Дипломная работа: Производство газового оборудования для автомобилей и специфика перевода автомобилей на газовое топливо

Под бутаном подразумевается соединение углеводородов, которое содержит в основном углеводород С₄ , наивысшее давление пара которого при температуре 40 град.C составляет 4,9 бар и где имеется не более 2 мол-% углеводорода C₅ или более тяжелых углеводородов.

Плотность при температуре 15 град.C составляет обычно 580 кг/м³ .

Содержание серы <_ 50 мг/кг, предел содержания воды составляет <_200 мг/кг.

Полезная энергоемкость 45,7 МДж/кг (12,6 КВтч/кг).

Чистые жидкие газы не имеют запаха, бесцветные, к газам можно прибавлять ароматные вещества. Конденсированный жидкий газ существенно легче воды: 500-590 кг/м³ (+15 град.C). Плотность газа зависит от температуры. Возможную воду из цистерн хранения можно отделить через специальную систему отделения. По плотности газа можно приблизительно рассчитать состав жидкого газа.

В нормальном состоянии жидкие газы находятся в газообразном состоянии, но путем повышения давления их можно привести в жидкое состояние. При хранении жидкости в герметичных цистернах, где жидкость только частично заполняет резервуар, и там отсутствуют воздух и другие газы, в цистерне имеется определенное давление, которое называется давлением насыщенного пара. Давление зависит только от температуры и вещества, находящегося в цистерне. В случае отсутствия потребления из цистерны, по давлению и температуре можно примерно определить состав жидкого газа. Точки кипения: Пропан -42,2 град.C, Бутан -1 град.C

Жидкий газ применяют в виде пара. В случае транспортировки жидкого газа в виде жидкости, на месте потребления должна быть специальная установка для испарения газа. Для испарения жидкого газа потребуется тепловая энергия, необходимую температуру извлекают из самой жидкости. При испарении газа жидкость замораживается, между цистерной и окружающей средой возникает различие температур, и теплота переходит из окружающей среды в цистерну. При повышении потребления в окружающей среде должно содержаться больше теплоты. 1 кг жидкого бутана объемом около 1,7 л образует в нормальных условиях (абсолютное давление 1 бар, температура 0 град.C) газ объемом около 370 литров.1 кг жидкого пропана объемом около 1,9 л образует около 500 литров газа.

Область применения жидкого газа варьируется в больших пределах, но по опыту можно в общих чертах сказать, что способность испарения заполненного пропаном баллона весом 33 кг составляет летом 2 кг/час, а в зимнее время года – около 1 кг/час. Подземная цистерна объемом 9 м³ способна постоянно испарять около 18 кг/час.

В зимнее время года бутан нельзя использовать без внешнего испарителя. Такая ситуация знакома при использовании зажигалок, которые в холодное время необходимо согреть в руке, чтобы находящийся внутри газ испарился. При использовании смеси пропана-бутана давлением пара является сумма парциальных давлений. Зимой из этих цистерн и баллонов испаряется только пропан, а в цистерне остается бутан, который не испаряется.

При высоком потреблении газа потребуется специальный испаритель, однородное давление или неизменяемый состав газа. Об этом можно говорить тогда, когда используется смесь пропана и бутана. Жидкий газ поступает в испаритель в качестве жидкости, переход в испаритель происходит либо с помощью давления в цистерне, либо насосом. Необходимая температура испарителя обеспечивается при помощи электричества или при помощи возникающей в ходе процесса температуры.

Плотность газа (0 град.C, 1,0 бар): Пропан - 2,02 кг/м³ n , Бутан - 2,59 кг/м³ n

Относительная плотность (воздух=1) Пропан = 1,56 , Бутан =- 2,08

Испаренный жидкий газ тяжелее воздуха, таким образом, возможные утечки

Метан — это тот самый природный газ, который по магистральным газопроводам поступает в крупные города и сгорает в конфорках бытовых газовых плит. Так как запасы метана практически неограниченны, он очень дешев. В жидкую фазу метан переходит только при низких температурах около –160°С, поэтому его хранят в газообразном виде, но под очень высоким давлением — 200 атмосфер. Обычный стальной метановый баллон емкостью 50 литров, рассчитанный на такое давление, весит 100 кг Об оснащении такими баллонами легковых автомобилей раньше не могло быть и речи — на сжатом метане ездили только грузовики и автобусы. Но недавно появились облегченные металлопластиковые, или композитные, баллоны, что и сделало возможным проведение этого теста. В багажнике автомобиля монтируют сразу два баллона — металлопластиковый емкостью 35 л для метана и обычный стальной 50-литровый для сжиженного газа. Под капотом размещяют два редуктора именитой итальянской фирмы Lovato — один для метана, другой для пропан-бутана. Редукторы для метана тоже сложнее и дороже, нежели для сжиженного газа, — к двум ступеням понижения давления добавлена еще одна. Зато «метановому» редуктору не нужна пробка для слива конденсата.

