 – опорная шайба; 64 – колпачок; 65 – кран для слива конденсата; 66 – фланец.

Техническая характеристика двухступенчатого газового редуктора РЗАА

Давление газа на входе, МПа: наибольшее

1,6

наименьшее

0,07

Рабочее давление первой ступени, МПа

0,12…0,22

второй ступени, Па

20…150

Ход клапана 1-й ступени, мм

2…4

Ход штока диафрагмы 2-й ступени, мм

5…7

Разрежение в вакуумной полости разгрузочного устройства, при котором открывается клапан 2-й ступени, кПа

0,7…0,8

Разрежение в вакуумной полости дозирующе-экономайзерного устройства, при котором открывается клапан экономайзера, кПа

6,0…8,0

Диаметр отверстий седел клапанов, мм

8,5

При открытом магистральном вентиле газ поступает в редуктор, который уменьшает его давление, автоматически изменяет количество газа, поступающего к смесителю (в зависимости от режима работ двигателя), и быстро выключает подачу газа при любой остановке двигателя. В корпусе редуктора имеется сетчатый фильтр, очищающий газ и предохраняющий газовую аппаратуру и двигатель от проникновения в них пыли, окалины и других механических и иных примесей.

Разгрузочное устройство принудительно закрывает клапан 2-й ступени после остановки двигателя и обеспечивает избыточное давление газа на выходе из редуктора при запуске двигателя и его работе на минимальных частотах вращения холостого хода. Дозируется газ в специальном дозирующе-экономайзерном устройстве с помощью двух калиброванных шайб: экономической и мощностной регулировок.

Редуктор (рис. 3.10) состоит из двух ступеней, клапанов 44, 30 и 17, трех диафрагм 42, 55, 53 и других деталей, имеет шесть полостей: А, Б, В, Г, Д и Е, работает следующим образом.

Если двигатель не работает и магистральный вентиль закрыт, то клапан 44 первой ступени открыт, а клапан 30 второй ступени закрыт. В этом случае во всех полостях редуктора давление равно атмосферному. Клапан 44 открыт, так как пружина 34 выгибает диафрагму 42 и повертывает рычаг 33, освобождая клапан первой ступени. Клапан 30 закрыт под действием пружин: конической разгрузочного устройства и цилиндрической 62 второй ступени. Коническая пружина через упор 56 действует на диафрагму 55, соединенную со штоком 58. Пружина 62 перемещает шток 58, вследствие чего диафрагма 55 выгибается. Шток 58, связанный с рычагом 8, прижимает клапан 30 к седлу.

При открытом магистральном вентиле газ через фильтр 47 и клапан 44 первой ступени проходит в полость Г, давление в которой возрастает от 0,1 до 0,2 МПа (от 1 до 2 кгс/см2). Заполняя полость первой ступени, газ начинает давить на диафрагму 42. Она прогибается, преодолевая сопротивление пружины 34, и через рычаг 33 закрывает клапан 44. Положение клапана 44 определяется соотношением действующих на него сил: с одной стороны, силы давления подходящего из магистрали газа, которая стремится открыть клапан, а с другой – разности силы давления газа в полости Г и силы пружины 34 (эта разность сил стремится закрыть клапан). Для периодического закрытия и открытия клапана 44 давление газа в полости Г должно быть то больше, то меньше сопротивления пружины 34. Таким образом, при неработающем двигателе первая ступень редуктора автоматически перекрывает газовую магистраль, т. е. выполняет функцию клапана.

Во время пуска двигателя и его работы разрежение из впускного трубопровода через выходной патрубок и канал 16 передается в полость В второй ступени и в полость А разгрузочного устройства. Кольцевая диафрагма 53, преодолевая сопротивление конической пружины, прогибается и отводит упор 56 от диафрагмы 55, в результате чего разгружается диафрагма 55 и клапан 30. Работа разгрузочного устройства и разрежение, создаваемое в полости В, приводят к тому, что диафрагма 55 прогибается, преодолевая сопротивление пружины 62. Клапан 30 открывается под действием штока 58 и давления газа в полости Г.

При открытии клапана 30 газ перетекает из полости Г в полость В, создавая в ней избыточное давление 5…10 мм вод. ст. при малых нагрузках двигателя. С увеличением нагрузки расход газа возрастает и в полости В создается разрежение 20…30 мм вод. ст. Диафрагма 55 прогибается сильнее, и открытие клапана 30 увеличивается. Этой диафрагмой регулируют подачу газа к выходному патрубку в зависимости от величины разрежения в газовом смесителе. У исправного редуктора клапаны первой и второй ступени автоматически закрываются при каждой остановке двигателя.

Подача газа должна быть такой, чтобы двигатель работал с наибольшей экономичностью. Для получения максимальной мощности газовоздушную смесь несколько обогащают, для чего служит экономайзер, имеющийся в редукторе. При средней нагрузке двигателя дроссельная заслонка смесителя открыта примерно наполовину и разрежение, создающееся во впускном трубопроводе, передается в полость Е экономайзера. Диафрагма 21 дозирующего экономайзерного устройства, преодолевая сопротивление пружины 24, удерживает клапан 17 в закрытом положении. Для получения максимальной мощности дроссельную заслонку открывают полностью. Количество газовоздушной смеси, поступающей в цилиндры, увеличивается, но разрежение в полости Е снижается. Пружина 24 выгибает диафрагму и открывает клапан 17 экономайзера. Дополнительная порция газа поступает выходной патрубок и газовоздушная смесь обогащается.

3.2.6. Трехступенчатый редуктор-подогреватель

Схема трехступенчатого редуктора-подогревателя АТ "Аскольд", предназначенного для установки на двигатели с искровым зажиганием, приведена на рис. 3.11. Трехступенчатый редуктор-подогреватель имеет две ступени высокого давления А и Б, третью ступень низкого давления с полостью В, разгрузочное устройство Р, жидкостную полость, включаемую в систему охлаждения двигателя и выполняющую функцию подогревателя газа; полость Г редуктора соединена с атмосферой.

Рис. 3.11. Схема трехступенчатого редуктора-подогревателя АТ "Аскольд":

1 – входной штуцер с фильтром; 2 – вакуумная трубка; 3 – резьбовая пробка; 4 – рычаг клапана первой ступени; 5 – диафрагма третьей ступени; 6 – диафрагма разгрузочного устройства; 7 – пружина разгрузочного устройства; 8 – упор; 9 – рычаг клапана третьей ступени; 10 – регулировочная гайка; 11 – пружина; 12 – клапан третьей ступени; 13 – дозирующее отверстие мощностного состава смеси; 14 – дозирующее отверстие экономичного состава смеси; 15 – клапан экономайзера; 16 – диафрагма экономайзера; 17 – пружина экономайзера; 18 – выходной патрубок; 19, 30 – каналы для подвода (отвода) охлаждающей жидкости; 20 – регулировочный узел холостого хода; 21 – диафрагма второй ступени; 22 – клапан второй ступени; 23 – резьбовое отверстие под датчик давления; 24 – диафрагма первой ступени; 25 – регулировочный винт; 26 – пружина диафрагмы первой ступени; 27 – опорная чашка; 28 – предохранительный клапан; 29 – резьбовое отверстие под датчик аварийного запаса газа. Полости: А – первой ступени редуктора; Б – второй ступени; В – третьей ступени; Г – атмосферного давления; Р – разгрузочного устройства; Э – экономайзерного устройства. Д – электромагнитный газовый клапан; П – пусковой клапан.

Для работы двигателя на газе необходимо тумблер переключателя вида топлива на блоке управления поставить в положение "ГАЗ" и вручную открыть расходный вентиль на газовом баллоне. Тогда газ, пройдя через входной штуцер 1 с фильтрующим элементом, поступит через открытый входной клапан в первую ступень редуктора. В результате давление в полости А повысится и диафрагма 24, преодолевая сопротивление калиброванной пружины 26, отойдет от опорной чашки 27. Движение диафрагмы через рычаг 4 передается на входной клапан. При повышении давления в полости А до заданного предела 0,35±0,05 МПа (3,5±0,5 кгс/см2) клапан закроется. Указанное давление может быть отрегулировано путем изменения затяжки пружины 26 с помощью регулировочного винта 25, которая стопорится контргайкой. Аналогично регулируется давление и во второй ступени редуктора.

Для предотвращения чрезмерного повышения давления при нарушении герметичности входного клапана в полости А установлен предохранительный клапан 28, срабатывающий при давлении 0,6±0,02МПа (6±0,2 кгс/см2). Датчик аварийного запаса газа устанавливается в резьбовое отверстие 29 и служит для выдачи сигнала (загорается светодиод на блоке управления) о недопустимом снижении давления в полости А, свидетельствующем о малом количестве оставшегося в баллонах газа.

Доступ газа во вторую ступень редуктора перекрыт электромагнитным клапаном Д. В момент включения зажигания клапан Д откроется, и газ поступит в полость Б через открытый клапан 22, который закроется под воздействием диафрагмы 21 при достижении давления 0,2±0,02 МПа (2±0,2 кгс/см2) в указанной полости. Данное давление контролируется с помощью, датчика, вворачиваемого в резьбовое отверстие 23 и расположенного в кабине водителя манометра.

При неработающем двигателе газ не может поступать в третью ступень В редуктора, т.к. в этом случае клапан 12 удерживается в закрытом состоянии с помощью пружины 7 разгрузочного устройства и пружины 11, действующих на рычаг 9.

С целью облегчения пуска двигателя требуется подать в газовый смеситель пусковую порцию газа: для этого надо включить зажигание и сделать выдержку перед включением стартера в 1-2 секунды. После включения зажигания одновременно с электромагнитным клапаном Д откроется и клапан П и газ в течение этих 1-2 секунд под повышенным давлением будет поступать из полости Б редуктора через регулировочный узел 20 холостого хода непосредственно в выходной патрубок 18, а из него - в смеситель.

При проворачивании вала двигателя стартера возникшее во впускном трубопроводе разрежение по шлангу и вакуумной трубке 2 распространится сначала в полость экономайзера Э, а затем, по сверлению в корпусе редуктора, в полость разгрузочного устройства Р. На схеме условно вместо сверления показан отдельный вход 2. При разряжении 650±50 (65±5 мм. вод. ст.) диафрагма 6 разгрузочного устройства, преодолевая сопротивление пружины 7 прогнется, упор 8 отойдет от рычага 9 и частично разгрузит клапан 12. Усилия одной пружины 11 недостаточно для удержания клапана 12 в закрытом положении; клапан под давлением газа в полости Б откроется, и газ начнет перетекать в полость В последней ступени редуктора. Далее через дозирующее отверстие 14 и патрубок 18 газ засасывается в смеситель.

На режимах холостого хода и малых нагрузок в полости В возникает небольшое избыточное давление, составляющее 50-100 Па (5-10 мм. вод. ст.) Такой подпор газа необходим для предотвращения переобеднения смеси при резком открытии дроссельной заслонки. Окончательная регулировка указанного подпора производится на работающем двигателе путем изменения усилия пружины 11 посредством регулировочной гайки 10, расположенной под защитной заглушкой на наружной плоскости и корпуса редуктора. На больших и полной нагрузках в ней возникает разрежение, достигающее величины 200-300 Па (20-30 мм. вод. ст.). В результате диафрагма 5 прогибается внутрь полости В, увеличивая открытие клапана 12 и автоматически корректируя расход газа в соответствии с нагрузкой двигателя.

Исходная регулировка расхода газа обеспечивается с помощью дозирующего отверстия 14 из расчета получения экономического состава горючей смеси на режимах частичных нагрузок. При полной нагрузке разрежение во впускном коллекторе двигателя, передаваемого по каналу 2 в полость пневматического экономайзера Э, уменьшается, и диафрагма 16 под действием пружины 17 прогибается, открывая тем самым клапана экономайзера 15. В результате дополнительное количество газа, пройдя через дозирующее отверстие 13 и открывающийся клапан поступит в выходной патрубок 18, обеспечив обогащение смеси до мощностного состава. Дозирующие отверстия 14 и 13 конструктивно выполнены в общей пластине.

На режиме холостого хода газ поступает в смеситель двумя путями: из третьей ступени В редуктора с минимальным давлением и второй ступени Б с повышенным давлением. Газ из полости Б по пути к смесителю проходит через регулировочный узел 20, который позволяет отрегулировать обороты холостого хода. Первоначальная регулировка производится при работе двигателя на бензине. Затем двигатель переводится на газ и с помощью регулировочной иглы 20 добиваются устойчивой работы на минимальных оборотах коленчатого вала, которые должны, примерно, соответствовать оборотам при работе на бензине.

Как только выключается зажигание и двигатель останавливается, в полости Р исчезает разрежение и клапан 12 третьей ступени редуктора вновь закрывается под действием пружин 11 и 7; в момент выключения зажигания электромагнитный клапан Д разъединяет полости А и Б, а клапан П перекроет выход газа через систему холостого хода.

Сжатый природный газ содержит примеси кварцевой пыли, воды, смол и аэрозолей компрессорного масла, которые в небольших количествах, несмотря на многократную очистку газа попадают в редуктор и накапливаются в нем. Удаление их из редуктора осуществляется через отверстие в третьей ступени, закрытое резьбовой пробкой 3.

Для подогрева газа в редукторе используется теплота жидкости из системы охлаждения двигателя. Подвод и отвод этой жидкости в полость редуктора осуществляется через каналы 19 и 30.


4. Регулирование подачи топлива в газодизель

Применение газодизельных двигателей на тягово-транспорт-ных машинах создает много неудобств, связанных с одновременным применением двух видов топлива. Поэтому до настоящего времени газодизельные мобильные машины – автомобили и тракторы, не получили широкого распространения. Только обострение ситуации на рынке нефтяных топлив понуждает приспосабливать дизели тягово-транспортных машин к работе на газе. Иногда этого требует экологическая обстановка, так как небольшие добавки газообразного топлива в цилиндры дизельного двигателя существенно улучшают экологические показатели.

В силу этих причин развитие газовой аппаратуры для газодизелей отстает от развития аппаратуры для двигателей с искровым зажиганием. Современный рынок газобаллонной аппаратуры предлагает для двигателей с искровым зажиганием широкий ассортимент комплектов достаточно совершенного оборудования. Для газодизелей транспортных машин имеются только опытные образцы и отдельные полукустарные разработки систем подачи газа в двигатель.

Для разработки эффективной системы регулирования газодизеля требуется изучение опыта конвертирования автотракторных дизелей на газ.

4.1. Автомобильные ГАЗОДИЗЕЛИ с двухрежимным регулятором

4.1.1. Австрийской фирмой STEYR-DAIMLER-PUCH был разработан и запатентован способ регулирования транспортных ДВС, работающих на двух видах топлива [58, 59]. Суть способа заключается в том, что на холостом ходу и частичных нагрузках дизельный двигатель работает только на жидком топливе, а в диапазоне от частичных до номинальной нагрузки – на смеси газового и жидкого топлив. При этом регулирование ДВС осуществляется изменением подачи газообразного топлива, а цикловая подача жидкого топлива остается практически неизменной.

Схема транспортного газодизеля фирмы STEYR-DAIMLER-PUCH представлена на рис. 4.1. Опытный образец двигателя, выполненный по данной схеме, демонстрировался на австрийской выставке в Москве в 1986 г.

Дополнительное газовое оборудование дизельного двигателя 1 включает баллон 2 для СНГ, газопроводы среднего 3 (до 1,6 МПа) и низкого 4 (не более 0,25 МПа) давлений, магистральный электромагнитный клапан 5, редуктор низкого давления (РНД) с испарителем газа 6, запорный вентиль 7, дозатор газового топлива 8 и смеситель газа 9.

Рис. 4.1. Схема газодизельной системы питания

фирмы STEYR-DAIMLER-PUCH:

1 – двигатель; 2 – баллон; 3, 4 – газопроводы; 5 – магистральный электроклапан; 6 – редуктор-испаритель газа; 7 – запорный вентиль; 8 – дозатор газа; 9 – смеситель; 10 –включатель; 11 – пневмоэлектрический клапан; 12 – реле; 13 – датчик давления масла; 14 – переключатель режима работ; 15 –ограничитель подачи дизельного топлива; 16 –ТНВД.

Система управления газодизелем имеет два контура – электрический и пневматический. Через основной электрический включатель 10 подается напряжение на пневмоэлектрический клапан 11 и далее, через реле 12, управляемое датчиком давления масла 13, на магистральный электромагнитный клапан.

Пневматический контур управления содержит переключатель режима работ 14, пневмоэлектрический клапан 11 и механизм ограничения подачи дизельного топлива 15, объединенный в одном корпусе с дозатором газа.

Двигатель работает следующим образом. При положении переключателя в режиме «дизель» и разомкнутых контактах включателя двигатель питается только жидким топливом. В этом случае электромагнитный клапан 5 закрыт, и газовое топливо не поступает в систему питания. Механизм ограничения подачи дизельного топлива находится в выключенном состоянии, так как пневматический контур управления не запитан сжатым воздухом и регулирование двигателем производится по обычной схеме.

