Разное 

Плюсы и минусы газового автомобильного оборудования. Бензиновый, дизельный или газовый — какой двигатель лучше? Двигатель внутреннего сгорания на газе

Машины производства ГАЗ модели «Газель» – один из самых популярных малотоннажных автомобилей в странах СНГ. В массовое производство данная машина и двигатель на Газель поступили еще в 1994 году и выпускаются по текущий день.

На протяжении всего срока производства и эксплуатации автомобиля, «Газель» претерпела множество различных изменений и модификаций, касающихся как внешнего вида и кузова, так и мотора. Также эта машина является неплохим вариантом для самостоятельного улучшения. Например, можно установить японский двигатель на газель, что повысит срок службы авто и значительно улучшит некоторые характеристики.

Среди значительных изменений во все время производства «Газели», автомобиль был значительно изменен два раза:

  1. В 2003 году было проведено изменение внешнего вида, которое значительно повлияло на дальнейший стиль кузова. Аппаратная составляющая не подвергалась глубоким модификациям.
  2. Более масштабную и серьезную модификацию мотор для Газели претерпел уже в 2010, где изменения затронули как принцип работы устройства, так и его характеристики. Кроме этого, к названию машины прибавили приставку «Бизнес». В таком виде данное авто производится и на 2016 год.

В основном данная машина является хорошим и дешевым вариантом для коммерческих поездок и перевозок, активно используется экспедиторами и службами почтовых перевозок.

Двигатель ЗМЗ 402

Самым распространенным мотором, которым могли похвастаться двигатели ГАЗ, был ЗМЗ 402. Выпускался он с начала 1980 и до 2006 года. Сейчас можно встретить исключительно в поддержанном виде.

Данный двигатель ГАЗ является самым распространенным, так как его производили более чем 20 лет, что позволяет с легкостью подыскивать нужные запчасти и проводить ремонт.

От своих предшественников в плане технических характеристик особенно ничем не отличается:

  • Цилиндр мотора выполнен из алюминия, система питания карбюраторная.
  • Максимальный объем двигателя – 2115 см. куб.
  • Данный движок отличается достаточно большим потреблением топлива – до 14 литров на 100 км пробега по городу.
  • Одним из главных преимуществ данного мотора является его универсальность, благодаря которой его можно использовать практически на всех машинах марки ГАЗ.

Поломки и проведение ремонта двигателя ЗМЗ 402

Несмотря на высокое качество и массовость в производстве мотора Газель ДВС, поломки в нем все-же имеют место быть. К таковым следует относить следующие неисправности:

  1. Одной из самых хрупких деталей в двигателе ЗМЗ 402 является сальник коленвала. Сделан он из обычной веревки, предварительно пропитанной в графитовой смазке. Предел прочности такой детали – до 2500 об/мин. Если превысить данный показатель, то сальник коленвала попросту начнет пропускать масло наружу. Для того чтобы избежать таких неприятных ситуаций с ЗМЗ 402, следует провести замену сальниковой набивки на более качественную, сделанную из прочного материала;
  2. Возможно появление ненормальной вибрации, неестественных звуков и подергиваний во время работы двигателя на холостом ходу. Такие признаки неисправности могут появиться в следствии износа карбюратора, так как его конструкция изначально кривая и является не самым лучшим решением, внедренным в двигатели на Газель. Из-за такой особенности в цилиндры мотора топливо подается неравномерными частями, что приводит к вышеописанной неисправности;
  3. Возникновение нездоровых звуков в моторе во время его работы. В основном владелец автомобиля с двигателем ГАЗ сталкивается с постукиванием в двигателе, что говорит о неисправной подаче топлива через клапан. Для того чтобы избегать подобных неприятностей, следует своевременно проводить регулировку зазоров клапанов. В основном данный автомобиль нуждается в уходе за движком после каждых 15 000 км пробега. Если стук возникает не из-за кривого клапана, то стоит обратить свое внимание на шатунные вкладыши или распределительный вал.

Благодаря широкому распространению, практически любая поломка ЗМЗ 402 может быть исправлена, достаточно узнать причину неисправности и провести качественный ремонт или замену поврежденной части. Именно поэтому двигатели на газель не часто полностью меняют из-за поломки.