На метане двигатель выбрасывает в атмосферу гораздо меньше окиси углерода СО и углеводородов

Второй вид моторного газообразного топлива распространен куда шире. Это пропан-бутановая смесь — сопутствующий газ, который получают при добыче и переработке нефти. Пропан-бутан можно хранить в сжиженном виде под давлением в 16 атмосфер, а стальной баллон емкостью 50—80 л, который вполне подойдет для обычного легкового автомобиля, весит не более 40—70 килограммов. В газовых баллонах, которые продают для питания плит в загородных домах, используется тот же сжиженный пропан-бутан.Как и дизельное топливо, пропан-бутановая смесь бывает летней и зимней, и вызвано это разделение тоже особенностями сезонной эксплуатации. Дело в том, что пропан испаряется при -45оС, а бутан — при -0,5оС. Летом смесь на 75% состоит из бутана, а на 25% — из пропана, и при низких температурах она просто не сможет перейти в газообразное состояние. Поэтому зимний состав пропан-бутановой смеси содержит 75% пропана и 25% бутана.

Запуск карбюраторного двигателя на газе возможен и при отрицательных температурах. Однако специалисты рекомендуют при температуре воздуха ниже +5оС пускать двигатель на бензине и переходить на газ спустя некоторое время. Кроме того, даже летом нужно давать двигателю хоть иногда поработать на бензине — для промывки карбюратора. Если этого периодически не делать, то его жиклеры забиваются смолами и грязью, которые неизбежно сопровождают плохо очищенный отечественный газ.

В соответствии с сезонной сортностью немного изменяется и антидетонационная стойкость газовой смеси. Пропан имеет октановое число 110, а бутан — 95, поэтому октановое число пропан-бутана может варьироваться от 99 до 106.

В настоящее время все западные автомобили оснащены каталитическими нейтрализаторами отработавших газов. Даже при работе на бензине нейтрализатор снижает выбросы СО и СН в 5 раз, а NOx — в 8 раз. И если питать «катализаторную» машину метаном при помощи впрыска, то она запросто сможет «уложиться» в строгие нормы Euro 2

1.3. Специфика газобалонного оборудования для автомобилей .

По принципу работы, применяемые в настоящее время газовые системы, можно разделить на четыре поколения:

• I поколение
  Механические системы с вакуумным управлением, которые устанавливают на бензиновые карбюраторные автомобили.
• II поколение
  Механические системы, дополненные электронным дозирующим устройством, работающим по принципу обратной связи с датчиком содержания кислорода (лямбда-зонд). Они устанавливаются на автомобили, оснащенные инжекторным двигателем и каталитическим нейтрализатором отработавших газов.
• III поколение
  Системы, обеспечивающие распределенный синхронный впрыск газа с дозатором-распределителем, который управляется электронным блоком. Газ подается во впускной коллектор с помощью механических форсунок, которые открываются за счет избыточного давления в магистрали подачи газа.
• IV поколение
  Системы распределенного последовательного впрыска газа с электромагнитными форсунками, которые управляются более совершенным электронным блоком. Как и в системе предыдущего поколения, газовые форсунки устанавливаются на коллекторе непосредственно у впускного клапана каждого цилиндра.

Системы первого и второго поколений имеют ряд недостатков, и не отвечают действующим в настоящее время стандартам ЕЭК ООН. Токсичность отработавших газов (ОГ) автомобилей, оснащенных такими системами, как правило, находится на уровне норм ЕВРО-1, которые действовали в Европе до 1996 года, и лишь в отдельных случаях приближаются к нормам ЕВРО-2. В связи с этим производители газового оборудования разработали системы третьего и четвертого поколений, которые находят все большее распространение.

Системы с распределенным впрыском газа конструктивно сложнее, а значит дороже. Вместе с этим, по сравнению с механическими системами они имеют ряд преимуществ:

• точное дозирование подачи газа;
• меньший расход топлива;
• снижение мощности двигателя только на 2-3% (у систем 1-2 поколений — 5-7%);
• снижение токсичности отработавших газов до норм ЕВРО-3 и ЕВРО-4;
• отсутствие режимов обеднения смеси, которые приводят к резкому повышению температуры впускных и выпускных клапанов и выходу их из строя;
• исключение «хлопков» — эффект возникающий при воспламенении топливной смеси во впускном коллекторе, разрушающий датчики массового расхода воздуха, корпуса воздушных фильтров и другие элементы.

Поэтому в Европе, особенно в последние годы, на серийные легковые автомобили, например Renault и Volvo устанавливают исключительно системы 4 поколения. Более того, большинство современных автомобилей, особенно с системой бортовой самодиагностики (OBD), могут быть оснащены только системами 4 поколения

Газобаллонное оборудование- это стандартная топливная система, установленная в автомобиле, и позволяющая его двигателю работать на газовом топливе. При этом автомобиль не утрачивает своих прежних характеристик, и без малейших затруднений возвращается к работе с бензином.

В последнее время возрос интерес автолюбителей к газу, способному заменить бензин.

Характер работы двигателя на газе по сравнению с двигателем, работающим на бензине остается тот же, если не считать небольшую потерю мощности и некоторое ухудшение динамики автомобиля при разгоне и на подъеме.

Газовую аппаратуру можно установить на машинах разных марок, если их конструкция позволяет разместить в багажнике баллон с газом.

Газобаллонные установки выпускают многие заводы в России, например, в Рязани, Санкт-Петербурге, Нижнем Тагиле, Перми, а также завод имени Малышева в Харькове (Украина) и в Новогрудске (Беларусь).

Продукция последнего с успехом конкурирует с аналогичными изделиями Болгарии, Румынии, Югославии, Испании и других стран.