При положении переключателя в режиме «газодизель», замкнутых контактах включателя и работающем двигателе напряжение через реле 12 подается на магистральный электромагнитный клапан 5. Он открыт, и газовое топливо поступает в систему питания. В редукторе газовое топливо редуцируется до давления, близкого к атмосферному, и через запорный вентиль имеет возможность поступать в дозатор газа. Пневматический контур управления газодизелем находится под давлением, благодаря чему механизм ограничения подачи дизельного топлива включен. При этом рычаг управления топливным насосом высокого давления (ТНВД) 16 не может перемещаться на свой полный ход, обеспечивая тем самым работу двигателя только на холостом ходу и на малых нагрузках. Регулирование двигателя в диапазоне от малой до номинальной нагрузки осуществляется путем изменения подачи в двигатель газового топлива, которое производится дозатором газа.

Система предусматривает защиту двигателя от одновременной подачи полной порции жидкого и газового топлив, от подачи газового топлива в двигатель при его остановке, отсутствии давления масла в системе смазки или воздуха в тормозных контурах.

4.1.2. Фирма TARTARINI (Италия) разработала систему управления газодизелем, предназначенную для дизельных двигателей, работающих на КПГ или биогазе с зажиганием от запальной дозы дизельного топлива (рис. 4.2). Аппаратура фирмы может применяться для дизельных двигателей как с наддувом, так и без него, а замещение нефтяного топлива может достигать 80...85 % [47].

Рис. 4.2. Схема двухтопливной системы питания фирмы TARTARINI:

1 – двигатель; 2 – дозатор; 3 – смеситель; 4 – датчик давления; 5 – электромагнитный клапан; 6, 7 – диафрагменные переключатели; 8 – включатель; 9 , 10 – электромагнитные клапаны; 11 – диафрагменный упор.

Ограничение подачи дизельного топлива в двигатель 1 обеспечивается уменьшением хода рейки ТНВД с помощью диафрагменного упора 11, управляемого вакуумным датчиком смесителя 3. Подача газового топлива в двигатель осуществляется при замкнутых контактах основного включателя 8 и диафрагменных переключателей 6 и 7. Контакты переключателя 6 являются нормально разомкнутыми, переключателя 7 – нормально замкнутыми. На холостом ходу и частичных нагрузках, когда разрежение в диффузоре датчика давления 4 мало, контакты переключателя 6 остаются разомкнутыми и двигатель работает только на жидком топливе.

С увеличением частоты вращении коленчатого вала двигателя разрежение в диффузоре датчика давления увеличивается и контакты диафрагменного переключателя 6 замыкаются. Благодаря этому подается электрический ток на электромагнитный клапан 5 и на электромагнитные клапаны 9, 10. Электромагнитный клапан 5 через вакуумный датчик смесителя обеспечивает срабатывание диафрагменного упора 11, а через электромагнитные клапаны 9 и 10 газовое топливо подается в двигатель. Количество подаваемого в двигатель газа регулируется дозатором 2, который является разработкой другой итальянской фирмы SNAMPROGETTI [60]. При достижении предельной частоты вращения вала двигателя в газодизельном режиме разрежение в диффузоре датчика давления становится достаточным, чтобы разомкнуть контакты переключателя 7. В этом случае двигатель переводится на работу в дизельном режиме. Таким образом, обеспечивается защита двигателя от перегрузки.

4.1.3. Итальянской фирмой В&В BOLOGNA di BASAGLIA RUBENS предложена схема питания газодизельного двигателя, предусматривающая качественное регулирование двигателя при работе на жидком нефтяном топливе и количественное регулирование – при работе на смеси газового и жидкого топлив [61]. Для осуществления этого на впуске в двигатель 1 (рис. 4.3) устанавливаются два параллельных патрубка 3 и 4. В первом имеется дроссельная заслонка 5, которая пропускает воздух в двигатель при работе в дизельном режиме и не пропускает воздух при работе в газодизельном режиме. Во втором патрубке установлены трубка Вентури 7 и дроссельная заслонка 6, кинематически соединенная с педалью акселератора 2. Трубка Вентури соединена газопроводом низкого давления 8 с газовой системой питания двигателя.

Рис. 4.3. Схема газодизельной системы питания фирмы

В&В BOLOGNA di BASAGLIA RUBENS:

1 – двигатель; 2 – педаль акселератора; 3, 4 – впускные патрубки; 5, 6 – дроссельные заслонки; 7 – трубка Вентури; 8 – газопровод низкого давления; 9 – магистральный электромагнитный клапан; 10 – газовый редуктор; 11 – механизм ограничения подачи жидкого топлива; 12 – включатель; 13 – упругий телескопический элемент.

В газодизельном режиме аппаратура работает следующим образом. Включателем 12 обеспечиваются открытие магистрального электромагнитного клапана 9, закрытие дроссельной заслонки и включение механизма ограничения подачи дизельного топлива 11. При этом воздух в двигатель начинает поступать через патрубок 4. На холостом ходу и частичных нагрузках дроссельная заслонка приоткрыта так, что обеспечивается необходимый заход воздуха в двигатель. Разрежение в трубке Вентури еще недостаточно для открытия клапана последней ступени редуктора 10, и двигатель работает только на жидком топливе. Такое положение сохраняется до тех пор, пока рычаг управления ТНВД не достигнет упора механизма ограничения подачи дизельного топлива. Дальнейшее нажатие педали акселератора, обеспечиваемое телескопическим элементом 13, вызывает открытие дроссельной заслонки и увеличение расхода воздуха в патрубке. Разрежение, создаваемое в трубке Вентури, становится достаточным для открытия клапана последней ступени редуктора, и в двигатель начинает поступать газовоздушная смесь. Открытием или закрытием дроссельной заслонки производится регулирование двигателем в диапазоне от частичных до номинальных нагрузок.

4.1.4. Румынскими специалистами в 80-х годах в предложен несколько упрощенный вариант описанной выше схемы питания газодизеля, отличительной особенностью которого является автоматическое отключение подачи газа при переходе в режим динамического торможения. По этой схеме работали автобусы и автомобили для коммунальных нужд, переоборудованные из дизельных в газодизельные. Доля жидкого топлива в газодизельном режиме составляла 20...30 %, остальные 70...80 % – природный газ [26].

Пуск двигателя и его работа на холостом ходу осуществляются только на жидком нефтяном топливе, так как разрежение в этом случае, создаваемое в смесителе 1 (рис. 4.4), является недостаточным для открытия клапана дозатора 2, Поворотом дроссельной заслонки в смесителе создается повышенное разрежение, достаточное для открытия клапана дозатора. Газовое топливо начинает поступать на впуск двигателя. Чем больше открывается дроссельная заслонка, тем больше создается разрежение в смесителе. Это разрежение, действующее на клапан дозатора, позволяет регулировать подачу газового топлива в двигатель.

При работе газодизеля в режиме торможения посредством электромагнитного клапана (на схеме не показан) в пневмоцилиндры 6 и 3 подается сжатий воздух. Пневмоцилиндр 3 отключает подачу жидкого топлива, а пневмоцилиндр 6 переводит дроссельную заслонку в горизонтальное положение, обеспечивая тем самым эффективное торможение. Одновременно с этим производится выключение электромагнитного клапана 5 в пневматической линии управления 4 дозатором газа, клапан которого прекращает подачу газового топлива в двигатель.

Рис. 4.4. Функциональная схема газодизеля (Румыния):

1 – заслонка смесителя; 2 – дозатор газа; 3, 6 – пневмоцилиндры; 4 – газопровод низкого давления; 5 – электромагнитный клапан.

4.1.5. В 1985 г. в Польше проводились эксплуатационные испытания автобуса Jeicz PR-110 с двигателем RABA-M.A.N., работающим на дизельном топливе и КПГ [65]. Система питания автобуса газовым топливом представлена на рис. 4.5. Как сама схема питания, так и большинство оригинальных узлов газодизельной аппаратуры защищены патентами [62].

Отличительной чертой данной разработки является наличие на автобусе автономной системы активной безопасности. Для ее обеспечения в цепь управления системой питания газодизеля помимо датчиков давления масла в системе смазки и температуры охлаждающей жидкости включены также датчики содержания метана 3.

Рис. 4.5. Схема питания двигателя дизельным топливом и КПГ (Польша)

1 – датчик давления масла; 2 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 3 – датчики содержания метана; 4 – преобразователь; 5 – смеситель; 6 – запорный клапан.

Датчик давления масла 1, включенный в цепь управления запорным клапаном 6, предотвращает поступление газового топлива в смесительную камеру 5 при неработающем двигателе. Датчик температуры охлаждающей жидкости 2 допускает переключение на работу в газодизельном режиме только при достижении двигателем температуры 70°С. Датчики содержания метана и преобразователь 4 служат для обнаружения, сигнализации и отключения газовой системы питания при наличии метана в воздухе или отработавших газах. Один из датчиков расположен в моторном отсеке, другой – в салоне автобуса. Если содержание метана около какого-либо датчика превысит заданный уровень, то включаются световой и звуковой сигналы, а запорный клапан перекрывает доступ газовому топливу в двигатель.

В результате изыскательских работ, выполненных в рамках общесоюзной программы 1980 года, в СССР было освоено промышленное производство газодизельных модификаций автомобилей КамАЗ (совместная разработка НАМИ и ПО "КамАЗ") а также внедрена разработка НПО "Казавтотранстехника" и Душанбинского авторемонтного завода – газодизельные автобусы Икарус в городах Алма-Ата и Душанбе. В этих разработках использовалась схема ГД-НАМИ, реализация которой на автомобиле КамАЗ показана на рис.6 [7, 50, 52].

4.1.6. Газодизельный автомобиль КамАЗ-7409.10

Дополнительная система питания дизельного двигателя КамАЗ-7409.10 (рис.4.6) содержит стандартное газобаллонное оборудование: газовые баллоны 1 на рабочее давление 20 МПа, наполнительный 2 и расходные 3 вентили, одноступенчатый редуктор 4 высокого давления (РВД), электромагнитный клапан-фильтр 5, двухступенчатый редуктор низкого давления (РНД) 6.

Помимо этого, используются оригинальные узлы и детали газодизельной аппаратуры: подогреватель газа 7, дозатор 8 и смеситель 9 газового топлива, механизм ограничения подачи дизельного топлива 10.

Подогреватель газа рассчитан на питание горячей жидкостью из системы охлаждения двигателя.

Дозатор газа представляет собой дроссельную заслонку с двойным управлением – от педали акселератора и диафрагменного механизма. Педалью акселератора устанавливается любое требуемое положение дроссельной заслонки, а диафрагменный механизм при наличии управляющего импульса закрывает дроссельную заслонку независимо от положения педали акселератора. Основным назначением дозатора является регулирование необходимого количества газа, подаваемого в смеситель из РНД.

Смеситель газа выполнен в виде трубки Вентури, минимальное сечение которой имеет радиальные каналы для подвода газового топлива на впуск двигателя. Смеситель устанавливается между воздушным фильтром и впускным ресивером двигателя. Помимо равномерного смешивания газового топлива с воздухом дополнительной функцией смесителя является создание достаточного разрежения в системе впуска на малой частоте вращения коленчатого вала двигателя, что обеспечивает срабатывание разгрузочного устройства РНД и переводит его из состояния запорного клапана в рабочий режим.

Рис. 4.6. Схема топливной системы газодизеля КамАЗ-7409.10:

1 – газовые баллоны; 2, 3 – наполнительный и расходный вентили; 4 – редуктор высокого давления; 5 – электромагнитный клапан-фильтр; 6 – редуктор низкого давления; 7 – подогреватель газа; 8 – дозатор газа; 9 – смеситель; 10 – механизм ограничения подачи жидкого топлива; 11 – электронный блок; 12, 13, 14 – электромагнитные реле; 15 – двигатель; 16 – ТНВД; 17 – основной включатель; 18 – датчик блокировки; 19 –телескопический элемент; 20 – диск-сигнализатор; 21 – индукционный преобразователь; 22 – электропневматический клапан; 23 – датчик давления. Е –от датчика моторного тормоза (+24В). Д – система коррекции.

Механизм ограничения подачи дизельного топлива представляет собой подвижной упор рычага управления ТНВД с электромагнитным приводом.

Электрическая схема управления работой газодизеля содержит электронный блок 11 и реле 12, 13, 14. Для возможности реализации газодизельного режима работы двигатель 15 комплектуется ТНВД 16 с трехрежимным регулированием частоты вращения коленчатого вала. Необходимость замены ТНВД с всережимным регулированием объясняется тем, что при любом промежуточном положении рычага управления такого насоса из-за несоответствия между нагрузочным и скоростным режимами возможно снижение подачи дизельного топлива ниже уровня запальной дозы или полное прекращение его подачи. При этом, поскольку частота вращения коленчатого вала может быть ниже номинальной, подача газа в двигатель будет продолжаться и воспламенение газовоздушной смеси будет происходить не в цилиндрах двигателя, а в выхлопном тракте, что может повлечь его разрушение и возникновение пожара.

Характеристики ТНВД с трех- и двухрежимным регулированием схожи. У таких насосов снижение подачи и отсечка дизельного топлива происходят только на номинальной частоте вращения, а производительность насоса за один цикл слабо зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Это гарантирует подачу запальной дозы дизельного топлива во всем диапазоне частот вращения коленчатого вала двигателя при работе в газодизельном режиме.

Работает схема ГД-НАМИ так. При замкнутых контактах основного включателя 17 электрический ток через реле 12 подается на электромагнит механизма ограничения подачи дизельного топлива. Подвижной упор переводится в рабочее положение, ограничивая ход рычага управления ТНВД и обеспечивая тем самым подачу только малой запальной дозы дизельного топлива. Одновременно подвижной упор размыкает контакты датчика блокировки 18, благодаря чему электрический ток через реле 13 подается на электромагнитный клапан-фильтр и производится включение газодизельного режима работы двигателя. Это включение можно производить как на стоящем, так и на движущемся автомобиле. Важно, чтобы температура двигателя составляла не менее 60°С и педаль акселератора находилась в отпущенном состоянии.

Газовое топливо по трубопроводам через расходные вентили, подогреватель газа, РВД и электромагнитный клапан-фильтр подается к РНД. Если двигатель не работает, РНД находится в режиме запорного клапана и газ не поступает далее в систему питания.

Двигатель запускается и работает на холостом ходу только на дизельном топливе. За счет разрежения, создаваемого в смесителе, срабатывает разгрузочное устройство РНД и газ имеет возможность поступать в дозатор. Однако газовое топливо не попадает в двигатель, так как дроссельная заслонка дозатора находится в закрытом положении.

При нажатии на педаль акселератора, до тех пор, пока рычаг управления ТНВД не достигнет подвижного упора механизма ограничения подачи дизельного топлива, дроссельная заслонка дозатора остается закрытой и двигатель продолжает работать только на дизельном топливе. Дальнейшее нажатие педали акселератора уже не может изменить положение рычага управления ТНВД, а благодаря подпружиненному телескопическому элементу 19 приводит в движение дроссельную заслонку дозатора. Газовое топливо за счет разрежения в диффузоре смесителя начинает поступать в цилиндры двигателя. Чем больше разрежение, создаваемое на впуске, и чем больше открытие дроссельной заслонки дозатора, тем больше подача газового топлива в двигатель.

Двигатель снабжен системой ограничения подачи газа при достижении коленчатым валом максимальной частоты вращения, когда механический регулятор ТНВД выключает подачу дизельного топлива. Эта система состоит из зубчатого диска-сигнализатора 20, установленного на коленчатом валу двигателя, индукционного преобразователя 21, электронного блока управления 11, трехходового электропневматического клапана 22, соединяющего смеситель с диафрагменным механизмом ограничения подачи газа дозатора, и выключателя блокировки.

При достижении двигателем максимально допустимой частоты вращения преобразователь подает сигнал в электронный блок управления, который включает электропневматический клапан. Полость максимального разрежения в диффузоре смесителя соединяется с мембранным механизмом дозатора, который под действием разрежения прикрывает заслонку дозатора газа синхронно с отключением дизельного топлива. При снижении частоты вращения коленчатого вала двигателя электропневматический клапан закрывается, и дроссельная заслонка дозатора за счет усилия пружины мембранного механизма опять приоткрывается, освобождая проход для газового топлива. Таким образом, предотвращаются возможные хлопки в системе выпуска отработавших газов двигателя.

Прекращение подачи газового топлива в двигатель предусматривается еще в двух случаях. Когда кончается запас газового топлива и давление в системе питания после РВД становится ниже 0,45...0,55 МПа, датчик давления 23 посредством реле 12, выключателя и реле 13 выключает механизм ограничения подачи дизельного топлива и электромагнитный клапан-фильтр. Двигатель переходит из газодизельного в дизельный режим работы. При включении моторного тормоза подается электрическое питание на реле 14, которое, управляя работой реле 13, отключает питание электромагнитного клапана-фильтра. Таким образом прекращается подача газового топлива в двигатель.

Для исключения влияния загрязненности воздушного фильтра на расход газа и мощностные показатели двигателя предусмотрена специальная система коррекции. Ее действие заключается в том, что замембранная полость второй ступени РНД сообщается с впускным трактом двигателя перед смесителем газа. В этом случае любое дополнительное сопротивление воздушного фильтра в равной степени оказывает воздействие на мембрану второй ступени РНД как со стороны замембранной полости, так и со стороны полости второй ступени. Таким способом обеспечивается нечувствительность расходной характеристики РНД к изменению сопротивления впускного тракта двигателя.

