О компании (установка ГБО) Краш-тест Заказ на установку ГБО Сертификаты на установку ГБО Отзывы Контакты для установки ГБО
  Установка ГБО 4 поколения (распределенный впрыск) от 28.000 рублей! тел. +7 (495) 228-06-51 (многоканальный, круглосуточный)  
Все о ГБО
 
Расчет эффективности ГБО
 
Фотогалерея
 
Карта заправок
 
 

Использование эжекционных смесителей при переводе на газ автомобильных двигателей.

М.А. Скворцова, аспирант кафедры «Энергетические установки и тепловые двигатели» Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева.
А.Н. Тихомиров, заместитель заведующего кафедрой «Энергетические установки и тепловые двигатели» Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева, к.т.н., доцент.

В статье представлены результаты анализа эффективности перевода на газовое топливо автомобильных бензиновых двигателей с разными поколениями газоподающих систем. Рассмотрены потери на переходных режимах, свойственные системам четвёртого поколения в отличие от эжекционных смесителей. Приводятся результаты экспериментальных исследований переходных режимов двигателя дооборудованного системой питания СУГ с таким смесителем.

Ключевые слова: перевод на газовое топливо, трёхкомпонентный каталитический нейтрализатор, системы газоподачи.

Сегодня при переводе автомобилей на газ редко встречаются монотопливные схемы. Чаще конвертируют серийные бензиновые двигатели, сохраняя все настройки в полной мере ориентированными на бензин, а газ используют с той эффективностью, какую в состоянии обеспечить применённая система газоподачи. Известно уже четыре поколения газоподающих систем, различающихся степенью электронного управления и местом ввода газа во впускную трубу.

Введение электронного управления продиктовано, главным образом, необходимостью приспособить системы топливоподачи к обслуживанию трёхкомпонентных каталитических нейтрализаторов. Их использование стало массовым на всех бензиновых двигателях, и зарекомендовало себя как действенное средство борьбы с токсичностью. Применение газа в качестве топлива не должно нарушать экологической чистоты двигателя, поэтому регулирование состава смеси по сигналам кислородного датчика давно стало обязательным и здесь.

Всё более распространяемые сейчас системы четвертого поколения с электромагнитными газовыми форсунками сочетают в себе и точное электронное управление, и ввод газа максимально близко к впускным клапанам. Последнее обстоятельство стало принципиальным по мере того, как впускные системы на двигателях с распределённым впрыском становились все более объёмными. Наполнение такого большого объёма впускной трубы газовоздушной смесью представляет определённый риск в случае неконтролируемого воспламенения (проблема хлопков). Ввод газа ближе к клапанам уменьшает количество готовой горючей смеси, и даже при возникновении хлопка минимизирует последствия.

Известно, что бензин далеко не полностью испарён во впускной трубе. Часть его при подаче из форсунки оседает на стенках впускной системы в виде пленки. При движении воздуха на такте впуска часть пленки срывается в поток и уносится в цилиндр. На статических режимах наступает некое равновесие между топливом, ушедшим в пленку, и вышедшим из неё. В динамике (открытие или закрытие дросселя) баланс нарушается. По исследованиям [1] и собственным экспериментам, проведённым в лаборатории двигателей НГТУ, восстановление происходит после 20...30 циклов работы.

Естественно, в течение всех циклов с нарушенным балансом состав смеси, поступающей в цилиндр, переобедняется. В программе управления топливоподачей обязательно заложена компенсация пленки, выражающаяся в подаче дополнительного топлива на этот период.

Для нашего примера (рис.1), где время перехода - 30 циклов, линия перехода близка к экспоненте, базовая подача Стц_впр=10 мг/цикл, это составит 100 мг бензина. Большая часть из этого ляжет на стенки и оторвётся после завершения перехода, обогащая смесь там, где необходимость уже отпала. Например, для автомобиля ВАЗ 2110, принимая движение по городу со средней скоростью 30 км/ч, расход бензина 7 кг/100 км (или 2 кг/час), за минуту 10 набросов нагрузки, подобных приведённым на рисунке - приходим к тому, что за час теряется 60 г бензина или на 3% снижается экономичность автомобиля в целом.

Эжекционные смесители, перевод на газ автомобильных двигателейПройдя свой эволюционный путь от простейших эжекционных (первое поколение), газовые системы к четвёртому поколению (с электромагнитными форсунками) прекратили демонстрировать преимущества газа, как топлива. Во-первых, уже упомянутое управление газовыми форсунками копированием сигнала, сформированного для форсунок бензиновых. Сигнал копируется в текущем времени, при необходимости домножается на определённые коэффициенты и подаётся на газовые форсунки с усилением по току. Следовательно, полностью копируются все прибавки, что были рассчитаны на компенсацию бензиновой пленки. Ни о какой работе на непрогретом двигателе речь идти не может.



Переход на газ осуществляется после прогрева до температуры охлаждения не менее 40°С.

