План занятия
1. Организационный момент – 3 мин.
2. Опрос студентов по предыдущему материалу – 10 мин.
3. Изложение нового материала – 55 мин.
4. Закрепление нового материала -12 мин.
5. Подведение итогов – 7 мин.
6. Задание на дом – 3 мин.
Итого: 90 мин.
Оборудование занятия:
– Мультимедиа, компьютер, DVD – диски;
– Слайды, плакаты;
– Учебные элементы;
Опрос (фронтальный)
Вопросы:
Ø Какие газы называются сжатыми и сжиженными? Преимущества и недостатки последних?
Ø Каково преимущество газового топлива и его недостатки по сравнению с бензином?
Ø Почему в газодизельных установках необходима запальная доза дизельного топлива?
Ø Каково основное отличие газобаллонных установок на сжатом природном газе от сжиженного нефтяного?
Изложение нового материала
Лекция № 9
Закрепление нового материала:
(проводится фронтальный опрос по изложенной теме)
Ø Разбираем правильность ответов.
Ø Выставляем оценки, комментарий;
Задание на дом:
Ø Заполнить тетрадь для лабораторных работ по пройденной теме.
Ø Повторить пройденный материал.
Ø Не забываем про конструкторские разработки.
(Конспект лекции № 9)
Электронная система подачи газового топлива.
На автомобилях ГАЗ-31105 «Волга» могут быть установлены также газобаллонные установки СНГ, но также на этих автомобилях часто монтируют двигатели ЗМЗ-4062 с инжекторной двухтопливной системой и микропроцессорным управлением впрыскивания СПГ.
Это дает ряд существенных преимуществ, основными из которых являются:
· оптимальный крутящий момент двигателя во всех диапазонах частот вращения и нагрузок;
· снижение токсичности отработавших газов до норм ЕВРО-2;
· лучший пуск холодного двигателя на метане, чем на бензин;
· быстрый переход в процессе движения с газа на бензин, и наоборот.
Однако массовое применение бензиновых двигателей с инжекторными системами впрыскивания СПГ ограничено рядом конструкторско-техно-логических причин и производственными возможностями фирм. Кроме того, эти системы требуют более высокой квалификации пользователей в процессе эксплуатации и технического обслуживания автомобилей.
Система впрыскивания газа (рис. 40) содержит источник сжатого газа 1 (газовые баллоны) с расходно-наполнительным устройством 27. Устройство 27 снабжено манометром 24 высокого давления, штуцерами 25 и 26 соответственно заправки и расхода газа, выполненными в «одном блоке, и сообщается через трубопровод 23 высокого давления и компенсатор 22 с газовым редуктором высокого давления 2, который снабжен электромагнитным 4 и пусковым 3 клапанами.
Регулятор давления газа 6 через трубопровод 7 сообщен с ЭМФ 8, размещенной перед дроссельной заслонкой 14, а через трубопровод 5 – с задроссельным пространством 15. Переключатель 19 вида топлива связан электрической цепью с катушкой 20 зажигания и электромагнитным бензиновым клапаном 17, сообщенный через бензопровод 16 с поплавковой камерой 13 карбюратора – смесителя 9.
Рис. 40. Принципиальная схема впрыскивания газового топлива
ЭБУ 21 электрической цепью связан через функциональный преобразователь 18 с датчиком 12 расхода воздуха, размещенным в приемном патрубке 11 перед воздушным фильтром 10. Датчик частоты вращения KB выполнен в виде бесконтактного устройства определения момента зажигания и представляет собой обмотку, размещенную коаксиально высоковольтному проводу и сообщенную с ЭБУ 21.
ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ГАЗА
Газовые испарители, редукторы и смесители.
Газовая система питания включает устройства, предназначенные для подогрева и испарения газового топлива, понижения давления сжатого или сжиженного газа до давления, близкого к атмосферному, приготовления и подачи газовоздушной смеси на всех режимах работы двигателя. Эти устройства обеспечивают также прекращение подачи газа при любой остановке двигателя.
Испаритель. Для превращения сжиженного газа в газообразное состояние перед поступлением его в редуктор служит испаритель 23 (рис. 38). Для испарения газа может быть использовано тепло жидкостной системы охлаждения двигателя, тепло отработавших газов или система электрического подогрева.