В результате выполнения программы 1980 года появились и другие оригинальные разработки газодизельной аппаратуры. Душанбинским АРЗ получено авторское свидетельство и внедрена в автобусных парках Душанбе оригинальная конструкция смесителя-дозатора газового топлива для газодизеля на базе автобуса Икарус [63]. Смеситель-дозатор выполнен из двух составных частей – неподвижного конфузора и подвижного диффузора. Вместе они образуют трубку Вентури с имеющим возможность изменяться по величине кольцевым зазором в минимальном ее сечении. Подвижный диффузор кинематически связан с педалью акселератора, а в кольцевой зазор между конфузором и диффузором подается газовое топливо. При работе двигателя на холостом ходу и частичных нагрузках конфузор и диффузор плотно прижаты друг к другу, закрывая доступ газа в двигатель. При нажатии на педаль акселератора с некоторого, регулируемого момента, диффузор начинает отходить от конфузора, образуя кольцевой зазор, через который газ начинает поступать в двигатель. Меняя величину кольцевого зазора, производят регулировку подачи газа в двигатель, осуществляя регулирование мощности двигателя.

4.1.7. Для украинских автомобильных дизелей СМД-23.07 и СМД-31.15 (4-х и 6-ти цилиндровые, соответственно, созданные на базе широко известных комбайновых дизелей СМД-23 и СМД-31), ОАО «Чугуевская топливная аппаратура» разработан ТНВД с двухрежимным регулятором. На кафедре «Двигатели и теплотехника» Национального транспортного университета (НТУ, г. Киев) совместно с Институтом газа Национальной академии наук Украины (ИГ НАН Украины) для газодизелей с двухрежимным регулятором предложена система питания и регулирования, схема которой показана на рис. 4.7 [16].

Одной из особенностей этой системы является непрерывная подача газа во впускную трубу газодизеля под приблизительно постоянным избыточным давлением, которое можно настраивать в пределах от 0,01 до 0,04 МПа. Этим исключается необходимость установки во впускной трубе диффузора. При таком способе подачи газа расход его через дозатор газа очень мало зависит от частоты вращения коленчатого вала газодизеля, поэтому при снижении частоты вращения цикловая подача газа в цилиндры газодизеля увеличивается. Соответственно увеличивается крутящий момент газодизеля, т. е. происходит положительное самокорректирование подачи газа, чем обеспечивается получение большого запаса крутящего момента [14].

Рис. 4.7. Схема системы питания и регулирования газодизеля с двухрежимным регулятором частоты вращения [16]:

1 – баллоны с газом; 2 – газовый редуктор высокого давления (РВД); 3 – электромагнитный газовый клапан с фильтром; 4 – двухступенчатый газовый редуктор низкого давления (РНДИ); 5 – датчик манометра первой ступени РНДИ; 6 – дозатор газа; 7 – предельный регулятор частоты вращения; 8 – газовая заслонка; 9 – телескопическая тяга; 10 – зеленая лампочка; 11 – манометр первой ступени РНДИ; 12 – выключатель подачи газа при неработающем газодизеле; 13 – телескопическая тяга; 14 – переключатель с дизельного на газодизельный цикл; 15 – красная лампочка; 16 – двухпозиционный электромагнит подачи запальной дозы; 17 – выключатель подачи газа; 18 – рычаг управления газодизелем; 19 – рычат выключения подачи дизельного топлива; Д – ГД –переключатель на дизельный или газодизельный цикл; ПУ – педаль управления газодизелем; рм – давление масла в системе смазки; А, Б, В – регулировочные винты; Г, Е – винты для ограничения хода педали ПУ.

В системе подачи газа используются в основном серийные узлы газобаллонных автомобилей, имеющихся в Украине. Но есть и оригинальные: дозатор газа, переключатель на подачу запальной дозы дизельного топлива, тяги с упругими элементами и др.

Для подачи газа под избыточным давлением применен модернизированный двухступенчатый газовый редуктор низкого давления (РНДИ) Рязанского завода автомобильной аппаратуры. Двухрежимный регулятор частоты вращения воздействует только на подачу дизельного топлива, а подачей газа управляет непосредственно водитель. Поэтому для ограничения максимальной частоты вращения при работе по газодизельному циклу предусмотрен дополнительный центробежный предельный регулятор.

Газодизель может полноценно работать как по газодизельному, так и по дизельному циклам.

Рассмотрим работу этой системы (рис. 4.7). Когда замкнуты контакты Д переключателя 14, электромагнитный клапан 3 закрыт, подача газа выключена, электромагнит 16 не мешает повороту рычага 18, газодизель работает по дизельному циклу. При перемещениях педали ПУ поворачивается рычаг 18 управления подачей дизельного топлива. Одновременно с этим перемещается и затвор дозатора газа 6. Но поскольку подача газа выключена, то это на работу газодизеля не влияет. На приборной доске загорается красная лампочка 15.

Когда замкнуты контакты ГД, газодизель работает по газодизельному циклу. Электромагнитный клапан 3 открыт, электромагнит 16 ограничивает поворот рычага 18 в сторону увеличения подачи дизельного топлива настолько, чтобы подача равнялась запальной дозе дизельного топлива. На приборной доске загорается зеленая лампочка 10.

Сжатый газ из баллонов 1 поступает в редуктор высокого давления 2, который подогревается жидкостью из системы охлаждения газодизеля, и далее через электромагнитный клапан 3 в РНДИ 4, а из него к дозатору газа 6 с герметично закрывающимся коническим затвором и затем во впускную трубу газодизеля. Давление газа в первой ступени РНДИ измеряется манометром 11с датчиком 5. Водитель управляет подачей газа с помощью педали ПУ, связанной с затвором дозатора газа 6.

Благодаря телескопической тяге 13 педаль ПУ может перемещаться при неподвижном рычаге управления 18. Вторая телескопическая тяга 9 служит для разгрузки деталей привода затвора дозатора газа 6 от действия больших сил при закрытом и полностью открытом затворе.

Клапан 12 включает подачу газа только при наличии давления рм в системе смазки газодизеля. Этим исключается возможности утечки газа при неработающем газодизеле.

Когда частота вращения коленчатого вала газодизеля становится больше номинального значения, предельный регулятор 7 начинает постепенно закрывать газовую заслонку 8, в результате чего формируется внешняя регуляторная ветвь скоростной характеристики. После того, как регулятор 7 полностью выключит подачу газа, начинает действовать штатный двухрежимный регулятор, установленный на ТНВД. Он постепенно уменьшает подачу дизельного топлива.

На минимальной частоте вращения холостого хода дозатор газа закрывается и газодизель работает на одном дизельном топливе по дизельному циклу.

На рис. 4.8 показана конструкция РНДИ и дозатора газа. РНДИ – это двухступенчатый редуктор низкого давления, применяемый на газобаллонных автомобилях ЗИЛ, ГАЗ и газодизелях КамАЗ-7409.10, но пружина 8 второй ступени установлена в нем так, что ее усилие направлено в сторону открытия клапана 4, а экономайзер и пружина разгрузочного устройства удалены.

Газ редуктора высокого давления поступает под давлением 0,9 – 1,15 МПа через пластинчатый клапан 10 в полость А первой ступени, в которой с помощью диафрагмы 1 и пружины 3 поддерживается избыточное давление в пределах 0,18 – 0,22 МПа.

Через пластинчатый клапан 4 газ проходит из полости А в полость Б второй ступени редуктора. Давление в полости Б зависит от предварительного сжатия пружины 8, действующей на диафрагму 7. Предварительное сжатие пружины регулируется стаканом 9, ввинченным в крышку редуктора.

Рис. 4.8. Схема редуктора низкого давления и дозатора газа [16]:

1 – диафрагма первой ступени; 2 – стакан пружины первой ступени; 3 – пружина первой ступени; 4 – клапан второй ступени; 5 – дозирующее отверстие; 6 – пластина; 7 – диафрагма второй ступени; 8 – пружина второй ступени; 9 – стакан пружины второй ступени; 10 – клапан первой ступени; 11 – дозатор газа; 12 – конический затвор; 13 и 14 – патрубки.

Вторая ступень редуктора регулируется на избыточное давление 0,01…0,04 МПа при подаче газа во впускной трубопровод газодизеля без наддува или на вход турбокомпрессора газодизеля с наддувом и на более высокое давление при подаче газа после турбокомпрессора.

Из полости Б газ отводится в дозатор газа 11 через дозирующее отверстие 5 в пластине 6 и крышку с отводным патрубком 13. Из дозатора газа он направляется во впускную трубу газодизеля через патрубок 14.

Если газодизель не работает, то электромагнитный клапан 3 (рис. 4.7) и затвор 12 (рис. 4.8) плотно закрыты и расхода газа из редуктора нет. Поэтому во второй ступени давление снижается и клапан 4 под действием пружины 8 открывается. Расход газа и его давление зависит от проходного сечения затвора 12. По мере увеличения открытия затвора 12 расход газа растет, а давление в обоих ступенях редуктора лишь незначительно снижается.

При постоянном положении затвора 12 часовой расход газа зависит от перепада давлений во второй ступени редуктора и впускной трубе газодизеля и почти не зависит от частоты вращения коленчатого вала газодизеля. А так как время, в течение которого впускные клапаны газодизеля находятся в открытом положении, возрастает при снижении частоты вращения, то цикловой расход газа при этом соответственно возрастает, т.е. происходит положительное самокорректирование расхода газа в пределах всей внешней скоростной характеристики, о чем было сказано выше.

Благодаря этому максимальное значение крутящего момента смещается в область низких частот вращения, а запас крутящего момента достигает 22...25% и больше.

Показатели внешней скоростной характеристика 6-ти цилиндрового V-образного автомобильного газодизеля ЯМЗ-236 ГД с ТНВД ЧТА-635, рассчитанные на математической модели, имеют следующие особенности.

Газодизель развивает номинальную мощность Реном = 125 кВт при 2080 мин-1 коленчатого вала. Цикловая подача qзап запального дизельного топлива приблизительно одинакова в пределах всей скоростной характеристики от 1000 до 2100 мин-1, а приведения по теплосодержанию к дизельному топливу цикловая подача газа qгпр непрерывно возрастает по мере снижения частоты вращения. Соответственно возрастают суммарная цикловая подача qсум и крутящий момент газодизеля. Последний увеличивается от 575 Нм при 2080 мин-1 до 800 Н.м при 1000 мин-1, или на 39,1%. Доля израсходованного газового топлива возрастает от 68% при 2080 мин-1 до 75% при 1000 мин-1. Эта доля представляет экономию дизельного топлива за счет замещения его газом. Дымность N отработавших газов в интервале частот вращения от 1200 до 2080 мин-1 значительно меньше предельно допустимой по ГОСТ 17.2.2.01-84. При 2080 мин-1 в 2,8, при 1400 мин-1 в 2,0, при 1300 мин-1 в 1,6 раза. Но при 1160 мин-1 она становится больше предельно допустимой из-за значительного уменьшения коэффициента избытка воздуха αгд. Это говорит о том, что в области низких частот вращения 900 – 1150 мин-1 положительное корректирование подачи газа становится чрезмерным. В этом интервале частот вращения необходимо применить отрицательное корректирование подачи газа. Предполагается применить описанную систему на газодизельных модификациях упомянутых выше украинских автомобильных дизелях.

В Киеве проведены также поисковые работы по разработке схема питания газодизеля с всережимным регулированием ДВС [17, 64]. Доработанный всережимный регулятор частоты вращения ТНВД в газодизельном режиме через гидроусилитель воздействует на газовую и воздушную заслонки дозатора газового топлива. Следящий гидроусилитель создает большое перестановочное усилие, необходимое для поворота заслонок дозатора.

Оригинальная схема питания газодизеля была предложена в НПО "Казавтотранстехника" [12], которая отличается от схемы ГД-НАМИ тем, что газ подается в двигатель не за счет разрежения, создаваемого на впуске в двигатель, а под некоторым избыточным давлением, которое обеспечивается специальными регулировками РНД и принудительным открытием клапана его второй ступени. Количество подаваемого в двигатель газа регулируется степенью открытия этого клапана.

4.2. Всережимное регулирование газодизелей

Как отмечают в специальной литературе по газобаллонным установкам «...переоборудование дизелей с всережимным регулятором в газодизель, по сравнению с дизелями, оборудованными двухрежимным регулятором, усложнено» ([4], с.46). Сложность состоит в необходимости формирования регуляторного и корректорного участков характеристики, что усложняет аппаратуру, которая должна регулировать подачу и жидкого и газообразного топлив одновременно. Эту проблему можно обойти, применяя двухрежимный регулятор вместо всережимного, как это имеет место у освоенной по схеме ГД-НАМИ модели газодизельного КамАЗ-7409.10.

Большинство автотракторных дизелей оборудовано всережимными регуляторами, а для тракторного двигателя наличие всережимного регулятора с заданными параметрами характеристики обязательно. Поэтому следует более близко ознакомиться с уже опробованными вариантами построения систем управления подачей топлива для дизелей, снабженных всережимным регулятором.

4.2.1. Газобаллонный трактор Т-150К ГД [5]

Киевский автомобильно-дорожный институт (КАДИ) и Предприятие по эксплуатации водопроводных сетей Производственного управления водопроводно-канализационного хозяйства г. Киева, в 1990-91 гг. в рамках работ по программе перевода на природный газ машин для коммунального хозяйства, переоборудовали трактор Т-150К в газобаллонный (рис. 4.9), используя для этой цели аппаратуру автомобиля ЗИЛ-431610.

На тракторе установлено восемь стандартных газовых баллонов высокого давления (50 л каждый), смонтированных по четыре в специальные кассеты, которые прикреплены стремянками к технологической раме, размещенной на раме трактора. Габаритные размеры трактора не изменились. Схема системы питания двигателя трактора сжатым природным газом и дизельным топливом приведена на рис. 4.10. Секции баллонов подключены к системе параллельно и заправляются через наполнительный вентиль 14.

Газ из баллонов 11 под давлением 20 МПа через баллонный 13 и расходный 16 вентили, трубопровод 12 и гибкий шланг 18 поступает в газовый редуктор 20, где его давление снижается до 0,6 – 0,7 МПа. Далее через электромагнитный клапан 22 и совмещенный с ним фильтр газ поступает в дозатор 7, в котором давление газа снижается практически до атмосферного и он по трубопроводу 24 низкого давления через жиклер 1 поступает во впускную трубу двигателя (до турбонагнетателя). Проходя через турбонагнетатель, газ интенсивно перемешивается с воздухом, и газовоздушная смесь под избыточным давлением поступает во впускной трубопровод, а затем в цилиндры двигателя.

Система питания двигателя дизельным топливом сохранена без изменений.

Рис. 4.9. Газобаллонный трактор Т-150К ГД: 

1 – трактор; 2 – технологическая рама; 3 – кронштейн кассеты; 4 – кассета; 5 – газовые баллоны; 6, 9, 12 – газопроводы соответственно высокого, среднего и низкого давления; 7 – наполнительно-расходный узел; 8 – редуктор высокого давления; 10 электромагнитный запорный клапан в сборе с фильтром газа; 11– ТНВД в сборе с гидроусилителем и дозатором газа; 13 – баллонный вентиль.

Рис. 4.10. Схема системы питания газодизеля трактора Т-150К ГД:

1 – газовый жиклер; 2 – форсунка; 3 – дренажные трубки; 4 – топливопроводы высокого давления; 5 – ТНВД; 6 – электромагнитный клапан масла; 7 – дозатор газа с гидроусилителем; 8 и 9 – первая и вторая ступени топливного фильтра; 10 – топливный бак; 11 – газовые баллоны; 12, 23 и 24 – газопроводы; 13, 14 и 16 – вентили (соответственно баллонный, наполнительный и расходный ); 15 – крестовина; 17 и 21 – манометры; 18 – гибкий шланг высокого давления; 19 – фильтр грубой очистки топлива; 20 газовый редуктор; 22 – электромагнитный газовый клапан-фильтр; ОЖ – охлаждающая жидкость.

При работе двигателя по дизельному циклу газовая магистраль перекрывается электромагнитным клапаном 22, управляемым от переключателя режимов работы двигателя. Переключатель установлен на панели приборов трактора, на которой смонтированы также переключатель электромагнитного клапана подачи масла к гидроусилителю дозатора газа, включатель дополнительного электрооборудования системы питания двигателя газом и контрольные лампочки.

Установленный на тракторе двигатель СМД-62 конвертирован в газодизель. Для этого топливный насос высокого давления (ТНВД) дополнен дозатором газа с гидроусилителем, а регулятор частоты вращения ТНВД конструктивно доработан (рис. 4.11). Вместо серийной тяги 8 между главным рычагом регулятора 1 и рычагами привода дозаторов 34 и 37 установлен промежуточный механизм, состоящий из двуплечих рычагов 16 и 23, упругой тяги 19, рычага 25 ограничителя перемещения дозаторов, электромагнита 30, тяг 7 и 22. Рычаг 25 взаимодействует с якорем 29 электромагнита посредством планки 26, в которой выполнен паз “а”.

