Работа двигателя на сжатом природном газе. Принцип работы газового двигателя Принцип работы двс на газе

Газобаллонные автомобили

Газовые двигатели – двигатели, работающие на газообразных топливах, широко применяются на современном автомобильном транспорте. При этом используется сжиженный нефтяной газ (СНГ ), состоящий в основном из пропана и бутана, а также сжатый природный газ (СПГ ) метан или компримированный природный газ. Запас сжатого или сжиженного газа хранят в специальных баллонах, поэтому и автомобили, работающие на газе, называют газобаллонными.

Двигатели, работающие на газовом топливе, относятся к тепловым двигателям с принудительным воспламенением рабочей смеси, т. е. используют искровое зажигание, как и бензиновые двигатели, поэтому оценивать достоинства и недостатки газообразного топлива объективнее в сравнении с бензином.

Для дизельных двигателей газовое топливо не получило широкого распространения в силу того, что газ физически не может воспламеняться при той температуре, которую имеет сжатый воздух в цилиндрах дизеля с нормальной степенью сжатия. Просто подвести газ к камерам сгорания недостаточно. Газ не воспламенятся сам по себе от сжатия, так как его температура самовозгорания (460...480 ˚С ) примерно в полтора раза выше чем у дизельного топлива (300...320 ˚С ). Поэтому при переводе дизеля на газ даже теоретически невозможно использовать одно только газовое топливо без принудительного его воспламенения.

Тем не менее, эта проблема оказалась преодолимой, и еще во времена СССР было найдено ее техническое решение: впрыскивать в камеру сгорания совместно газ и дизельное топливо. В частности, такое решение применялось для некоторых моделей автомобилей марки «КАМАЗ».
Принцип действия газодизельного двигателя основывался на том, что в цилиндры подается запальная доза дизельного топлива (20%-30% ), а остальная порция топлива (70%-80% ) замещалась подачей природного газа.
При этом выгоднее подавать в цилиндры сначала газ, чтобы он хорошо перемешался с воздухом, а затем впрыснуть запальную порцию дизельного топлива.

Технически любой дизельный двигатель можно переоборудовать для работы с газобаллонным оборудованием - как на нефтяной пропанобутановой смеси, так и на природном метане, без использования запальной порции дизельного топлива.
Однако, в отличие от перевода бензиновых двигателей на газ, модернизация дизельного двигателя для работы на одном лишь газовом топливе потребует радикальных изменений штатной системы питания дизеля и использования системы зажигания.
Необходимо демонтировать топливную аппаратуру, и вместо нее установить систему зажигания. Форсунки меняются на свечи зажигания, и после этого монтируется газобаллонное оборудование. Газ при помощи дозатора поступает во впускной коллектор и двигатель будет работать на газовом топливе.
Конечно же, после таких переделок многие преимущества дизеля теряются.

Требования, предъявляемые к газообразным топливам

Требования, предъявляемые к газовым топливам мало отличаются от требований к другим видам топлива для двигателей:

обеспечение хорошего смесеобразования;
высокая калорийность горючей смеси;
отсутствие коррозии и коррозионных износов;
минимальное образование отложений во впускном и выпускном трактах;
сохранение качества при хранении и транспортировании;
низкая стоимость производства и транспортирования.

Преимущества использования газообразного топлива

Октановое число газового топлива выше, чем бензина (среднее значение октанового числа – 105 ), поэтому детонационная стойкость сжиженного газа больше, чем бензина даже самого высшего качества.

Это позволяет добиться большей экономичности использования топлива в двигателе с повышенной степенью сжатия. При этом скорость сгорания газа немного меньше, чем у бензина. В результате снижаются нагрузки на стенки цилиндров, поршневую группу и коленчатый вал, что позволяет двигателю работать ровно и тихо.

Газ легко смешивается с воздухом и равномерней наполняет цилиндры однородной смесью, поэтому двигатель работает ровнее и тише.
Газовая смесь сгорает полностью, поэтому не образуется нагар на поршнях, клапанах и свечах зажигания.

