Аналіз систем живлення двигунів газобалонних автомобілів

Міністерство освіти і науки України

Вінницький національний технічний університет

Кафедра АТМ

Контрольна робота

на тему: «Аналіз систем живлення двигунів газобалонних автомобілів»

Виконав:

студент гр.2Т-05 Домбрівський А.В.

Перевірив:

асистент Кашканов В.А.

Вінниця, 2008

Зміст

Вступ

1. Аналіз вимог до газобалонної системи живлення

1.1 Аналіз газового палива для автомобільних двигунів

1.2 Аналіз складових частин нафтового газу

2. Основна характеристика газобалонної системи

2.1 Особливості конструкції газової установки для роботи на зрідженому газі

2.2 Особливості конструкції газобалонної установки на стисненому газі

Висновок

Додаток А

Додаток Б

Список використаних джерел

Вступ

Історія газобалонних двигунів бере свій початок з тридцятих років минулого століття, коли англієць Барнетт одержав патент на газовий двигун, а в 1860 році француз Э. Ленуар побудував мотор, працюючий на суміші повітря й газу.

На той час бензину ще не було, тому використання газу нікого не здивувало. Бензин як пальне був використаний через два десятиліття, коли Г. Даймлер створив бензиновий двигун внутрішнього згоряння.

Слід не тільки розглядати лише поверхневі переваги використання газового палива (економія грошей), також потрібно не забувати про інші переваги газобалонних систем.

Що стосується газової системи, то вона дозволяє експлуатувати автомобіль, як на газі, так і на бензині, здійснюючи на ходу перемикання з одного палива на інше прямо із салону.

Також слід зазначити, що газобалонне обладнання фактично дублюється бензиновою системою живлення, підвищуючи безвідмовність автомобіля й зменшуючи практично до нуля ризик відмови від руху при поломці в системі живлення.

До того ж, сумарний пробіг на одному заправленні зростає вдвічі (звичайно на автомобіль встановлюється балон з ємністю не менше, ніж ємність бензинового бака). Ця перевага особливо корисна тим, хто робить поїздки на далекі відстані й не впевнений в якості провінційного бензину.

1 Аналіз вимог до газобалонної системи живлення

1.1 Аналіз газового палива для автомобільних двигунів

Газове паливо застосовують у стисненому або зрідженому стані, як на вантажних так і на легкових автомобілях. Метан стискають до тиску в середньому 20 МПа і зберігають у товстостінних балонах. Етан, пропан і бутан переходять у рідкий стан при стисканні до 1,6 МПа. Їх також зберігають у балонах.

Газоповітряні суміші порівняно з бензоповітряними мають вищі антидетонаційні властивості, що дає змогу підвищити ступінь стискання й поліпшити економічні показники двигуна.

Газові двигуни характеризуються повнішим згорянням суміші й набагато нижчою токсичністю (шкідливістю) відпрацьованих газів, завдяки чому зменшується забруднення навколишнього середовища [1].

У разі застосування газу не змивається плівка оливи зі стінок гільз і поршнів, зменшується нагароутворення в камерах згоряння, через відсутність конденсації пари бензину на стінках гільз циліндрів не розріджується олива, завдяки чому в 1,5...2 рази збільшуються термін служби двигуна й період зміни оливи.

Однак у газобалонних автомобілів складна система живлення, підвищуються вимоги щодо пожежо й вибухобезпечності, потужність газових двигунів на 10...20 % менша порівняно з карбюраторними, оскільки в суміші з повітрям газ займає більший об'єм, ніж бензин. Автомобіль втрачає частину своєї вантажопідйомності через велику масу газобалонної установки.

Двигуни, що працюють на стиснених або зріджених газах, створюють на базі карбюраторних.

Для цього останні обладнують спеціальною газовою апаратурою й балонами, але вони здатність працювати також і на бензині.

При цьому висока детонаційна стійкість газу, октанове число якого перевищує 100 од., належно не реалізується, бо ступінь стискання двигуна вибирають відповідно до набагато меншого, ніж у газу, октанового числа бензину.

