Материал: ГБО

Также при дросселировании такого газа, к примеру, в редукторе, его температура резко падает. Называют такую особенность природного газа эффектом Джоуля-Томсона. Из-за этого КПГ требует высокой степени сушки, что обязательно нужно учитывать при эксплуатации автомобилей на таком топливе.

Сжиженные углеводородные газы (СПГ) получают на нефтеперерабатывающих заводах из жирных природных или попутно-нефтяных газов и газов нефтеперерабатывающих заводов в результате термической обработки нефти. Сжиженные газы представляют собой смесь тяжелых углеводородов, в основном пропана - С₃Н₈ и бутана - С₄Ню.

При нормальных условиях (0°С и 760 мм рт. ст.) они находятся в газообразном состоянии, но уже при относительно небольшом повышении давления и понижении температуры переходят в жидкость.

Для коммунально-бытового потребления по ГОСТу 20448-75 предусматриваются следующие марки газов:

СПБТЗ - смесь пропана и бутана техническая зимняя, не менее 75% пропана;

СПБТЛ - смесь пропана и бутана летняя, не более 60% бутана.

Температура кипения (испарения) пропана - -40 - -42°С.

Температура кипения (испарения) бутана- -0 - -0,5°С.

Жидкая фаза СУГ легче воды почти в два раза (плотность газа - 580 кг/м³, плотность воды -1000 кг/м³).

Паровая фаза СУГ тяжелее воздуха почти в два раза - плотность газа -2,2 кг/м³ ,(плотность воздуха - 1, 2 кг/м³).

Газ взрывоопасен и пожароопасен. Нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени (нижний и верхний пределы взрываемости газа): от 1,6% до 9,8% .

Температура воспламенения (самовоспламенения) газа- 400-460°С

Теплота сгорания сжиженного углеводородного газа -96250-122500 кДж,

(калорийность) - (22000-28000 ккал/м³)

Количество воздуха, необходимого для полного сгорания 1м³ газа - 22 м³ -28 м³

Сжиженный углеводородный газ, как и природные газы, не имеет запаха, поэтому для придания газу специфического запаха в него добавляется одорант - этилмеркаптан- 60-90 г. одоранта на 1 тонну СУГ.

В баллонах и сосудах сжиженный газ находится в двух состояниях одновременно - жидкая и паровая фазы, а используется в газообразном состоянии (паровая фаза).

Жидкая фаза газа обладает высоким коэффициентом объемного расширения и в случае переполнения сосудов или баллонов при повышении температуры, расширяясь, может привести к разрыву сосудов, баллонов. Поэтому степень заполнения сосудов, баллонов жидкой фазой СУГ не должна превышать 85% объема.

Сжиженный углеводородный газ имеет высокую степень изменения объема при переходе из жидкого состояния в газообразное, то есть, испаряясь, увеличивается в объеме в 250-290 раз.

Сжиженный углеводородный газ не содержит в своем составе отравляющих компонентов, но действует на организм человека удушающе и наркотически. Содержание газа в закрытом объеме или помещении более 30% приводит к кислородной недостаточности ( голоданию) и пострадавший может погибнуть от удушья.

Признаками наркотического отравления являются недомогание и головокружение, вслед за этим наступает состояние опьянения, сопровождаемое веселостью и потерей сознания.

При неполном сгорании СУГ (т.е. при нехватке первичного или вторичного воздуха , отсутствии тяги в дымоходе) действуют на организм человека отравляюще, т.к. выделяется оксид углерода ( СО, окись углерода, угарный газ).

Опасная концентрация газа - загазованность, превышающая 20% нижнего предела взрываемости (НКПР, т.е. 0.4% по объёму).

6. Классификация и общие сведения об устройстве газобаллонного оборудования для автомобилей

Различается карбюраторное и инжекторное оборудование. Имеет нумерацию поколений: первое, второе, третье, четвёртое, пятое и шестое. Используемый газ: пропан-бутан (сжиженный газ), метан (сжатый).

Конструкционно газобаллонное оборудование состоит из:

1. Заправочное устройство

2. Электромагнитный газовый клапан

3. Блок высокого давления

4. Газовый редуктор

5. Дозатор газа

6. Смеситель газа

7. Электромагнитный бензиновый клапан

8. Блок управления электромагнитными клапанами

9. Переключатель вида топлива

10. Манометр высокого давления

11. Трубопроводы и шланги

12. Баллон газовый с арматурой

Первое поколение газобаллонного оборудования автомобиля (ГБО)

Принцип работы первого поколения основан на регулировании давления газа, поступающего из редуктора-испарителя, и последующей дозировке количества подаваемого газа механически. Эти системы устанавливали на два типа двигателей: карбюраторные, моновпрысковые. В первом поколении ГБО используются как вакуумные, так и электронные газовые редукторы (без лямбда-зонда). Это — традиционные устройства со смесителем газа.