Газовое топливо не смывает масляную пленку со стенок цилиндров, а также не смешивается с маслом в картере, не ухудшая, таким образом, смазочные свойства масла. В результате цилиндры и поршни изнашиваются меньше, а периодичность замены моторного масла увеличивается.

По сравнению с бензином сжиженный газ имеет следующие преимущества:

в полтора-два раза меньше себестоимость;
более высокая детонационная стойкость (октановое число 105 );
двигатель на газе работает мягче, а срок его службы увеличивается примерно в полтора раза;
увеличивается периодичность замены моторного масла в полтора-два раза, поскольку уменьшается срок его старения;
увеличивается на 40% срок службы свечей зажигания;
газ практически не содержит серы, которая вызывает коррозию металлов и их изнашивание;
снижается токсичность отработавших газов (СО в два раза, СН на 50…100% , NOx на 20…30 % );
в отличие от бензина газовая смесь более однородна по составу;
не накапливаются смолистые отложения на деталях и приборах системы питания, так как нефтяной газ растворяет их;
значительно уменьшается нагарообразование на деталях двигателя.

Сжатый газ также употребляется в качестве горючего, поскольку природные запасы метана колоссальны, и сложно найти более дешевое топливо для автомобильного двигателя.

Сжатый природный газ по сравнению со сжиженным нефтяным газом имеет следующие преимущества:

бόльшая безопасность, так как он легче воздуха и при утечках улетучивается;
дешевле;
большие природные запасы;
отработавшие газы экологически более чистые.

Недостатки газообразного топлива:

более низкая скорость сгорания по сравнению с бензином, в результате чего мощность двигателя снижается примерно на 7…12% (до 20% );
затрудненный пуск двигателя при низких температурах;
увеличение металлоемкости автомобиля на 25…30 кг при сжиженном газе и на 700…800 кг при сжатом;
применение дополнительного дорогостоящего оборудования приводит к увеличению стоимости автомобиля на 20..27% ;
повышенный расход газа по сравнению с бензином;
необходимость периодического освидетельствования баллонов для хранения газа на испытательных станциях;
трудоемкость ТО и ремонта двигателя возрастает на 3...5% , (эти затраты перекрываются экономией от увеличения межремонтного ресурса двигателей);
дальность поездки на одной заправке не превышает 200...250 км ;
повышенные требования техники безопасности при использовании газобаллонных установок.

Сжиженный газ обычно используется в системах питания двигателей легковых автомобилей. Переоборудовать автомобиль для работы на сжиженном газе проще и дешевле, чем для работы на сжатом. Кроме того, сжиженный газ находится в баллоне под относительно небольшим давлением (примерно 1,6 МПа ), а высокая степень разреженности сжатого газа требует увеличить этот показатель в 12-15 раз.

Поэтому для использования сжатого газа необходимы более громоздкие и тяжелые заправочные баллоны с более толстыми стенками, которые значительно повышают вес автомобиля. И если для грузовых автомобилей и автобусов с этим неприятным фактом еще можно мириться, то для легковых автомобилей, где каждый килограмм веса на учете, использование сжатого газа менее привлекательно. Кроме того, пробег между заправками для автомобиля, работающего на сжиженном газе вдвое больше, чем для работающего на газообразном топливе.
Исходя из этого системы питания с газовым топливом пока не нашли достаточно широкого применения, и используются на автомобилях, совершающих поездки в пределах городов и пригородов, т. е. на небольшие расстояния.

Марки газовых автомобильных топлив

ГОСТ 20448-90 предусматривает выпуск сжиженного газа двух марок: СПБТЗ (смесь пропанобутановая техническая зимняя) и СПБТЛ (смесь пропанобутановая техническая летняя).
Устаревший стандарт (ГОСТ 27578-87 ) также предусматривал две марки сжиженного газа: зимнюю - ПА (пропан автомобильный) и летнюю - ПБА (пропанобутановая смесь автомобильная).

Основными компонентами сжиженного газового топлива являются пропан (С 3 Н 8 ) и бутан (С 4 Н 10 ). В сжиженных газах, поставляемых для автомобильного транспорта, по техническим причинам может содержаться некоторое количество масла, поступающего из компрессоров и насосов.

