Владимир Золотницкий - Автомобильные газовые топливные системы
Доработка деталей и узлов двигателя ММЗ-245.12, а также изготовление оригинальных деталей для его переоборудования в газовый двигатель с зажиганием от искры осуществляются по чертежам ООО «ВНИИГАЗ».
Отверстия под распылитель в головке цилиндров дорабатываются с целью установки искровых свечей зажигания. В доработанные каналы заворачиваются свечи зажигания с резьбой M12х1,25, длиной резьбовой части 19 мм и размером шестигранника под ключ 16 мм.
Дорабатывается камера сгорания (поршень) с целью увеличения ее объема для снижения степени сжатия. Объем камеры выбран из условия получения заданной степени сжатия. С учетом объема в надпоршневом пространстве, образованном прокладкой головки цилиндров, объемов в выточках под клапаны и кармане свечи в головке, степень сжатия в двигателе составляет S= 12.
Бесконтактно-транзисторная система зажигания, схема которой приведена на рис. 28, применяется на двигателе, переоборудованном под газовое топливо в комплектации со следующими элементами. Электронный блок ограничения частоты вращения (1); электромагнитный клапан (2); доработанный датчик-распределитель (3) (40.3706) с вакуумным регулятором (4); искровые свечи зажигания (5) (BOSCH Y6DC); одноканальный коммутатор (6) (76.3734); одновыводная маслонаполненная катушка зажигания (7) (27.3705); жгут низковольтных проводов с клеммными колодками для соединения датчика-распределителя, коммутатора и катушки зажигания; жгут из пяти проводов высокого напряжения (центральный провод и четыре провода на свечи зажигания).
Общий вид расположения оборудования на автомобиле показан на рис. 30.
Рис. 30. Принципиальная схема монтажа АГТС «САГА-7Б» на автомобиль ЗИЛ-5301 «Бычок»: 1, 3, 4, 13 – рукава; 2 – смеситель газа с дроссельной заслонкой; 5 – редуктор-подогреватель; 6 – вентиль магистральный; 7 – трубопроводы; 8 – кронштейн крепления агрегатов в моторном отсеке; 9 – редуктор высокого давления; 10 – клапан электромагнитный газовый высокого давления; 11 – заправочное устройство; 12 – вентили баллонов; 14 – баллоны; 15 – хомуты.
Установка для работы на сжиженном природном газе (СПГ) метане «Гелий – САГА»
Реализация новых технологических решений, направленных на использование сжиженного природного газа – метана (СПГ) в качестве моторного топлива, позволяет получить значительный экономический эффект благодаря уменьшению эксплуатационных затрат (обычная «Газель» при заправке газовым топливом проезжает не 200 км, как принято считать, а 450), а также создать энергетический мост в экологически благополучное общество.
Главная особенность в конструкции автомобильной установки для работы на СПГ – наличие бака криогенного топливного (БКТ) с высокими вакуумно-теплоизоляционными свойствами для хранения газа. Охлажденный до температуры –160 °C метан переходит в жидкое состояние уже при атмосферном давлении и значительно уменьшается в объеме.
Научно-производственная фирма «САГА» совместно с НПО «ГЕЛИЙМАШ» разработала газотопливное оборудование, предназначенное для содержания и подачи СПГ в БКТ и в двигатель автомобиля «Газель».
Рис. 31. Схема размещение АГТС «Гелий-САГА» на автомобиле «Газель»: 1 – редуктор-испаритель; 2 – теплообменник; 3 —трубопроводы подачи газа к теплообменнику; 4 – бак криогенный топливный; 5 – арматурный шкаф; 6 – дренажный трубопровод; 7 – панель приборов.
Схема размещения автомобильной газовой топливной системы (АГТС) «Гелий-САГА» на «Газели» приведена на рис. 31. Криогенный топливный бак (4) закреплен при помощи двух кронштейнов на правом лонжероне рамы автомобиля за кабиной водителя. Заправочное устройство контрольно-измерительные приборы установлены в арматурном шкафу (5), размещенном на БКТ. Дренажный трубопровод (6) предназначен для отвода в атмосферу парообразного газа, вышедшего из-под предохранительных клапанов, расположенных в арматурном шкафу, а также для аварийного сброса газа при повреждении арматуры. Дренажный трубопровод выведен над тентом бортового кузова и прикреплен к кузову хомутами. Аварийный сброс газа из БКТ осуществляется через скоростной клапан, также находящийся в арматурном шкафу.
Панель приборов (7), расположенная в кабине водителя, обеспечивает управление газовой аппаратурой и контроль ее работы.
На арматурном шкафу БКТ, окрашенном в красный цвет, белой краской сделана надпись «МЕТАН».