В комплект газобаллонного оборудования первого поколения входили как вакуумные, так и электрические редукторы с электронным управлением.

Второе поколение ГБО

Системы второго поколения имеет в своём составе электрический редуктор и электронное дозирующее устройство, которое опирается на сигналы датчика содержания кислорода (лямбда-зонд) в выпускном коллекторе двигателя, датчика положения дроссельной заслонки (TPS — Throttle Position Sensor) и датчика частоты вращения коленвала (RPM). Газовый электронный блок управления (лямбда-контроллер) получает сигналы от указанных выше датчиков и поддерживает необходимый (стехиометрический) состав газовоздушной смеси как на установившихся, так и на переходных режимах работы двигателя.

Третье поколение ГБО

В системах газобаллонного оборудования третьего поколения электронный блок вместе с дозатором распределителем обеспечивает распределённый синхронный впрыск газа во впускной коллектор с помощью механических форсунок. Электронный блок опирается на сигналы датчика положения дроссельной заслонки (TPS), датчика содержания кислорода в выпускном коллекторе двигателя (лямбда-зонд), датчик частоты вращения коленвала (RPM), датчика абсолютного давления (MAP) и регулирует режим подачи газа.

Индивидуальная подача газа в каждый конкретный цилиндр осуществляется дозирующим устройством — газовым инжектором. Механические форсунки открываются за счёт избыточного давления в магистрали подачи газа. Электронный блок ГБО третьего поколения создаёт собственные топливные карты и из-за особенностей конструкции шагового дозатора недостаточно оперативно корректирует состав газовоздушной смеси.

Четвёртое поколение ГБО

Данная система, с помощью электромагнитных форсунок, обеспечивает распределённый последовательный или параллельный впрыска газа. Принцип действия этой системы отличается от предыдущих поколений более точной дозировкой топлива, т.к. подача топлива осуществляется рядом с бензиновой форсункой.

Работа электромагнитных газовых форсунок корректируется при помощи газового блока управления (аналог штатного автомобильного электронного блока управления (ЭБУ) мотором). Газовый блок управления считывает сигналы (сгенерированные бензиновым ЭБУ) идущие на бензиновые форсунки и на их основе производит расчёт сигналов для управления газовыми форсунками. В расчёте порции газа используются данные с датчиков: температура газа, давление газа, температура редуктора, разрежение в коллекторе. Управление впрыском газа фактически осуществляется на основе сигналов штатного ЭБУ. Блокировка подачи бензина осуществляется газовым блоком путём разрыва сигнала на бензиновой форсунке и эмуляции работы бензиновой форсунки, для предотвращения образовании ошибки "Обрыв форсунки".

На сегодняшний день ГБО IV поколения является наиболее распространённым и используемым типом газобаллонного оборудования.

Поколение ГБО IV+

Например, у BRC это оборудование называется Direct Injection. Это оборудование разработано специально для двигателей с непосредственным впрыском топлива. В виду конструктивной особенности двигателя бензин на холостых оборотах подаётся маленькой порцией непосредственно к свече зажигания. Подавать газ на холостых оборотах нецелесообразно. Газовый блок отличается от четвёртого поколения принципом работы. Теперь он управляет и бензиновыми, и газовыми форсунками одновременно. Для защиты бензиновых форсунок подача топлива через них не прекращается, а ограничивается. В итоге — соотношение до 20% бензина и 80% газа.

Пятое поколение ГБО

Отличительной особенностью пятого поколения автомобильного газобаллонного оборудования является то, что газ подаётся в цилиндры двигателя в жидком состоянии. Для этого система дополнительно оснащается газовым насосом, который заставляет циркулировать жидкий газ из баллона через систему топливных магистралей в рампу газовых форсунок и таким образом создаёт необходимое постоянное давление перед форсунками. Через клапан обратного давления газ возвращается в баллон.

Газовые электромагнитные форсунки подают газ в жидком состоянии. В таких системах сложнее всего было преодолеть обмерзание газовых форсунок. Компания Siemens разработала специальные форсунки для впрыскивания жидкой фазы газа во впускной коллектор. В результате отпала необходимость в установке редуктора-испарителя, и мотор теперь можно запускать в любую погоду сразу на газе.

Газовый блок управления использует бензиновые топливные карты, заложенные в штатный ЭБУ, и вносит лишь необходимые поправки для адаптации к газу.

Слабым местом этой системы является газовый насос. Конденсат и плохое качество газа сводят его ресурс на нет, а неоправданно высокая стоимость делает это оборудование экономически невыгодным.

