AUTOGAS
РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЕЙ НА
ПРОПАН - БУТАНЕ
МОТОР ГАЗ центр
Пермь ул. Куйбышева 118А (342) 240-88-75, 240-98-01
www.motor-gas.ru
МОТОР ГАЗ центр
Пермь ул. Куйбышева 118А (342) 240-88-75, 240-98-01
СОДЕРЖАНИЕ
1. Вступление
1.1. Сжиженный нефтяной газ (СНГ) 4
1.2. Основные характеристики 5
2. Использование СНГ в качестве топлива для
автомобильного транспорта 6
В каких случаях выгодна установка системы СНГ 10
Комплектующие системы СНГ
4.1. Баллоны для СНГ 11
4.2. Мультиклапан 14
4.3. Трубка высокого давления 17
4.4. Электроклапан СНГ 18
4.4.1. Электроклапан бензина 19
4.5. Редуктор-испаритель 20
4.6. Смесители 23
4.6.1. Смеситель верхнего расположения 23
4.6.2. Смесители - проставки 23
4.6.3. Смешанная система 23
4.6.4. Вилкообразная система 24
4.6.5. Установка смесителя между фильтром и карбюратором 25
4.6.6. Смесители для систем с впрыском топлива 26
4.6.7. Принцип функционирования смесителя 27
4.7. Переключатели 28
5. Монтаж системы СНГ:
общие характеристики 31
6. Проверка регуляции системы 32
6.1. Зажигание на СНГ при холодном двигателе. 32
6.2. Зажигание на СНГ при разогретом двигателе 32
6.3. Заправка баллона СНГ 33
6.4. Расход СНГ 33
6.5. Тех. обслуживание двигателя, работающего на СНГ 33
6.6. Тех. обслуживание и обнаружение неисправностей 33
6.7. Контроль редуктора-испарителя 37
МОНТАЖНАЯ СХЕМА РЕДУКТОРА-ИСПАРИТЕЛЯ СНГ
- ВАКУУМНЫЙ редуктор на карбюраторном автомобиле 37
- ЭЛЕКТРОННЫЙ редуктор на карб. автомобиле. (2-хходовой эл. клапан бензина) 38
- ЭЛЕКТРОННЫЙ редуктор на карб. автомобиле. (3-хходовой эл. клапан бензина) 31
- ТУРБО-ЭЛЕКТРОННЫЙ редуктор на карбюратоном турбо-автомобиле 40
- ЭЛЕКТРОННЫЙ редуктор на инжекционном автомобиле 41
- ТУРБО-ЭЛЕКТРОННЫЙ редуктор на инжекционном турбо-автомобиле 42
- Монтажная схема МУЛЬТИКЛАПАНА 45
ЗАПАСНЫЕ ЧАСТИ
Мультиклапан СНГ 44
Электроклапан газа СНГ 44
Электроклапан бензина 44
Вакуумный редуктор-испаритель СНГ 52
Электронный редуктор-испаритель СНГ 52
- Электронный редуктор-испаритель СНГ с отдельным минимумом
- Турбо-электронный редуктор-испаритель СНГ 54
МОТОР ГАЗ центр
Пермь ул. Куйбышева 118А (342) 240-88-75, 240-98-01
1.0 Вступление
Монтаж системы СНГ на автомобиль требует опыта и ответственности.
Выполнение операций без надлежащей осторожности из-за некомпетентности, небрежности или несоблюдая действующие нормативы, может привести к чрезвычайно ОПАСНЫМ ситуациям.
Следовательно важно, чтобы монтажник был знаком со свойствами СНГ, хорошо знал все комплектующие системы и следовательно мог правильно выполнить их монтаж и техническое обслужиавние.
Данное руководство дает монтажнику все необходимые сведения для правильной установки системы и ее содержания в хорошем состоянии.
1.1. Сжиженный нефтяной газ (СНГ)
Так называют коммерческую смесь пропан-бутана, получаемую после переработки сырой нефти, из побочных нефтепродуктов или из природного газа.