Модификации ЗМЗ

Также существует большое количество модифицированных версий моторов ЗМЗ 402, которые массово производились и выпускались под одноименные автомобили.

К самым распространенным следует отнести следующие модификации:

  • ЗМЗ 402.10

Именно эту модификацию чаще всего можно встретить у автомобилистов в нашей стране. Устанавливается она на Волгах и работает с 92 бензином;

  • ЗМЗ 4022.10

Не самое лучшее инженерное решение для автомобилей с невысокой стоимостью, так как оно содержит в себе ряд сложных инженерных решений, таких как измененный карбюратор и улучшенный коленвал.

Такие нововведения должны были увеличить характеристики, экономичность, уменьшить токсичность двигателя ГАЗ. Но на деле получилось далеко не все так хорошо, не было ожидаемой экономичности, а вся конструкция требовала значительных доработок;

  • ЗМЗ 4025.10

Особенных отличий от модели 402 не имеет, но разработан и используется для машин семейства «Газель».

Двигатель ЗМЗ 406

Это следующая ступень развития двигателей для «Газели», которая пришла на смену ЗМЗ 402.

Несмотря на небольшие отличия в цифрах между ними, данный мотор претерпел кардинальные изменения по сравнению с предшественником.

К главным отличиям следует отнести следующие изменения:

  • изменение расположения распредвалов;
  • 16-ти клапанный мотор;
  • установлены гидрокомпенсаторы, что позволяет избежать постоянной необходимости в их регулировке;
  • значительно улучшенный привод ГРМ, рабочий ресурс которой составляет 100.000 км пробега, но в большинстве случаев может выдерживать нагрузки и в два раза больше. Распределительный вал двигателя приводится во вращение шестернями с косыми зубьями. При этом на коленчатый вал насажена стальная шестерня, а на распределительный для обеспечения бесшумной работы - текстолитовая с чугунной ступицей.

Но несмотря на общее улучшение в конструкции и использование более надежных компонентов, данный двигатель ГАЗ имеет и ряд серьезных недостатков, из-за которых приходиться довольно часто контролировать гидронатяжители и состояние цепей.

В то же время сложно переоценить нововведения в производстве двигателей ГАЗ, особенно если сравнивать ЗАЗ 406 с классическим ЗАЗ 402.

Модификация ЗМЗ 406

Модификаций двигателя ЗМЗ 406 всего три:

  • ЗМЗ 4061.10

Двигатель машины ГАЗ работает на 76-м бензине, имеет карбюраторный тип. На данный момент встречается редко, так как производился в меньших количествах, чем другие модификации и в наше время морально устарел;

  • ЗМЗ 4062.10

Одна их самых распространенных модификаций мотора ЗАЗ. Используется данный двигатель Газели и на Волгах. Имеет инжекторный тип работы;

  • ЗМЗ 4063.10

Одна из последних модификаций вышеупомянутого мотора, работающая на 92-м бензине. Данный двигатель ГАЗ работает на карбюраторной схеме.

Поломки ЗМЗ 406

Данный тип мотора может иметь следующие неисправности:

  • несмотря на более крепкий материал, используемый для гидронатяжителей – металлические цепи, они также имеют некоторые минусы, с которыми водитель мог не сталкиваться при эксплуатации веревочной передачи. Цепи ГРМ на моторе могут со временем прозаклинивать. Такая неисправность приводит к возникновению нездорового шума, появляются колебания в работе движка, приводящие к разрушению башмака или перескакиванием цепи;
  • перегрев двигателя ЗМЗ 406. Одна из часто встречающихся неисправностей, которая появляется при загрязненности радиатора или неисправной работе термостата. Стоит заменить охлаждающую жидкость на новую;
  • из-за износа гидрокомпенсатора может возникнуть стук в двигателе. С такой неисправностью чаще всего сталкиваются владельцы ЗМЗ 406 и мотора ГАЗ 3307.
    Также данная неисправность появляется при поломке шатунных вкладышей, поршней и поршневых пальцев.

Двигатель УМЗ 4216

УМЗ 4216 одна из самых современных модификаций моторов от данного производителя. Его хорошие спецификации и высокая надежность доказываются многими положительными отзывами среди автомобилистов.