Зимняя смесь отличается от летней повышенным содержанием пропана и применяется при температуре окружающего воздуха ниже +5 ˚С . Летняя смесь применяется при температуре +5 ˚С и выше.
Пропан остается в жидком состоянии при температуре ниже -42 °С , для бутана эта температура составляет -0,5 °С .
В весенний период времени с целью полной выработки запасов сжиженного газа марки СПБТЗ допускается ее применение при температуре до +10 °С .
Более высокая температура может привести к нежелательному повышению давления в системе подачи газа и ее разгерметизации.

Сжатый природный газ выпускается двух марок: «А » и «Б ». Они отличаются содержанием метана и азота. Основные горючие компоненты сжатых газов - метан (СН 4 ), окись углерода (СО ) и водород (Н 2 ) получают из горючих газов различного происхождения (природных, попутных, нефтяных, коксовых и др.). В попутных газах в зависимости от месторождения нефти содержание метана может находиться в пределах 40-82% .

Когда теплота подводится к рабочему телу при постоянном объёме. Отличие от бензиновых двигателей , работающих по этому циклу - более высокая степень сжатия (около 17-ти). Объясняется это тем, что используемые газы имеют более высокое октановое число , чем бензин .

В целом, переоборудование двигателей внутреннего сгорания на транспорте под газовый двигатель существенно экономит средства их владельцам по причине более низкой отпускной цены на такой вид топлива.

Устройство и принцип работы газобалонного автомобиля

Газозаправочная аппаратура на автомобиле

Карбюратор-смеситель

На автомобиле сжиженная пропан -бутановая смесь находится в стальных цельнотянутых (без сварных швов) баллонах, установленных на раме , под полом салона автобуса или в багажнике легкового автомобиля . Сжиженный газ находится в баллоне под давлением 16 атмосфер (балон рассчитан на максимальное давление 25 атмосфер).

Баллоны для сжиженного газа имеют унифицированный заправочный вентиль , предохранительный клапан (стравливает газ при высоком давлении, например при перегреве баллона), также имеется пробка из легкоплавкого сплава (не допустить взрыва баллона при пожаре, сбросить газ в атмосферу, чтобы он просто сгорел) вентиль контроля наполнения (баллон заполняется жидкой фазой только на 90 %, 10 % должна составлять паровая подушка) и два расходных вентиля - отбор в двигатель паровой фазы при запуске холодного двигателя и отбор жидкого топлива на прогретом двигателе. В баллоне установлен датчик уровня, устроенный аналогично датчику уровня в бензобаке (поплавок на рычаге и переменный резистор).

Баллоны для сжатого природного газа находятся на раме, под полом салона автобуса или на его крыше (на легковых автомобилях сжатый газ не применяется - очень мало места для громоздких и тяжёлых баллонов). Сжатый метан находится под давлением до 150 атмосфер. Несколько баллонов объединены в общую магистраль, имеется общий заправочный вентиль, каждый баллон также имеет собственный вентиль.

Газ из общей магистрали поступает в испаритель (подогреватель) - теплообменник , включен в систему жидкостного охлаждения, после прогрева двигателя газ подогревается (сжиженный газ испаряется) до температуры ≈75 °C . Далее газ проходит через магистральный фильтр.

Затем газ поступает в двухступенчатый газовый редуктор , где его давление снижается до рабочего.

Далее, газ поступает в смеситель (или в карбюратор-смеситель или в смесительную проставку под штатным карбюратором , определяется конструкцией топливной аппаратуры). Смесители устроены аналогично карбюраторам, имеют дроссельную и воздушную заслонку, систему холостого хода, систему работы на полной мощности и др.

Двигатели разделяются на:

специальные (или модифицированные), предназначенные только для работы на газе, бензин используется краткосрочно при неисправности газовой аппаратуры, когда нет возможности произвести ремонт на месте;
универсальные, рассчитанные на длительную работу как на газе, так и на бензине.