Характеристики, приведенные в таблице 1.1, показывают физико-химические свойства пропана и бутана.
-
-
ГАЗ
|
ПРОПАН
|
БУТАН
|
Химическая формула
|
C3 H8
|
C4 H10
|
Молекулярный вес
|
44
|
58
|
Удельный вес
|
0,510 кг/л
|
0,580 кг/л
|
Точка кипения
|
-43 °C
|
-0,5 °C
|
Миним. теплотворная спосбность
|
11070 Ккал/кг
|
10920 Ккал/кг
|
Температура зажигания °C
|
510 °C на воздухе
|
490 °C на воздухе
|
Пределы зажигания в % от объема
|
2,1 - 9,5
|
1,5 - 8,5
|
Скорость зажигания в см/сек
|
32 на воздухе
|
32 на воздухе
|
Табл. 1.1. – Физико-химические свойства
1.2. Основные характеристики
Одной из основных характеристик, отличающих СНГ, и следовательно определяющих его применение, является насыщение пара, соответствующее давлению газообразной фазы, находящейся в равновесии с жидкой фазой в закрытом баллоне (рис. 1.2). Например, из таблицы следует, как насыщение испарений бутана при 0 градусах будет равно 0.005 бар, а при 15 градусах - 0.8 бар, в то время как насыщение испарений пропана будет соответственно 4 бара и примерно 6,5 бар.
Это определяет значительные перепады давления смеси при изменении процентного соотношения бутана и пропана.
Давление повышается также при повышении температуры и следовательно приводит к сильным изменениям объема СНГ в жидком состоянии.
Следовательно если баллон полностью заправлен СНГ в сжиженном состоянии, и температура продолжает подниматься, происходит резкое повышение давления, которое может привести даже к взрыву баллона.
АБСОЛЮТНОЕ ДАВЛЕНИЕ
б
ПРОПАН
БУТАН
ар
ТЕМПЕРАТУРА
Рис. 1.2
Категорически запрещается полностью заправлять баллон сжиженным СНГ.
Еще одной важной характеристикой, отличающей эти два газа (бутан и пропан), является точка их кипения, то есть температура, при которой газ переходит из жидкого состояния в газообразное.
В то время как пропан при температуре di –43°C больше не переходит в газообразное состояние и остается в жидком, для бутана это происходит при температуре 0°C .
По этой причине в условиях особо холодного климата необходимо использовать смеси, содержащие повышенный процент пропана, который способствует переходу СНГ в газообразное состояние.
На территории Италии климат сильно отличается по различным районам, следовательно СНГ для автомобилей должен представлять собой такую смесь (рис. 1.3), которая обеспечивала бы хорошую отдачу двигателя в любых условиях.
Особенностью СНГ является способность растворять смазку, масло, красители, а также деформация природного каучука. По этой причине гибкие шланги, входящие в состав системы для автомобилей, выполнены из синтетического материала соответствующего качества, совместимого с СНГ.
АБСОЛЮТНОЕ ДАВЛЕНИЕ
бар
ТЕМПЕРАТУРА
рис. 1.3
2.0 Использование СНГ в качестве топлива для автомобилей
СНГ дает высококачественную энергию и используется в жилищной сфере, в промышленности, в ремесленной и сельскохозяйственной отраслях, а также в автомобильной промышленности.
Так как СНГ является эффективной заменой бензина и дизельного топлива, любопытно провести сравнение этих продуктов и проанализировать их характеристики (табл. 2.1).
