11.11.2021

                                                            Группа 406 

Предмет: Устройство Т.О. и ремонт автомобилей. 

Тема урока: Сжиженные и сжатые газы

Цель урока: изучить данную тему, составить конспект урока. 

Топливо для газовых двигателей

Сжиженными называются газы, которые превращаются в жидкость при нормальной температуре и давлении до 1,6 МПа (16 кгс/см2). Сжатыми называются газы, которые сохраняют газообразное состояние при обычных температурах окружающего воздуха и при сжатии их до любого высокого давления. Как правило, давление сжатия достигает 20 МПа (200 кгс/см2). Сжатые газы. Такие газы разделяются на природные (естествен­ные), нефтяные и канализационные. Природные (естественные) газы добывают из буровых газовых скважин. Природные газы однородны по составу, в большинстве случаев не содержат загрязняющих и вредных примесей, обладают высокими антидетонационными свойствами и дешевы. Нефтяные газы получают в качестве побочного продукта при добыче нефти, переработке нефти на нефтеперегонных и крекин­говых заводах, а также при производстве бензина из нефтяного газа на газолиновых заводах. Нефтяные газы менее однородны по составу и более загрязнены примесями, чем природные газы. Их теплотворность выше теплотворности природных газов, так как они содержат больше тяжелых газов. Канализационные газы выделяются при переработке сточных вод канализации на специальных станциях, имеющихся в круп­ных, городах. Эти газы состоят главным образом из метана и угле­кислого газа. Выход канализационного газа со станции переработки сточных вод, обслуживающей население в 100 000 чел., достигает 2500 м3 в сутки, что заменяет 2000 л бензина. Применение вместо бензина сжатого природного газа благодаря его огромным запасам и небольшой стоимости целесообразно, особенно на внутригородских и пригородных перевозках. Однако невысокое значение объемной теплоты сгорания сжатого газа по сравнению с сжиженным газом не позволяет обеспечить хранение на автомобиле достаточного количества газа даже при высоком давлении. Вследствие этого запас хода газобаллонных автомобилей, работающих на сжатом природном газе, примерно вдвое меньше, чем у автомобилей, работающих на сжиженном газе, баллоны которого к тому же имеют значительно меньшую массу. Поэтому для газобаллонных автомобилей использование сжижен­ных газов предпочтительнее, чем сжатого. Сжиженные газы. В состав сжиженных, или жидких, газов, при­меняемых для автомобильных двигателей, входят бутан и пропан с добавлением бутилена, пропилена, этана и этилена. Величина давления сжиженного газа имеет важное практическое значение. С од­ной стороны, давление в баллоне желательно иметь низким, так как при этом можно применять более тонкостенные, а, следова­тельно, и более легкие баллоны. С другой стороны, давление сжиженного газа в баллоне при любой температуре должно быть достаточным для обеспечения подачи топлива к двигателю и работы газовой аппаратуры. Пропан (а также пропилен) обеспечивает удовлетворительную величину давления в баллоне при любых климатических условиях. Бутан в чистом виде пригоден лишь для районов с жарким климатом, так как при температуре воздуха ниже 00 С он уже не обеспечивает избыточного давления в баллоне. Этан применяется в сжиженных газах в виде незначительных примесей для повышения давления. Основными производителями сжиженных газов являются: · газолиновые заводы, вырабатывающие бензин из нефтяных газов; выход сжиженного газа составляет до 50% от производства бензина; · крекинг-заводы, на которых сжиженные газы получают в качестве побочного продукта в количестве до3% по весу от исходного сырья; · заводы, вырабатывающие бензин из каменного угля; выход сжиженного газа доходит до 10 – 12% от веса основной продукции. Основные требования предъявляемые к сжиженным газам: · соответствие их состава климатическим условиям; · строго ограниченное содержание загрязняющих и вредных примесей. При самых низких температурах воздуха давление в баллоне со сжиженным газом не должно быть ниже 0,2 МПа (2 кгс/см2), при самых высоких – не более 1,6 МПа (16 кгс/см2). Предельное содержание сернистых соединений составляет 0,15 %. Газ не должен содержать воды, механических примесей, водорастворимых кислот, щелочей и смолистых веществ. Сравнение сжиженных и сжатых газов. Как высококалорийные сжатые газы, так и сжиженные бутано-пропановые газы являются высококачественным топливом для автомобильных двигателей. Однако сжиженные газы обладают существенными преимуще­ствами перед сжатыми газами: · значительно более низкое рабочее давление (до 1,6 МПа против 20 МПа), что позволяет применять более легкие и дешевые баллоны и газопроводы; · возможность перевозки в железнодорожных и автомобильных цистернах на любые расстояния; перевозка сжатых газов практически не осуществляется; · более дешевые и простые газозаправочные устройства, не тре­бующие сложного оборудования; заправка баллонов сжатым газом возможна лишь на газонаполнительных станциях, снабженных компрессорами высокого давления; · увеличенная дальность поездок и большая полезная грузоподъемность газобаллонных автомобилей, работающих на сжиженных газах. Сжатые газы, в свою очередь, имеют преимущества перед сжи­женными: · это дешевый, часто малоиспользуемый вид местного топлива; сжиженные газы, наоборот, являются более дорогим продуктом, применяемым при производстве ряда ценных химических веществ, высокосортных бензинов, в бытовых целях и др.; · источники природных и промышленных газов расположены в самых различных районах страны, что позволяет значительно со­кратить доставку жидкого топлива в эти регионы; станции заправки сжиженными газами менее распространены. Для автомобильного транспорта целесообразно использование как сжиженных, так и сжатых газов, в зависимости от наличия местных источников газа и от возможности организации газоснабжения.