Главным отличием от более старых моделей – это значительно увеличенный объем двигателя, улучшенные выпускные клапана, ставшие больше на 3 мм по сравнению с предыдущей моделью и инжекторный тип работы и подачи бензина.

Также на базе УМЗ 4216 была разработана серия двигателей Эвотек. Если сравнивать данный движок с ЗМЗ 402, то УМЗ 4216 имеет блоки значительно повышенной прочности, вместо мокрых гильз начали устанавливать сухие и тонкие аналоги, цилиндры стали больше в диаметре и теперь равняются 100 мм против 92мм, используемых на ЗМЗ 402.

Также на Ульяновском моторном заводе, где были произведены двигатели с аббревиатурой , собирают дизельный двигатель на Газель.

Основные поломки и неисправности с данным мотором особенно не отличаются от вышеописанных проблем для ряда других двигателей. Это обусловлено тем, что каких-либо глобальных отличий серии моторов от УМЗ нет, и они имеют схожее строение и принцип работы.

Для того чтобы двигатель ГАЗ работал как можно дольше, следует каждые 10 000 км пробега проверять и регулировать зазоры клапанов, что поможет избежать серьезных поломок. Такие же правила справедливы при ремонте и эксплуатации двигателя ГАЗ 3307, распространенного среди хозяйственных и государственных предприятий, имеющих в своем автопарке грузовые машины данного производителя.

ГАЗ (Горьковский автомобильный завод) - российская автомобилестроительная компания. Штаб-квартира - в Нижнем Новгороде. Одно из крупнейших российских автомобилестроительных предприятий, которое изготавливает легковые, грузовые автомобили, микроавтобусы, спецтехнику и силовые агрегаты. В каталоге представлены двигатели для следующих моделей ГАЗ: 24 Волга | 3102 Волга | 31029 Волга | 3110 Волга | 31105 Волга | 3111 Волга | Газель | Соболь .

ЗМЗ-406 - линейка рядных 4-цилиндровых 16-клапанных бензиновых автомобильных двигателей внутреннего сгорания производства ОАО «Заволжский моторный завод». Двигатель ЗМЗ-406 первоначально проектировался для установки на перспективную модель ГАЗ-3105. Первые прототипы двигателя появились в 1993 году, начало мелкосерийной сборки в 1996 году, выход на главный конвейер в 1997 году.

Двигатели ЗМЗ-402 неприхотливы в эксплуатации и достаточно просты в техническом обслуживании. Это бензиновые, карбюраторные, 4-цилиндровые рядные моторы. Устанавливались преимущественно на автомобили Волги и Газели. За годы производства было выпущено 6 125 136 экземпляров двигателя.

Двигатель УМЗ-421 пришёл на смену 417-му мотору, который зарекомендовал себя как надёжный и простой двигатель. На 421-м применена оригинальная конструкция алюминиевого остова, в котором залиты сухие гильзы с тонкими, чугунными стенками. Это позволило увеличить сечение камер до 100 мм и оставить прежний размер между цилиндрами 116 мм. Решение положительно сказалось на ресурсе, поскольку увеличилась жёсткость и уменьшилась склонность цилиндров к «овальности» в процессе работы.

Природный газ является самым экологичным ископаемым топливом. Использование природного газа в автомобилях позволяет снизить содержание в выхлопе углекислого газа на 25%, угарного газа на 75%. Основным компонентом природного газа выступает метан. Природный газ храниться под давлением 200 бар, поэтому другое его название – сжатый (компримированный) природный газ (Compressed Natural Gas, CNG). В настоящее время свыше 15 миллионов автомобилей в мире эксплуатируется на природном газе.

Другим преимуществом природного газа является его низкая цена (метан в 2-3 раза дешевле бензина). К недостаткам использования природного газа можно отнести падение мощности автомобиля (до 20% в зависимости от конструкции), неразвитая сеть заправочных станций в России, повышенный износ клапанов при работе двигателя на газе, высокая стоимость газобаллонного оборудования.