Рис. 4.11. Схема доработанного регулятора частоты вращения ТНВД дизеля СМД-62:

1 – главный рычаг регулятора; 2 – пружина регулятора; 3 – ось; 4 – грузы регулятора; 5 – державка грузов; 6 – муфта регулятора; 7 и 8 – тяги; 9, 10 и 11 – корпус, клапан и компенсационная пружина дозатора газа; 12 – поводок; 13, 14 и 15 – поршень, корпус и золотник гидроусилителя; 16, 23, 34 и 37 – двуплечий рычаг; 17 – серьга; 18 – рычаг золотника; 19 и 20 – корпус и пружина упругой тяги; 21 – шток с поршнем; 22 – тяга; 24 – штифт; 25 – рычаг ограничения; 26 – планка; 27 – плита; 28 – стопорное кольцо; 29 и 30 якорь и корпус электромагнита; 31 – регулировочная тяга; 32 и 35 – дозаторы; 33 и 36 – плунжеры ТНВД; 38 – рычаг задания скоростного режима; 39 и 40 – ограничительные болты; 41 и 42 – пружина и шток корректора.

Усилие от двуплечего рычага 16 через посаженный на его ось рычаг 18 и серьгу 17 передается на золотник 15 гидроусилителя 14, который через элементы привода воздействует на клапан 10 дозатора газа.

При работе двигателя по дизельному циклу электромагнитный запорный клапан 6 (рис. 4.10.) закрыт и масло из системы смазки двигателя к гидроусилителю не подается. Поршень 13 гидроусилителя под действием возвратной пружины находится в крайнем правом положении, и клапан дозатора газа плотно прижат к впускному седлу. Перемещение главного рычага 1 регулятора через тягу 7 передается на двуплечий рычаг 16 и через упругую тягу на двуплечий рычаг 23.

Так как предварительный натяг пружины 20 превышает сумму приведенного к оси тяги усилия от перемещения дозаторов 32, 35 и сил трения между элементами их привода, то тяга передает усилие как жесткое звено. Ток в электромагните 30 отсутствует, якорь 29 находится в нижнем положении и опирается на стопорное кольцо 28, штифт 24 планки занимает в пазу “а” среднее положение и паз не препятствует передвижению рычага 25 в рабочем диапазоне (положение деталей при работе по дизельному циклу обозначено цифрой I).

При переходе на газодизельный цикл электрический ток подводится к обмоткам электромагнита 30 и электроклапанов 6 и 22 (рис. 4.10). Якорь 29 поднимается вверх и планка нижним краем паза “а” поворачивает рычаг 25 на угол    (из положения I в положение II). При этом рычаги 34 и 37 дозаторов поворачиваются против часовой стрелки (в сторону уменьшения подачи) на угол , а дозаторы 32 и 35 перемещаются вниз на величину h. Цикловая подача топлива уменьшается на величину, замещаемую газом. Из-за значительной разницы в жестокостях пружин 20 и 2 упругая тяга «растягивается» на величину х, а промежуточный рычаг 16 остается неподвижным. Одновременно масло из системы смазки подается к гидроусилителю и перемещает поршень в положение, соответствующее положению золотника 15. Клапан дозатора газа отходит от седла корпуса 9, пропуская во впускной трубопровод двигателя необходимое количество газа.

При уменьшении нагрузки на двигатель рычаг 1 поворачивается по часовой стрелке, а рычаги 16 и 18 – против (– qц), при этом управляющий золотник гидроусилителя смещается вправо. Поршень гидроусилителя, «отслеживая» перемещение золотника 15, также передвигается вправо. Клапан дозатора газа приближается к седлу корпуса 9, зазор между ними уменьшается, и подача газа во впускной трубопровод двигателя снижается до величины, соответствующей нагрузке двигателя. Перемещение рычага приводит к уменьшению хода упругой тяги и не передается на рычаг 23, который под действием усилия пружины 20, воспринимаемого поршеньком штока 21, стремится повернуться по часовой стрелке. Однако его повороту препятствует планка, удерживающая через штифт рычаг 25. Дозаторы 32 и 35 остаются неподвижными и в цилиндры двигателя впрыскивается примерно постоянная («запальная») доза дизельного топлива, обеспечивающая воспламенение сжатой в них газовоздушной смеси.

Величина «запальной дозы» обусловлена углом α, определяемым положением корпуса электромагнита относительно плиты 27. При ввинчивании корпуса высота hяк подъема якоря и угол уменьшаются, «запальная доза» увеличивается, при вывинчивании – высота hяк и угол увеличиваются, «запальная доза» уменьшается.

При дальнейшем снижении нагрузки рычаг 1 регулятора продолжает перемещаться по часовой стрелке (– qц), зазор х в упругой тяге выбирается полностью (х = 0), она становится жесткой и, перемещаясь влево, поворачивает рычаги 23 и 25 против часовой стрелки (– qц). Планка не препятствует передвижению рычага 25, так как штифт свободно перемещается в пазу. Дозаторы 32 и 35 смещаются вниз, цикловая подача дизельного топлива уменьшается.

При повороте рычага 1 по часовой стрелке перемещение его другого конца через тягу 7 передается рычагу 16, заставляя его вместе с рычагом 18 золотника поворачиваться против часовой стрелки (– qц). Под действием рычага 18 серьга 17 и золотник 15 перемещаются вправо, обусловливая перемещение вправо и поршня 13 гидроусилителя. Так как клапан прижат к седлу корпуса 9 дозатора, то перемещение поршня 13 возможно лишь в результате сжатия компенсационной пружины 11.

Двигатель запускают в режиме «Дизель» обычным способом и прогревают примерно до 60°С. Затем открывают баллонный и расходный вентили газа и включают дополнительное электрооборудование. Убедившись, что давление газа на выходе из редуктора находится в пределах 0,6 – 0,7 МПа, устанавливают включатель электромагнитного клапана подачи масла к гидроусилителю дозатора газа в положение «Вкл», а переключатель режимов работы двигателя – в положение «Газодизель».

О работе двигателя по газодизельному циклу свидетельствует загоревшаяся контрольная лампочка зеленого цвета. Загорание лампочки красного цвета сигнализирует о снижении давления газа в баллонах ниже допустимого и необходимости перевода двигателя в режим дизеля. Для этого следует остановить трактор, выключив передачу и затормозив его стояночным тормозом. Затем закрыть баллонный и расходный вентили, довести частоту вращения вала двигателя до 1200 – 1500 мин-1 и выработать газ из дозатора, редуктора высокого давления и трубопроводов. При этом давление газа после редуктора высокого давления должно снизиться до нуля при продолжающемся горении контрольной лампочки. После этого переключатель режимов работы двигателя необходимо установить в положении «Дизель», выключить электромагнитный клапан подачи масла к гидроусилителю дозатора газа и отключить дополнительное электрооборудование. При необходимости перевода двигателя с одного режима на другой для кратковременной работы достаточно установить переключатель режимов работы в соответствующее положение.

Переоборудованный трактор имеет следующие показатели:

Эксплуатационная масса, кг

8750

Нагрузка от эксплуатационной массы, кН

85,8

в том числе приходящаяся на переднюю ось

41,0

на заднюю ось

44,8

Координаты центра масс, от осей, мм: передней

1490

задней

1370

высота

710

Максимальная транспортная скорость, км/ч

30

Объем газа в баллонах (нм3) при 20 МПа: в осенне-зимний период

113,5

в весенне-летний период

92,8

Эксплуатационный расход: дизельного топлива, л/моточас

8,1

природного газа, м3/моточас

13,6

Наработка от одной заправки газом (моточас) в осенне-зимний период

8,4

весенне-летний период

6,8

Показатели двигателя:

Марка

СМД-62 ГД

Тип

Газодизель с турбонаддувом, четырехцилиндровый, У-образный, с жидкостным охлаждением и непосредственным впрыском запальной дозы дизельного топлива

Номинальная мощность (кВт) при работе на дизельном топливе

121,4

по газодизельному циклу

122.0

Частота вращения при номинальной мощности (мин-1)

2100

Цикловая подача дизельного топлива (мм3/цикл) при номинальной мощности двигателя и работе по дизельному циклу:

105

газодизельному циклу:

45

Часовой расход топлива, кг/ч, при работе по дизельному циклу:

32,6

по газодизельному циклу, дизельного топлива, кг/ч:

14,0

газа м3/ч

20,0

В рассмотренной системе отсутствует редуктор низкого давления, газ под давлением 0,6 – 0,7 МПа подается к клапану, управляющему расходом. Газ подается до турбокомпрессора наддува, что решает проблему смесеобразования. Наличие гидроусилителя в приводе дозатора газа уменьшает быстродействие системы регулирования. Не решена проблема дозировки газа при выходе на корректорный участок характеристики двигателя. Это приводит к чрезмерному увеличению цикловой подачи газа при пониженной частоте вращения и максимальном для данного скоростного режима крутящем моменте, повышенному дымлению при перегрузках.

4.2.2. Газобаллонный трактор К-700А-Г [27]

Специалисты ВНИИГАЗа и НАТИ в 1997-98 гг. провели конвертирование дизельных двигателей тракторов К-700А, К-701 и МТЗ-82 в газодизели. Газобаллонный трактор К-700А-Г с двигателем ЯМЗ-238НД2 (рис. 4.12) сохраняет основные эксплуатационные параметры по базовому трактору и может агрегатироваться со всеми орудиями шлейфа машин, выполняя весь набор предусмотренных с.-х. работ. Газобаллонная установка (ГБУ) включает 18 баллонов и смонтирована на задней полураме. Двигатель может работать в дизельном и газодизельном режимах.

Рис. 4.12. Внешний вид газобаллонного трактора К-700А-Г, разработанного ВНИИГАЗа и НАТИ [27]

Комплект питания трактора (рис. 4.13) включает следующие системы: питания газом и его распределения (баллоны, вентили и крестовины расходные и заправочные, соединительные трубопроводы и шланги); редуцирования газа (газовые редукторы низкого и высокого давления, подогреватель газа, электромагнитный клапан с фильтром); дозирования и подачи газа во впускной тракт двигателя (дозатор газа, смеситель); координированного привода управления дизельным топливным насосом и дозатором газа (ограничитель запальной дозы, топливный насос высокого давления); управления, регулирования и защиты двигателя (механизм установки запальной дозы топлива, датчик контрольной лампы падения давления, элементы контроля за давлением в баллонах).

Принцип работы системы питания газодизеля основан на свободном всасывании газа под действием разрежения во впускном тракте двигателя. Газ, выходящий из баллонов 13, подогревается до температуры не ниже 15ºС в теплообменнике 8 жидкостью, используемой для охлаждения воздушного компрессора двигателя, и поступает в редуктор высокого давления 10. Под давлением, сниженным с 20 до 0,1 МПа, газ подается к электромагнитному клапану 12 с фильтром, который очищает его от механических примесей. В редукторе 3 давление газа снижается двумя ступенями (сначала до 0,02 МПа, а затем до нуля) и он через диффузор смесителя 2 засасывается турбокомпрессором во всасывающий коллектор двигателя.

Рис. 4.13. Схема системы питания газодизеля трактора К-700А-Г:

1 – воздухоочиститель; 2 – смеситель; 3 – редуктор низкого давления; 4 – дозатор; 5 – ТНВД; 6 – ограничитель запальной дозы жидкого топлива; 7 – дизель ЯМЗ-240Н; 8 – подогреватель газа; 9 – предохранительный клапан; 10 – редуктор высокого давления; 11 – датчик давления; 12 – электромагнитный клапан-фильтр; 13 – баллон; 14 – расходный вентиль; 15 – манометр; 16 – крестовина с заправочным (наполнительным) и расходным вентилями [27].

Дозирование газа осуществляется регулируемым дросселем дозатора 4, который в режиме газодизеля управляется штатным регулятором ТНВД 5. Разрежение, создаваемое в диффузоре смесителя 2, передается разгрузочному устройству двухступенчатого редуктора 3. Предусмотрена компенсация влияния воздухоочистителя. Ограничитель запальной дозы 6 выполнен в виде жесткого упора рейки ТНВД с приводом от электромагнита.

К недостаткам рассмотренной схемы следует отнести всасывание газа диффузором-смесителем на впуске, что увеличивает сопротивление впускной системы, ограничивая мощность двигателя, и отсутствие корректирования внешней скоростной характеристики.

4.2.3. Газобаллонный автомобиль КрАЗ-250

с дизелем ЯМЗ-238М2 [23]

разработан институтом газа (НПФ «ИНГАЗ», г. Киев) в 2000 г. С точки зрения обеспечения точности регулирования и показателей формирования внешней скоростной характеристики двигателя систему питания и регулирования газодизеля ЯМЗ-238М2 (рис. 4.14), можно отнести к наиболее совершенным.

Система питания газодизеля устроена следующим образом. Сжатый природный газ под давлением 20 МПа (200 кг/см2) из баллонов 1, через расходный вентиль 2 поступает на расходно-заправочный узел 3, затем, через магистральный вентиль 4 – на первую ступень трехступенчатого редуктора-регулятора 5. Контроль запаса газа на автомобиле осуществляется манометром высокого давления 6. В зависимости от расхода воздуха через диффузор 7 изменяется и общий расход газа через редуктор-регулятор 5, выходная ступень которого соединена с дозатором газа 8, соединенный посредством тяги 9 с рычагом доработанного регулятора скорости 10. Из дозатора 8 газ поступает в патрубок 11 газовоздушного смесителя 12, установленного на воздухораспределителе 14 после воздушного фильтра 15. Из кольцевой полости «а» газ через отверстия в диффузоре 7 поступает в полость «б», где происходит его смешивание с воздухом.

Система подогрева редуктора-регулятора через кран 16 сообщена с системой охлаждения двигателя. Выход охлаждающей жидкости из полости подогрева редуктора-регулятора сообщается с нижним бачком радиатора. Подача масла доработанному регулятору скорости 10 осуществляется через кран управления 17, установленный в кабине водителя. Отбор масла в систему осуществляется из главной масляной магистрали двигателя через специальный переходник датчика контрольной лампы давления масла. Между краном подачи масла 17 и регулятором 10 установлен датчик падения давления масла 19, вырабатывающий сигнал для автоматического перевода двигателя в режим дизеля в случае падения давления в системе ниже 0,4...0,7 кг/см2.

Рис. 4.14. Схема системы питания газодизеля ЯМЗ-238М2:

1 – газовый баллон; 2 – расходный вентиль; 3 – расходно-заправочный узел; 4 – магистральный вентиль; 5 – газовый редуктор-регулятор; 6 – манометр высокого давления; 7 – диффузор; 8 – дозатор газа; 9 – тяга привода дозатора газа; 10 – регулятор скорости; 11 – патрубок газо-воздушного смесителя; 12 – газовоздушный смеситель; 13 – сигнальная трубка; 14 – воздухораспределитель; 15 – воздушный фильтр; 16 – кран подачи жидкости к обогревателю; 17 – кран подачи масла г гидроусилителю; 18, 19 – датчики давления масла в главной масляной магистрали и в гидроусилителе, соответственно; 20 – рычаг управления дозатором газа; 21 – заправочный вентиль [23].

Трехступенчатый газовый редуктор-регулятор, схема которого представлена на рис. 4.15, предназначен для снижения давления газа, поступающего из баллонов под высоким давлением (200 кг/см2), до величины от 0 до 0,5 кг/см2 в зависимости от скоростного режима работы двигателя. Редуктор-регулятор выполнен на базе стандартного трехступенчатого редуктора АТ «Аскольд», предназначенного для питания карбюраторных двигателей. Доработанный трехступенчатый редуктор-регулятор в отличие от серийного не имеет систем пневматического экономайзера и холостого хода, дополнен устройством, которое позволяет изменять давление выходной ступени в пределах (0 - 0,5) кг/см2 в зависимости от расхода воздуха через диффузор 7 (рис. 4.12) впускного тракта с компенсацией разрежения, создаваемого воздухоочистителем.

Рис. 4.15. Схема трехступенчатого редуктора-регулятора:

А – полость первой ступени; Б – полость второй ступени; В – полость выходной ступени; Г - управляющая полость; Д – полость вакуум-разгружателя; ОЖ – охлаждающая жидкость [23].

Схема дополнительного электрооборудования приведена на рис. 4.16. Дополнительными элементами в системе электрооборудования являются электромагнитный клапан УА01, управляющий, подачей газа с первой на вторую ступень редуктора-регулятора, указатель давления газа ВА01 для контроля давления газа второй ступени редуктора - регулятора.

Рис. 4.16. Схема дополнительного электрооборудования

газодизельного автомобиля КрАЗ-250.

Контрольная лампа (НL2) сигнализирует о подаче напряжения на панель управления газодизелем при нахождении выключателя-автомата (SА02) в положении «вкл». О положении переключателя режимов работы «дизель-газодизель» (SА01) сигнализирует контрольная лампа (НL1), загорающаяся при положении переключателя (SА01) в режиме «газодизель». Этим же переключателем (SА01) управляется электромагнитный газовый клапан (УА01) и электромагнитный клапан включения запальной дозы (УА03). Для увеличения надежности работы системы дополнительного электрооборудования в схему введено два реле (КА01 и КА02). Датчик (ВР-03) контроля давления масла, применяется для защиты работы двигателя в режиме «газодизель». При снижении давления масла в системе смазки ниже 0,4...0,7 кг/см2, газовые клапаны закрываются (обесточиваются) и двигатель переходит в режим работы «дизель».