«Ребята, а есть преимущества газового топлива?»

Преимущества газового топлива по сравнению с бензином. К числу преимуществ горючих газов перед бензином следует отнести: · более лёгкое и полное перемешивание топлива с воздухом; · более равномерное распределение топлива по отдельным ци­линдрам двигателя; · полное отсутствие разжижения картерного масла топливом и смывания масляной пленки со стенок цилиндров; · уменьшение нагара на поршнях, клапанах и стенках камеры сгорания; · меньшая ядовитость отработавших газов вследствие более полного сгорания топлива, чем при работе на бензине; · значительное уменьшение износа деталей цилиндропоршневой группы двигателя; · высокие антидетонационные свойства газообразного топлива и связанная с этим возможность значительно повысить степень сжатия в двигателе, что повышает мощность и снижает расход топлива.

«Ребята, а недостатки есть у газового топлива?»

В качестве топлива для автомобильных двигателей горючие газы имеют следующие недостатки: · усложнение и удорожание системы топливоподачи, так как газовые баллоны с их арматурой, газопроводы и газовая аппарату­ра сложнее по конструкции, дороже и тяжелее, чем бензобак, бензопроводы и бензонасос; · снижение мощности при переводе бензинового двигателя на таз без всяких переделок. Это обусловлено более низкой теплопроводностью газовоздушной смеси по сравнению с бензиновоздушной смесью и ухудшением наполнения цилиндров двигателя вследствие более высокой температуры горючей смеси во впуск­ном трубопроводе. Температура горючей смеси при работе на газе на 15..200С выше, чем при работе, на бензине, так как на испарение бензина в карбюраторе и впускном трубопроводе затрачивается некоторое количество теплоты. При одинаковом составе горючей смеси теплотворность газовоздушной смеси для всех видов газов, за исключением окиси уг­лерода, ниже теплотворности бензиновоздушной смеси: для при­родного газа на 9 %, для коксового газа на 10 %, для сжиженных газов на 2…3 %. Подогрев впускного трубопровода, необходимый при работе на бензине, вреден при работе на всех видах газов, так как вызывает снижение мощности на 4… 6 %. По пусковым качествам при температуре окружающего возду­ха не ниже – 5 °С газовые двигатели не отличаются от бензиновых. При более низких температурах пуск холодного двигателя вызы­вает затруднения. Кроме того, к недостаткам применения газово­го топлива по сравнению с бензином относится худшее массовое наполнение цилиндров, снижение скорости горения смеси и мень­шее выделение теплоты при ее сгорании. В результате этого мощность двигателя в зависимости от вида применяемого газа умень­шается на 7… 10 % при такой же степени сжатия, как у карбюра­торных двигателей. Поэтому увеличение мощности газовых двига­телей достигается обычно путем повышения их степени сжатия. Так, если у бензинового двигателя ЗИЛ-508 степень сжатия 7,1, то у его газовой модификации – 8,2; у бензинового двигателя ЗМЗ-511 – 7,6, а у его газовой модификации – 8,7. Газобаллонные установки для работы на сжиженных и сжатых газах. Для работы на сжиженных и сжатых газах обычно используют серийные автомобили, на которых устанавливают газобаллонные установки для работы на СНГ или СПГ. Основными моделями \ автомобилей, работающих на сжиженном нефтяном газе, являются грузовые автомобили ГАЗ-33075, ГАЗель-320210, – 320211, ЗИЛ-431810, – 441610, переоборудованные легковые автомобили ГАЗ-3102; – 31105, автобусы ЛиАЗ-677Г, а на сжатом природном газе – автомобили ГАЗ-33076, – 53-27, ЗИЛ-431610, – 431710, ЗИЛ – ММЗ-45054, автобусы ЛиАЗ-677МГ. Рабочий цикл двигателей этих автомобилей такой же, как и у карбюраторных, но их системы питания имеют принципиальное различие, так как процесс сме­сеобразования осуществляется с помощью специальной газоподающей аппаратуры. Для грузовых автомобилей и легковых авто­мобилей-такси типа ГАЗ-3102 «Волга» газовые приборы и армату­ру выпускает Рязанский завод автомобильной аппаратуры, а для легковых