Отдельно необходимо сказать о безопасности автомобилей на природном газе. Исследования немецкого автомобильного клуба (ADAC) показали, что риск возникновения пожара при лобовом и боковом ударе транспортного средства не увеличивается. То есть при аварии автомобиль, работающий на природном газе, ведет себя как обычный автомобиль.

Различают следующие виды автомобилей на природном газе:

  • серийные автомобили (выпущенные серийно на заводах автопроизводителей);
  • модифицированные автомобили (переоборудованные на специализированных предприятиях).

Серийные автомобили на природном газе

Серийные автомобили на природном газе выпускаются в двух вариантах исполнения: двухтопливные (газ и бензин используются на равных правах, имеется возможность переключения режимов) и монотопливные (основное топливо газ, имеется аварийный бензобак, автоматическое переключение на бензин). Монотопливные автомобили лучше приспособлены для работы на природном газе, у них оптимальный расход топлива и низкий уровень вредных выбросов.

Для перевода на природный газ автопроизводители используют имеющиеся бензиновые двигатели (двигатели с искровым зажиганием). Наилучшим образом для перевода на газ приспособлены двигатели с турбонаддувом . Адаптация работы турбокомпрессора (большее сжатие, дополнительное давление наддува) позволяет добиться одинаковой для газа и бензина характеристики мощности и крутящего момента двигателя.

Особенностями сжатого природного газа являются повышенная детонационная стойкость (октановое число 130) и отсутствие смазывающих свойств, что приводит к повышенным нагрузкам на двигатель. Для противодействия перечисленным факторам в механическую часть двигателя вносятся различные изменения, повышающие прочность отдельных элементов и узлов (поршневых пальцев и колец, шатунных вкладышей, направляющих и седел клапанов). При необходимости повышается теплопроводность бензиновых форсунок, увеличивается производительность водяного и масляного насосов, заменяются свечи зажигания.

Серийные автомобили на природном газе предлагают большинство автопроизводителей, в том числе Audi, BMW, Citroen, Chevrolet, Fiat, Ford, Honda, Hyundai, Mercedes-Benz, Opel, Peugeot, Seat, Skoda, Toyota, Volkswagen, Volvo. Автомобили реализуются в регионах, где использование природного газа наиболее распространено. В нашей стране серийные автомобили на природном газе официально не продаются. Серийный автомобиль на природном газе с пробегом можно ввести в страну.

Модифицированные автомобили на природном газе

Теоретически все автомобили с бензиновым двигателем могут быть переоборудованы для работы на природном газе. Специализированные центры предлагают установку газобаллонного оборудования на природном газе от различных производителей. В результате вы получаете двухтопливный автомобиль, способный работать на газе и бензине. Ввиду высокой стоимости газобаллонное оборудование на природном газе устанавливается, в основном, на коммерческий транспорт (такси, автобус, грузовые автомобили), где оно быстрее окупается и позволяет получить существенную выгоду.

Газ номинального рабочего давления поступает в газовую распределительную магистраль и далее к клапанам подачи газа во впускном коллекторе. Клапан подачи газа (в некоторых источниках – газовая форсунка) представляет собой электромагнитный клапан. При подаче тока на катушку электромагнита, поднимается якорь и открывается дозирующее отверстие. Газ в импульсном режиме поступает во впускной коллектор и смешивается с воздухом. При отсутствии тока, пружина удерживает клапан в закрытом положении.

Электронная система управления подачей газа включает входные датчики, блок управления и исполнительные устройства. Для серийных автомобилей система управления подачей газа является расширением системы управления двигателем . Модифицированные автомобили имеют отдельную систему управления.

К входным датчикам относятся датчик давления в баллоне и датчик давления в газовой распределительной магистрали. Датчик давления в баллоне располагается на регуляторе давления. Он определяет запас газа в баллоне (баллонах) величину заправки газом, а также герметичность баллона (баллонов). Датчик давления в газовой распределительной магистрали определяет давление газа в контуре низкого давления, на основании которого определяется продолжительность открытия клапанов подачи газа.