-
ХАРАКТЕРИСТИКА
|
ПРОПАН
|
БУТАН
|
БЕНЗИН
|
ДИЗЕЛЬ
|
Плотность 15°C (кг/л)
|
0,508
|
0,584
|
0,73 - 0,78
|
0,81-0,85
|
Напряжение пара при 37,8°C (бар)
|
12,1
|
2,6
|
0,5 - 0,9
|
0,003
|
Точка кипения (°C)
|
- 43
|
- 0,5
|
30 - 225
|
150-560
|
Октановое число по исследовательскому методу R.O.N.
|
111
|
103
|
96 - 98
|
-
|
Октановое число по моторному методу M.O.N.
|
97
|
89
|
85 - 87
|
-
|
Миним. теплотворная способность (МДж/кг)
|
46,1
|
45,46
|
44,03
|
42,4
|
Миним. теплотворная способность (МДж/л)
|
23,4
|
26,5
|
32,3
|
35,6
|
Стехиометрическая смесь (кг/кг)
|
15,8
|
15,6
|
14,7
|
-
|
Теплотворная способность стехиом. смеси (КДж/м3)
|
3414
|
3446
|
3482
|
-
|
Табл. 2.1 – Характеристики основных типов топлива.
Из анализа данных, приведенных в таблице, видно, что диапазон кипения бензина и дизеля выше температуры окружающей среды, в то время как СНГ кипит при более низкой температуре. Это значит, что бензин и дизель остаются в жидком состоянии в бензобаке при атмосферном давлении, в то время как СНГ должен подвергнуться воздействию определенного давления.
Это давление, как следует из таблицы 2.1, является довольно низким (несколько бар).
Даже если теоретически для бензина точка кипения выше температуры окружающей среды, он также подвержен испарению, поэтому в современных автомобилях он содержится в герметичных бензобаках.
Из анализа значений октанового числа по исследовательскому методу (R.O.N.) и значений октанового числа по моторному методу (M.O.N.) видно, что антидетонационная способность СНГ значительно выше по сравнению с бензином Супер-98.
Теплотворная способность СНГ по сравнению с дизелем и бензином является более высокой.
В случае дизеля и бензина, их расход автомобилем, по отношению к кг/массы, более низкий по сравнению с СНГ; если сравнить расход по отношению к объему, результат получается противоположным по причине иного удельного веса.
Для более простого объяснения назовем ”теоретическим коэффициентом эквивалентности массы-энергии” объем топлива, содержащего определенную часть энергии, равную более низкой темплотворной способности по сравнению с бензином.
Затем назовем ”коэффициентом эквивалентности массы-энергии” действительное соотношение расхода двигателей как можно более схожих между собой.
Что же касается двигателей, работающих на СНГ, экспериментальные замеры показали, что по сравнению с такими же двигателями, работающими на бензине, их отдача повышается примерно на 8%, что сокращает коэффициент эквивалентности СНГ по отношению к теоретическим значениям тех же 8%.
СНГ в газообразном состоянии смешивается с воздухом более однородно по сравнению с бензином, который всегда остается в виде микроскопических капель.
Следовательно смесь, образуемая газом, более легко всасывается карбюратором, обеспечивая лучшую отдачу двигателя.
Для дизельных двигателей определение коэффициента эквивалентности более затруднительно, так как речь идет о двигателях, сравнение между которыми не может быть полным; на практике получается варьируемое соотношение для каждого отдельно взятого автомобиля (обычно коэффициент эквивалентности принимает значение, равное 0.8).
В таблице 2.2 показан коэффициент эквивалентности наиболее распространенных видов топлива.
ТОПЛИВО
|
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ КОЭФФИЦИЕНТ ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ
|
КОЭФФИЦИЕНТ
ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ
|
Бензин
|
32,32 / 32,32
|
1
|
1
|
Пропан
|
32,32 / 23,42
|
1,38
|
1,27
|
Бутан-N
|
32,32 / 26,55
|
1,22
|
1,11
|
Дизель
|
32,32 / 35,62
|
0,9
|
0,8
|
табл. 2.2 - Коэффициент эквивалентности
Данные коэффициенты были получены из расчета соотношения минимальной теплотворной способности 1 литра бензина и минимальной теплотворной способности альтернативного топлива.