1.2 Аналіз складових частин нафтового газу

Нафтовий газ (ЗНГ) має всі якості повноцінного палива для двигунів внутрішнього згоряння. У всьому світі газ визнаний як дешеве, екологічно чисте паливо, по багатьом властивостям переважаючий бензин. ЗНГ має деякі фізико-хімічні властивості, які необхідно враховувати для досягнення максимального економічного й експлуатаційного ефекту. Нафтовий газ являє собою суміш пропану, бутану й незначної кількості (близько 1%) неграничних вуглеводнів. Фактично на автомобільні газонаповнювальні станції надходять дві марки газу, регламентовані відповідними ДСТами: зимова (85-95% пропану) і літня (45-55% пропану). ЗНГ перебуває в балоні під тиском власних насичених пар при даній температурі, що практично не залежить від кількості газу в балоні. Ця властивість дозволяє витратити практично повністю вміст баллона.

Таблиця 1.1 - Порівняльні характеристики бензину й газу

З таблиці 1.1 видно, що ступінь стиску пропані набагато вищий ніж у бензині, а саме:

Октанове число в пропані більший ніж у бензині на:

Ця відмінність пояснюється фізико-хімічними особливостями даних видів палива.

В даному розділі я зробив аналіз газового палива для автомобільних двигунів, та складових частин нафтового газу. Звідси можна зробити висновок про те, що двигуни працюють на стиснених або зріджених газах, зазвичай створюють на базі карбюраторних для цього останні обладнують спеціальною газовою апаратурою й балонами, вони зберігають здатність працювати також і на бензині. При цьому висока детонаційна стійкість газу, октанове число якого перевищує 100 од., належно не реалізується. Але перевагами таких систем є те, що такі системи можуть працювати як на бензині, так і на газі.

2. Основна характеристика газобалонної системи

2.1 Особливості конструкції газової установки для роботи на зрідженому газі

Особливості конструкції газобалонної установки для роботи на зрідженому газі полягають у тому, що з балона 5 крізь витратний вентиль 19 (рис. 2.4), магістральний вентиль 6 і газопровід 17 стиснений газ надходить у випарник 16, що обігрівається рідиною з системи охолодження двигуна. Потім крізь фільтр 11 газ надходить у редуктор 12, де його тиск зменшується майже до атмосферного. Контролюють роботу системи за допомогою манометрів 7 (тиск у балоні) і 8 (тиск у редукторі).Пуск і прогрівання двигуна здійснюють на паровій фазі газу. Для цього відкривають паровий 18 і магістральний 6 вентилі.

Рисунок 2.1 - Схема газобалонної установки для роботи на зрідженому газі: 1 - вентиль-покажчик максимального рівня; 2 - запобіжний клапан; 3 - покажчик рівня рідини в баці; 4 - наповнювальний вентиль; 5 - балон низького тиску; 6 - магістральний вентиль; 7, 8 - манометри; 9 - трубка розвантажувального пристрою; 10, 14, 17 - газопроводи; 11 - фільтр; 12 - двоступінчастий редуктор; 13 - економайзер; 15 - карбюратор-змішувач; 16 - випарник; 18, 19 - вентилі для пари й рідини

На короткий час двигун зупиняють вимиканням запалювання, а в разі зупинки на 1...2 год перекривають магістральний вентиль. На днищі балона 5 є запобіжний клапан 2 (відкривається при тиску 1,68 МПа), наповнювальний вентиль із зворотним клапаном, вентиль максимального заповнення балона й датчик рівня зрідженого газу [4]. Для наповнення балона використовують вентиль 4. Заповнюють тільки 90 % об'єму, щоб у разі розширення газу під час нагрівання балон не зруйнувався. Рівень рідкого газу в процесі заправляння контролюється за допомогою трубки рівня вентиля-покажчика 1.

2.2 Установка для роботи на стисненому газі

Складається установка для роботи на стисненому газі з вісіми балонів, згрупованих по чотири (рис. 2.1), розміщують під платформою кузова й кожну групу обладнують вентилем, що дає змогу витрачати газ із будь-якої групи або відразу з обох. Газом балони наповнюються крізь вентиль 10.