Доработанный регулятор частоты вращения двигателя с гидроусилителем является наиболее сложным элементом системы регулирования газодизеля. На рис.4.17 приведен вид с боку на доработанный регулятор частоты вращения двигателя. Внутреннее устройство доработанного регулятора показано на рис. 4.18. Для объяснения взаимодействия составных частей регулятора частоты вращения определим группы деталей, выполняющих определенные функции:

Рис. 4.17. Регулятор частоты вращения с гидроусилителем (вид сбоку):

1 - штуцер подвода масла к гидроусилителю; 2 - штуцер слива масла из гидроусилителя; 3 - корпус гидроусилителя; 4 - корпус промежуточных рычагов; 5 - рычаг привода дозатора газа; 6 - средний корпус регулятора частоты вращения; 7 - крышка смотрового люка регулятора; 8 - регулировочный стакан; 9 - электромагнит установки запальной дозы топлива.

Рис. 4.18. Регулятор частоты вращения с гидроусилителем (разрез):

1 - поршень гидроусилителя; 2 - золотник; 3 - вилка гидроусилителя; 4 - серьга; 5 - умножительный рычаг; 6 - промежуточный рычаг; 7 - средний корпус регулятора; 8 - болт клеммового зажима; 9 - ось главного рычага регулятора; 10 - рычаг пружины регулятора; 11 - пружина регулятора; 12 - пусковая, пружина; 13 - рейка топливного насоса; 14 - доработанная тяга рейки; 15 - ось рычага пружины регулятора; 16 - грузы регулятора; 17 - муфта регулятора; 18 - рычаг тяги рейки; 19 - палец рычага; 20 - крышка смотрового люка; 21 - главный рычаг регулятора; 22 - болт регулирования номинальной подачи топлива; 23 - двуплечий рычаг; 24, 25 - соединительные пальцы; 26 - винт регулировки наклона регуляторной ветви; 27 - якорь электромагнита; 28 - толкатель микровыключателя; 29 - корпус электромагнита установки запальной дозы; 30 - регулировочный стакан; 31 - вилка; 32 - крышка лючка; 33 - шпилька; 34 - штуцер подвода масла к гидроусилителю; 35 - возвратная пружина гидроусилителя; 36 - штуцер слива масла из гидроусилителя. А - полость давления масла; Б - полость слива масла; а - паз свободного хода; в - паз выключения подачи дизельного топлива; с- поверхность упора якоря; D - окна прохода масла.

I - группа обеспечения установки запальной дозы:

- пусковая пружина 12 и паз «а» в детали 14 (тяга рейки) обеспечивают возможность зафиксировать рейку насоса 13 не блокируя при этом механизмы регулятора скорости;

- вилка 31, якорь электромагнита 27, регулировочный стакан 30 и корпус 29 электромагнита обеспечивают фиксацию рейки насоса в положении подачи запальной дозы топлива и полное ее выключение в режиме моторного тормоза.

ІІ - группа управления подачей газа:

- гидравлический усилитель в сборе (корпус сервопоршня, поршень 1, управляющий золотник 2, вилка 3 взаимодействующая с поршнем), - обеспечивают привод дозатора газа через рычаг 5 (рис.4), который установлен на вилке 3 с наружной стороны.

ІІІ - группа привода золотника гидравлического усилителя:

- корпус промежуточных рычагов 4 (рис.4), рычаги 5 и 6, серьги 4 - обеспечивают передачу движения от главного рычага регулятора 21 к золотнику 2 гидравлического усилителя.

IV - группа измерения частоты вращения и задачи скоростного режима:

- в группу входят стандартные (штатные) детали и узлы, расположенные внутри корпуса 7 (работа деталей и механизмов регулятора скорости описана в инструкции по эксплуатации двигателя ЯМЗ-238 М2).

Рассмотрим работу регулятора скорости в дизельном и газодизельном режимах.

Дизельный режим

Кран 17 (см. рис. 4.14) управления подачей масла к гидроусилителю регулятора скорости закрыт. Масло не поступает к гидроусилителю и последний не работает ( на тис. 4.18 – поршень 1 и связанная с ним вилка 3 неподвижны и под действием пружины 35 находятся в крайнем правом положении). Рычаг 5 (см. рис. 4.17) также неподвижен, дозатор газа 8 (см. рис. 4.14) находится в закрытом положении. Таким образом, обеспечивается механическая защита двигателя против случайной подачи газа в двигатель.

Электромагнит 29 (рис. 4.18) в дизельном режиме обесточен и его якорь 27 не препятствует движению тяги 14 и рейки насоса 13. Пусковая пружина 12 постоянно прижимает левый край паза «а» к соединительному пальцу, находящемуся в верхней части рычага 18. Последний связан с муфтой регулятора 17 и вращается вокруг пальца 19, связанного с механизмом останова двигателя. При увеличении нагрузки на двигатель муфта 17 перемещается вправо, рычаг 18 также смещается вправо (поворачивается вокруг оси пальца 19 по часовой стрелке), тяга рейки 14 под действием пружины 12 перемещается вслед за рычагом 18, рейка 13 поворачивает плунжеры насосных секций на увеличение подачи топлива. При уменьшении нагрузки на двигатель детали движутся в обратном направлении, подача топлива уменьшается.

Газодизельный режим

Кран 17 (см. рис. 4.14) открыт, масло из системы смазки двигателя под давлением поступает к гидроусилителю регулятора скорости. Под действием давления масла поршень 1 (рис. 4.18) отслеживает движение золотника 2. Происходит это следующим образом:

- при смещении золотника влево, открывается щель для прохода масла в окна «d» с правой стороны управляющего пояска золотника; масло поступает в полость А и поршень 1, преодолевая усилие пружины 35, смещается влево за золотником на то же расстояние; окна «d» при этом закроются пояском золотника и поршень остановится;

- при смещении золотника вправо, открывается щель для прохода масла через окна «d» с левой стороны управляющего пояска золотника; масло из полости А через окна «d» под действием возвратной пружины 35 вытесняется в полость Б; поршень 1 при этом перемещается вправо на величину смещения золотника 2; окна «d» при этом вновь закроются пояском золотника и поршень остановится.

При перемещении поршня 1 влево, рычаг 5 (см. рис. 4.17) установленный на вилке 3 поворачивается против часовой стрелки и через тягу 9 (рис. 4.14) воздействует на дозатор газа в сторону увеличения его проходного сечения, увеличивая при этом расход газа в двигатель.

При перемещении поршня 1 вправо, рычаг 5 поворачивается по часовой стрелке, дозатор газа «закрывается», расход газа на двигатель уменьшается.

Сигнал на увеличение подачи газового топлива к золотнику 2 (рис. 4.18) передается через рычаги 5, 6 и серьги 4 от главного рычага регулятора 21. Рычаг 6 и рычаг 21 вращаются вместе с осью 9 в бобышках корпуса регулятора благодаря клеммовым зажимам.

Клеммовые зажимы необходимы для возможности регулирования угла между осями рычагов 6 и 21, что необходимо для настройки «момента» страгивания поршня 1 с крайнего правого положения. Для доступа к болту 8 клеммового зажима рычага 6 в крышке смотрового люка 20 имеется специальный лючок, закрываемый крышкой 32.

При переходе на газодизельный режим дополнительное электрооборудование газодизеля обеспечивает подачу питания на электромагнит 29, якорь 27 при этом смещается влево до упора в поверхность «С» и через толкатель 28 воздействует на микровыключатель (на рис. 4.16 не показан), расположенный внутри корпуса электромагнита 29. Указанный микровыключатель (см. рис. 4.14, элемент схемы УА03, контакты 1 и 2) выдает команду на реле включения КА01 электромагнитного клапана подачи газа УА01. Благодаря наличию указанных элементов и связей между ними, исключается подача газового топлива в двигатель при отсутствии ограничения поступления дизельного топлива. При смещении якоря 27 влево, вилка 31 выбирает паз «в» и через тягу 14 устанавливает рейку 13 насоса в положение подачи запальной дозы топлива. Между левым краем паза «а» и пальцем рычага 18 образуется зазор, необходимый для перемещения деталей регулятора скорости.

При уменьшении нагрузки на двигатель муфта 17 перемещается влево, рычаг 21 и рычаг 6 поворачиваются по часовой стрелке, рычаг 18 поворачивается вокруг оси пальца 19 против часовой стрелки благодаря пазу «а», золотник 2 смещается вправо, подача газа в двигатель, как было сказано выше, уменьшается.

Механизм регулятора и система регулирования расхода газа настроена таким образом, что при полной выборке паза «а» поршень 1 становится в крайнее правое положение и дозатор газа полностью закрывается. Поэтому при дальнейшем уменьшении нагрузки на двигатель, включая режим его принудительного вращения («торможение двигателем»), муфта 17 перемещается еще влево, рычаг 18 передвигает рейку 13 в положение полного выключения подачи топлива и якорь 27 не препятствует этому благодаря наличию паза «в» в детали 31.

Газовоздушный смеситель, предназначенный для образования однородной газовоздушной смеси и получения сигнала управления для трехступенчатого редуктора-регулятора, устанавливается во впускном трубопроводе между воздухоочистителем и воздухораспределителем. Конструкция газовоздушного смесителя показана на рис. 4.19.

Газовоздушный смеситель состоит из корпуса 1, в который устанавливается многодырчатый диффузор 5 (60 отверстий диаметром 2 мм), создающий необходимый сигнал управления (разрежение в наименьшем сечении) для работы редуктора-регулятора газа. Сигнал управления передается на редуктор-регулятор через трубку 4. Диффузор 5 уплотняется в трубопроводе резиновым кольцом 6 и от продольного смещения фиксируется стопорным винтом. Газ от дозатора в смеситель поступает через патрубок 3. Из кольцевой полости «а», образованной корпусом 1 и проточкой в диффузоре 5, газ через 60 отверстий поступает в полость «б», где происходит смешивание его с воздухом.

Дозатор газа предназначен для регулирования расхода газа в двигатель в зависимости от сигнала управления, вырабатываемого регулятором скорости. Вид с боку и продольное сечение (по осям газового канала) дозатора газа показан на рис. 4.20.

Рис. 4.19. Газовоздушный смеситель:

1 – корпус смесителя; 2 – воздухораспределитель; 3 – входной патрубок газа; 4 – сигнальная трубка; 5 –диффузор; 6 – уплотнительное кольцо.

Дозатор газа состоит из корпуса 5, с входным штуцером 6. Со стороны выхода газа на плоскости корпуса установлены две шпильки 7 для крепления дозатора газа к фланцу 1, приваренному к патрубку подачи газа газовоздушный смеситель. Перпендикулярно газовому каналу в корпусе 5 имеется расточка, в которую по скользящей посадке установлен регулирующий валик 4.

На валике имеется фрезерованное окно «а», которое при повороте валика регулирует расход газа в двигатель. Уплотнение валика со стороны его выхода из корпуса 5 осуществляет по оси фторопластовыми шайбами (на рис. 4.20 не показаны).

Поджатие шайб осуществляется накидной гайкой 10. На выступающей цапфе валика установлен поводок 9, с которым взаимодействует тяга регулятора. К корпусу дозатора газа двумя болтами 8 закреплены две пластины 3 с отогнутыми концами, которые образуют два упора 11. В упоры ввинчены винты 12 ограничения «хода» дозатора, которые используются при настройке дозатора на двигателе.

Рис. 4.20. Дозатор газа:

1 – фланец; 2 – прокладка; 3 – пластина; 4 – регулирующий валик; 5 – корпус; 6 – входной штуцер; 7 – шпилька; 8 – болт; 9 – поводок; 10 – гайка; 11 – упор; 12, 13 – ограничительный винт. а – фрезерованное окно регулирующего валика.

Порядок регулирования насоса с регулятором приводится в заводской инструкции по эксплуатации двигателя ЯМЗ-238М2. Регулирование проводится сначала для режима дизеля, затем – для режима газодизеля (с рейкой ТНВД, зафиксированной в положении подачи запальной дозы). Регулировочные параметры приведены в табл. 4.1.

Для регулировки топливного насоса по газодизельному циклу необходимо на ножки 1 и 3 штекерного разъема электромагнита ограничения хода рейки УА03 (см. рис. 4.16) подать напряжение 24В постоянного тока. При включенном электромагните необходимо отрегулировать положение стакана 8 (см.рис. 4.17) так, чтобы при частоте вращения кулачкового вала насоса 1030 ± 10 мин-1 и упоре рычага управления регулятора в болт ограничения скоростного максимального режима, средняя цикловая подача секциями насоса была равна 48....50 мм3/цикл. Отрегулированное положение стакана электромагнита необходимо надежно зафиксировать стопорной гайкой и опломбировать.

Таблица 4.1

Регулировочные параметры насоса 238М2 с регулятором скорости с прямым и обратным корректорами подачи топлива

Частота вращения кулачкового вала насоса, мин-1

Регулировочные параметры в режимах:

дизельный

газодизельный

Цикловая подача секциями ТНВД, мм3/цмкл

Неравномерность подачи, не более, %

Цикловая подача секциями ТНВД, мм3/цмкл

Неравномерность подачи, не более, %

1

2

3

4

5

1030 ± 10

93-95

6

48-50

15

850 ± 10

96-100

6

39-43

20

650 ± 10

98-102

8

33-38

20

450 ± 10

93-100

11

23-29

20

250 ± 10

-

15

не менее 15

30

Пуск, остановка и переключение режимов «дизель» - «газодизель» двигателя ЯМЗ - 238 М2.

Пуск и подогрев газодизеля производится только при работе двигателя на дизтопливе. Переход на газодизельный цикл осуществляется после прогрева двигателя до температуры масла не ниже +40°С. Для этого необходимо:

1. Перевести двигатель в режим холостого хода.

2. Открыть кран 17 (рис. 4.14) подачи масла на доработанный регулятор скорости 10.

3. Выключатель-автомат (SА02) (см. рис. 4.16) перевести в положение «вкл.».

4. Переключатель режимов работы «дизель-газодизель» (SА01) (рис. 4.16) перевести в положение «вкл.».

Переход с газодизельного цикла на дизельный осуществляется постановкой переключателя режимов работы «дизель-газодизель» (SА01) в положение «дизель» независимо от скоростного и нагрузочного режима работы двигателя.

В конце смены при постановке автомобиля на стоянку необходимо редуктор-регулятор 5 (рис. 4.14) «разгрузить» от действия высокого давления со стороны газовых баллонов, чтобы избежать утечки газа в соединениях под воздействием переменных атмосферных условий. Для этого необходимо:

1. Закрыть магистральный вентиль 4 расходно-заправочного узла 3.

1.а. Выработать газ из системы многократным нажатием на педаль управления рычагом регулятора (педаль «газа»). При полностью выработанном газе из системы, стрелка указателя давления газа ВА01 установятся в положении «0».

1.б. Выработать газ из системы путем поддержания частоты вращения коленчатого вала около 600 мин-1.

2. Если при нажатии на педаль «газа» двигатель не развивает оборотов до 2000 мин-1, то это свидетельствует о выработке газа из топливной системы (до магистрального вентиля).

3. После выработки газа из газовой системы питания выключатель-автомат перевести в положение «выкл.», переключатель режимов работы в положение «дизель», кран подачи масла перевести в положение «закрыто».

Приведенное подробное описание системы питания газобаллонного автомобиля КрАЗ-250 свидетельствует о тщательности разработки узлов и механизмов, глубоком понимании процессов их взаимодействия и общих задач регулирования. По функциональным возможностям данная система регулирования является пока наиболее совершенной, позволяющей формировать как регуляторный, так и корректорный участки характеристики газодизеля. Ее основной недостаток – сложность устройства, настройки, эксплуатации и обслуживания.

Причина заключается в том, что в процессе регулирования участвуют электрическая, гидравлическая и пневматическая системы, которые должны функционировать в четком взаимодействии. Это понуждает изобретателей искать более простые и эффективные решения, пригодные для широкого практического применения. Такими решениями являются две следующих системы, разработанные упрощением описанной выше.

4.2.4. Газобаллонные автомобили КрАЗ-258Б1, -260В, -6510 с дизелем ЯМЗ-238М2 [8]

ООО «Эксодус» (Днепропетровск) в 2000 году на основе разработки НПФ «ИНГАЗ» разработало свою, упрощенную систему газоснабжения газобаллонных автомобилей КрАЗ. Особенностью работы этой системы и основными отличиями от прототипа являются:

- всасывание газа под действием разрежения в диффузоре газовоздушного смесителя, в отличие от подачи под давлением у прототипа;

- использование трехступенчатого редуктора «АСКОЛЬД» из комплекта газовой аппаратуры по переоборудованию грузовых автомобилей ЗИЛ для работы на сжатом природном газе без доработок;

- дооборудование штатного регулятора корректором подачи запальной дозы жидкого топлива, расположенном вне корпуса регулятора;

- электрическая система ограничения частоты вращения газодизеля.

Принципиальная схема регулятора частоты вращения с корректором подачи запальной дозы дизельного топлива для газодизеля, разработки ООО «Эксодус», представлена на рис. 4.21. Для работы по газодизельному циклу всережимный механический регулятор прямого действия дооборудован следующим образом. Тяга 5, соединяющая педаль 7 и рычаг 4 управления регулятором, выполнена в виде упругой разрезной тяги, одна часть которой связана с цилиндром 8, а вторая - с поршнем 6.

