Топливные системы, работающие по газодизельному циклу

Дизельные двигатели могут быть переведены на питание газообраз­ным топливом путем ввода газа в цилиндры двигателя как в жидкой, так и в газообразной фазе. Сжиженный газ впрыскивается в камеру сгорания с помощью стандартного топливного насоса и форсунок. Для предотвра­щения испарения жидкости и образования паровых пробок используют в качестве охлаждающего агента незначительное количество этого же сжиженного газа. После испарения части жидкости и охлаждения вслед­ствие этого основной массы сжиженного газа пары засасываются в ци­линдры двигателя вместе с воздухом, а охлажденная жидкость впрыски­вается насосом в камеры сгорания, как и в обычном двигателе с воспла­менением от сжатия.

Наиболее широкое распространение получил способ, при котором в качестве источника зажигания газовоздушной смеси используется фа­кел жидкого топлива, самовоспламеняющегося от сжатия. При переводе двигателя на газ этим способом степень сжатия, как правило, остается неизменной. Цилиндры двигателя в течение впуска заполняются газовоз­душной смесью обедненного состава. Для этого на впускном трубопро­воде двигателя (или воздушного нагнетателя) устанавливают смеситель­ное устройство, предназначенное для перемешивания газа с воздухом, регулирования качества и количества газовоздушной смеси, поступающей в двигатель.

На рисунке приведена схема установки для дизеля, работающего по газожидкостному циклу, т.е. со всасыванием и сжатием газовоздуш­ной смеси и воспламенением ее струей самовоспламенившегося жидкого топлива. Сжатый газ из баллона 17 или сжиженный газ из баллона 20 по­ступает через соответствующие вентили к подогревателю-испарите­лю 16. Подогрев осуществляется отработавшими газами. От подогревателя-испарителя газ направля­ется через магистральный вентиль 15 и газовый фильтр 12 в двухступен­чатый редуктор 11, в котором давление газа снижается до значения, близ­кого к атмосферному. Газ низкого давления поступает к газовому смеси­телю 5, откуда после смешивания с воздухом засасывается в цилиндры двигателя.

Рис. Схема питания дизеля, работающего по газожидкостному циклу:
1 – форсунка; 2 – трубопровод к форсунке; 3 – четырехтактный дизель; 4 – отверстие для дополнительного ввода воздуха; 5 – газовый смеситель; 6 – топливный насос; 7 – подкачивающий насос; 8 – трубопровод к топливному насосу; 9 – бак для жидкого топлива; 10 – си­стема управления рейкой топливного насоса и дроссельной заслонкой газовоздушной смеси; 11 – газовый редуктор; 12 – газовый фильтр; 13 – манометр газового редуктора; 14 – манометр баллонов; 15 – магистральный вентиль; 16 – подогреватель-испаритель; 17 – баллон для сжатого газа; 18 – расходный вентиль баллонов для сжатого газа; 19 – наполнительный вентиль баллонов для сжатого газа; 20 – баллон для сжиженного газа; 21 — наполнительный вентиль баллона для сжиженного газа

Жидкое топливо из бака 9, пройдя подкачивающий 7 и топлив­ный 6 насосы, впрыскивается через форсунки в камеры сгорания при подходе поршней к верхней „мертвой» точке. При использовании струи самовоспламенившегося жидкого топлива в качестве источника воспла­менения газовоздушной смеси регулирование двигателя может быть коли­чественным, качественным или смешанным. Так как последнее предпочти­тельно, то разработана специальная система управления дозирующими приспособлениями для жидкого и газообразного топлива.

В случае смешанной системы регулирования, кроме обычного регу­лирования количества газовоздушной смеси, применяется дополнительный ввод воздуха для повышения коэффициента избытка воздуха при работе двигателя на холостом ходу и малых нагрузках и автоматическое вклю­чение дополнительной подачи топлива для повышения мощности двигате­ля при полностью открытой дроссельной заслонке газовоздушной смеси. На холостом ходу двигатель работает в основном на жидком топливе, впрыскиваемом топливным насосом 6; воздух поступает через отвер­стие 4 для дополнительного ввода воздуха, а также через зазор между дроссельной заслонкой и стенками газового смесителя.

По мере перехода к нагрузочным режимам работы двигателя уве­личивается подача газовоздушной смеси постоянного состава. Количество воздуха, поступающего через канал 4, уменьшается, так как разрежение во впускном трубопроводе падает. В момент, когда дроссельная заслонка полностью открыта и требуется дальнейшее увеличение мощности двига­теля, перемещением педали подачи топлива производят передвижение рейки топливного насоса и увеличивают подачу жидкого топлива. Такой способ повышения мощности двигателя применяется в тех случаях, когда чрезмерное обогащение газовоздушной смеси недопустимо по причине повышенной жесткости протекания процесса сгорания.

Применение газодизельного процесса позволяет снизить расход топлива, уровень внешнего и внутреннего шумов, уменьшить выбросы с отработавшими газами твердых частиц (в 1,8 раза).

Однако газодизельный процесс увеличивает выброс углеводородов и оксида углерода при незначительном уменьшении выброса оксидов азота. Повышенное содержание углеводородов вызвано неполным сгора­нием метана, который сам не является токсичным. Причина повышенных выбросов оксида углерода – то, что газодизельный двигатель с воспла­менением от запальной дозы жидкого топлива и приготовлением газовоз­душной рабочей смеси во впускном тракте занимает промежуточное по­ложение между двигателем внутреннего сгорания с внутренним смесе­образованием и двигателем с внешним смесеобразованием, а последний, как известно, из-за меньших коэффициентов избытка воздуха на порядок уступает в этом дизелю.

Улучшения экономических и экологических характеристик газодизель­ных двигателей можно достичь за счет применения систем смешанного (качественно-количественного) регулирования газовоздушной смеси, введения электронного управления системой питания со смешанным ре­гулированием. Перспективны также и системы непосредственного впрыска газа в цилиндры дизеля.