автомобилей семейств ВАЗ, «ГАЗель» – Новогрудский завод газовой аппаратуры (НЗГА). В газобаллонных автомобилях, работающих на сжиженном газе, имеются газовая и бензиновая системы питания. Газовая система питания является основной и предназначена для выполнения транспортной работы. Она обеспечивает запас хода газобаллон­ных автомобилей в пределах 375… 420 км. В закрепленных на рамах этих автомобилей баллонах газ находится одновременно в двух агрегатных состояниях: в жидкой и газообразной фазах. Баллоны для СНГ рассчитаны на избыточное давление 1,6 МПа, а мини­мальное давление газа в них, при котором сохраняется работо­способность газовой аппаратуры и двигателя, должно быть в пре­делах 0,06… 0,08 МПа. Особенность газовой аппаратуры, работаю­щей на СНГ, заключается в том, что рабочее давление зависит не от объема газа в баллоне, а от его компонентного состава и тем­пературы наружного воздуха. Бензиновая система питания является резервной и предназна­чена для пуска двигателя в холодное время и передвижения авто­мобиля на небольшие расстояния (15…25 км) в случаях полного расходования газа или отказа газового оборудования. При работе двигателя на резервной системе питания его мощность значитель­но ниже мощности, получаемой при работе на газовом топливе. Газобаллонные автомобили, работающие на СПГ, выполнены по универсальной схеме, т.е. эффективно могут работать как, на сжатом газе, так и на бензине. Использование двух систем пита­ния позволяет увеличить запас хода автомобилей и расширить сферы их применения. В отличие от газобаллонных установок, работающих на СНГ, в установках СПГ рабочее давление газа в баллоне изменяется по мере его расходования от максимального (20 МПа) до давления, близкого к атмосферному. Газобаллонные установки для работы на СНГ грузовых автомо­билей. Установки для работы на сжиженном газе грузовых автомо­билей семейств ЗИЛ и ГАЗ (рис.35) включают в себя баллон 11 для хранения газа с двумя расходными вентилями (вентиль 12 предназначен для отбора жидкой фазы газа, а вентиль 10 — паро­вой фазы), магистральный вентиль 8, испаритель 23, двухступен­чатый редуктор 2 с фильтром 4, магистральный фильтр 3, смеси­тель 14 с воздушным фильтром 19 и проставкой 15. Рис. 36 Схема газобаллонной установки для работы на СНГ грузов автомобилей семейства ЗИЛ и ГАЗ Газобаллон­ные установки СНГ грузовых автомобилей семейства ЗИЛ отли­чаются от установок СНГ грузовых автомобилей семейства ГАЗ в основном тем, что у первых газовый редуктор расположен на дви­гателе, а у вторых — на передней стенке кабины под капотом. При пуске и прогреве двигателей газобаллонных автомобилей их питание осуществляется газом от паровой фазы, а после про­грева при переходе на нагрузочные режимы – от жидкостной. На нагрузочных режимах газ из баллона 11 через расходный вентиль 12 поступает к магистральному вентилю 8, а от него по трубопрово­ду 7 высокого давления — в испаритель 23. Проходя по каналам испарителя СНГ переходит в парообразное состояние под дей­ствием тепла нагретой жидкости, поступающей по шлангу 20 из системы охлаждения двигателя, которая затем отводится в комп­рессор 21 по шлангу 22. Из испарителя газ поступает в магистральный фильтр 3, где очищается от механических примесей и смолистых веществ. Затем газ через дополнительный фильтр 4 поступает в первую ступень редуктора 2, где давление понижается до 0,20 МПа. Далее газ noступает во вторую ступень редуктора, где давление снижается до давления, близкого к атмосферному. Под действием разрежения во впускном газопроводе двигателя газ из второй ступени редуктора поступает в дозирующее экономайзерное устройство 1, встроенное в редуктор, а затем по трубопроводу 13 низкого давления в газовый смеситель 14, где смешивается с воздухом, образуя горючую смесь, которая поступает в цилиндры, обеспечивая работу двигателя. Остановку двигателя на короткое время производят выключением зажигания, а при длительной остановке перекрывают также