Бензобак и топливный насос на автомобилях с газовыми двигателями сохраняются.

В холодное время года запуск двигателя, работающего на сжиженном газе производится путём отбора паровой фазы , после прогрева испарителя происходит переключение на жидкую фазу.

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:

В 2003 году было проведено изменение внешнего вида, которое значительно повлияло на дальнейший стиль кузова. Аппаратная составляющая не подвергалась глубоким модификациям.
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:

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;
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;
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.

ДВИГАТЕЛИ ГАЗОВЫЕ , двигатели внутреннего сгорания, работающие на газообразном топливе (естественном или генераторном), которое, перемешиваясь с воздухом до поступления в рабочий цилиндр, образует горючую смесь.

Различая эти двигатели по роду потребляемого топлива, необходимо отметить громадное значение двигателей газовых, работающих на колошниковых газах доменного процесса, т. к., несмотря на сравнительную калориметрическую бедность этих газов, общее количество их тепловой энергии очень велико: в одной только Германии, по современным данным, выплавляется в год около 12 млн. т. чугуна, а так как потребление кокса составляет в среднем 1 тонну на каждую тонну чугуна, то выход колошникового газа в Германии достигает 45 млрд. м 3 в год. Двигатели газовые, работающие на колошниковых газах, не являются, конечно, исключительными потребителями этой огромной энергии, т. к. наряду с ними весьма большое распространение имеют и паросиловые установки, но в настоящее время двигатели газовые несомненно количественно преобладают, несмотря на весьма высокие первоначальные затраты.

Современная паровая турбина, благодаря очень высокой утилизации тепла, является серьезным конкурентом двигателей газовых, так как основное преимущество последних - высокий КПД - немногим превосходит КПД современной турбины. Выбор того или иного типа силового хозяйства м. б. решен лишь на основании реальных местных факторов. Своим развитием двигатели газовые обязаны тому, что для их работы могут быть использованы в качестве топлива различные сорта дешевых газов.

Двигатели газовые начинают появляться в России немногим позже, чем за границей. Пионером их применения явилась металлургическая промышленность юга России (Днепровский завод - 1902 г. и Петровский завод) и Урала (Надеждинский завод - 1904 г. и Кыштымский завод); металлургическая же промышленность и осталась главным потребителем этих машин. Подавляющее большинство двигателей газовых работает на колошниковом газе и имеет своим назначением обслуживание главным образом воздуходувок и генераторов переменного и постоянного тока. Общая мощность газовых двигателей, установленных до сих пор в СССР, (по данным проф. Д.Д. Филиппова) выражается величиной в 100000 НР.

Конструкция двигателей газовых за 30 лет ее развития нашла свои установившиеся формы, по крайней мере у старейших фирм. Так, MAN, Deutz, Thyssen, Korting, Krupp, Tosi, Societe Cockerille строят горизонтальные четырехтактные двигатели с цилиндрами двойного действия тендем; лишь три крупных фирмы (Guldner, Lokom.-u. Maschinenfabrik и National) применяют вертикальную конструкцию, ограничиваясь, впрочем, сравнительно небольшими мощностями. На фиг. 1 показана конструктивная схема двухтактного двигателя фирмы Maschinen-A.-G. v. Klein; поршни n, n охлаждаются водой; впуском в цилиндр управляют клапаны к, к; выпуском - продувочные окна о, о. Несмотря на ряд общеизвестных преимуществ вертикального типа (меньшее трение поршней, лучшее уравновешивание и т. д.), горизонтальная конструкция двигателей газовых получила почти исключительное распространение. Это объясняется тем, что условия эксплуатации двигателей газовых требуют частой переборки и чистки клапанов, и доступность частей в горизонтальных машинах значительно сокращает простой. Кроме того, твердые образования в продуктах горения и механические негорючие загрязнения газа, скопляясь в нижней части цилиндра, легче выдуваются выхлопными газами. Немаловажными преимуществами являются также возможность расположения горизонтальных двигателей в сравнительно низких помещениях и удобство общего наблюдения. Поэтому в настоящее время горизонтальные машины получили исключительную монополию на большие мощности.