Подогреватель сжатого газа. Для предварительного подогрева сжатого газа, имеющего повышенное содержание влаги и углекислоты, служит подогреватель газа. Его работа позволяет избежать конденсации влаги в газопроводах и замерзания ее в зимнее время.
Фильтры газа. Для очистки газа от механических примесей применяют фильтры газа. Сжиженный газ от механических примесей может очищаться как в жидкой, так и в паровой фазе, но улавливание смолистых веществ и сернистых соединений возможно только в паровой фазе газа. Для этих целей в газобаллонной установке автомобиля применяют фильтр с войлочными кольцами и сетчатый фильтр, которые устанавливают в магистрали после испарителя.
Газовый редуктор. Для понижения (редуцирования) давления сжатого или сжиженного газа до давления, близкого к атмосферному, используют газовый редуктор 2 (рис. 38).
Автомобильные газовые редукторы снабжены дополнительными устройст-вами, которые обеспечивают автоматическое перекрытие поступления газа к двигателю при его остановке, надежную герметичность при неработающем двигателе, возможность регулировать вторую ступень редуктора на избыточное давление и дозировать подачу газа в соответствии с нагрузочным режимом работы двигателя.
Редукторы могут иметь одну, две и три ступени снижения давления; при этом увеличение числа ступеней улучшает стабильность регулируемого давления, но одновременно усложняет конструкцию.
Для газобаллонных установок сжиженного газа с рабочим давлением 1,6 МПа наибольшее распространение получили двухступенчатые редукторы низкого давления, а для газобаллонных установок, работающих на сжатом газе
с давлением до 20 МПа, используют в основном трехступенчатую систему редуцирования газа, состоящую из одноступенчатого редуктора высокого давления и двухступенчатого редуктора низкого давления. Работа редуктора рассчитана на поступление в него газа в парообразном состоянии.
Рассмотрим работу двухступенчатого газового редуктора (рис. 41), который унифицирован для большинства отечественных грузовых газобаллонных автомобилей.
При неработающем двигателе и закрытом магистральном вентиле, расположенном в кабине водителя, газ в редуктор не поступает. Пружина 1 (рис.42 а) прогибает мембрану 2 первой ступени редуктора вверх и посредством
Рис. 41. Схема работы двухступенчатого газового редуктора низкого давления
двуплечего рычага 9 открывает клапан 3 первой ступени. Клапан 8 второй ступени пока закрыт, так как коническая пружина 6 прогибает мембрану 4 второй ступени, поднимая горизонтальное плечо двуплечего рычага 7 вверх. Давление во всех ступенях редуктора при этом равно атмосферному.
Если открыть магистральный вентиль, то газ, (рис. 41 б, в, его движение показано сплошными стрелками) из баллона поступает в первую ступень редуктора и прогибает мембрану 2 (рис. 41 б) вниз, которая под давлением 0,24…0,30 МПа посредством двуплечего рычага 9 закроет клапан 3 первой ступени. При большем давлении открывается предохранительный клапан 10 и избыточный газ из первой ступени редуктора выходит в атмосферу.
Преодолевая усилие конической пружины 6, газ открывает клапан 8 второй ступени и через дозирующее устройство 12 по трубке 13 поступает в смесительную камеру карбюратора-смесителя 14. Для того чтобы открылся клапан 8 второй ступени, разрежение при пуске или во время работы двигателя (рис. 42 б показано белыми стрелками) из впускного газопровода 15 по трубке 16 передается разгрузочному устройству 11, которое под действием разрежения сжимает пружину 6 и позволяет пружине 5 второй ступени прогнуть мембрану 4 вниз и открыться клапану 8.
На рис. 42, в показана работа газового редуктора и карбюратора-смесителя на холостом ходу. При этом режиме работы разрежение в диффузоре очень мало, обратный клапан 17 закрыт и газ из второй ступени редуктора поступает во впускной газопровод 15 только по трубке 18 холостого хода.
Основными требованиями, предъявляемыми к работе газового редуктора, являются малые колебания входного давления газа при работе двигателя на холостом ходу и на нагрузочных режимах.
Дозирующе-экономайзерное устройство.