Із балонів газ крізь витратні вентилі 9 і 14 надходить у підігрівник 18, що призначається для захисту системи від замерзання внаслідок великого зниження температури газу під час його розширення в редукторі високого тиску 20. Між підігрівником газу, що обігрівається теплотою відпрацьованих газів, і балонами встановлено основний витратний вентиль 13. На редукторі високого тиску 20 установлено датчик контрольної лампи, яка засвічується в разі зниження тиску газу в редукторі до значення менше ніж 0,45 МПа. Це сигналізує водієві про те, що газу в балонах залишилося на 10... 12 км (див. додаток А).

Із редуктора 20 газ надходить в електромагнітний клапан 6 із фільтром. Цей клапан відкривається під час пуску двигуна, і газ трубкою 7 надходить у редуктор низького тиску 3.

Редуктор 3 має два ступені й знижує тиск газу, що надходить у карбюратор-змішувач, майже до атмосферного (0,9...1,15 МПа), дозує газ для приготування суміші потрібного складу й вимикає газову лінію в разі зупинки двигуна. Під час роботи двигуна газ надходить у карбюратор-змішувач 21, а в режимі холостого ходу шлангом 2 безпосередньо в задросельний простір.

Робота двигуна на бензині забезпечується стандартною системою живлення бензином, яку підключено до карбюратора-змішувача 21. Сталеві балони для стисненого газу виготовляють із суцільнотягнутих труб із зовнішнім діаметром 219 мм і товщиною стінок 6,5...7,0 мм. Місткість балона - 50 л.

Газові трубопроводи від балонів до редуктора високого тиску автомобіля ЗИЛ-138А становлять сталеві трубки із зовнішнім діаметром (10+ 0,1) мм і товщиною стінки 2 мм. Трубопровід від редуктора високого тиску до редуктора низького тиску - це трубки діаметром (10+ 0,15) мм і товщиною стінки 1 мм. Усі з'єднання газових трубопроводів з перехідниками, вентилями та іншими елементами газової апаратури - без прокладні ніпельні типу «врізне кільце» й допускають багаторазове розбирання. Коли затягується накидна гайка, кільце ніпеля деформується й набирає форми внутрішнього конічного отвору в штуцері, герметизуючи з'єднання. Водночас кільце врізується гострою кромкою в стінку трубки, запобігаючи вириванню її зі з'єднання під дією високого тиску [1].

Вентилі, встановлені в газобалонній системі автомобіля ЗИЛ-138А, мають різне призначення: один - наповнювальний, решта три - витратні. Конструкція вентилів в основному однакова: вони різняться лише різьбою на бічному штуцері (наповнювальний вентиль має спеціальну ліву різьбу). Вентиль складається з корпусу з конічною різьбою, маховика зі шпинделем, муфти та клапана. Для приєднання газопроводу на бічний штуцер вентиля нагвинчується перехідний штуцер із прокладкою. В наповнювального вентиля після заповнення балонів стисненим газом перехідний штуцер закривається запобіжним ковпачком із ланцюжком.

Редуктор високого тиску призначається для зменшення тиску стисненого газу з 20 до 0,9... 1,15 МПа. Тиск газу в редукторі знижується внаслідок його розширення під час охолодження крізь щілину між клапаном 5 і сідлом 7 у камеру низького тиску Б. У порожнину високого тиску А стиснений газ надходить крізь штуцер. Клапан 5 залишається відкритим під дією зусилля натискної пружини 1, що передається на нього через мембрану 2 й штовхач 3, доти, доки тиск газу під мембраною не врівноважить це зусилля, після чого клапан закривається під дією пружини 6. Редуктор автоматично підтримує робочий тиск. Якщо тиск нижчий від 0,45 МПа, клапан редуктора відкритий постійно, а в кабіні водія засвічується контрольна лампа. Якщо ж робочий тиск з якихось причин перевищить 1,7 МПа, спрацює запобіжний клапан.

Рисунок 2.2 - Електромагнітний клапан із фільтром: 1 - пружина; 2 - повстяний фільтрувальний елемент; 3 - ковпак; 4 - гумове кільце; 5 - штуцер; 6 - корпус; 7 - електромагнітний клапан.

Підігрівник потрібний для попереднього підігрівання газу, особливо взимку. Без підігрівника волога й вуглекислота, які містяться в газі, можуть замерзнути в редукторі високого тиску.