и магистральный вентиль 8. Работу газовой установки контролируют с помощью манометра 5 и указателя 6 давления газа, расположенных в кабине водителя и соединенных соответственно с датчиком давления газов в первой ступени редуктора и датчиком уровня сжиженных газов в баллоне. В кабину также выведена рукоятка управления магистральным вентилем 8. Резервная (бензиновая) система питания включает в себя бензиновый бак 9, бензопровод, фильтр-отстойник 16, бензиновый насос 17, карбюратор 18 с сетчатым пламегасителем. Однокамерный беспоплавковый карбюратор 18 горизонтального типа имеет проставку 15, которая является переходным узлом для присоеди­нения карбюратора к выпускному трубопроводу двигателя. Принцип работы резервной системы питания аналогичен принципу работы классической карбюраторной системы питания бензинового двигателя. Для предотвращения одновременной работы автомобиля на двух видах топлива в систему топливоподачи устанавливают электромагнитный запорный клапан, а для прекращения подачи бензина в резервную систему питания бак 9 снабжают краном. Одновременная работа на двух видах топлива приводит к нару­шению состава горючей смеси, что сопровождается обратными вспышками и опасно в пожарном отношении. Газобаллонные установки для работы на СНГ легковых автомо­билей. По принципу действия и расположению аппаратуры газо­баллонной установки сжиженного газа отечественные легковые автомобили не имеют существенных различий. В газовой установ­ке, смонтированной на автомобиле ГАЗ-3102 «Волга», баллон 5 (рис. 37) размещается в багажнике автомобиля. На нем монтиру­ется датчик 6 указателя уровня сжиженного газа и объединенные в один узел расходный вентиль 7 жидкостной фазы, расходный вентиль 9 паровой фазы, а также наполнительное устройство 8 с вентилями, обратными и предохранительными клапанами. Кон­структивно объединены также редуктор 1 с испарителем и газо­вый фильтр 12 с электромагнитным клапаном. Рис. 37. Схема газобаллонной установки для работы на СНГ автомобиля ГАЗ-3102 «Волга» Сжиженный газ под избыточным давлением из баллона 5 поступает через расходные вентили 7 или 9 по трубопроводу 11 в газовый фильтр 12. Из фильтра очищенный газ по трубопроводу 13 поступает в двухступенчатый редуктор 1, в испарителе которого происходит одновременное испарение СНГ и понижение его дав­ления до 0,10 МПа. Для испарения газа используется нагретая жидкость системы охлаждения двигателя, которая поступает в испаритель из головки цилиндров через шланг 3 и сливается из него через шланг 14 в трубопровод отопителя кузова. Из редукто­ра 1 газ по шлангу через регулировочный винт 2 поступает в сме­сительное устройство 4 и через форсунки – в карбюратор-смеси­тель, где приготовляется горючая смесь, необходимая для данно­го режима работы двигателя. Газобаллонная установка позволяет полноценно работать автомобилю ГАЗ-3102 «Волга» как на СНГ, так и на бензине, который поступает к двигателю по трубопроводу 10 из топливного бака. В кабине водителя под панелью приборов установлены: пере­ключатель вида топлива (СНГ — бензин), выключатель электромагнитного клапана газового фильтра и кнопочный выключатель пускового клапана. Пусковой электромагнитный клапан срабаты­- вает после включения системы зажигания. Газобаллонные установки для работы на СПГ. Основные конст­руктивные параметры установок СПГ грузовых автомобилей ЗИЛ и ГАЗ практически полностью унифицированы, а их конструк­тивные схемы имеют в основном различие по количеству баллонов. Так, на автомобиле ЗИЛ-431710 установлено 10 баллонов, на автомобиле ЗИЛ-431610 – 8, на автомобиле ГАЗ-53-27– 7. Полезная вместимость каждого баллона составляет 5О л., а тепловая энергия газа, содержащегося в одном баллоне, эквивалентна примерно 11,5 л. бензина. Запас хода автомобиля при работе на СПГ составляет 230…270км. Газобаллонная установка автомобиля ЗИЛ-431610 (рис. 38) включает в себя редукторы 5 и 3 соответственно высокого и низ­кого давления, электромагнитный клапан 6 с газовым фильтром, пусковой клапан 4, газовый смеситель-переходник 2, карбюра­тор-смеситель 18, трубопроводы высокого и низкого давления, восемь баллонов 16 с арматурой (вентили, манометры и т.