Что же касается отдачи двигателя, если взять условное значение 100 для двигателя, работающего на бензине, для СНГ получается отдача, равная 90 (потеря мощности составляет примерно 10%) и 65 для дизельного двигателя (потеря мощности - примерно 35%).
Этим объясняется, почему дизельные автомобили всегда оснащаются двигателями большего объема по сравнению с двигателями, работающими на бензине, или двигателями, тербующими повышенного расхда.
Выхлопные газы двигателей, работающих на СНГ, являются несомненно менее токсичными.
Действительно, в отличие от дизельных, двигатели, работающие на СНГ, не образуют дыма, пыли и оксида серы.
В отличие от двигателей, работающих на бензине, двигатели, работающие на СНГ, не образуют альдегидов, образуют меньше оксида углерода и негорючих углеводородов.
Несгоревшие продукты двигателей СНГ следовательно не содержат отравляющих веществ таких как ароматические углеводороды, бензол, бензопирен и прочие P.N.A. (ароматические полимеры) содержащиеся в бензине АИ-95Е, и являющиеся опасным канцерогенами.
Следовательно можно утверждать, что СНГ является отличным топливом для двигателей, обладает повышенной антидетонационной способностью, позволяет сохранить мощность, приближающуюся к мощности двигателей, работающих на бензине, имеет большую отдачу по расходу и менее токсичные выхлопные газы по сравнению с другими видами топлива.
Автомобиль, работающий на СНГ, обеспечивает:
1) чистые выхлопные газы
2) более длительный срок службы смазочного масла (в течение более длительнго времени сохраняет свои характеристики, так как не разбавляется бензином)
3) более длительный срок службы двигателя благодаря отсутствию углеродосодержащих налетов
4) сокращение отдачи примерно на 10%, что выражается в снижении максимальной скорости примерно на 3%
5) небольшое повышение расхода по объему по сравнению с бензином.
HC = Несгоревшие углеводороды
Состоят из частиц несгоревшего топлива, поступающих из зон камеры сгорания, труднодоступных для источника пламени.
Повышенное процентное содержание может вызвать раздражение дыхательных путей. Не исключается, что они являются канцерогенами.
NOx = Оксиды азота
Ими могут являться монооксид NO и диоксид NO2. Образуются при сочетании азота с кислородом в процессе сгорания. Их концентрация зависит от:
температуры, достигаемой при сгорании;
содержания кислорода в смеси топлива.
Оба эти оксида являются токсичными для крови, но их актуальная концентрация в выхлопных газах, присутствующих в атмосфере, не считается опасной для человеческого организма.
CO = Окисд углерода
Образуются при сочетании углерода, содержащегося в топливе (например, C6 H14) с кислородом, содержащимся в воздухе смеси.
Его концентрация зависит в основном от соотношения воздух - топливо.
Является чрезвычайно токсичным так как легко проникает в гемоглобин крови, образуя карбоксигемоглобин. Если концентрация карбоксигемоглобина в крови достигает 50%, усваивание кислорода прерывается, и происходит смерть из-за удушия.
CO2 = Углекислый газ
Бесцветный газ со слегка резким запахом и кислым вкусом. Не является токсичным, но не пригоден для дыхани (удушающий).
Углекислый газ является продуктом всех процессов сгорания углерода: и следовательно является составляющим продуктов горения углеводородов и выбрасывается через выхлопные трубы автомобилей с двигателем. В выхлопных газах процентное содержание углекислого газа тем больше, чем более полностью осуществляется сгорание углерода; следовательно важно, чтобы уровень содержания углекислого газа был как можно выше, значение, приближенное к теоретическому 13% от объема.
В действительности же получаемые значения являются ниже теоретического значения по причине неидеального сгорания.
Богатая смесь Стехиометрическая смесь Бедная смесь
Соотношение воздух - бензин
Заправочные колонки СНГ обычно устанавливаются на заправочных станциях рядом с колонками традиционального топлива как на городских, так и на скоростных дорогах.