Підігрівник газу автомобіля ЗИЛ-138А складається з нижнього та верхнього корпусів, у яких стиснений природний газ обігрівається теплотою відпрацьованих газів. Вхідний патрубок підігрівника гнучким металевим рукавом сполучається з лівою приймальною трубою глушника. З підігрівника відпрацьовані гази викидаються в атмосферу вихідним патрубком.

У схемі газобалонної установки підігрівник розташовано між магістральним вентилем та редуктором високого тиску й установлено позаду останнього на лівому лонжероні рами.

Електромагнітний клапан із фільтром куди під тиском 0,9... 1,15 МПа газ надходить з редуктора високого тиску, прикріплено на кронштейні до передньої стінки кабіни. Фільтр складається з корпусу 6, електромагнітного клапана 7, повстяного фільтрувального елемента 2, алюмінієвого ковпака 3, підвідного й відвідного штуцерів. Коли запалювання ввімкнено, клапан електромагніту під дією пружини закритий і не пропускає газ у редуктор низького тиску. Після вмикання запалювання клапан відкривається, й очищений від механічних домішок газ надходить у редуктор низького тиску, а потім у змішувач і карбюратор. Ковпак фільтра під час його монтажу на корпус ущільнюється гумовим кільцем [3].

Газовий редуктор низького тиску (див. додаток Б). становить двоступінчастий автоматичний регулятор тиску мембранного типу з важільною передачею від діафрагми до клапанів. Основне призначення редуктора полягає у зниженні тиску газу, який надходить до змішувача. Водночас в редукторі здійснюється автоматичне регулювання кількості газу, потрібного для різних режимів роботи двигуна, за допомогою дозувально-економайзерного пристрою.

Кожний ступінь редуктора обладнано регулювальним клапаном, плоскою мембраною з прогумованої тканини, пружиною та важелем, що з'єднує мембрану з клапаном. Обидва ступені редуктора разом із розвантажувальним і дозувально-економайзерним пристроєм об'єднано в одному агрегаті.

Коли двигун не працює й витратний вентиль на хрестовині закритий, тиск у порожнині 31 першого ступеня дорівнює атмосферному, і клапан 27 першого ступеня відкритий під дією пружини 19 (див. додаток Б).

Коли вентиль відкрито й увімкнено електромагнітний клапан, газ, пройшовши крізь фільтри вентиля, електромагнітного клапана й редуктора низького тиску, надходить у порожнину 31 першого ступеня редуктора. Газ тисне на мембрану 25, яка, долаючи зусилля пружини 19, прогинається й у момент досягання заданого тиску через важіль 18 закриває клапан 27. Тиск газу в порожнині регулюється зміною зусилля пружини 19, що діє на мембрану 25, за допомогою гайки 20. Клапан 16 другого ступеня закритий і щільно притиснутий до сідла пружиною розвантажувальної мембрани й пружиною 39, зусилля від яких передається через шток 36 і стержень 38, важіль 4 і штовхан 5. Особливість конструкції другого ступеня полягає в застосуванні розвантажувального пристрою. Коли двигун не працює, пружина диска розвантажувального пристрою створює додаткове зусилля, що через важільну систему передається на клапан 16 і запирає його, надійно перекриваючи вихід газу до змішувача.

Під час пуску двигуна у змішувальній камері карбюратора створюється розрідження, яке шлангами (через вакуумну порожнину економайзера) передається в порожнину 32 розвантажувального пристрою. Розвантажувальна мембрана 34 внаслідок розрідження прогинає й стискає пружину диска, тим самим розвантажуючи клапан 16 другого ступеня. Зусилля пружини 39 стає недостатнім для втримання клапана 16 другого ступеня закритим, і він відкривається під тиском газу з порожнини 31 першого ступеня. Газ заповнює порожнину 33 другого ступеня, а потім крізь економайзер надходить у змішувач. Тиск газу в порожнині 31 першого ступеня встановлюється в межах 0,18...0,20 МПа.