Что касается преобладания четырехтактного типа машин, то это надо объяснить большей их экономичностью, ибо необходимая ровная, безвихревая продувка двухтактных двигателей далеко не всегда осуществляется, следствием чего является недостаточная очистка или утечка газа через выхлопные органы двигателя.

Современная конструкция в основном лишь немногим отличается от старой, тогда как детали претерпели в течение ряда лет весьма серьезные конструктивные изменения. Эти изменения имели целью достижение большей простоты и взаимозаменяемости деталей и были обусловлены соответственным выбором материала. Стальное литье для цилиндров не нашло себе применения вследствие сложности формы и больших тепловых удлинений стали. Напротив, поршни всех диаметров с большим успехом отливаются в настоящее время из стали. Следует, впрочем, отметить, что из стали отливают только т. н. нетрущиеся поршни, в то время как материалом для остальных служит чугун. Введение в обиход нетрущихся стальных поршней повлекло за собою усложнение обработки поршневых штоков. Оси последних придается форма, примерно соответствующая очертанию упругой линии нагруженного поршнем штока, подпертого с двух сторон ползунами. В монтированной машине такой гнутый шток прогибается под действием веса поршня и принимает прямолинейное очертание, предохраняя так. обр., поршень от соприкосновения со стенками цилиндра (трутся только уплотнительные кольца). Точное центрирование штока относительно оси цилиндра имеет большое значение для сохранения уплотнений в крышках цилиндров. Тигельную сталь, шедшую раньше на поделку поршневых штоков, удалось с успехом заменить более дешевой, тщательно прокованной мартеновской сталью. Переконструирована также и рама, отливаемая из нескольких частей. Для двигателей больших мощностей цилиндры (фиг. 2) отливаются разъемными по сечению АБ, с водяной рубашкой рр большой емкости. Материал – мягкий и вязкий чугун. В середину цилиндра загоняется букса б из твердого чугуна, могущая свободно расширяться в осевом направлении. Фирма Тиссен отливает неразъемные цилиндры и для больших мощностей.
Наиболее существенным усовершенствованием надо признать упразднение специального, отдельно приводимого в действие смесительного клапана. В новых конструкциях функции смесительных органов выполняют впускные клапаны; они же осуществляют и регулирование. Помимо упрощения и удешевления распределения и регулирования, это нововведение значительно упростило и ускорило процесс периодической чистки цилиндров; этому обстоятельству новая конструкция (фиг. 3) обязана своим всеобщим распространением.

В двигателях воздуходувок обычно имеется ручное регулирование, в противоположность газодинамо, где применяется автоматический регулятор. Причина заключается в различии постоянства нагрузки обоих видов двигателей. Число оборотов двигателей газовых большой мощности обычно невелико - около 100 об/м. Приведение клапанов в действие осуществляется при помощи горизонтального распределительного вала, получающего движение от коленчатого вала посредством промежуточного вала. Регулятор обычно помещается на распределительном или промежуточном валу, чаще всего посредине рамы, воздействуя на газораспределение при помощи так называемого регуляторного валика. Собственно привод клапанов осуществляется часто при помощи катящихся один по другому профилированных рычагов с перемещающимся мгновенным центром вращения. Весьма сильные клапанные пружины n, n (фиг. 4), применение которых вызывается наличием больших масс движущихся частей клапанов к и их приводов, создают серьезные затруднения при применении кулачкового распределения, а поэтому последняя конструкция применяется лишь в двигателях газовых малых мощностей. Значительное распространение имеют и эксцентриковые распределения, главн. образом в двигателях газовых больших мощностей.