Шестое поколение ГБО

Принципиально другой подход к двигателю с непосредственным впрыском топлива. Как мы видели раньше, у газовой индустрии уже были попытки обуздать двигатели с непосредственным впрыском топлива, это системы 4+. Но было много ограничений, и всё равно во время эксплуатации приходилось использовать бензин. Это решение выглядит более грамотным и законченным. Для тех, кто ездит на двигателе MPI (обычный инжекторый двигатель), это оборудование не подойдёт. Газовое топливо подаётся через насос высокого давления и бензиновые форсунки прямо в камеру сгорания. В обычных инжекторных моторах нет насоса высокого давления. Газ с помощью электрического насоса в баллоне подаётся в блок клапанов и уже из него — через насос высокого давления и бензиновые форсунки в двигатель. Часть оборудования, а именно: ВЗУ, баллон и насос перекочевали из пятого поколения. Новое — это блок клапанов. В блок приходит одновременно 2 топлива: и бензин, и газ, и с помощью системы клапанов подаётся необходимое топливо. Бензин не нужен совсем!

Но не все двигатели можно оснастить таким оборудованием. В список кандидатов не попали моторы с механическим регулятором давления топлива.

И как любая новая технология эта тоже стоит очень недёшево. Цена начинается от 2021 евро.

7. Баллоны для снг, кпг и спг, их арматура

ГАЗОВЫЕ БАЛЛОНЫ ДЛЯ СНГ

Выпускаемые в настоящее время газовые баллоны для СНГ автомобилей и автобусов рассчитаны на рабочее давление Рраб=1,6 МПа и предназначены для хранения газового топлива при температуре — 40...+40°С. Баллоны оборудованы унифицированной расходно-наполнительной и контрольно-предохранительной арматурой. Газовый баллон (рис. 26) представляет собой сосуд с цилиндрической средней частью и сферическими днищами, цилиндрическая часть из листовой углеродистой стали сварная с продольным швом. На переднем днище газового баллона грузовых автомобилей установлена унифицированная арматура: наполнительный вентиль 3, расходные вентили 8 и 2 соответственно для газообразной и жидкой фаз, предохранительный клапан 4, вентиль максимального уровня 7 и датчик 6 указателя уровня СНГ.

ГАЗОВЫЕ БАЛЛОНЫ ДЛЯ СПГ

Автомобильные газовые баллоны рассчитаны на максимальное рабочее давление рра6=20 МПа и предназначены для длительного хранения СПГ в сжатом состоянии. Баллоны для хранения СПГ являются наиболее ответственным элементом газобаллонной установки. Их изготовляют

из стальных бесшовных труб, а также из круглых горячекатаных или листовых заготовок глубокой вытяжки с последующей раскаткой.

Газовые баллоны для СПГ имеют цилиндрическую форму со сферическим днищем, в горловине баллона расположено одно отверстие для подключения арматуры.

Газовый баллон с арматурой для СПГ: 1 переходный штуцер; 2 баллон; 3 наполнительный вентиль

Автомобильный баллон с арматурой для сжиженного метана КПГ

Криогенный баллон с арматурой для сжиженного метана представлен на рис. 33. На переднее днище 1 баллона выведен заправочный патрубок с горловиной 5 и обратным клапаном 7. На дренажном патрубке газового топлива установлены запор-ный электромагнитный клапан 2 и коллектор 13. В средней части внутреннего сосуда баллона расположен датчик уровня СжПГ емкостного типа. Преобразование сигнала датчика осуществляется в электронном блоке 12, размещенном на днище I баллона.

Классификация включает четыре основных типа конструкций: цельнометаллические, металлкомпозиционные (двух подтипов) и композиционные баллоны.

Тип1: цельнометаллические баллоны (КПГ1), изготавливаемые из углеродистой или легированной стали (на рисунках показана красным цветом) без применения сварки (full metal).

Тип 2: металлкомпозиционные баллоны (КПГ 2), имеющие облегченную конструкцию из стального тонкостенного лейнера, несущего основную часть нагрузки, и армирующей оболочки из композиционного материала или минерального волокна (показаны желтым цветом) на кольцевой (цилиндрической) части (hoop wrapped).

Тип 3: металлкомпозиционные баллоны (КПГ 3), конструкция которых состоит из металлического, как правило алюминиевого лейнера, заключенного по всей поверхности в армирующую оболочку из композиционного материала по типу "кокон", которая несет основную нагрузку (fully wrapped - continuous filament).

Тип 4: композиционные баллоны (КПГ 4), конструкция которых включает силовую оболочку из композиционного материала и внутреннюю полимерную герметизирующую колбу с металлическими закладными элементами для подсоединения запорной арматуры. В таких баллонах вся нагрузка приходится на намотку.

Баллоны могут иметь одну или две горловины, к которым присоединяются элементы системы безопасности (клапаны, запирающие баллон при превышении допустимого давления или температуры) и газовые магистрали.