д.). Бал­лоны закреплены на продольных брусьях под грузовой платфор­мой автомобиля. Они последовательно соединены между собой трубопроводами 10 и разделены на две группы (по четыре балло­на в каждой). Трубопроводы снабжены компенсаторами в виде спиральных витков, которые предохраняют их от поломок при деформациях и перекосах рамы. Каждая группа баллонов имеет запорные вентили 8 и 11, соединенные трубопроводами с распре­делительной крестовиной 12, на которой размещены наполни­тельный 9 и расходный 13 вентили. Наполнительный вентиль служит для заполнения всех баллонов сжатым газом, а расходный обеспечивает поступление (отбор) или прекращение подачи газа от баллонов к аппаратам системы питания. Рис. 38. Схема газобаллонной установки для работы на СПГ автомоби­лей семейства ЗИЛ При работе газобаллонной установки газ из баллонов 16 посту­пает к крестовине 12 и, пройдя через расходный вентиль 13, на­правляется к одноступенчатому редуктору высокого давления 5, на входе которого установлен съемный газовый фильтр (такой же второй фильтр расположен внутри редуктора). Во избежание пе­реохлаждения газа в редукторе последний расположен в подка­потном пространстве автомобиля. В зимнее время он дополнительно обогревается горячей жидкостью, поступающей в кронштейн ре­дуктора из системы охлаждения двигателя. В магистрали редуктора высокого давления происходит частич­ная очистка газа от механических примесей и снижение его дав­ления до 0,9 МПа. Затем газ поступает к электромагнитному кла­пану 6 с вмонтированным в него газовым фильтром. Электро­магнитный клапан обеспечивает автоматическое перекрытие газо­вой магистрали в аварийной ситуации. Газ, проходя через фильтр, установленный в этом клапане, очищается от смолистых веществ, ржавчины и пыли, поступает в первую ступень двухступенчатого редуктора 3 низкого давления, который по принципу работы и ус­тройству аналогичен редуктору, применяемому на установках СНГ. Из первой ступени редуктора низкого давления газ поступает во вторую его ступень, где давление понижается до значения, близкого к атмосферному. Далее газ из второй ступени редуктора низкого давления поступает в дозирующее экономайзерное уст­ройство, обеспечивающее подачу необходимого количества газа в газовый смеситель-переходник 2, где газ смешивается с очищен­ным воздухом, поступающим из воздушного фильтра. Смешан­ный с воздухом газ под действием разрежения, создаваемого в работы на газе и на бензине. При работе двигателя на газе необходимый состав горючей смеси в режиме холостого хода образуется в специальной приставке карбюратора-смесителя, куда газ поступает по шлангу 21 из патрубка газового смесителя-переходника 2. Для повышения стабильности работы двигателя при переходе с режима холостого хода на нагрузочные режимы на входе в карбюра­тор-смеситель 18 установлен тарельчатый обратный клапан, кото­рый при частоте вращения коленчатого вала свыше 1000 об/мин открывается, тем самым, обогащая горючую смесь на переходных режимах. Пуск холодного двигателя при низких температурах воздуха обеспечивается пусковым устройством, состоящим из пускового электромагнитного клапана 4 с дозирующим жиклером, шланга 17, воздушной заслонки карбюратора-смесителя 18 и кнопочного пе­реключателя, расположенного в кабине водителя, В отличие от га­зобаллонных установок СПГ автомобилей ЗИЛ газобаллонные ус­тановки автомобилей ГАЗ не имеют устройства для облегчения пуска двигателей при низких температурах. Работу газобаллонной установки СПГ контролируют по пока­заниям манометров высокого и низкого давления. Манометр 7 высокого давления (со шкалой с пределом измерений до 25 МПа) показывает давление газа в баллонах 16 и одновременно с этим является указателем запаса сжатого газа на автомобиле.