У режимі холостого ходу витрата газу невелика, і в порожнині 33 другого ступеня створюється надлишковий тиск. Зі збільшенням витрати газу тиск у порожнині 33 знижується майже до атмосферного. В міру відкривання дросельних заслінок подача газу в циліндри двигуна збільшується. Кількість газу, що визначає склад газоповітряної суміші, регулюється економайзером: в режимі часткових навантажень двигун працює на збіднених сумішах, що дає змогу досягти найкращої економічності, а для того щоб двигун розвинув максимальну потужність при повному відкритті дросельних заслінок, паливна суміш збагачується.

Склад газоповітряної суміші, що надходить до двигуна, регулюється дозувально-економайзерним пристроєм (рис. 2.2), який складається з дозувального пристрою, економайзера з пневматичним приводом та патрубка для відведення газу з редуктора.

Коли двигун працює на часткових навантаженнях (з не повністю відкритими дросельними заслінками), газ із редуктора подається крізь дозувальний отвір шайби 10.Потужне регулювання двигуна (в разі повного відкриття дросельних заслінок) забезпечується при відкритому клапані 8.

Простір між діафрагмою 6 та кришкою 5 економайзера за допомогою штуцерів і гумових трубок 1, 2 сполучається з впускним трубопроводом двигуна й розвантажувальним пристроєм газового редуктора.

У корпусі 4 дозувально-економайзерного пристрою розміщено діафрагму 6 і пружину 7, затиснуті кришкою 5, клапан 8.

Рисунок 2.3 - Дозувально-економайзерний пристрій: 1 - трубка для з'єднання із впускним трубопроводом двигуна; 2 - трубка для з'єднання з розвантажувальним пристроєм; 3 - патрубок виходу газу у змішувач; 4 - корпус; 5 - кришка; б - діафрагма; 7 - пружина діафрагми; 8 - клапан; 9 - пружина клапана; 10,11 - шайби відповідно економічного й потужнісного регулювання; 12 - пластинаною.

В карбюраторі-змішувачі К-91 газовий змішувач конструктивно об'єднано з перехідником карбюратора К-88А (рис. 2.4), на якому встановлено повітряний фільтр. У перехідник-змішувач 5 газ надходить крізь патрубок 3 і зворотний клапан 4, який під час роботи двигуна в режимі холостого ходу закритий. В цьому разі газ трубкою 2 надходить у канали холостого ходу змішувальних камер карбюратора з патрубка змішувача.

Система живлення бензином автомобіля ЗИЛ-138А відрізняється від системи живлення автомобіля ЗИЛ-130 тим, що між бензонасосом і поплавцевою камерою карбюратора встановлено електромагнітний клапан-фільтр. Коли вимикається запалювання, клапан автоматично закривається. Клапан може бути закритий і в разі ввімкненого запалювання, якщо перемикач виду палива встановлено в положення «0» (коли весь бензин із бензобака витрачено) або в положення «газ». У корпус клапана вмонтовано стандартний фільтр тонкої очистки бензину з керамічним фільтрувальним елементом і знімним пластмасовим стаканом-відстійником.

Рисунок 2.4 - карбюратор-змішувач К-91: 1 - гвинти якісного регулювання складу суміші в разі роботи на бензині; 2 - трубка холостого ходу 3 - патрубок для підведення газу; 4 - корпус зворотного клапана; 5 - пехідник-змінювач; 6 - карбюратор 7 - гвинт регулювання кількості суміші; 8 - гвинт регулювання загальної подачі газу в систему холостого ходу; 9 - гвинт регулювання подачі газу на мінімальній частоті обертання колінчастого вала.

Газовий редуктор високого тиску. Заправляти газобалонні установки можна тільки на газонаповнювальних станціях, коли двигун не працює. Під час заправляння балонів зрідженим газом треба берегтися обмороження. Експлуатація газобалонних автомобілів з несправним газовим обладнанням і витіканням газу забороняється. Коли не вдається усунути витікання газу, його випускають в атмосферу (якомога далі від людей і джерел вогню).

Висновки

В даному звіті, я зробив аналіз газобалонна система є дуже вигідною, оскільки двигуни, що працюють на стиснених або зріджених газах, зазвичай створюють на базі карбюраторних для цього останні обладнують спеціальною газовою апаратурою й балонами, але вони зберігають здатність працювати також і на бензині, також не варто забувати і про протиугінні можливості газових апаратур, установлюваної на інжекторні автомобілі: від'єднавши легко-знімальний комутатор, можна надійно заблокувати подачу обох видів палива при спробі несанкціонованого пуску двигуна.