Дозирование газа производится в дозирующе-экономайзерном устройстве и позволяет регулировать качество горючей смеси в соответствии с режимами работы двигателя. Подача газа регулируется таким образом, чтобы на частич-ных нагрузках двигатель работал на обедненных смесях, позволяющих полу-чить наилучшую экономичность и минимальную токсичность отработавших газов. При полном открытии дроссельных заслонок (на режиме максимальной мощности двигателя) горючая смесь при помощи экономайзерного устройства обогащается.
В дозирующее экономайзерное устройство пневматического типа (рис. 42) входят жиклеры экономичной 1 и мощностной 2 регулировок, клапан 3, мембрана 5 и пружины 4 и 6. Работа экономайзерного устройства происходит под действием разрежения, создаваемого во впускном газопроводе.
При значениях разрежения во впускном газопроводе в пределах 0,018 …0,055 МПа (что соответствует переходу к работе двигателя с минимальной частоты вращения коленчатого вала на частичные нагрузки) мембрана 5, преодолевая усилие пружины 6 экономайзера, прогибается, и клапан 3 экономайзера под действием пружины 4 клапана закрывается.
Рис. 42. Схема работы дозирующего экономайзерного устройства
В этом случае газ в смеситель поступает только через жиклер 1 экономичной регулировки.
При более низком разрежении во впускном газопроводе пружина 6 экономайзера открывает клапан 3, и дополнительная порция газа через жиклер 2 мощностной регулировки поступает в газовый смеситель. На включение пневматического экономайзера влияет разрежение перед клапаном 3, которое, в свою очередь, зависит от расхода газа.
Газовые смесители. Приготовление горючей смеси и регулирование ее подачи для получения заданной частоты вращения коленчатого вала двигателя происходит в газовых смесителях. Чтобы повысить коэффициент наполнения и мощность двигателя, смеситель должен обладать минимальным сопротивлением потоку газовоздушной смеси. Смеситель должен обеспечивать надежный пуск и устойчивую работу двигателя на холостом ходу, а также плавный его переход с одного нагрузочного режима работы на другой.
Существенным отличием работы газового смесителя от карбюратора является то, что в нем топливо не испаряется, так как газ в него подается уже в парообразном состоянии. Подача газа в смеситель в одинаковом с воздухом агрегатном состоянии позволяет вынести дозирующие элементы в отдельный блок или объединить их с газовым редуктором, упростить конструкцию смесителя. Кроме того, смесители газа не требуют ускорительных устройств, так как при резком открытии дроссельных заслонок для увеличения мощности двигателя расход газа растет пропорционально расходу воздуха. Конструктивно газовые смесители могут быть объединены с карбюратором (карбюратор-смеситель) или выполнены отдельно.
Смесители для работы на СНГ, в зависимости от модели двигателя, имеют различные модификации, отличающиеся диаметром диффузоров, способами регулировки частоты вращения коленчатого вала при холостом ходе двигателя и приводом дроссельных заслонок. Основные топливодозирующие элементы смесителей конструктивно объединены с газовым редуктором.
Карбюраторы-смесители для работы на СПГ. Приготовление газо– или бензиновоздушной смеси для питания двигателя природным газом или бензином происходит в карбюраторах-смесителях, изготовляемых на базе стандартных карбюраторов с некоторыми изменениями их конструкции, необходимыми для установки газовой форсунки и присоединения газовой трубки холостого хода. Переоборудование карбюраторов обеспечивает возможность работы двигателя на бензине при полной выработке газового топлива. Так, на автомобилях ЗИЛ-431610, ЗИЛ-ММЗ-45054 и других установлен карбюратор-смеситель типа К-91, выполненный на базе двухкамерного, с падающим потоком смеси и параллельным открытием дроссельных заслонок карбюратора К-88АТ.
Баллоны. Баллоны, применяемые для хранения необходимого запаса газообразного топлива на газобаллонных автомобилях, подразделяются на три основных типа:
· для сжатых газов;
· сжиженных нефтяных газов (СНГ);
· сжиженных природных газов (СПГ).
Они различаются между собой величиной давления, диапазоном температур, конструктивным исполнением и применяемой арматурой.