Рис. 32. Бак криогенный топливный.
Криогенный топливный бак представляет собой двойной/ цилиндрический резервуар (рис. 32), изготовленный из нержавеющей стали. Внутренний сосуд рассчитан на избыточное давление, равное рабочему давлению 0,5 МПа. Для поддержания требуемого разрежения в изолирующем пространстве между сосудом внутренним и кожухом для обеспечения термоизоляции наружная поверхность внутреннего сосуда покрыта высокоэффективной вакуумно-многослойной изоляцией (экранно-вакуумная теплоизоляция). Внутренний сосуд закреплен в кожухе двумя цилиндрическими опорными втулками из стеклопластика (на рисунке не показаны).
Вместимость газового сосуда 100 л. Количество СПГ, заливаемого в бак, 90 л (эквивалентный объем газа в нормальных условиях 60 м3).
Запас газа в баке обеспечивает примерно такой же пробег автомобиля, как и на бензине.
В баке газ хранится без потерь в течение пяти суток – так называемое бездренажное хранение. Тепло окружающей атмосферы нагревает бак, и примерно через 120 час давление в нем может увеличиться. При этом срабатывают предохранительные клапаны, и паровая фаза газа выбрасывается в окружающую среду через дренажный трубопровод. Сбросить газ бака для понижения давления можно также через шаровые краны (см. ниже) в дренажный трубопровод.
При заправке уровень СПГ в баке контролируют по манометру в арматурном шкафу, а при движении – по указателю уровня газа, который находится в кабине водителя.
Рис. 33. Арматурный шкаф: 1 – заправочный отсек; 2 – заправочная горловина; 3 – манометр; 4 – функциональный отсек; 5 – скоростной клапан; 6 – клапан переключения фаз; 7 – предохранительный клапан; 8 – шаровые краны.
Арматурный шкаф (рис. 33) смонтирован непосредственно на баке. Он состоит из двух отсеков: заправочного (1) и функционального (4). Каждый из отсеков снабжен самостоятельно открывающейся крышкой с замком. В заправочном отсеке на специальной панели размещены манометр (3) и заправочная горловина (2). В заправочной горловине объединены две линии – заправки и газосброса. В функциональном отсеке находятся предохранительные клапаны (7), скоростной клапан (5), клапан (6) переключения фаз и шаровые краны (8). Предохранительные клапаны настроены на рабочее давление 0,5 МПа.
При увеличении рабочего давления от 0,54 до 0,57 МПа клапаны открываются, и происходит сброс паров метана в дренажный трубопровод.
Скоростной клапан служит для отключения бака и прекращения подачи газа в случае повреждения или обрыва магистрального трубопровода.
Клапан переключения фаз выполняет две функции в зависимости от значения давления газа в баке. При давлении до 0,4 МПа в теплообменник (2) (см. рис. 31) подается жидкая фаза, если давление превышает 0,4 МПа – подается паровая фаза.
Теплообменник предназначен для испарения жидкой фазы и подогрева СПГ, поступающего в двигатель.
Трубопроводы системы изготовлены из нержавеющей стали с проходным сечением 8 мм и имеют тонкие стенки, так как вся система работает под небольшим давлением от 0,15 до 0,55 МПа.
АГТС «Гелий-САГА» работает следующим образом. Газ в жидком виде подается по магистрали в теплообменник, где подогревается жидкостью из системы охлаждения двигателя. В парообразном виде газ поступает непосредственно в газовую систему «CAГA-6». Далее дозировка газа осуществляется по традиционной схеме редуктором-испарителем «САГА-6», где его давление снижается до значения, близкого к атмосферному. Затем под действием разрежения во впускном трубопроводе двигателя газ поступает в смеситель, в котором смешивается с воздухом, и газовоздушная смесь через карбюратор направляется во впускной трубопровод и далее в цилиндры двигателя.
Автомобильная криогенная заправочная станция (КриоАЗС), предназначенная для сжижения природного газа, его накопления и заправки сжиженным природным газом (СПГ) автомобилей. КриоАЗС подключена к газопроводу низкого давления 0,2–0,6 МПа и установлена в непосредственной близости от места расположения автопредприятия. Подобным образом КриоАЗС установлена на автокомбинате № 41 (г. Москва), эксплуатирующем 12–15 малотоннажных грузовых автомобилей «Газель» (рис. 34).
Рис. 34. Автомобильная криогенная заправочная станция: 1 – операторская с блоком управления; 2 – заправочная колонка СПГ; 3 – криогенная емкость для накопления и хранения СПГ; 4 – технологический блок; 5 – компрессорный блок.