Сигналы от датчиков поступают в электронный блок управления. В своей работе блок управления использует информацию от других датчиков систему управления двигателем: частоты вращения коленчатого вала , положения дроссельной заслонки , кислородного датчика и др. В соответствии с заложенным алгоритмом блок управления выполняет рад функций:

  • управление впрыском газа (в зависимости от числа оборотов двигателя, нагрузки, качества и давления газа);
  • лямбда-регулирование работы на газе (обеспечение работы на гомогенной смеси, адаптация качества газа);
  • холодный пуск двигателя (при температуре воздуха ниже 10оС запуск двигателя производится на бензине);
  • аварийный пуск двигателя (если в течение нескольких секунд не производится запуск на газе, производится запуск на бензине).

Перечисленные функции реализуются с помощью исполнительных устройств: клапанов подачи газа, запорных клапанов на баллонах, клапане высокого давления в регуляторе давления.

Первый газовый двигатель внутреннего сгорания был разработан немецким изобретателем Н. Отто. Принцип его работы заключался в том, что горючая смесь предварительно подвергалась сильному сжатию в верхней точке положения поршня. На создание экономичного двигателя, КПД которого достигал 15 %, изобретателю потребовалось около 15 лет, он получил название четырехтактного, поскольку рабочий цикл в нем протекал за четыре хода поршня.

Содержание статьи:

Газовый двигатель внутреннего сгорания – общее описание агрегата

Современные двигатели такого рода работают на природном и попутном газах, а также на сжиженном пропан-бутане, доменном газе и других. Преимущество таких двигателей заключается в меньшем износе основных узлов и деталей, что достигается путем создания качественной горючей смеси и ее эффективного сжигания. К тому же, в выхлопах практически отсутствуют вредные примеси.

КПД современных двигателей на таком топливе достигает порядка 42 %. Наиболее широко они применяются в газовой и нефтяной промышленности в качестве приводных устройств на газоперекачивающих установках. В последнее время перестали быть новинкой такие агрегаты и в автомобиле.

В отличие от них первый двигатель Отто был достаточно низкооборотным и обладал большой массой. При увеличении оборотов вала до 180 об/мин происходили перебои в его работе, а также ускоренный износ золотника. В качестве бака для хранения газа использовался большой резервуар, поэтому установка его на автомобили была попросту невозможной, однако его стали широко применять на различных заводах и фабриках.

Система питания газовых двигателей и общая схема устройства

Система питания газовых двигателей внутреннего сгорания, которая устанавливается на автомобилях – это дозирующая система, позволяющая использовать вместо бензина сжиженный газ. В ее комплект входят:

  • топливный баллон, который может иметь различную форму;
  • переключатель вида топлива, вмонтированный в салон автомобиля;
  • редуктор-испаритель, который предназначен для подогрева и испарения сжиженного топлива;
  • газовый клапан (электромагнитный), перекрывающий подачу топлива во время стоянки автомобиля;
  • электромагнитный бензиновый клапан или эмулятор форсунок, служащий для перекрытия подачи бензина во время использования газа;
  • заправочное устройство (выносное);
  • мультиклапан, который предотвращает утечку газа.

Принцип работы газового двигателя

Работает такое оборудование практически так же, как и бензиновое. Вначале сжиженный газ по топливной магистрали поступает в клапан-фильтр, где проходит предварительную очистку от различных взвесей и смол. Далее очищенный газ поступает в редуктор-испаритель, в котором его давление понижается до 1 атмосферы, после чего через дозатор подается в смеситель.

В оборудовании для инжекторных двигателей не применяется бензиновый клапан, вместо него устанавливается эмулятор форсунок.

Газовый двигатель своими руками – реально ли это?

В настоящее время на автомобилях применяются две схемы подключения оборудования:

  • классическая – газ подается непосредственно в карбюратор или инжектор;
  • последовательная – топливо поступает в форсунки, которые установлены параллельно с бензиновыми.

Классическая схема считается менее затратной, отличается простотой установки, но имеет существенный недостаток. При переключении режимов образуется смесь низкого качества, в результате чего двигатель быстро изнашивается. На сегодняшний день последовательная система хоть и является более дорогостоящей, но отличается более качественной подачей газа.

Основные достоинства применения такого оборудования:

  1. Возможность легко создать газовый двигатель своими руками, то есть смонтировать установку на автомобиле самостоятельно.
  2. Низкая стоимость топлива.
  3. Высокое октановое число.
  4. Отсутствие вредных выбросов.
  5. Более качественная работа двигателя.
  6. Благодаря применению газа значительно увеличивается ресурс двигателя.