Необходимое, с точки зрения газораспределения, перекрывание выхлопного и всасывающего клапанов дает возможность горячим выхлопным газам войти в соприкосновение со свежей смесью, следствием чего бывают взрывы в смесительных органах. Поэтому применение желательного, с точки зрения наилучшего перемешивания газа с воздухом, смесительного резервуара становится невозможным. Смесительная камера с (фиг. 5) должна помещаться в непосредственной близости от седла всасывающего клапана к и быть по возможности малых размеров, а подводящие газ и воздух каналы должны отделяться заслонкой. Желательно ставить предохранительные клапаны. Все двигатели газовые должны снабжаться действующими от руки заслонками на газопроводах до связанных с регулятором смесительных органов. Эти заслонки, не влияя непосредственно на смесеобразование, должны дать возможность машинисту приспособлять процесс смесеобразования к переменному режиму газогенератора и домны. Для подсчетов процесса образования смеси Гелленшмит рекомендует средние числа, приведенные в табл. 1. Регулирование представляет одну из характернейших особенностей этих двигателей.

Зажигание в тихоходных двигателях большой мощности применяется почти исключительно низкого напряжения, так называемого отрывного действия. В месте разрыва цепи проскакивает искра, весьма горячая даже при низких напряжениях, не превосходящих 100-150 V. Примером подобной конструкции может служить аппарат фирмы Роберт Бош (фиг. 6 и 7). Сидящий на распределительном валу в кулак к отклоняет при своем вращении рычаг р крестообразной формы. Этот рычаг заклинен на цапфе якоря я, помещенного между полюсами 2-х магнитов м, так что отклонение рычага генерирует электрический ток. Приведение рычага в первоначальное положение осуществляется двумя боковыми пружинами n. Крестообразный рычаг свободно связан длинной тягой m с отрывным патроном П, удлиненный конец которого, проникающий в камеру горения, действием особой пружины постоянно прижат к контакту К патрона (фиг. 7), изолированного от стенок цилиндра и соединенного проводом с источником тока. Т. о., в момент отклонения рычага, т. е. в момент генерирования тока, тяга поворачивает отрывной патрон вокруг его оси и, отведя его внутренний конец от контактного патрона, размыкает цепь. Проскакивающая искра воспламеняет смесь. Несмотря на ряд преимуществ описанной системы (надежность действия, простота запального аппарата, длинная и горячая искра), с ней успешно конкурирует зажигание высокого напряжения. Причина лежит в следующем. Для надежного воспламенения смеси ставят по 3-4 свечи с каждой стороны цилиндра, а необходимость синхронизации их работы делает установку зажигания низкого напряжения слишком сложной. В противоположность этому высокое напряжение дает возможность упростить как всю установку, так и коммутацию.

Повышение мощности газовых двигателей требовало весьма больших размеров цилиндра. Тиссен дошел до 1500x1500 мм; повышение числа оборотов выше 100 в мин. представлялось нецелесообразным в отношении электрических агрегатов.

Оставался один путь - повышение среднего индикаторного давления.

Тут наметились два различных метода: 1) использование способа так называемой наддувки, т. е. наполнения цилиндра смесью повышенного давления (этот метод представлял опасность взрывов во всасывающем газопроводе); 2) применение более тщательной очистки цилиндров от продуктов горения, для того чтобы заполнять свежей смесью не только объем, описываемый поршнем, но и камеру сжатия. Далее, наддувку представилось возможным применить в виде дополнительного нагнетания продувочного воздуха в цилиндр в период сжатия. Этот способ позволил увеличить коэффициент наполнения зарядки и тем поднять среднее индикаторное давление. Т. о. мощность удалось повысить на 25-30%. При этом оказалось необходимым увеличить объем камеры сжатия, т. к. в противном случае значительно возрастают усилия в двигателе, что сокращает срок его службы, а неизбежное повышение температуры процесса ведет к преждевременной вспышке.
Помимо существенного значения охлаждающего эффекта, производимого продувочным воздухом на стенки, что влечет за собой понижение температуры конца всасывания, описанный способ имеет еще ряд преимуществ: чистое содержание цилиндров улучшает горение и тем способствует повышению и равномерности термического КПД; механический КПД относительно улучшается; ход двигателя становится равномернее, что позволяет уменьшить вес маховика. На фиг. 8 представлены три нормальные диаграммы и им соответственные, снятые со слабой пружиной: I и I" - принадлежат нормальному двигателю, II и II" - машине с продувкой, III и III" - машине с продувкой и дутьем, т. е. нагнетанием продувочного воздуха после закрытия газового и воздушного каналов. Применяя продувочный воздух давлением в 1,25-1,30 atm, можно достигнуть увеличения наполнения на 25-30%. Действительное давление конца всасывания соответственно возрастает до 1,5 atm вместо обычных 0,95. Как видно из диаграмм, среднее индикаторное давление возрастает с 4,8 до 6,25 atm. Характерна конструкция клапана с тремя каналами (фиг. 9): по верхнему поступает продувочный воздух, по среднему - воздух для рабочей смеси, по нижнему - газ. Управление щелями а, б и в всех трех каналов достигается тремя цилиндрическими золотниками г, д и е, насаженными на стержень всасывающего клапана к. При закрытом всасывающем клапане канал а для сжатого воздуха полностью открыт и закрывается при подъеме клапана, когда открываются щели б и в для воздуха и газа. Регулирование при уменьшении хода происходит так, что сперва перекрывается дроссель з в канале для сжатого воздуха, так что двигатель работает без наддувки, а в дальнейшем происходит дросселирование газа и воздуха. Цилиндр фирмы Тиссен с подобными клапанами развивал 2750 НP при 97 об/мин. Характеристику возможностей, связанных с применением указанного метода, дает табл. 2.