Эти колонки устанавливаются коммерческими и транспортными структурами с автоцистернами, которые закачивают СНГ на нефтеперерабатывающих комплексах и на нефтехранилищах, расположенных на национальной территории.
Автомобили, работающие на СНГ, также как и автомобили, использующие альтернативные виды топлива, должны подвергнуться некоторым изменениям, одним из которых является установка газового баллона.
Этот баллон, подробно описанный в последующих разделах, может быть установлен внутри или снаружи транспортного средства и оснащается заправочным узлом для заправки топливом. Заправочный узел прочно прикрепляется с внешней стороны кузова.
Заправочная точка состоит из цистерны-хранилища, расположенной под землей, и заправочной колонки, подобной заправочным колонкам традициональных видов топлива.
Заправка автомобилей производится в закрытой циркуляции, т. е. без утечки газа в атмосферу, при помощи специального пистолета, который вставляется в заправочный узел автомобиля.
Пистолет соединен с заправочной колонкой посредством шланга, расчитанного на высокое давление.
Заправляемый объем топлива измеряется в литрах и показывается пользователю таким же образом, как это происходит с другими видами топлива.
Обязательным условием для безопасности является заправка баллона никогда не более чем на 80% его емкости.
С этой целью баллон оснащен устройством мультиклапана, ограничивающим его заполнение.
В процессе заправки газом хорошим правилом является проверять по счетчику литров на колонке или по индикатору мультиклапана, чтобы в баллон не было заправлено излишнее количетсво СНГ.
Например, если емкость баллона по объему составляет 60 литров, такой баллон не должен наполняться более чем на 40 л.
Так же как и для всех прочих видов топлива заправка газом должна производиться при выключенном двигателе, вдали от открытого пламени, и соблюдая запрет на курение.
3.0 В каких случаях выгодно устанавливать систему СНГ
Покупка транспортного средства всегда связана с выбором определенного вида топлива; этот аспект является чрезвычайно важным с точки зрения стоимости эксплуатации автомобиля.
Анализ, в результате которого предпочтение отдается определенному виду топлива, в основном носит экономический характер, даже если необходимо принимать во внимание также и другие аспекты, которые могут повлиять на выбор пользователя. Трудно четко определить принцип экономического анализа различных видов топлива в основном по причине множества факторов, которые в совокупности составляют стоимость эксплуатации автомобиля, как общую стоимость за 1 км.
Ниже мы приводим упрощенный анализ, таким образом чтобы любой пользователь, намеренный приобрести автомобиль, мог произвести такую оценку, не обращаясь к специалистам.
Получаемые результаты, даже если они не являются абсолютно точными, позволяют довольно точно определить различные группы пробега, в пределах которых, будет выгоднее использовать определенный вид топлива по сравнению с другими.
Для анализа используется следующая формула:
в которой:
Y стоимость за 1 км (л/км)
P общая стоимость автомобиля (включая большую стоимость за дизельный автомобиль и
за газобаллонное оборудование) (L)
K годовой пробег (км/год)
B автомобильный налог (включая супер-налог) (л/anno)
A коэффициент эквивалентности (таблица 2.2)
L стоимость топлива (л/1)
Cb расход бензина (км/л)
N продолжительность эксплуатации (лет).
Формула состоит из трех элементов:
1) стоимость покупки автомобиля км/год
2) стоимость автомобильного налога км/год
3) стоимость топлива км/год,
которые в сумме дают стоимость эксплуатации в км/год. С целью упрощения расчетов в формуле учитывается остаточая стоимость автомобиля, равная нулю, и не учитывается процент прибыли от вложенной суммы. Также не учитывается стоимость страховки и технического обслуживания, ремонта, так как эти расходы практически не влияют на расчет, так как являются одинаковыми во всех случаях (за исключением дизельных автомобилей, для которых эти расходы будут большими: следовательно эти расчеты являются фиксированными для бензина и СНГ). При помощи вышеуказанной формулы, и расчитав настоящую стоимость за 1 км для некоторых автомобилей, получается, что точки эквивалентности разных пар топлива варьируют от 5.550 до 6.700 км, сравнивая бензин с СНГ; от 18.200 до 18.900 км, сравнивая бензин с дизелем; и от 65.600 до 97 000 км, сравнивая СНГ с дизелем. Следовательно получается, что для пробегов в рамках безубыточного предела бензин - СНГ и безубыточного предела СНГ – дизель, наиболее выгодным видом топлива является СНГ.
