Пуск двигателя, работающего на газообразном топливе

Любой двигатель, работающий на бензине, может быть переведен на работу с использованием газообразного топлива (сжиженного или сжатого газа).

Вне зависимости от вида используемого газа газобаллонная установка включает:

• емкость для хранения и транспортировки газообразного топлива
• устройство для подогрева и испарения газа
• газовый редуктор
• дозирующее устройство
• смеситель
• трубопроводы
• контрольные приборы

Газобаллонные установки, предназначенные для питания газовых двигателей автомобилей ЗИЛ-431410 и ГАЗ-53-07 сжиженным пропан-бутановым газом, рассчитаны на избыточное давление 1,6 МПа.

Рис. Схема системы питания двигателя грузового автомобиля, работающего на сжиженном газе: 1 — топливный бак; 2 — запорный кран; 3 — фильтр-отстойник; 4 — двигатель; 5 — бензонасос; 6 — карбюратор-смеситель; 7 — трубопровод основной подачн газа; 8 — газопровод системы холостого хода; 9 — дозирующее экономайзерное устройство; 10 — манометр; 11 — воздуховод, соединяющий редуктор с задроссельным пространством; 12 — двухступенчатый газовый редуктор; 13, 14 — фильтры; 15 — испаритель; 16 — шланги подвода к отвода охлаждающей жидкости к испарителю; 17 — магистральный вентиль; 18 — расходный вентиль (жидкостной); 19 — расходный вентиль (паровой); 20 — манометр; 21 — газовый баллон.

Работа таких двигателей осуществляется при подаче газа в парообразном состоянии к редуктору. Испарение газа при работе двигателя происходит в испарителе за счет теплоты жидкости, поступающей в него из системы охлаждения. При пуске и прогреве двигателя, когда температура охлаждающей жидкости низкая для испарения газа, подача газа осуществляется через верхний вентиль газового баллона, обеспечивающего подачу в редуктор паровой фазы газа. Приготовление газовоздушной смеси происходит в газовом смесителе.

Газовые двигатели автомобилей ЗИЛ и ГАЗ комплектуются двухкамерными смесителями типа СГ-250 с падающим потоком газовоздушной смеси и параллельным открытием воздушных и дроссельных заслонок.

Опыт эксплуатации первых конструкций газобаллонных установок показал, что использовать воздушные заслонки в качестве пускового устройства при низких температурах малоэффективно. Для улучшения пуска была разработана автономная пусковая система. В такой системе подача паровой фазы газа в полость смесителя осуществляется над обратным клапаном. Паровая фаза отбирается из первой ступени редуктора через жиклер малого диаметра (0,8 мм). Такая схема исключает неравномерность подачи газа в форсунку при малом значении n и обеспечивает при закрытых воздушных заслонках с углом открытия дроссельных заслонок 15-20 расчетные значения а, равные 0,5-0,55. Это позволяет при использовании контактно-транзисторной системы зажигания с углом опережения 8-9 до ВМТ получить при -10 и -15 С минимальную пусковую частоту вращения коленчатого вала 50 и 60 мин-1. Одновременно пусковые испытания подтверждают влияние на повышение предельных температур надежного пуска фракционного состава газа и наличия в нем влаги.

В настоящее время все большее распространение получают системы питания двигателя, работающие на сжатом природном газе (метане). Для смешения газа с воздухом в таких установках используются карбюраторы-смесители. Опыт эксплуатации показал, что пуск холодного двигателя затруднен, а в некоторых случаях практически не возможен. Основной причиной неудовлетворительного пуска является шунтирование свечей зажигания влагой, образующейся в процессе горения смеси. Другой причиной является нерациональная система подачи и регулировки газа в карбюратор-смеситель. Поэтому для пуска двигателя ЗИЛ-5086.1000400 на сжатом газе применяли пусковую сисразработанную для газового двигателя ЗИЛ-5085.1000400 (с диаметром жиклера 1,1 мм и углом открытия дроссельных заслонок 15°). Однако этого оказалось недостаточно для надежного пуска. Надежность пуска увеличивается в результате применения системы зажигания, обеспечивающей по сравнению с серийной (контактно-транзисторной) большие величины вторичного напряжения и энергию искрового разряда. Примененная система зажигания с тиристорным выходным каскадом оказывается менее чувствительной к шунтированию свечей зажигания. Это позволяет с установочным углом опережения зажигания 5 до ВМТ и с помощью автономного пускового устройства обеспечить пуск ЗИЛ-5086.1000400 с минимальной пусковой частотой вращения коленчатого вала 55 мин при -5 С и 75 мин при 45 °С.

Рис. Схема соединения газовых каналов редуктора и смесителя:
1 — входной патрубок газовой горелки; 2 — обратный клапан; 3 — жиклер; 4 — воздушная заслонка; 5 — газовая форсунка; 6 — диффузор; 7 — штуцер газовый системы холостого хода; 8 — винт общей подачи газа; 9 — регулировочный винт подачи газа; 10 — электромагнитный клапан; 11 — разгрузочное устройство; 12 — фильтр; 13 — дозирующее экономайзерное устройство; 14 — штуцер для передачи вакуума от впускного трубопровода; 15 — дроссельная заслонка; I, II — ступени редуктора

Использование автономного пускового устройства позволяет в некоторых случаях отказаться от пуска двигателя на бензине. Предельная температура надежного пуска холодного газового двигателя на сжиженном пропан-бутановом газе составляет от -20 до -25 С, а на сжатом природном газе (метане) эта температура пока выше и составляет от -5 до -10 С. Для снижения предельной температуры и повышения надежности пуска холодных двигателей на газообразном топливе требуется применение системы зажигания, имеющей большие, чем серийная система величины вторичного напряжения и энергии искрового разряда.

Рис. Схема системы питания двигателя грузового автомобиля, работающего на сжатом газе: 1 — топливный бак; 2 — запорный кран; 3 — топливный фильтр; 4 — топливный насос: 5 — карбюратор-смеситель; 6 — выпускной газопровод ; 7 — двигатель; 8 — трубопровод основной подачи газа в смеситель; 9 — газопровод системы холостого хода; 10 — манометр; 11, 13 — редукторы соответственно низкого и высокого давления; 12 — электромагнитный клапан; 14 — подогреватель газа; 15 — манометр; 16 — вентиль; 17 — газовые баллоны со сжатым газом.

Учитывая все большее распространение двигателей с газобаллонными установками, целесообразно продолжить работы по совершенствованию автономного пускового устройства в части оптимизации изменения качественного состава смеси в зависимости от частоты прокручивания и температуры аналогично автоматическим устройствам карбюраторов.

Целесообразно также при разработке специальных газовых двигателей предусматривать размещение в камере сгорания двух зажигательных свечей. Установка дополнительной зажигательной свечи будет способствовать интенсификации процесса горения газовоздушной смеси.