Во-вторых, сами форсунки. Поскольку плотность бензина составляет 740 кг/м3, а газов: нефтяного сжиженного при давлении в 3 бара - 7 кг/ м3; природного сжатого при давлении 5 бар - 3,5 кг/м3, что соответственно в 100 и 200 раз меньше, то необходимо в соответствующее количество раз или увеличивать проходное сечение форсунки и её рабочий ход или изменять давление на входе. Увеличение размеров и массы системы связаны с долговечностью форсунки и уровнем излучаемого шума. Повышение перепада давлений однозначно ведёт к уменьшению возможного пробега. Геометрически разместить комплект газовых форсунок на двигателе сложно, и это вынуждает конструкторов прибегать к половинчатым решениям и не гарантирует работоспособность двигателя с рабочим объёмом цилиндра более 0,5 дм3 при частотах вращения больших 5000 мин-1.

Эжекционный газовый смеситель всегда отличался, прежде всего, простотой конструкции. При правильной организации потоков он обеспечивает высокое качество газовоздушной смеси, что не всегда гарантируется при распределённом вводе газа во впускную трубу (системы третьего и четвёртого поколения). Центральный смеситель, кроме того, допускает пуск и прогрев двигателя на газе даже при отрицательных температурах окружающего воздуха, причём, не требуя обогащения смеси, как бензин. Наглядный пример - испытания на токсичность по правилам ЕЭК ООН - где один ездовой цикл «проезжают» дважды. Первый раз при исходной температуре +20°С (тест тип 1), второй при -7°С (тест тип 6). Нормы на выбросы окиси углерода для бензинового автомобиля повышаются с 2,3 г/км в первом случае до 15 г/км во втором, а несгоревших углеводородов с 0,2 до 1,8 г/км. Автомобили, работающие на газе, скромно освобождаются от теста типа 6. Можно только предположить, что прирост по несгоревшим компонентам, а значит и по расходу топлива в целом, был бы не в 6...9 раз, а в пределах 20%.

Приведённый выше расчёт потерь бензина для компенсации пленки вёлся для двигателя, прогретого до температуры охлаждения 100°С. При снижении температуры до 20°С степень временного обогащения должна быть увеличена уже втрое. При более низких температурах прирост лавинообразный. В сумме это приводит к тому, что зимой при относительно коротких поездках расход бензина повышается примерно в полтора раза.

Эжекционные смесители, перевод на газ автомобильных двигателейЧто касается большого объёма готовой газовоздушной смеси способной при случайном воспламенении разрушить элементы впускного тракта (термоанемометр, воздушный фильтр, патрубки), то воспламенения такого рода происходят только от переобеднения смеси, т.е. неправильного проектирования самого смесителя. Происходит это чаще при динамическом набросе нагрузки или разгоне двигателя на холостом ходу. В этих же условиях должна наблюдаться якобы меньшая динамичность газовых двигателей.



Для сравнения был проведён эксперимент на двигателе ВАЗ 21114 с системой впрыска бензина и центральным газовым смесителем. Прогретый двигатель из режима самостоятельного холостого хода резким открытием дросселя разгонялся до частоты примерно 4000 мин1, параметры двигателя фиксировались пишущим осциллографом, который был подключен к датчику положения коленвала, датчику положения дросселя и датчику кислорода. Система газоподачи не имела электронных корректоров, и была настроена по классическим принципам «характеристики идеального карбюратора»: на полных нагрузках состав смеси - обогащённый, на частичных - обеднённый, на режиме холостого хода - максимально близкий к стехиометрии.

На рис. 2 представлены записи изменения частоты вращения и положения дросселя. Последний в обоих случаях открывался примерно за 0,2 сек. От момента его отрыва до начала отрыва линии частот на газе проходит примерно на 0,1 сек меньше, а первые 0,2 сек частота вращения на бензине совсем не изменяется. Скорость изменения частоты вращения (установившаяся) на бензине

-   6,9, а на газе

-   8,3 мин'/мкс.

В силу пульсирующей картины движения воздуха по впускной трубе и геометрической отдалённости датчика массового рас-
хода воздуха от впускного клапана (как правило, объём впускной системы в 2...3 раза больше рабочего объёма двигателя) блоку управления форсунками приходится вести расчёт подачи топлива косвенно. По тем же причинам при центральном смесителе первые несколько циклов в цилиндры продолжает поступать готовая газовоздушная смесь, находящаяся в ресивере и впускной трубе. Далее при правильной организации базовой характеристики смесителя не образуется обеднённых циклов, что ведёт к однозначному и энергичному разгону.

Можно показать, что форма базовой характеристики в первую очередь определяет эксплуатационные свойства системы в целом, в том числе возможность чёткого электронного регулирования, а также склонность к «хлопкам». Усилия в развитии эжекционных систем следует направить на введение электронных корректоров смеси управляемых по современным гибким алгоритмам и обеспечивающих всё более строгие требования.


ЛИТЕРАТУРА:
1. Совершенствование управления бензинового двигателя с использованием искусственных нейронных сетей / Смирнов А.Б. // дисс. на соискание ученой степени кандидата технических наук, М.: 2006. 146 с

 
 
 
 
  Телефон: (495) 228-06-51 (многоканальный, круглосуточный).
Адрес: г. Москва, ул. Коштоянца, д.47 (район метро "Юго - Западная")
E-mail: info@gboavto.ru
 
Акции по установке и обслуживанию ГБО
 
Кому мы установили ГБО
 
Установка ГБО у нас
 
Новости о ГБО
 Производители ГБО

 

Ваше имя:
Модель авто:
Контактный телефон:
Желаемая дата установки: