Приобретая автомобиль, новый или бывший в употреблении, некоторые владельцы задумываются укомплектовать его газобаллонным оборудованием (ГБО). При этом, часть водителей автомобилей устанавливают ГБО хаотично, не изучая положительные и отрицательные стороны работы двигателя на газе. Другая часть устанавливает ГБО с целью экономии финансовых средств при эксплуатации машины на газе и используя бензин только для запуска двигателя. Определить преимущества и недостатки ГБО, его необходимость – это первая и важная задача перед установкой на автомобиль.
Виды газобаллонного оборудования и их особенности
Газобаллонное оборудование начали ставить в то время, когда еще массово эксплуатировались автомобили с карбюраторными двигателями. С этого момента началась активная газификация карбюраторных автомобилей установкой ГБО первого поколения, состоящего из редуктора, смесителя (испарителя), а также простого переключателя видов топлива.
С внедрением на автомобили инжекторных двигателей, усовершенствовали и газовое оборудование. Таким образом, появилось ГБО второго поколения, практически, не отличающаяся от первого. Подача газа осуществляется в это системе через специальный завихритель, изготовленный из алюминия и установленный на дроссельном узле перед дроссельной заслонкой. В устройстве завихрителя (камера смешения газа и воздуха) предусматривается легко подвижная заслонка, пропускающая смесь воздуха и газа в направлении к впускному коллектору, а в случае появления хлопка и обратной отдачи ударной волны газов она под действием силы тяжести закрывается, защищая датчик массового расхода воздуха от повреждения.
Проверка автомобилей с хлопушкой и без нее установила факт повреждения датчиков массового расхода воздуха. Скорость ударной волны настолько велика, что хлопушка не успевает закрыться, а закрытую дроссельную заслонку деформирует. В результате после одного двух сильных хлопков подлежит замене и датчик массового расхода воздуха, и дроссельный узел.
Неизбежность хлопков при использовании ГБО первого и второго поколения на инжекторных автомобилях объясняется наполнением достаточно большого объема в ресивере газовоздушной смеси и в случае сбоя системы зажигания смесь легко воспламеняется, сгорая с большой скоростью. Хлопок так же может возникнуть при включении зажигания, где проскакивает дежурная искра на свечах зажигания (автомобили Газель) и один из клапанов двигателя открыт. Вероятность хлопка возможна при движении автомобиля с принудительным холостым ходом. Например, автомобиль движется на спуске с принудительным холостым ходом, т.е. педаль газа не нажата. В это время система зажигания блокирует искру на свечах, но подача газовоздушной смеси не прекращается и заполняет ресивер. Как только водитель для ускорения приоткроет дроссельную заслонку педалью газа, а равно изменит сигнал с датчика положения дроссельной заслонки, появится искра между электродами свечи и вся накопленная газовая смесь в ресивере воспламенится с хлопком.
ГБО второго поколения
ГБО второго поколения продолжали модернизировать и внедрили электрический запорный клапан в редукторе. Он заместил вакуумный клапан, который срабатывал в зависимости от степени разрежения в впускном коллекторе. Теперь появилась возможность включения газа и отключения подачи бензина кнопкой, расположенной в салоне автомобиля.
Первое и второе поколение ГБО, установленное на инжекторном автомобиле имеет преимущество в цене, в отличие от более усовершенствованных в настоящее время газовых систем, но недостатком упрощенных систем является частые взрывы (хлопки) в впускном коллекторе.
Производители газового оборудования анализировали работу внедренной газовой системы на инжекторных автомобилях и продолжали усовершенствовать ее внедрением электронного дозатора топлива, представляющим собой шаговый двигатель. В зависимости от показаний кислородного датчика электронный дозатор топлива корректирует подачу газовой смеси. Внедрение этого устройства, автоматически корректирующего газовоздушную смесь, послужило развитию более сложной системы ГБО третьего поколения.
ГБО треьего поколения
Оборудование третьего поколения в комплектации уже имел свой блок управления, регулирующий подачу газового топлива и происходил сбор данных с большого количества датчиков, установленных на двигателе. Сигналы датчиков поступали в блок управления газом и блок, анализируя данные сигналов управлял в нужный момент газовыми форсунками.
ГБО третьего поколения не получило большого распространения. Главным минусом этой системы было требование подключения большого количества датчиков, а на разных автомобилях большинство их имели разные сигналы, как по напряжению, так и по частоте. Газовый блок управления не имел возможности адаптироваться на разные сигналы и не умел их обрабатывать. Кроме этого, дороговизна системы не получила широкого спроса среди автовладельцев.
ГБО 4 поколения
В настоящее время, практически все коммерческие автомобили (Газель, ВАЗ-2107 Каблук) оснащены газовым оборудованием четвертого поколения.
В конструкцию оборудования четвертого поколения входит газовый баллон, мультиклапан, заправочный клапан, редуктор, форсунки (электромагнитные клапаны), блок управления.
Система работает по аналогичному принципу, повторяя функционирование бензиновых форсунок. Газовоздушная смесь распределяется в рампе газовых форсунок и впрыск производится фазировано в каждый цилиндр, согласно порядку их работы (например, на двигателе ЗМЗ-405 порядок работы цилиндров 1342, а на УМЗ-4216 – 1243).
В ГБО четвертого поколения каждый узел выполняет свои конкретные функции. Блок управления управляет форсунками, обеспечивая правильную дозировку газа, редуктор контролирует давление газовой смеси, поддерживая его стабильное состояние.
В отличие от предшествующих газовых систем газобаллонное оборудование четвертого поколения имеет свои исключительные достоинства:
- стоимость оборудования доступна для приобретения владельцами автомобилей и окупается за короткий срок;
- увеличение КПД двигателя за счет высокой температуры газа при горении в цилиндрах;
- эксплуатация двигателя осуществляется также, как и на бензине, но по цене заправки газом;
- отсутствует потеря мощности при работе на газе;
- запуск двигателя осуществляется на бензине и автоматически при достижении заданной температуры охлаждающей жидкости переходит на газовое топливо;
- в случае отсутствия газа в баллоне автоматически система переходит с газа на бензин, предупреждая звуковым сигналом в салоне о завершении работы на газе;
- уменьшенный расход топлива в сравнении с предшественниками.
В ГБО четвертого поколения исключается образование хлопков во впускном коллекторе. Такое оборудование можно без риска разрушения монтировать на двигатели, имеющими ресиверы из пластика и впускные системы с переменной геометрией.
Своевременное обслуживание оборудования, замена фильтров, профилактические работы по редуктору увеличивает срок его работы.
На основе четвертого поколения работает система не только на пропане, но и на метане. Принцип управления подачей топлива аналогичен, при использовании пропана, но узлы (баллон, редуктор, форсунки, фильтры, блок управления) отличаются и не совместимы для работы на пропане. Такое различие объясняется использованием, в силу физических свойств, газообразного метана, закачиваемого в баллон под высоким давлением, около 220 атм, в то время как жидкого пропана давление в баллоне достигает 16 атм. Использование метана не находит широкого применения и связано это дороговизной комплектующих, расходных материалов, тяжелыми и сложными по конструкции баллонами.
Казалось бы, что на четвертом поколении достигнут успех и автомобилисты без особых нареканий эксплуатируют свои автомобили используя в качестве топлива пропан или метан. Хлопки на этом оборудовании прекратились, тяга автомобиля не изменилась в худшую сторону, расход в удовлетворительном состоянии. Но конструкторский мозг не дремлет и разрабатывает новую технологию эксплуатации автомобиля на газе, а именно газобаллонное оборудование пятого поколения.
ГБО пятого поколения
Усовершенствованная система подачи газа в цилиндры двигателя без использования редуктора. Пропан поступает на форсунки благодаря работе топливного насоса, устанавливаемого непосредственно в баллоне. Нет редуктора, а, следовательно, отсутствует необходимость обогревать его от системы охлаждения двигателя и вмешиваться в штатную систему охлаждения, делая врезку в трубопроводы. Важным в пятом поколении является использование газа в чистом виде, не обедняя ее воздухом, что и сохраняет мощность двигателя на уровне показателей при работе на бензине.
Слабым звеном в ГБО пятого поколения является его топливный насос. Возможно он не выдерживает давления внутри баллона, температуры или наличия примесей, содержащихся в пропане. Стоимость насоса достаточно велика и составляет ориентировочно две трети стоимости всего оборудования, а это уже не выгодно и нарушает стремление автомобилиста экономно расходовать финансовые средства, используя в виде топлива дешевый газ.
Существует еще один минус, который не так важен при использовании газа, это невозможность работы пятого поколения на метане. Система работает только на жидком топливе – пропане.
Популярность ГБО пятого поколения пока еще не завоевала среди автомобилистов своей высокой ценой, которая в три раза выше чем ГБО четвертого поколения, низкой доступностью комплектующих и отсутствием высококвалифицированных специалистов.
Будет не совсем корректно, если не перечислить основные положительные стороны пятого поколения, так как решение об установке на своем автомобиле принимает самостоятельно сам владелец транспортного средства:
- запуск двигателя осуществляется на газе и нет необходимости прогревать его на бензине;
- отсутствует газовый редуктор и сопутствующие его комплектующие;
- в системе охлаждения не производятся конструктивные изменения;
- магистрали выполнены из пластиковых труб высокого давления (не трескаются, не дубеют на морозе);
- нет потерь мощности и увеличения расхода газа.
ГБО шестого поколения
Производители разработали ГБО шестого
поколения, несмотря на еще низкий спрос пятого поколения. Система не сильно
отличается от пятого, но в ней уже реализован непосредственный впрыск газа в
цилиндры и отсутствуют газовые форсунки. Жидкий газ подается в блок замещения
топлива или Fuel Selection Unit (FSU). Блок врезан в магистраль подачи бензина
и в итоге он начинает работать по двум магистралям: бензиновой и газовой. Газ в
жидком состоянии по бензиновым магистралям, проходит через бензиновый насос
высокого давления и после выравнивания его параметров подается на бензиновые
форсунки, которые выполняют роль газовых.
Результаты использования газа
Владельцев автомобилей привлекает низкая цена газа, несмотря на увеличенный 10-15 процентный расход по отношению к бензину, но не всегда оправдывается окупаемость и выгода от его использования.
Двигатель внутреннего сгорания имеет в основном степень сжатия от 9 до 10 единиц и рассчитан для работы на бензине с максимальным октановым числом 98. Как уже известно, газ приравнивается к высоко октановому числу. Который варьируется в пределах 101 – 102 единиц. Коммерческие автомобили, в основном Газели используют бензин с октановым числом 92 и, соответственно, при эксплуатации двигателя на газе необходимо принимать меры для уменьшения возникающих очагов детонации в камере сгорания (вносить поправки в угол опережения зажигания). Необходимо также отметить, что температура горения газовой смеси в камере сгорания выше на два порядка по отношению к бензину, а, следовательно, материал клапанов должен выдерживать такую термическую нагрузку и выполняться из жаропрочной стали. Не является секретом, что двигатели ЗМЗ-405 (406) и Крайслер автомобиля Газель после 30-40 тыс. км пробега требуют производства ремонта ГБЦ, в части, касающихся замены прогоревших клапанов и направляющих втулок. Частое горение кромок клапанов или возникновение трещин на их тарелках объясняется высокой температурной нагрузкой на малые по массе и площади поверхности тарелок клапанов. Клапаны двигателя УМЗ того же автомобиля Газель практически не испытывают термической атаки от горения газовой смеси, в связи с их массивностью и большой площадью.
Учитывая термические нагрузки на детали газораспределительного механизма эксплуатация автомобиля на газе не желательна в городском плотном цикле, когда установлены светофоры, возникают пробки и другие обстоятельства, требующие часто менять режимы работы двигателя.
В отличие от бензина, смывающего со стенок цилиндров масляную пленку, газ наоборот создает благоприятные условия для движения поршневой группы. При длительной эксплуатации двигателя на газе, масло остается чистым и отсутствуют центры образования кокса.
Таким образом, устанавливать ГБО на автомобиль или эксплуатировать его только на бензине решает владелец самостоятельно, с учетом возможностей двигателя, условиям эксплуатации (вес перевозимых грузов, городской или смешанный цикл перевозок), количеству пробега автомобиля за месяц (при очень маленьких пробегах экономический эффект использования газа не оправдывается) и способности своевременно выполнять техническое обслуживание дополнительного оборудования.