Автомобильные баллоны для сжатого газа, являются особо ответственными и металлоемкими элементами газовой установки. Они должны вместить доста-точный запас топлива и обеспечить необходимый радиус действия автомобиля при минимально возможном собственном весе и ограниченных габаритных размерах. Установка баллонов не должна уменьшать полезную вместимость автомобиля и заметно влиять на его грузоподъемность. Баллоны изготавливаются с одной горловиной и лишь в редких случаях с двумя. Горловина имеет отверстие с конической резьбой для ввертывания запорного вентиля или переходника.
Баллоны для сжатого газа изготавливаются из бесшовных труб с наружным диаметром 219 мм и толщиной стенок 6.5 мм из легированной стали (массой 62,5 кг) или углеродистой стали (массой 90 кг). Баллоны подвергают термической обработке – закалке и отпуску, – чтобы обеспечить, однородную сорбитную структуру металла и безосколочность при разрушении. Наружная и внутренняя поверхности баллонов не должны иметь раковин, закатов, трещин и глубоких рисок. При полностью ввернутом в горловину баллона вентиле на его нарезанной части должно оставаться три, пять запасных ниток.
Баллоны для сжатого газа рассчитывают на внутреннее давление 20 МПа (200 кгс/см2). Каждый вновь изготовленный баллон подвергают пробному гидравлическому испытанию под давлением 30 МПа (300 кгс/см2) в течение 1 мин, а затем пневматическому испытанию под давлением 20 МПа (200 кгс/см2). Неисправные баллоны выбраковываются.
На верхней сферической части каждого баллона должны быть отчетливо выбиты следующие сведения о нем:
· товарный знак завода-изготовителя;
· номер баллона;
· дата (месяц и год) изготовления и год следующего испытания;
· назначенное рабочее давление;
· пробное гидравлическое давление;
· вместимость баллона в литрах (с точностью +0,2 л);
· масса баллона в килограммах (с точностью ±0,2 кг);
· клеймо отдела механического контроля завода-изготовителя.
Баллоны для сжатых газов окрашивают снаружи масляной или эмалевой краской в красный цвет или цвет автомобиля. Повторные гидравлические испытания баллонов производятся обычно через два года.
Автомобильные баллоны для сжиженного газа рассчитываются на рабочее давление 1,6 МПа (16 кгс/см2), что соответствует упругости насыщенных паров пропана при температуре 48,4 °С. Для современных газобаллонных автомобилей применяются баллоны горизонтального типа, оборудованные комплектом наполнительно-расходной и контрольно-предохранительной арматуры. Цилиндрическая часть баллона обычно изготавливается из листового материала, свариваемого продольным швом, или из специальной тонкостенной трубы. Материалом, для изготовления баллонов служит углеродистая сталь СтЗ с пределом прочности примерно 4000 кгс/см2. Арматура располагается на одном или обоих днищах или на цилиндрической части (обечайке) баллона.
На баллоне устанавливается следующая арматура: паровой вентиль, предохранительный клапан, контрольный вентиль, наполнительный вентиль, указатель уровня сжиженного газа, сливная пробка и жидкостный вентиль. Гидравлические испытания газового баллона необходимо проводить при давлений 2,4 МПа (24 кгс/см2). Маркировка делается такая же, как и для баллонов для сжатого газа.
Указатель уровня сжиженного нефтяного газа (СНГ). Указатель дистанционного типа расположен на щитке приборов в кабине водителя, датчик – на днище баллона. Принцип действия указателя основан на изменении сопротивления реостата в зависимости от положения поплавка.
Вентили. По своему назначению вентили разделяются на наполнительные, контрольные и расходные.
Список литературы:
1. Тур Е.Я., Серебряков К.Б., Жолобов А.А., «Устройство автомобиля», М., Машиностроение, 1991 г.
2. Пузанков А.Г., «Автомобили. Устройство и техническое обслуживание», М., Академия, 2007 г.
3. Тихомиров А.И., «Карбюраторы К-126, К- 135. Устройство, регулировка, ремонт», М., Колесо, 2004 г.
4. Пехальский А.П., Пехальский И.А., «Устройство автомобилей», М., Академия, 2005 г.
5. Ерохов В.И., «Система впрыска топлива легковых автомобилей», М., Транспорт, 2002 г.