Рис. 4.21. Схема регулятора частоты вращения газодизеля ЯМЗ-238 «ЭКСОДУС»:

1 – муфта центробежного регулятора; 2 – рейка ТНВД; 3 – главная пружина центробежного регулятора; 4 – рычаг управления регулятором; 5 – тяга; 6 – поршень; 7 – педаль «газа»; 8 – цилиндр; 9 – электромагнит с подвижным якорем; 10 – рычаг в кабине водителя; 11, 14 – рычаги привода газовой заслонки; 12, 13 – тросы управления; 15 – газовая заслонка; 16 – подпружиненный упор; 17, 21 – микровыключатель; 18 – дополнительный рычаг регулятора; 19 – механизм натяжения; 20 – дополнительная пружина регулятора; 22 – главный рычаг центробежного регулятора; 23 – регулировочный винт; 24 – рычаг останова двигателя [8].

При этом поршень 6, на котором выполнена канавка, может перемещаться в цилиндре 8. На цилиндре установлен электромагнит 9 с подвижным якорем. Помимо этого, педаль 7 посредством рычагов 11 и 14 связана с газовой заслонкой 15. Регулятор также снабжен двуплечим рычагом 18, нижнее плечо которого контактирует с толкателем 23, а к верхнему присоединены:

- пружина 20 с механизмом 19 изменения ее предварительного натяжения;

- трос 12, связывающий рычаг 18 с рычагом 10, установленным в кабине водителя;

- подпружиненный упор 16 с микровыключателем 17;

- микровыключатель 21.

В свою очередь подпружиненный упор 16 тросом 13 связан с тягой 11. Газ от трехступенчатого редуктора подается к газовой заслонке, откуда поступает к газовоздушному смесителю. В смесителе происходит перемешивание газа с воздухом и полученная газовоздушная смесь поступает в цилиндры двигателя.

Общий вид регулятора с корректором подачи запальной дозы дизельного топлива показан на рис. 4.22.

Рис. 4.22. Общий вид регулятора с корректором запальной дозы «ЭКСОДУС» (обозначения деталей соответствуют рис. 4.21)

При работе по дизельному циклу водитель перемещает рычаг 10 вправо и фиксирует его относительно сектора. При этом рычаг 10 посредством троса 12 перемещает двуплечий рычаг 18 (растягивая одновременно пружину 20) таким образом, что толкатель 23 при любых перемещениях главного рычага регулятора 22 не контактирует с нижним плечом двуплечего рычага 18. Из системы дополнительного электрооборудования подается питание на электромагнит 9. При этом якорь электромагнита фиксируется в канавке поршня 6 и тяга 5 становится жесткой. Регулятор работает как обычный механический регулятор частоты вращения дизеля. Рычаг 24 служит для выключения подачи топлива и остановки дизеля.

При работе по газодизельному циклу водитель перемещает рычаг 10 влево и фиксирует его относительно сектора. При этом трос 12 ослабевает и двуплечий рычаг 18 под действием пружины 20 своим нижним плечом прижимается к толкателю. Система дополнительного электрооборудования снимает сигнал с электромагнита 9. При этом якорь электромагнита 9 выходит из канавки поршня 6 и тяга 5 становится раздвижной. Благодаря этому при работе по газодизельному циклу при нажатии на педаль 7 водитель не воздействует на рычаг 4 управления регулятором, а при помощи тяг 11 и 14 воздействует на газовую заслонку 15, увеличивая или уменьшая количество подаваемого газа в цилиндры двигателя.

По замыслу авторов система должна работать следующим образом:

«При увеличении частоты вращения двигателя вследствие увеличения количества газа, подаваемого в цилиндры, муфта 1 регулятора под действием центробежных сил грузов стремится переместиться вправо и переместить рейку 2 в сторону уменьшения подачи топлива. Однако, при этом трос 13 ослаблен и двуплечий рычаг 18 под действием пружины 20 нижним плечом надавливает на толкатель 23, перемещая его влево. Одновременно с этим влево перемещаются главный рычаг регулятора 22 и муфта 1. При перемещении муфты 1 влево рейка 2 регулятора перемещается в сторону увеличения подачи топлива. Благодаря такой коррекции цикловая подача жидкого топлива остается практически постоянной в диапазоне от холостого хода до номинальной частоты вращения» [8].

Фактически перевод рычага 10 влево разблокирует пружину 20, которая через промежуточные элементы 18 и 23 присоединяется к главному рычагу регулятора 22 вместо главной пружины 3, которая в режиме газодизеля полностью освобождается благодаря конструкции тяги 5. Регулировка затяжки пружины 20 механизмом 19 позволяет настроить регулятор на подачу примерно постоянной запальной дозы жидкого топлива в диапазоне частот вращения от номинальной до максимальной холостого хода. Регулировка мощности двигателя осуществляется водителем за счет изменения подачи газа заслонкой 15. При уменьшении мощности и прикрытии заслонки 15 приходится корректировать жесткость пружины 20 включением подпружиненного упора 16, связанного через трос 13 с приводом заслонки. Наличие подпружиненного упора приводит к уменьшению частоты вращения, на которую настроен регулятор, при закрытии заслонки 15

При возрастании частоты вращения двигателя до максимальной, возрастет усилие, которое передает центробежный регулятор через толкатель 23 (рис. 4.19) на рычаг 18. Ом растягивает пружину 20 и толкатель 23 перемещается в крайнее положение, что позволит регулятору ТНВД убрать подачу топлива до нулевой. При этом контакты микровыключателя 21 размыкают цепь питания электромагнита газового редуктора. Подача газа в цилиндры двигателя прекращается.

Основной недостаток этой системы – отсутствие всережимного регулирования, неустойчивая работа двигателя в режиме ограничения максимальной частоты вращения, что вытекает из принципа работы ограничителя, который обеспечивает импульсное регулирование подачи газа.

4.2.5. Газобаллонный трактор Т-150К

с двигателем ЯМЗ-236 [54]

Недостатки, выявленные при испытаниях системы газоснабжения ООО «Эксодус», побудили провести дальнейшую модернизацию системы. Описанная ниже модернизированная система применяется ООО «Полтаваметанмаш» для конвертирования автомобилей и тракторов с двигателями семейства ЯМЗ. Основное отличие этой разработки от предыдущей – применение всережимного пневматического регулятора подачи газа. Ниже приводится краткое описание по тексту [54]. Схемы регулятора частоты вращения приведены на рис. 4.23 и 4.24.

Рис. 4.23. Схема регулятора частоты вращения газодизелей семейства ЯМЗ, разработки ООО «Полтаваметанмаш» (обозначения на рис. 4.24) [54]

Оборудование для обеспечения работы двигателя в газодизельном режиме состоит из трехступенчатого редуктора высокого давления фирмы ELPІGAS (Италия), элементов подачи газа и регулятора частоты вращения газодизеля.

Рис. 4.24. Расположение элементов регулятора газодизелей ЯМЗ.

1 – блок переключения режимов; 4 – шток управления корректором подачи запальной дозы; 5 – тяга управления ТНВД; 6 – педаль «газа»; 7 – тяга управления подачей газа; 8 – шток корректора; 9 – рычаг корректора; 10 – двуплечий рычаг; 11, 16 – пружины упругого блока корректора; 12, 13 – упоры; 14 – газовый регулятор; 15 – смеситель; 18 – главная пружина регулятора; 19 – главный рычаг регулятора; 20 – муфта регулятора; 21 – рейка ТНВД; 22 – вакуумный ограничитель максимальных оборотов; 23 – клапан газового регулятора; 24 – индикаторная заслонка; 25 – тяга; 26 – пружина. ЭМКГ – электромагнитный клапан газа; ЭМКВ – электромагнитный клапан воздуха [54].

Управление частотой вращения двигателя осуществляется штатной педалью «газа» трактора. Педаль 6 через тягу 7 действует на газовый регулятор 14, размещенный во впускном коллекторе двигателя, и через шток 4 упругий элемент 16 действует на устройство поддержания запальной дозы дизельного топлива. Это устройство обеспечивает поддержание на всех режимах работы газодизеля цикловой подачи жидкого топлива, которая приблизительно равняется 20-25% от номинальной в дизельном режиме. Центробежный регулятор топливного насоса высокого давления через подвижную муфту 20 и главный рычаг 19 взаимодействует с устройством поддержания запальной дозы.

Блок 1 переключения режимов работы обеспечивает включение дизельного или газодизельного режимов, исключая возможность включения обоих режимов работы двигателя одновременно.

Специальное электрическое устройство обеспечивает включение электромагнитного клапана в газовом редукторе, который в режиме дизеля закрывает доступ газа в двигатель.

Запуск двигателя осуществляется на дизельном режиме, переключение в газодизельный режим проводится после прогрева двигателя. При переключении режима работы блоком 1 к педали управления подачей топлива 6 подключается дополнительный шток 4. При нажатии на педаль устройство для поддержания запальной дозы будет поддерживать цикловую подачу дизельного топлива, соответствующую режиму холостого хода двигателя (600-700 мин-1). Шток 4 через подпружиненную рейку - рычаг 10, упругий блок 11, рычаг 9 и шток 8 поддерживает необходимую запальную дозу дизельного топлива. Упругий блок 11 имеет три пружины, которые, поочередно вступая в зацепление с рычагом 9, обеспечивают компенсацию усилия центробежного механизма регулятора топливного насоса и поддерживают необходимую запальную дозу. После того, как первая пружина войдет в зацепление с рычагом 9 и установит запальную дозу, телескопическая тяга 7 начнет открывать газовые заслонки 14. Газ через открытый клапан газового регулятора 23, вакуумного ограничителя максимальных оборотов 22 поступает к смесителю 15 и дальше к цилиндрам двигателя.

В зависимости от степени нажатия на педаль и величины загрузки двигателя изменяются обороты коленчатого вала и, соответственно, изменяется поток воздуха, который всасывается двигателем. Индикаторная заслонка 24 в зависимости от потока воздуха изменяет количество газа, который подается в смеситель, поддерживая необходимый скоростной режим работы двигателя.

Переход на работу в дизельном режиме осуществляется переведением блока переключения 1 в соответствующее положение, в котором от педали управления подачей топлива отключается шток 4, а шток 5 подключается, он передает усилие от педали к рейке топливного насоса 21. Дальнейшее управление работой двигателя осуществляется как обычным дизелем. Переключение с одного режима на другого происходит на протяжении одной - двух секунд.

Приведенные схемы и описание позволяют утверждать, что совокупность и взаимодействие деталей 6, 7, 14, 24, 25 и 26 представляют всережимный пневматический регулятор, осуществляющий регулирование частоты вращения посредством изменения расхода газа заслонкой 14 в зависимости от предварительного натяжения пружины 26. Однако приведенные данные не дают ясного представления о работе устройства ограничения запальной дозы.

Работа ограничителя запальной дозы становится более ясной при анализе внешнего вида автомобильного регулятора, доработанного по описанной схеме в ООО «Полтаваметанмаш», представленного на рис. 4.25.

Шток 4 через пружины 16 и 11, включенные последовательно, рычаг 9 и толкатель 8 воздействует на главный рычаг центробежного регулятора, препятствуя перемещению рейки в сторону уменьшения подачи топлива. При подборе жесткости пружин 16 и 11 авторы решали задачу обеспечения подачи запальной дозы во всем диапазоне частот вращения. Для этого потребовался элемент переменной жесткости 11, составленный из трех параллельно включенных пружин, установленных с разными зазорами. Он должен иметь характеристику, обратную характеристике центробежного чувствительного элемента всережимного регулятора.

Удачно ли решена эта сложная задача, судить трудно. Имеющиеся результаты испытаний газодизеля ЯМЗ-326 в составе трактора Т-150К содержат только внешнюю регуляторную характеристику (рис. 4.26), в пределах которой частота вращения изменялась в узком диапазоне 2000…2250 мин-1 а часовой расход жидкого топлива оставался почти постоянным, что свидетельствует о постоянстве цикловой подачи. Дальнейшие испытания были прерваны.

Рис. 4.25. Доработанный регулятор автомобильного газодизеля ЯМЗ-238, вид справа (вверху) и вид слева (внизу). Обозначения см. рис. 4.24

Рис. 4.26. Внешняя регуляторная характеристика газодизеля ЯМЗ-236

трактора Т-150К [54].

Как отмечено в заключении [54]: «…В режиме кратковременной перегрузки, как того требует стандартная методика, определение параметров двигателя не проводилось потому, что оборудование для обеспечения работы двигателя на природном газе, установленное на тракторе, недостаточно отработано в направлении ограничения дальнейшего повышения мощности двигателя в газодизельном режиме в связи с несовершенством регулирующего устройства, которое требует доработки».

Существенными недостатками описанного устройства являются: отсутствие корректирования внешней скоростной характеристики, неопределенность регулирования запальной дозы жидкого топлива, размещение элементов регулятора вне корпуса.

4.2.6. Автомобили МАЗ-5335 и КрАЗ-256 с газодизелями ЯМЗ-236ГД и ЯМЗ-238ГД, соответственно [28, 37] созданы в КАДИ для исследования возможностей оптимизации системы регулирования газодизелей семейства ЯМЗ. При разработке системы всережимного регулирования (рис. 4.27) учтен опыт построения регуляторов. Отличительной чертой исследуемой системы являлась подача газа во впускной трубопровод под постоянным избыточным давлением и корректирование подачи газа изменением сечения впускного отверстия регулятора расхода газа в зависимости от разрежения во впускном коллекторе двигателя.

В варианте [37] корректирование внешней скоростной характеристики отсутствует.

Автором [28] разработано и проведено исследование нескольких вариантов корректирования подачи газа: при помощи вакуумной камеры (как показано на рис. 4.27), при помощи электромагнитного исполнительного механизма, при помощи электромагнитного клапана. Как свидетельствуют приведенные характеристики газодизеля, несмотря на применение сложных механизмов отрицательного корректирования, ни одна из систем не дала удовлетворительного результата.

Основная причина неудовлетворительной работы системы корректирования газодизеля заключается в неопределенности расходных характеристик дозирующего отверстия и их несоответствия требуемой характеристике расхода газа.

4.2.7. Учеными Санкт-Петербургского государственного агроуниверситета предложена оригинальная схема системы смешанного регулирования газодизеля [56]. В отличие от описанных выше, она должна осуществлять количественное регулирование мощности двигателя на малых нагрузках и качественное – при больших, обеспечивая автоматическое согласование соотношений воздуха, газового и жидкого топлива на всех возможных режимах работы двигателя. За основу разработки принята система газобаллонного автомобиля ЗИЛ-138.

Схема системы питания представлена на рис. 4.28.

Рис. 4.27. Схема системы питания и регулирования газодизеля ЯМЗ-236ГД

автомобиля МАЗ-5335 [28]:

1 – муфта центробежного регулятора; 2 – подвижный упор; 3 – рейка ТНВД; 4 – пусковая пружина; 5 – корпус ТНВД; 6 – блокировка режима «газодизель»; 7 – газовая форсунка; 8 – вакуумная камера корректора; 9 – регулятор расхода газа; 10 – двухступенчатый газовый редуктор; 11 – газовый редуктор первой ступени; 12 – электромагнитный клапан-фильтр; 13 – датчик давления масла; 14 – датчик установки запальной дозы; 15 - электромагнит установки запальной дозы; 16 – рычаг останова двигателя.

Известно, что в ТНВД цикловая подача топлива линейно связана с перемещением рейки. Если использовать разрежение ΔРк за дроссельной заслонкой так, чтобы перемещение рейки было пропорционально изменению ΔРк, то между ними возможна линейная зависимость. Для реализации этого рычаг 6 связан штоком 8 с диафрагмой 9 в камере 10 разрежения корректора подачи жидкого топлива.

Рис. 4.28. Схема системы управления газодизелем [56]:

1 – педаль акселератора; 2 – тяга; 3 – дроссельная заслонка; 4 – впуской коллектор; 5 – ТНВД; 6 – рычаг управления; 7 – корректор подачи жидкого топлива; 8, 22 – штоки; 9, 21 – диафрагмы; 10 камера разрежения; 11, 12 – упоры; 13 – вакуумная магистраль; 14 – двухступенчатый газовый редуктор; 15 – жиклер; 16 – винт холостого хода; 17 – заслонка; 18 – магистраль холостого хода; 19 – главная газовая магистраль; 20 – регулятор качества; 23 – газовоздушный смеситель.

Устройство функционирует следующим образом. При работе двигателя на холостом ходу заслонка 3 прикрыта – обеспечивается поступление воздуха для устойчивой минимальной частоты вращения коленчатого вала. Разрежение в коллекторе 4 по магистрали 13 воздействует на диафрагму 9 и шток 8 удерживает рычаг 6 в положении минимальной подачи жидкого топлива, установленном винтом 11. Одновременно разрежение воздействует на диафрагму 21 и шток 22 закрывает заслонку 17, прекращая поступление газообразного топлива в смеситель 23. Редуктор 14 продолжает подавать газообразное топливо, которое по магистрали 18 поступает в коллектор 4.