Эти данные относятся к двухмесячному испытанию двух двигателей Тиссена, установленных на металлургическом заводе Феникс-Рурорт (Германия). Главные размеры цилиндров и число оборотов в минуту в обеих машинах были одинаковы (1300 х 1400 мм и n= 94), но одна из них была нормальным четырехтактным двигателем, другая же - повышенной мощности. Расходы на обслуживание, воду и смазку были одинаковы; расход тепла на 1 kWh второй машины был ниже. Заслуживает быть отмеченной весьма высокая средняя нагрузка.

Вопрос об использовании тепла отходящих газов возник как следствие появления машин повышенной мощности: в то время как обычные двигатели теряли с отходящими газами до 30-32% подведенного тепла, машины повышенной мощности теряли до 50-52%. Использование отработанных газов было особенно желательно вследствие их высокой температуры (700-750°С). Эта идея практически осуществилась в форме котлов, преимущественно типа дымогарных, отапливаем, отходящими газами. На фиг. 10 приведена схема подобного котла конструкции фирмы Тиссен.

Большие газовые двигатели повышенной мощности позволяют рассчитывать на 1 кг пара (давление до 10-14 atm при 350-450°С) с каждого эффективного силочаса, развиваемого двигателем. Используя этот пар в соответствующей машине, можно повысить термический КПД с 26-28 до 31-33%.

Охлаждающая вода также подлежит использованию: она может быть использована непосредственно на цели отопления или варки (в двигателе газовом температура воды, выходящей из водяной рубашки, доходит до 80-90°С), или с помощью маленького котла, сообщающегося с системой охлаждения, превращена в пар (до 3 atm - Тиссен), или, наконец, как то делает MAN, направлена в общий котел, отапливаемый отходящими газами. Термический КПД подобной паросиловой установки может быть доведен до 0,36, в предположении, что расход тепла при 70% нагрузки составляет лишь 2400 Cal на 1 силочас.

Исследование экономичности газосиловых установок дает следующие результаты (по данным Ф. Бартшерера).

1) Установки без использования тепла отходящих газов. При средней нагрузке в 86% и расходе, тепла в 3700 Cal на 1 kWh,

Учитывая расход энергии на приведение в действие ряда вспомогательных устройств (воздушных и водяных насосов и пр.), приведенный КПД η необходимо понизить. По произведенным измерениям, этот дополнительный расход выражается примерно в 7-8% от общего; поэтому η = 21,5%. 2) Установки с использованием тепла отходящих газов. В табл. 3 приведен примерный тепловой баланс упомянутого выше двигателя Тиссена.