Недостатки:

  1. Снижение динамики разгона автомобиля.
  2. Существенно возрастает нагрузка на клапаны газораспределительного механизма.
  3. Все оборудование занимает слишком много места.
  4. Сложности с использованием оборудования в зимнее время.

Газобаллонное оборудование (ГБО), которое дополнительно может встраиваться своими руками в уже существующую топливную систему автомобиля, приобретается на рынке, каждой модели двигателя соответствует своя модель ГБО. Заправочный баллон с комплектующими (клапан и испаритель) крепится в какой-нибудь нише, чаще всего это место для «запаски».

Следом подсоединяется выносное заправочное устройство, отверстие которого будет выходить на внешнюю сторону кузова. А затем на двигателе устанавливаются клапаны против утечки газа, для перекрывания бензина при включении газа.

А в салоне автомобиля располагается переключатель бензин-газ. Если вы сомневаетесь в своих знания о традиционном устройстве мотора, то не рискуйте к нему присоединять ГБО, лучше обратитесь к специалистам.

Ввиду повсеместных усилий, направленных на снижение выбросов СO 2 , природный газ приобретает все большую важность в ка­честве альтернативного вида топлива для автомобилей. Сжатый природный газ (СПГ), который не следует путать со (СНГ), в основном состоит из метана. Сжиженный нефтяной газ в основ­ном состоит из пропана и бутана. Работа двигателя на сжатом природном газе несколько отличается. Вот о том как происходит работа двигателя на природном газе, мы и поговорим в этой статье.

Содержание

Применение сжатого природного газа на автомобилях

По сравнению с бензином, при сгорании сжатого природного газа образуется приблизительно на 25% меньше СO 2 . Таким образом, сжатый природный газ дает наи­меньшее количество выбросов СO 2 из всех видов ископаемого топлива. Применение в качестве топлива биогаза позволит в еще большей степени снизить глобальные вы­бросы парниковых газов. В связи с более низким содержанием СO 2 в отработавших га­зах, транспортный налог на автомобили, ра­ботающие на сжатом природном газе, во многих странах снижен.

Тем временем различные производители начали предлагать варианты автомобилей, оборудованных для работы на сжатом при­родном газе. При этом баллоны для СПГ большего объема размещаются более удобно и эффективно, без потерь полезного объема багажного отделения, практически неизбеж­ных при доделке автомобилей.

Последнюю информацию о количестве автомобилей, которые могут работать на СПГ, и сети заправочных станций сжатого природного газа в Гер­мании можно найти в Интернете. Такие автомобили, как правило, явля­ются двухтопливными, т.е. водитель может переключаться с бензина на газ и обратно. Существуют также варианты, получившие название «Monovalent plus», в которых дви­гатель оптимизирован для работы на природ­ном газе с целью как можно более полного использования его преимуществ по сравне­нию с бензином (более высокая стойкость к детонации, меньшее количество выбросов СO 2 и токсичных веществ). На автомобилях варианта «Monovalent plus», тем не менее, предусмотрен небольшой бензобак (<15 л), чтобы можно было продолжать движение на бензине в случае отсутствия поблизости стан­ции заправки природным газом.

Конструкция автомобиля, работающего на сжатом природном газе

Хранение природного газа в автомобиле

Природный газ может храниться в жидком состоянии при температуре -162°С (сжижен­ный природный газ) или в сжатом виде при давлении до 200 бар (сжатый природный газ, СПГ). Ввиду больших затрат, связанных с хранением природного газа в жидком со­стоянии, стандартным способом стало хра­нение в сжатом виде при давлении 200 бар. Несмотря на столь высокое давление, плот­ность хранения энергии у природного газа значительно меньше, чем у бензина. Для хра­нения количества природного газа с таким же энергосодержанием, как у бензина, требуется бак в четыре раза большего объема.