Частичное открытие заслонки 3 уменьшает разрежение в коллекторе 4, диафрагма 21 через шток 22 открывает заслонку 17, а газообразное топливо подается в смеситель 23, а диафрагма 9 через шток 8 передвигает рычаг 6 в положение большей подачи жидкого топлива. При полном открытии заслонки на режиме максимальной мощности и максимальной частоты вращения коленчатого вала во впускном коллекторе устанавливается разрежение, которое частично прикрывает заслонку 17, уменьшая подачу газообразного топлива, а рычаг 6 устанавливается в положение минимальной подачи жидкого топлива, что обеспечивает наиболее экономичную работу двигателя.

С уменьшением разрежения вследствие снижения частоты вращения при открытой заслонке 3 корректор подачи жидкого топлива передвигает рычаг 6 в положение большей подачи, ограничиваемое винтом 12, и обогащает жидким топливом горючую смесь в цилиндрах до тех пор, пока разрежение снова возрастет (с увеличением частоты вращения) и подача жидкого топлива уменьшится. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет регулировать одновременную подачу жидкого и газообразного топлива и уменьшать расход первого при работе двигателя по газодизельному циклу.

Как следует из дальнейшего изложения материала статьи, предложенное устройство не было доведено до рабочего состояния, и при стендовых испытаниях дизеля Раба-МАН в газодизельном режиме регулировку подачи топлива производили вручную.

4.3. Система всережимного регулирования газодизелей ДГАУ разработана с учетом возможности совместной работы с конвертируемыми автотракторными двигателями различной мощности. Принцип работы системы поясняет блок-схема, представленная на рис 4.29. Система регулирования содержит несколько независимых функциональных узлов: газобаллонную установку 1 с редуктором первой ступени, редуктор-регулятор расхода газа 2, топливный насос высокого давления 3 с всережимным регулятором и датчиком расхода газа, впускной тракт двигателя 4 с датчиком расхода воздуха и смесителем, дополнительное электрооборудование 5.

Рис. 4.29. Блок-схема системы всережимного регулирования конвертированных автотракторных газодизелей:

1 – газобаллонная установка с редуктором 1-й ступени; 2 – редуктор-регулятор расхода газа; 3 – ТНВД с всережимным центробежным регулятором и датчиком расхода газа; 4 – впускной трубопровод двигателя со смесителем и диффузором; 5 – дополнительное электрооборудование; 6 – баллоны КПГ; 7 – редуктор 1-й ступени; 8 – электромагнитный клапан; 9 – ключ блокировки электромагнитного клапана; 10 – регулятор выходного давления; 11 – пневмокорректор; 12 - дроссель; 13 – датчик расхода газа; 14 – штатный центробежный регулятор; 15 – воздухофильтр; 16 – диффузор; 17 – отверстие компенсации; 18 – отверстие разрежения в диффузоре; 19 – газовая форсунка; 20 – контрольная лампа включения режима «газодизель»; 21 – переключатель режимов «дизель-газодизель»; 22 – указатель расхода газа.

Природный газ находится в баллонах 6 под давлением Рб (0,8…20 МПа). Газобаллонная установка 1 снабжена редуктором первой ступени 7, который поддерживает на выходе постоянное давление Рр независимо от давления газа в баллонах. Под давлением Рр (0,5 МПа) газ поступает на вход редуктора-регулятора расхода газа 2.

В режиме «газодизель» через обмотку электромагнитного клапана 8 проходит электрический ток, он находится в открытом состоянии и пропускает газ под давлением Ррд = Рр к датчику расхода газа 13, установленному в корпусе ТНВД 3 и кинематически связанному со штатным всережимным регулятором 14. Напряжение на обмотку электромагнитного клапана 8 подается через последовательно включенные контакты переключателя режимов «дизель-газодизель» 21 и ключ блокировки 9, который замыкается от разрежения во впускном трубопроводе 4. Это предотвращает подачу газа в неработающий двигатель.

Датчик расхода газа 13 выполнен в виде упора рейки топливного насоса с приводом от входного давления газа Ррд. При работе двигателя в режиме дизеля, когда электромагнитный клапан 8 закрыт и давление Ррд отсутствует, датчик-упор 13 не препятствует перемещению рейки hр ТНВД для регулирования подачи жидкого топлива. В режиме газодизеля, когда электромагнитный клапан 8 открыт, упор 13 приводится в действие давлением Ррд и ограничивает ход рейки в сторону увеличения подачи жидкого топлива. На холостом ходу газодизеля рейка ТНВД находится в положении малых подач топлива (сдвинута вправо) и датчик-упор 13 не взаимодействует с регулятором: Fд = Fр = 0. При этом перекрыт доступ газа с входа на выход датчика 13 и выходное давление отсутствует: Рдрг = 0. При нагружении двигателя рейка перемещается в сторону увеличения подачи топлива (влево) и главный рычаг регулятора упирается в датчик-упор 13, воздействуя на него с некоторой силой Fд, которая создается чувствительным элементом регулятора Fр = Fд. При этом датчик начинает пропускать газ на выход, поддерживая выходное давление пропорциональным усилию Fд, создаваемому регулятором 14:

Рдрг = Fд,                                        (4.1)

где f – коэффициент пропорциональности между силой воздействия регулятора 14 на упор-датчик расхода газа 13 и величиной выходного давления, МПа/Н.

Под давлением Рдрг газ поступает к пневмокорректору 11, который ограничивает выходное давление РкРкmax.

Величина максимального давления Ркmax устанавливается пропорциональной перепаду давлений на информационных входах Ркmax∆Р = (РвРд). Информационные входы Рд и Рв пневмокорректора 11 соединены с впускным трубопроводом 4: вход разрежения Рд – с отверстием 18 в узком сечении диффузора, вход компенсации Рв – с отверстием 17 в воздушной горловине до диффузора. Величина перепада давлений ∆Р пропорциональна расходу воздуха Qв в цилиндры двигателя независимо от сопротивления воздухоочистителя 15. Следовательно:

Ркmax = k·Qв,                                        (4.2)

где k – коэффициент пропорциональности между расходом воздуха через диффузор и величиной максимального давления на выходе корректора 11, МПа/(м3/с).

При небольших нагрузках датчик расхода газа 13 формирует на выходе давление Рдрг, меньшее, чем это допускает корректор 11. Тогда давление Рк на выходе корректора 11 равно давлению Рдрг на его входе (формируется регуляторная ветвь характеристики газодизеля):

Рк = Рдрг = Fд < Ркmax.                              (4.3)

При увеличении нагрузки на двигатель и, вследствие этого, снижении частоты вращения, увеличиваются усилие, создаваемое центробежным регулятором Fр, реакция датчика Fд и, соответственно, давление Рдрг. С момента достижения Рдрг = Ркmax выходное давление Рк определяется перепадом давлений ∆Р = (РвРд), то есть, однозначно зависит от расхода воздуха Qв в двигатель (формируется корректорный участок характеристики):

Рк = k·Qв.                                        (4.4)

С выхода пневмокоректора 11 давление газа Рк подается на управляющий вход регулятора выходного давления 10, который представляет собой редуктор давления газа с пневмоуправлением, обеспечивающий достаточно большие расходы с входа Рр на выход Ргк, поддерживая выходное давление равным входному: Ргк = Рк. Под этим давлением газ подается к дросселю 12 и дальше – на газовую форсунку 19, установленную во впускном трубопроводе дизеля. Наличие дросселя 12 определяет линейную зависимость расхода газа Qг в двигатель от давления Ргк:

Qг = μ·Ргк,                                        (4.5)

где μ – коэффициент расхода дросселя 12.

Таким образом, при работе газодизеля в режиме средних нагрузок величина подачи газа Qг в двигатель определяется работой центробежного регулятора 14. При этом:

Qг = μ·Ргк = μ·Fд.                                  (4.6)

После превышения режима номинальной нагрузки наступает ограничение подачи газа на уровне Qг:

Qг = μ·Ргк = μ·k·Qв,                                     (4.7)

Рис. 4.30. Принципиальная схема системы всережимного регулирования газодизелей:

1 – газобаллонная установка; 2 – редуктор-регулятор расхода газа; 3 – ТНВД с всережимным центробежным регулятором и датчиком расхода газа; 4 – впускной трубопровод двигателя со смесителем и диффузором; 5 – главный клапан расхода; 6 – электромагнитный клапан управления; 7 – обмотка электромагнитного клапана; 8 – шланг подачи газа к датчику расхода; 9 – датчик расхода; 10 – шток; 11, 21 и 27 – диафрагмы; 12 и 13 – золотник и втулка датчика расхода, соответственно; 14 – шланг отвода газа от датчика расхода газа; 15 – главный рычаг штатного регулятора; 16 – центробежный чувствительный элемент; 17 – главная пружина регулятора; 18 – рейка ТНВД; 19 и 20 – золотник и втулка пневмокоректора; 22 и 23 – подвижный и неподвижный контакты датчика разрежения; 24 – жиклер отвода утечек; 25 – дренажный жиклер; 26 – пружина регулятора расхода; 28 – главный жиклер (дроссель усилителя расхода); 29 – указатель расхода газа; 30 – компенсационное отверстие; 31 – диффузор; 32 – индикаторное отверстие; 33 – газовая форсунка. Полости: C – входная редуктора-регулятора расхода газа; D и E – входная и выходная датчика расхода газа; F и G – входная и выходная пневмокоректора; K – регулятора расхода газа; L – выходная редуктора-регулятора расхода газа; M и N – измерителя расхода воздуха пневмокорректора.

то есть, готовится газовоздушная смесь примерно постоянного состава.

Величина давления перед дросселем измеряется манометром 22, установленным на щитке приборов. Показания манометра пропорциональны расходу газа в двигатель.

Схема работы и взаимодействия отдельных узлов, составляющих систему регулирования, представлена на рис. 4.30.

От газобаллонной установки 1 газ под давлением 0,5 МПа поступает в полость С редуктора-регулятора расхода газа 2. В режиме дизеля клапаны 5 и 6 закрыты и подача газа в двигатель отсутствует. При включении режима «газодизель» и наличии разрежения во впускном трубопроводе на обмотку 7 электромагнитного клапана подается напряжение, клапан 6 открывается и газ через шланг 8 подается в полость D датчика расхода газа 9, который установлен на корпусе ТНВД 3.

Входная и выходная полости датчика расхода газа D и E разделены золотником 12, который может перемещаться во втулке 13. В свободном состоянии золотник пружиной отжимается вправо, перекрывая сообщение между полостями D и E. Полость E через систему каналов (шланг 14, жиклер 24, полость K, дроссель 28) соединена с всасывающим трубопроводом двигателя 4 и в ней устанавливается небольшое разрежение, благодаря которому утечки газа через золотник отводятся в двигатель.

Корпус 9 датчика расхода газа установлен относительно корпуса регулятора ТНВД таким образом, что при малых цикловых подачах, соответствующих холостому ходу двигателя, главный рычаг 15 штатного регулятора не соприкасается со штоком 10 датчика. При снижении частоты вращения двигателя вследствие увеличения нагрузки пружина 17 перемещает рычаг 15 и рейку 18 в сторону увеличения подачи топлива. При этом рычаг 15 соприкасается со штоком 10 датчика, перемещая его влево и, прогибая диафрагму 11, перемещает влево золотник 12. Перемещение золотника приводит к открытию канала, через который сообщаются между собой полости D и E, и газ под давлением устремляется в полость E, создавая давление на диафрагму 11. Сила давления приложена к штоку 10 и препятствует дальнейшему прогибу диафрагмы. Датчик начинает работать как редуктор давления газа, поддерживая давление в полости E пропорциональным усилию на шток 10 и удерживая его в почти неизменном положении. При этом ограничивается перемещение главного рычага 15 регулятора, связанной с ним рейки 18 и величины подачи жидкого топлива на уровне запальной дозы. Из полости E давление по шлангу 14 передается в полость F пневмокорректора.

При неработающем двигателе золотник 19, установленный во втулке 20, под действием пружины сдвинут в правое положение, при котором сообщение между полостями F и G перекрыто.

При работающем двигателе через диффузор 31 просасывается воздух и между отверстиями 30 и 32 устанавливается перепад давлений, пропорциональный массовому расходу воздуха в двигатель. Таким образом, между полостями M и N пневмокорректора, соединенными с отверстиями 30 и 32 впускного трубопровода, соответственно, возникает разность давлений, прогибающая диафрагму 21 и сдвигающая золотник 19 влево до открытия прохода между полостями F и G. Газ начинает проходить из полости F в полость G. Увеличивающееся давление газа в полости G создает на торец золотника 19 усилие, направленное против усилия со стороны диафрагмы 21, стремящееся закрыть сообщение между полостями F и G. При достаточном давлении в полости G золотник, преодолевая усилие со стороны диафрагмы 21, сдвинется вправо и закроет сообщение между полостями F и G. Таким образом, пневмокорректор начинает работать как редуктор давления газа с пневмоуправлением, ограничивая выходное давление в полости G и устанавливая его пропорциональным разнице давлений между полостями M и N. Газ из полости G через дренажный жиклер 25 поступает к газовой форсунке 33 и всасывается в цилиндры. Утечки газа из золотника в полость N отводятся во впускной трубопровод через отверстия 30 и 32.

Подбор сечения жиклеров 34 и 35 позволяет изменять величину перепада давления на диафрагму 21 пневмокорректора и, таким образом, регулировать степень корректирования характеристики двигателя.

Давление в полости G создает усилие на диафрагму 27 регулятора расхода. После достижения определенной величины это усилие сжимая пружину 26 прогибает диафрагму 27 влево, и после выборки зазора S открывает главный расходный клапан 5, через который газ устремляется в полость K и, далее, через главный жиклер 28 – к газовой форсунке 33. Воздействие давления газа со стороны полости K на диафрагму 27 возвращает ее в исходное состояние и приводит к закрытию клапана 5. В равновесном состоянии в полости K устанавливается давление, меньше давления в полости G на величину Fпр/Sда, где Fпр – сила предварительного сжатия пружины 26; Sда – эффективная площадь диафрагмы 27. Величина давления в полости K определяет расход газа через жиклер 28. Таким образом, регулятор расхода представляет собой редуктор давления газа с управлением при помощи давления на входе – в полости G.

По описанной схеме изготовлен комплект аппаратуры для испытания в составе газодизеля СМД-62 газобаллонного трактора Т-150К. Разрез изготовленного редуктора-регулятора расхода газа представлен на рис. 4.31. В отличие от ранее испытывавшейся системы регулирования в подготовленном для испытаний комплекте регулирование подачи газа осуществляется золотниками 12 и 19. В предыдущей конструкции были использованы клапаны, что создавало зоны нечувствительности при переходе от холостого хода к частичным нагрузкам и приводило к возникновению автоколебаний на этих режимах. Применение золотников потребовало организации дренажных каналов для отвода утечек и обязательного отключения подачи газа при низком разрежении во впускном трубопроводе. 

Рис. 4.31. Разрез редуктора-регулятора расхода газа газодизелей:

1 – входной штуцер; 2 – выходной штуцер; 3 – штуцер подачи газа к датчику расхода; 4 – штуцер подачи газа к пневмокорректору. Остальные позиции соответствуют обозначениям рис. 4.27.

Кроме этого, благодаря применению неразгруженного золотника 19, увеличен коэффициент усиления пневмокорректора, что позволило увеличить выходное давление и расход газа. Как свидетельствуют испытания предыдущей системы, которая имела клапанное управление пневмокорректора с разделительной диафрагмой, при выбранных размерах элементов редуктора максимальная подача газа не обеспечивала выход двигателя СМД-62 на режим номинальной мощности, в режиме газодизеля он развивал 100 кВт вместо 120 в режиме дизеля (рис. 4.32). Правда, при низком коэффициенте усиления пневмокорректора, имеет место увеличение цикловой подачи на корректорной ветви характеристики, за счет чего в диапазоне частот вращения 1700…2000 мин-1 мощность изменялась мало – в пределах 100…110 кВт, формируя характеристику двигателя постоянной мощности (ДПМ). Как известно, тракторы с ДПМ имеют улучшенные эксплуатационные показатели [14], но при конвертировании дизеля в газодизель стоит задача сохранения показателей по базовому двигателю.

Рис. 4.32 Регуляторные характеристики двигателя СМД-62 при работе на режимах «дизель» и «газодизель» [53]:

Мкг, nг, Gтг, gег – крутящий момент, частота вращения двигателя, часовой и удельный расход топлива в режиме «газодизель»; Мкд, nд, Gтд, gед – крутящий момент, частота вращения двигателя, часовой и удельный расход топлива в режиме «дизель».

Литература

  1.  

Бабич О.С., Кухаренко П.М., Улексін В.О. Регулятор подачі газу в газодизель./Вісник Харківського державного технічного університету сільського господарства. Випуск 8 “Підвищення надійності відновлюємих деталей машин”. Том 1. Харків, вид. ЧП Червяк, 2001. С.130-133.

  1.  

Богданчиков А.Л., Ульрих Г.А., Титов Ю.К. Опыт эксплуатации газодизельных автобусов ИКАРУС в Алма-Ате. Тип. Каз НИИНТИ.: Алма-Ата, 1989. 74 с

  1.  

Васильев Ю.Н., Гриценко А.И., Золотаревский Л.С. Транспорт на газе. М.: Недра, 1992. – 342 с

  1.  

Григорьев Е.Г. и др. Газобаллонные автомобили/Григорьев Е.Г., Колубаев Б.Д., Ерохов В.И., Зубарев А.А. – М.: Машиностроение, 1989. – 216 с

  1.  

Газобалонный трактор.Н.Е.Основенко, Ю.В.Сиянко, А.Е.Попов, А.Е.ГлезаТракторы и сельскохозяйственные машины, 1992, № 10-11. С.25–27

  1.  

Газобаллонные автомобили: Справочник/А.И.Морев, В.И.Ерохов, Б.А.Бекетов и др. – М.: Транспорт, 1992. – 175 с.

  1.  

Газодизельные автомобили КамАЗ-53208, -53218, -53219, -54118, -55118, -53217: Дополнение к руководству по эксплуатации автомобилей КамАЗ-5320. – Набережные Челны: КамАЗ, 1987.

  1.  

Газодизельные автомобили КрАЗ-258Б1, -260В, -6510/Общие требования к монтажу и эксплуатации газодизельной аппаратуры, техническое описание, обслуживание. ООО «ЭКСОДУС». Днепропетровск, 2000. 34 с.

  1.  

Галышев Ю.В., Магидович Л.Е. Перспективы применения газовых топлив в ДВС.//Двигателестроение, 2001, № 3, с. 29-31

  1.  

Гуревич Н.А., Аканов В.Л., Куц В.Л. Сравнение экологических показателей дизельного и газодизельного двигателей // Химическая технология. – 1988, № 5.

  1.  

Дизели: Справочник/Под общ.ред. В.А.Ванштейдта, Н.Н.Иванченко, Л.К. Коллерова. Л.: Машиностроение, 1977. – 479 с

  1.  

Дикий Н.А., Пичугин В.Б., Пятничко А.И. Природный газ как моторное топливо.//Автомобильная промышленность, 1988, № 6. С. 6-7.

  1.  

Долганов К.Е. Газодизель – реальная альтернатива. Сигнал, 1995, № 8. С. 38-39

  1.  

Долганов К.Е., Кухтик В.В. Корректирование внешней скоростной характеристики автотракторного газодизеля.//Двигатели внутреннего сгорания. Межрегиональный научно-техн.сб., вып. 56-57. Харьков, 1997. С. 28-38

  1.  

Долганов К.Е., Лисовал А.А., Колесник Ю.И. Система питания и регулирования для переоборудования дизелей в газодизели//Двигателестроение, 1999, № 1, с. 37-40.

  1.  

Долганов К.Е., Лисовал А.А., Поляков А.П. Система питания газодизеля с двухрежимным регулятором частоты вращения//Двигателестроение, 2001, № 3, с. 29-31.

  1.  

Долганов К.Е. и др. Разработка и исследования системы питания и регулирования газодизеля ЯМЗ-240 ГД//Химическая технология. – 1988. – № 5.

  1.  

Доработать двигатель Д65Н трактора ЮМЗ-6 для эксплуатации его на сжатых и сжиженных углеводородных газах./Отчет по НИР (заключительный) / ДСХИ. Днепропетровск, 1989. 81 с.

  1.  

Доработать трактор ЮМЗ-6 для эксплуатации его на сжиженном газе: Отчет кафедры «Тракторы и автомобили» ДСХИ по хоздоговорной теме 771/118 с ПО ЮМЗ. Днепропетровск, 1993. – 76 с.

  1.  

ЗАКОН УКРАЇНИ про альтернативні види рідкого та газового палива. Відомості Верховної Ради, 2000, № 12, ст.94

  1.  

Заборський В.П. та ін. Рекомендації по переобладнанню тракторів для роботи на природному газі та використанню газодизельних тракторів у сільськогосподарському виробництві // Заборський В.П. , Масло І.П., Бабич О.С., Кухаренко П.М., Улексін В.О. – Дніпропетровськ, ДДАУ, 2002. 32 с.

  1.  

Иллюстрированное руководство по переоборудованию автомобиля ЗИЛ-431410 для работы на сжатом природном газе. – М.: Машиностроение, 1986.

  1.  

Инструкция по эксплуатации автомобиля КрАЗ-250 с двигателем ЯМЗ-238, работающим по газодизельномсу циклу. НПФ «ИНГАЗ». Киев, 2000. 22 с.

  1.  

Использование природного газа из городских сетей в качестве основного топлива двигателей автобусов. – М.: 1986. – (ЭИМГЦНТИ: Сер. Современные состояние и тенденция развития больших городов в СССР и за рубежом; Вып.7).

  1.  

Карницкий В.В., Филопосянц Т.Ф. Газодизельные модификации // Автомобильная промышленность, 1988, № 11. С. 26-28

  1.  

Карпуненков В., Мкртычан Я. Газобаллонные автомобили в Румынии // Автомобильный транспорт. – 1986. – № 10.

  1.  

Коклин И.М. Опыт эксплуатации газобаллонных тракторов Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2000, № 7. С.16 – 17.

  1.  

Колєснік Ю.І. Удосконалення газодозуючої системи автомобільного газодизеля та визначення її раціональних параметрів/Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук. Київ, 2001. 19 с

  1.  

Коноплев В.Н. Газобаллонные автомобили ЗИЛ // Автомобильная промышленность, 1988, № 9. С. 14-15.

  1.  

Концепція національної програми використання природного газу як моторного палива в Україні на період до 2010 року./Національна академія наук України. Інститут газу. Київ, 1999. – 14 с

  1.  

Кленников Е.В., Мартиров О.А., Крылов М.Ф. Газобаллонные автомобили: техническая эксплуатация. М.: Транспорт, 1988. 175 с

  1.  

Крутов В.И. Автоматическое регулирование и управление двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1989. – 415 с.

  1.  

Кухаренко П.М., Бабич А.С., Улексин В.А. Всережимное регулирование газодизелей // «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания в АПК СНГ» Материалы межгосударственного научно-технического семинара. - Саратов. Выпуск 14. СГАУ, 2002. С. 103–106

  1.  

Кухаренко П.М. Результати випробування газобалонного трактора ЮМЗ-6/Праці ТДАА, т.18, вип. 2. Мелітополь, 2001. С. 136-139.

  1.  

Кухаренко П.М., Бабич О.С., Улексін В.О. Результати експлуатаційних випробувань газобалонних автомобілів КрАЗ-258./Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. Випуск 3/2002 (14). С. 37-38.

  1.  

Кухаренко П.М., Бабич О.С., Улексін В.О. Всережимний регулятор газодизеля./Геотехническая механика. Межведомственный сборник. Выпуск 31. Днепропетровск: «Полиграфист», 2002. С. 133-136.

  1.  

Кухтик В.В. Зниження витрати рідкого палива та димності відпрацьованих газів переобладнанням автомобільного дизеля в газодизель/ Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук. Київ, 1997. 17 с.

  1.  

Лупачев П.Д., Филимонов А.И. Газовые и газодизельные тракторы: преимущества и недостатки.// Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1998, № 6.

  1.  

Лупачев П.Д., Филимонов А.И. Перевод тракторов на сжиженный природный газ.//Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1994, № 2.

  1.  

Лупачев П.Д., Филимонов А.И. Переоборудование дизельных коммунальных машин в газовые.//Строительные и дорожные машины. - 1994, № 6.

  1.  

Лупачев П.Д., Филимонов А.И. Создание и внедрение газовых и газодизельных тракторов. Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2001, № 1. С.40 – 41.

  1.  

Морев А.И., Плеханов И.П. Устройство и обслуживание газобаллонных автомобилей. – М.: ДОСААФ СССР, 1987.

  1.  

Морев А.И., Ерохов В.И. Эксплуатация и техническое обслуживание газобаллонных автомобилей. М.: Транспорт, 1988. 184 с.

  1.  

Насоновский М.Л. Результаты работы трактора Т-25А на животноводческой ферме при использовании газового топлива. /В сб. «Улучшение эксплуатационных свойств МТА». М.: МИИСП, 1986.

  1.  

Основенко Н.Е., Кулич Г.В., Горай Ю.Ф. Газобаллонный автомобиль-самосвал БелАЗ-548ГД.//Автомобильная промышленность, 1988, № 10. С. 16-17

  1.  

Патрахальцев Н.Н., Куличков В.И., Камышников О.В., Лупачев П.Д. Возможности экономии дизельного топлива при организации газодизельного процесса с внутренним смесеобразованием.//Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1990, № 10. С. 8-9

  1.  

Прудников Б.И. и др. Применение природного газа в качестве автомобильного топлива. – М.: НИИавтопром, 1985. –41 с.

  1.  

Разработать рациональную систему управления и регулирования двигателя Д65Н трактора ЮМЗ-6 при эксплуатации его на природном газе./Отчет по НИР. ДСХИ. Днепропетровск, 1990. – 79 с.

  1.  

Свиридов Ю.Б. Смесеобразование и сгорание в дизелях. Л.: Машиностроение, 1972. 224 с.

  1.  

Скречко Г. и др. Топливная аппаратура автобусов, работающих на природном газе и дизельном топливе. / Г.Скречко, Л.Золотаревский, В.Гнипович, Е.Майоров, А.Романов, С.Денис.Автомобильный транспорт, 1985, № 8. С.42 – 46

  1.  

Ставров О., Замятин М. Газ высокого давления – топливо для автобусов // Автомобильный транспорт. – 1987, № 4.

  1.  

Трынов В., Педенко С, Фучкин С. Газодизель для КамАЗов // Автомобильный транспорт. – 1989, № 1.

  1.  

Трактор Т-150К, обладнаний газобалонною апаратурою для роботи двигуна з використанням стиснутого природного газу/Протокол приймальних випробувань № 01-53-03 (1030403). – Дослідницьке, 2003. 18 с.

  1.  

Трактор Т-150К з двигуном ЯМЗ-236, переобладнаним на газодизельний режим роботи/Звіт за результатами дослідних випробувань. – Дослідницьке, 2004. 11 с.

  1.  

Уильямс А.Ф., Лом У.Л. Сжиженные нефтяные газы/ Пер. изд. Великобритания, 1981. – М.: Недра, 1985. – 399 с.

  1.  

Шкрабак В.С., Николаенко А.В., Капустин А.А. Экономия жидкого томлива путем переоборудования дизеля в газодизель. //Тракторы и с.-х. машины, 2002, № 4. с. 17-20.

  1.  

Эдельман А.И. Редукторы давления газа. М.: Машиностроение, 1981. 167с.

  1.  

Патент ФРГ, МКИ F02 d 19/08, № 2100187, 1972.

  1.  

Патент США, МКИ F02 м 13/08, № 3755424, 1973.

  1.  

Патент Великобритании, МКИ F02 d 19/08, № 1415252, 1975.

  1.  

Патент ЕПВ, МКИ F02 d 19/10, № 0095444, 1983.

  1.  

Патенти ПНР, МКИ F02 m, №№: 259206, 259207, 259208, 259209, 259210, 1987.

  1.  

А.с. 1420207 СССР. Система питания газодизеля / П.Н. Лаврененко, Г.Г. Мирзоян и др. (СССР). – № 4156318-25/06; Заявлено 04.12.86; Опубл. 31.08.88, Бюлл. № 32 // Открытия. Изобретения. – 1988.

  1.  

А.с. 1420207 СССР. Система регулирования подачи топлива газодизеля / В.С. Зеркалий (СССР). – № 4155761-25/06; Заявлено 02.12.86; Опубл. 30.08.88, Бюлл. № 32// Открытия. Изобретения. – 1988.

  1.  

Auto-technika motoryzacyjna, 1986, № 4, с.8-11.

  1.  

 При частоте вращения вала двигателя 3000 об/мин = 3000/60 = 50 оборотов за секунду, один оборот вала двигателя (360°), длится 1/50 с. Процесс сгорания происходит примерно за 36° поворота коленчатого вала, т.е., за 1/10 оборота. Следовательно, на процесс горения отводится не более 1/500 = 0,002 с. Увеличение частоты вращения в два раза вызывает соответствующее сокращение времени, отводимого на процесс горения.

 Регуляторы, у которых установившееся значение регулируемого параметра не изменяется при изменении входных параметров, называются астатическими Регуляторы, у которых регулируемый параметр на установившемся режиме зависит от входных параметров, называются статическими.


Изменение регулируемого параметра при изменении входного характеризует статизм (статическую ошибку) регулятора. Чем больше изменение выходного давления редуктора при изменении входного, тем больше статизм редуктора.

 Согласно ГОСТу 12678–67 степенью нечувствительности регулятора давления является отношение зоны нечувствительности к среднему значению регулируемого-(выходного) давления; зоной нечувствительности называют максимальное изменение регулируемого давления, на которое регулятор не реагирует (в рабочем диапазоне выходных давлений).

 Зависимость расхода газа через дроссель от перепада давления на нем можно считать состоящей из двух линейных участков, описывающих докритическое и закритическое истечение газа. В нашем случае имеет место докритическое истечение.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14822. Тəрбие əдістері 111.5 KB
  Тəрбие əдістері Жоспары 1. Тəрбие əдістері мен тəсілдері жөнінде түсінік 2. Сана қалыптастыру əдістері 3. Ісəрекет ұйымдастыру əдістері 4. Ынталандыру əдістері 5. Педагогикалық қолдау оның мəні жəне ұйымдастыру жолдары 6. Тәрбие әдістерін таңдау 1. Тəрб
14823. Тəрбие процесінің мазмұны 74 KB
  Тəрбие процесінің мазмұны Жоспары 1. Жалпы адамзаттық құндылықтар мен құндылықты бағытбағдарлар 2. Тұлғаның базалық мəдениетін қалыптастыру 3. Бала құқықтары жөніндегі халықаралық құжаттар идеяларының тəрбие мазмұнында ескерілуі 7.1. Жалпы адамзаттық құнд...
14824. Тəрбие құрал-жабдықтары мен формалары 47.5 KB
  Тəрбие құралжабдықтары мен формалары Жоспары 1. Тəрбие құралжабдықтары жəне формалары түсінігі 2. Тəрбиенің негізгі формаларына сипаттама 3. Тəрбие формалары мен құралжабдықтарын таңдау 1.Тəрбие құралжабдықтары жəне формалары түсінігі Тəрбие құралжа
14825. Тəрбие мəн-мағынасы 54.5 KB
  Тəрбие мəнмағынасы Жоспары 1. Тəрбие міндеттері мен қызметтері. 2. Тəрбие процесінің ерекшеліктері. 3. Тұлғаның өзіндік тəрбиесі мен қайта тəрбиесі. 5.1. Тəрбие міндеттері мен қызметтері Тəрбие педагогикада бірнеше қырларымен танылған: – əлеуметтік мағынад
14826. Тұлға қалыптастырудың халықтық тәжірибесі 49 KB
  Тұлға қалыптастырудың халықтық тәжірибесі Халықтық педагогикалық көзқарастарын жұзеге асыру жұмысын мақсатқа сай қамтамасыз ету мен тәрбие дәстүрлерін бекіту оларды нақгылау толықтыру жөне жетілдіруге көмегін тигізген жеке сынақ әдісі ел арасына кеңінен мәлім б
14827. Ұлттық ойындар мен өнердiң тәрбиелік сипаты 72 KB
  Ұлттық ойындар мен өнердiң тәрбиелік сипаты 1. Ұлттық ойындардың тәрбиелік маңызы. 2. Ұлттық ойынсауық түрлері туралы. 3. Әдетғұрып ойындары арнаулы жырмен айтыспен басталуы. Ойнамайтын бала жоқ. Ойынға қызықпайтын адам жоқ. Көңiл көтермейтiн адам сауық құрмайты...
14828. Ұлттық салт-дәстүрлерді насихаттаудың тәрбиелік мәні 85 KB
  Ұлттық салтдәстүрлерді насихаттаудың тәрбиелік мәні. 1. Отбасы тәрбиесi ұл мен қыз тәрбиесiнiң ерекшелiктерi жастарды жұбайлық өмiрге даярлау. 2. Отбасы тәрбиесiнiң 8 түрi. 3. Қазақстандықтардың ұлттық салтдәстүрлерiн марапаттаудың әлеуметтiк мәнi Қазақ халқы ұл тә
14829. ФАРАБИ ТРАКТАТТАРЫНДАҒЫ БІЛІМ, ТӘРБИЕ ЖӘНЕ АДАМГЕРШІЛІК —ГУМАНИЗМ МӘСЕЛЕЛЕРІ 46 KB
  ФАРАБИ ТРАКТАТТАРЫНДАҒЫ БІЛІМ ТӘРБИЕ ЖӘНЕ АДАМГЕРШІЛІК ГУМАНИЗМ МӘСЕЛЕЛЕРІ Ж. Исахметұлы Тараз мемлекеттік педагогикалық институты Тараз қ. Қазіргі дүниені неғұрлым дұрыс танып білу үшін және жақсы өмірдің дұрыс жолын таңдай білу үшін және жаңа мыңжылдықта ...
14830. Уәлихановтың қазақ халқының салт-дәстүрлерi туралы ой-пiкiрлерi (1835-1865). 58.5 KB
  Уәлихановтың қазақ халқының салтдәстүрлерi туралы ойпiкiрлерi 1835-1865. 1. Шоқанның алғашқы хат тануы. 2. Ш.Уәлихановтың орыс достары. 3. Шоқанның БатысШығыс халық әдебиетін зерттеуі. 1.Шоқанның өскен ортасы. Әжесi Айғанымның әкесi Шыңғыстың маңына аңшы әңгiмешi е