Полагая среднюю паропроизводительность котла в 1,63 кг пара на каждый реально отдаваемый двигателем kWh, что соответственно равняется 1160 Cal, имеем при непосредственном использовании тепла (отопление, варка):

В случае потребления пара на генерирование тока можно, при пользовании турбодинамо с высокими давлениями, из упомянутых 1,63 кг пара получить 0,338 kWh. В этом случае расход пара в турбине будет равен 4,8 кг на один kWh, и

Практикуемое в настоящее время весьма высокое давление пара повысит КПД в данном случае до 31,5%, таким образом при 60 atm и 380°С выигрыш составит 10%.

Использование тепла охлаждающей воды, при наличии в системе охлаждения особого парообразовательного устройства, дает при 700 Cal с каждого kWh примерно 0,8-1,0 кг пара на kWh (см. табл. 4).

Для надежности работы двигателя давление пара в рубашке не поднимают выше 2 atm; поэтому пар м. б. использован только в ступени низкого давления турбины, где он разовьет около 0,1 kWh. Таким образом

Техника безопасности . Двигатели газовые должны быть установлены в отдельных специально для этого устроенных помещениях. Только при особых условиях работы допускается установка двигателей газовых в рабочих помещениях, но при обязательном отделении их решетками или перилами высотой не менее 1 м со сплошной зашивкой внизу на высоту не менее 18 см. Двигатели газовые должны устанавливаться на прочных фундаментах, не связанных со стенами здания; высота помещения должна быть не менее 4 м, а ширина и длина таковы, чтобы около двигателя или агрегата с ограждениями оставался свободный проход не менее 1 м шириной. Освещение д. б. достаточным для безопасного обслуживания двигателей газовых. Вентиляция должна обеспечить правильный приток чистого воздуха и температуру не свыше 26°С. Наинизшая температура д. б. не менее 10°С. Все ямы, углубления (например, для маховика), отверстия в полах и мостки в помещении двигателей газовых должны быть ограждены перилами в 1 м со сплошной зашивкой по низу высотой в 18 см. Если двигатели газовые имеет части, которые нельзя безопасно обслуживать с пола, то д. б. устроены площадки и лестницы с перилами высотой в 1 м и зашивкой по низу на 18 см. Проходы под канатами и ремнями должны быть перекрыты прочной и надежно укрепленной конструкцией. Все доступно расположенные движущиеся части двигателей газовых должны быть ограждены прочными решетками, перилами или футлярами. Отработанные газы двигателей газовых должны удаляться в атмосферу через достаточно высокую отводящую трубу (желательно выше конька крыш соседних зданий). Для уменьшения шума объем глушителя д. б. не менее пятикратного объема рабочего хода одного цилиндра; исключение допускается для глушителей специальной конструкции; самый глушитель должен располагаться снаружи вне помещения двигателей газовых. Выхлопные и отводящие трубы д. б. изолированы в пределах машинного отделения (опасность ожогов) и не должны соприкасаться с горючим материалом (пожарная опасность). Ряд мер имеет в виду предотвратить опасность от проникновения газа: 1) подводящая газ труба д. б. снабжена автоматическим запорным клапаном непосредственно на патрубке двигателя, 2) поршень, клапаны и сальники двигателей газовых должны быть достаточно плотны и 3) кроме нормального запорного клапана, должен иметься дополнительный, легко доступный, по возможности в помещении самого двигателя. Во избежание катастрофы от случайной остановки регулятора конструкция передачи к последнему должна обеспечивать надежность действия; поэтому не допускается передача ременная или шнуровая.

Одним из наиболее опасных моментов является пуск двигателя газового в ход. Для 4-тактных двигателей мощностью свыше 15 НP и 2-тактных свыше 25 НP должны устраиваться специальные автоматические пусковые приспособления (сжатым воздухом, отработанными газами, электричеством и т. п.). Для более мелких двигателей должны иметься ручные приспособления, обеспечивающие легкий и безопасный пуск их в ход. Ручная смазка, как безусловно опасная, д. б. заменена самодействующей для крейцкопфов, кривошипов, коленчатых валов, эксцентриков, направляющих и сальников.

Правила техники безопасности для газогенераторов - см.

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.