4.0 Комплектующие системы СНГ
4.1 Баллоны
Изготовление и испытание баллонов СНГ для автотранспорта
соответствует нормативам Министерства Транспорта - Главное управление
гражданской автоинспекции и транспортных концессий.
Баллоны изготавливаются из высококачественной стали, обычно из 3-х частей (два днища и цилиндр) соединенных друг с другом сваркой дугой под флюсом.
Обычно баллоны производятся партиями по 100 штук, оснащаются заводской табличкой с указанием наименования производителя, даты изготовления, прохождения испытания, номинальной емкости, а также номера тех. паспорта.
В присутствии уполномоченного техника от Министерства Транспорта баллоны подвергаются индивидуальному внутреннему гидравлическому испытанию под далением 45 бар. Это давление удерживается в течение 1 минуты, в течение которой не должно быть обнаружено вздутий, утечек и просачиваний или растяжек.
После вышеописанного испытания на одном баллоне, выбираемом в качестве образца из 100 штук, составляющих партию, оператором, проводящим испытание, производится гидравлическое испытание вплоть до разрыва (испытание на разрыв).
На каждый баллон выдается сертификат испытания, действительный в течение 10 лет. Этот сертификат должен сопровождать баллон в течение всего периода его действия вплоть до истечения этого срока.
Баллоны изготавливаются с разными диаметрами и разной длины с тем, чтобы для каждой модели автомобиля можно было подобрать надлежащий баллон. Следовательно емкость баллонов варьирует в зависимости от их размеров.
Согласно итальянскому нормативу баллон не должен заправляться более чем на 80% от его общей емкости.
Ограничение 80% обеспечивает безопасное использование баллона также в случае повышения температуры (рис. 4.1.1).
Неправильная заправка с превышением 80% ведет к возникновению опасных ситуаций (рис. 4.1.2).
Баллон должен быть установлен в прочно зафиксированном состоянии внутри автомобиля и располагаться в пространстве, отделенном от пассажирского салона автомобиля. Баллон должен быть оснащен герметичной клапанной коробкой, сообщающейся с внешней средой. Вентиляция обеспечивается двумя внешними вентиляционными соплами, соединенными с клапанной коробкой и направленные таким образом, чтобы в одно сопло воздух входил, а из другого выходил. Пространство, в котором устанавливается баллон, также должно быть оснащено двумя незасоряемыми воздухозаборными соплами или вантузами, расположенными в самой нижней части этого пространства.
Передняя (внешняя) перекладина, покрытая изоляционным материалом должна располагаться выше нижней опорной поверхности баллона (рис. 4.1.3).
Вместо перекладин могут быть использованы сборные седла или гнезда, прикрепляемые таким же образом, что и перекладины.
15 °C
газ 20% объема
жидкость 80% объема
макс. давление 6,5 бар
38 °C
газ 14 - 16% объема
жидкость 86 - 84% объема
макс. давление 12 бар
50 °C
газ 9 - 14% объема
жидкость 91 - 86% объема
макс. давление 16,8 бар
рис. 4.1.1 – Изменение давления внутри баллона емкостью 60 л, заправленного на 80% в следствие повышения температуры с 15°C (температура жидкости в момент заправки) до 50°C.
15 °C
газ 10% объема
жидкость 90% объема
макс. давление 6,5 бар
50 °C
жидкость 100 % объема
|