Компоненты систем на сжатом природном газе

Автомобили, способные работать на при­родном газе, практически исключительно оборудованы двигателями с искровым зажи­ганием. Дополнительные компоненты вклю­чают следующее (см. рис. «Работа двигателя на природном газе или бензине» ):

  • Заправочная горловина;
  • Баллон для природного газа;
  • Запорные клапаны высокого давления (на баллоне для природного газа);
  • Регулятор давления природного газа с дат­чиком высокого давления;
  • Газовая рампа с газовыми форсунками;
  • Комбинированный датчик давления и тем­пературы.

Принцип действия двигателя на природном газе

Всасываемый двигателем воздух проходит через датчик массового расхода воздуха и дроссельную заслонку с электронной систе­мой управления и поступает во впускной тру­бопровод. Отсюда он подается в камеру сго­рания через впускные клапаны (см. рис.). Природный газ, находящийся в баллоне под давлением 200 бар, проходит через запорный клапан высокого давления на баллоне и по­ступает в модуль регулирования давления, который снижает давление до постоянного рабочего давления, составляющего прибли­зительно 7 бар (абсолютное давление). Затем по гибкому шлангу низкого давления газ поступает в газовую рампу, откуда он подается к газовым форсункам.

Системы управления двигателем для двух­топливных автомобилей

В настоящее время находят применение си­стемы как с двумя блоками управления (по одному блоку управления для работы на бен­зине и газе), так и с одним общим блоком управления. На некоторых двухтопливных ав­томобилях водитель может выбирать работу на бензине или газе при помощи переключателя, однако на большинстве моделей это пере­ключение осуществляется автоматически, т.е. двигатель работает на газе до тех пор, пока газ не заканчивается. В этом случае происходит автоматическое переключение на бензин.

Датчик высокой температуры, установлен­ный на модуле регулирования давления, вы­дает в систему управления двигателем данные о текущем запасе газа в баллоне, а также ис­пользуется при выполнении диагностики. Ком­бинированный датчик давления и температуры, установленный на газовой рампе, позволяет си­стеме управления двигателем корректировать момент и продолжительность впрыска газа та­ким образом, чтобы состав смеси во впускном трубопроводе оставался стехиометрическим, несмотря на колебания плотности газа. Система управления двигателем также включает меха­низм адаптации к изменениям свойств газа.

Остальные датчики и исполнительные устройства системы управления двигателем в основном идентичны используемым в бен­зиновом двигателе.

Смесеобразование в двигателях на сжатом природном газе

В большинстве двигателей при работе на при­родном газе, так же как при работе на бензине, газ подается во впускной трубопровод. Из «об­щей топливной рампы низкого давления» газ подается к форсункам, которые в импульсном режиме осуществляют впрыск природного газа во впускной трубопровод. При этом улуч­шаются условия смесеобразования, поскольку подача полностью газообразного топлива исключает возможность его конденсации на стенках впускного трубопровода и отложения на них пленки топлива, как это может проис­ходить при работе на бензине. Выброс токсич­ных компонентов с отработавшими газами при использовании сжатого природного газа снижается, особенно при работе двигателя в режиме прогрева.

В настоящее время на рынке предлага­ются двухтопливные автомобили и варианты «Monovalent plus». Двухтопливные автомо­били могут работать как на природном газе, так и на бензине, однако при работе на природ­ном газе эффективная мощность двигателя снижается приблизительно на 10-15%. Это связано с более низким значением мощности на единицу рабочего объема двигателя, что можно объяснить вытеснением всасываемого воздуха, нагнетаемым природным газом.

Двигатели автомобилей могут быть опти­мизированы специально для работы на при­родном газе. Чрезвычайно высокая стойкость природного газа к детонации (октановое число по исследовательскому методу (RON) до 130) дает возможность увеличить степень сжатия и делает природный газ идеальным топливом для двигателей с наддувом. Одновременное уменьшение рабочего объема цилиндров по­вышает к.п.д. двигателя, благодаря дополни­тельному снижению сопротивления и потерь на трение.

Выбросы отработавших газов

При работе двигателя на природном газе коли­чество выбросов СO 2 снижается, по сравнению с работой на бензине, приблизительно на 25%. Причина заключается в более благоприятном соотношении водород/углерод (отношение Н/С) — почти 4:1 (для бензина приблизительно 2:1). Это приводит к образованию во время сгорания природного газа большего количе­ства воды и меньшего количества СO 2 .