Так само позитивно оцінять газопаливну систему власники дорогих іномарок, споряджених упорскуванням палива й каталітичним нейтралізатором.

Ще одним аргументом на користь газового обладнання є мінімальна амортизація.

При правильній експлуатації обладнання міжремонтний період до заміни гумовотехнічних виробів складе не менше 5 років. газобалонна установка значно відрізняється від звичайної насамперед тим, що в ній присутні: газові трубопроводи, вентилі електромагнітний клапан.

Оскільки даний звіт будить частиною бакалаврської дипломної роботи, то він в третьому розділі будить доповнений розрахунками.

Додаток А

Принципова схема газобалонної паливної системи з лівим розташування апаратури газових балонів

1 - газовий змішувач; 2 - шланг системи холостого ходу; 3 - редуктор низького тиску; 4 - шланг від пускового клапана до газового змішувача; 5 - шланг від електромагнітного клапана до редуктора низького тиску; 6 - електромагнітний клапан із фільтром; 7 - трубка від перехідного штуцера до електромагнітного клапана; 8 - шланг для відведення газу від запобіж -ного клапана редуктора високого тиску; 9 - вентиль задньої групи балонів; 10 - наповнювальний вентиль;11 - хрестовина; 12 - трубка від хрестовини до підігрівника газу; 13 - основний витратний вентиль; 14 - вентиль передньої групи балонів; 15 - паливний бак; 16 - манометр високого тиску; 17- фільтр грубої очистки палива; 18 - підігрівник газу; 19 - рукав підігрівника газу; 20 - редуктор високого тиску; 21 - карбюратор-змішувач; 22 - фільтр тонкої очистки палива з електромагнітним клапаном; 23 - паливний насос.

Додаток Б

Газовий редуктор низького тиску

1 - кришка корпусу редуктора; 2 - корпус розвантажувального пристрою; 3 - корпус редуктора; 4 - важіль клапана другого ступеня; 5 - штовхач клапана другого ступеня; 6 - регулювальний гвинт клапана другого ступеня; 7 - витратомірна шайба потужностей регулювання кількості газу; 8 - витратомірна шайба економічного регулювання кількості газу; 9 - клапан економайзера; 10 - штовхач клапана економайзера; 11 - пружина клапана економайзера; 12 - мембрана економайзера; 1З - пружина мембрани економайзера; 14 - вакуумна порожнина економайзера; 15 - корпус економайзера; 16 - клапан другого ступеня; 17 - сідло клапана другого ступеня; 18 - важіль клапана першого ступеня; 19 - пружина мембрани першого ступеня; 20 - регулювальна гайка пружини мембрани першого ступеня; 21 - датчик манометра низького тиску; 22 - шток мембрани першого ступеня; 23 - верхня кришка корпусу редуктора; 24 - з'єднувальна тяга; 25 - мембрана першого ступеня; 26 - регулювальний гвинт клапана першого ступеня; 27 - клапан першого ступеня; 28 - сідло клапана першого ступеня; 29 - корпус газового фільтра; 30 - фільтрувальний елемент; 31 - порожнина першого ступеня; 32 - порожнина розвантажувального пристрою; 33 - порожнина другого ступеня; 34 - розвантажувальна мембрана; 35 - мембрана другого ступеня; 36 - шток мембрани другого ступеня; 37 - регулювальний ніпель пружини мембрани другого ступеня; 38 - стержень штокa; 39 - пружина мембрани другого ступеня; 40 - кран для зливання конденсату.

Список використаної літератури

1. Н.Н. Вишняков, В.К. Вахламов, А.Н. Нарбут і ін. Автомобіль: Основи конструкції - М,: Машинобудування.

2. Бухарин М.О., Прозоров В.С. Автомобіль. - М.: Машинобудування.

3. Лукін П.П. Контрольний розрахунок автомобіля - М.: Машинобудування.

4. Короткий автомобільний довідник. - М.: транспорт.