Кроме практически полного отсутствия в вы­бросах твердых частиц, в сочетании с трехком­понентным каталитическим нейтрализатором, двигатель, работающий на природном газе, производит очень небольшие количества ток­сичных веществ (NO x , СО и НС). Каталитический нейтрализатор для двигателя, работающего на природном газе, содержит большее количество благородного металла, что необходимо для улуч­шения преобразования углеводородов, состоя­щих в основном из химически стабильного ме­тана, и компенсации более высокой температуры «поджига» для природного газа (минимальная температура каталитического нейтрализатора, при которой начинается преобразование токсич­ных веществ). Следует указать, что, в отличие от Европы, в США метан классифицируется как нетоксичное вещество и, следовательно, не рас­сматривается американским законодательством в области ограничения токсичности отработав­ших газов, как загрязняющее вещество.

Автомобили, работающие на природном газе, отвечают высоким требованиям в отно­шении предельного содержания токсичных веществ в отработавших газах, особенно это относится к автобусам, которые должны отвечать более строгим требованиям EEV (усо­вершенствованный экологически чистый автомобиль). Использование природного газа также дает значительные преимущества по сравнению с бензиновыми и дизельными двигателями в отношении выбросов загряз­няющих веществ, не регламентируемых за­конодательством. Некоторые из них являются канцерогенами, а также способствуют образованию смога и кислотных дождей.

Компоненты двигателей на сжатом природном газе

Для обеспечения двигателя внутреннего сгора­ния газообразным топливом необходимо до­зировать через газовые форсунки значительно большие объемы газа, чем объемы бензина в обычном бензиновом двигателе. Это условие предъявляет особые требования к конструкции газовой форсунки, которая должна быть адап­тирована к этим высоким значениям объемного расхода газа посредством увеличения проход­ных сечений. Кроме того, высокие скорости по­тока газа требуют специальной формы каналов с целью снижения потерь давления в форсунке.

В двигателях с интенсивным наддувом дав­ление во впускном трубопроводе может воз­растать до 2,5 бар (абсолютное давление). Для снижения влияния давления во впускном трубо­проводе на массовый расход необходимо, чтобы давление перед соплом в самом узком месте (точка дросселирования) было, как минимум, в два раза больше максимального давления во впускном трубопроводе (давление после сопла). При этом скорость газового потока равна скоро­сти звука, независимо от абсолютного давления после сопла. Отсюда следует, что переменное давление во впускном трубопроводе не ока­зывает влияния на массовый расход. С учетом возможных потерь давления перед точкой дрос­селирования минимальное рабочее давление (абсолютное) должно составлять 7 бар.

Конструкция и принцип действия газовой форсунки

Якорь электромагнита (см. рис.) находится в гильзе, служащей в качестве направляющей. Топливо протекает через канал внутри якоря. На выходном конце этого канала имеется эласто­мерное уплотнение. Это уплотнение прилегает к седлу клапана и изолирует подачу топлива от впускного трубопровода. При подаче питания катушка электромагнита создает магнитную силу, необходимую для подъема якоря элек­тромагнита и открытия дозирующего сечения (точка дросселирования в седле клапана). Когда катушка обесточена, пружина клапана удержи­вает форсунку в закрытом положении.

Оптимизированная геометрия газовой форсунки

Благодаря оптимизированному маршруту потока, потери давления перед точкой дрос­селирования сведены к минимуму, что обе­спечивает максимально возможный массовый расход. Кроме того, самое узкое сечение и, следовательно, точка дросселирования нахо­дится на выходном конце, после уплотнения. Здесь скорость потока близка к скорости звука, поэтому в физическом смысле клапан пред­ставляет собой практически идеальное сопло.

Геометрия уплотнений форсунки для природного газа

Газовая форсунка установлена с эластомер­ным уплотнением и в отношении геометрии уплотнения седла подобна запорным клапа­нам для пневматических систем. Эластомер­ный материал улучшает герметичность уплот­нения металлических игольчатых клапанов.

Эластомерный материал также обладает демпфирующими свойствами и предотвра­щает «дребезг», т.е. повторные нежелательные колебания якоря электромагнита вовремя за­крытия, что повышает точность дозирования.