Газовые редукторы

Общие принципы устройства и работы редукторов. Автоматическое снижение и поддержание на выходе заданного давления газообразного топлива на всех режимах работы двигателя обеспечивают редукторы для автомобильных двигателей (редуцировать – снижать). Редукторы являются важнейшей, наиболее сложной и дорогостоящей (не считая баллонов для КПГ) составляющей ГБО, непосредственно влияющей на показатели работы двигателя и автомобиля. Существуют следующие разновидности автомобильных газовых редукторов:

одноступенчатые высокого давления;

двухступенчатые низкого давления;

трехступенчатые комбинированные высокого и низкого давления;

одноступенчатые низкого давления для впрыска.

Редукторы должны отвечать требованиям, перечисленным ниже:

• автоматически снижать давление газа в системе питания до заданного уровня при постоянно изменяющихся давлении и количестве газа в баллонах и изменяющихся режимах работы двигателя;

• обеспечивать подачу газа в широком диапазоне температур окружающего воздуха и газа в баллонах и различного агрегатного состояния газа;

• автоматически прекращать подачу газа в двигатель автомобиля при любой его остановке, в том числе не контролируемой водителем;

• иметь небольшие размеры и стоимость, окупаемую применением газа.

Для решения этих сложных задач применяют системы последовательного ступенчатого снижения давления (многоступенчатые редукторы). Для понижения давления компримированного природного газа с 20,0 МПа применяют трехступенчатые системы, а для газа сжиженного нефтяного с 1,6 МПа – двухступенчатые системы.

Рис. 8.18. Принципиальная схема одноступенчатого редуктора:

1 – крышка 1-й ступени; 2 – крышка пружины; 3 – пружина; 4 – шайбы мембраны; 5– полость 1-й ступени; 6– мембрана 1-й ступени; 7– канал выхода газа; 8– корпус полости подогрева; 9 – полость подогрева; 10 – канал выхода охлаждающей жидкости; 11 – канал входа охлаждающей жидкости; 12 – канал входа газа; 13 – клапан; 14 – корпус редуктора; 15 – рычаг; 16 – поводок

Принципиальная схема простейшего одноступенчатого газового редуктора мембранно-рычажного типа представлена на рис. 8.18. Редуктор состоит из корпуса 14 с крышкой 1, между которыми зажата эластичная мембрана 6, герметично разделяющая редуктор. В центре мембрана зажата шайбами 4, через которые проходит поводок 16 и на одну из которых опирается пружина 3. Усилие этой пружины регулируется положением крышки пружины 2. Мембрана 6 поводком 16 соединяется с рычагом 15, на котором крепится клапан 13. Рычаг поворачивается на оси, опора которой крепится на корпусе 14.

Газ поступает в редуктор во входной канал 12 через открытый усилием пружины 3 клапан 13. Равновесие сил, регулирующих положение клапана 13 и соответственно давление в камере (ступени) редуктора, поддерживается давлением газа на мембрану 6 и усилием пружины 3. Для подогрева редуктора служит герметичная полость 9, которая соединена с системой охлаждения двигателя.

В редукторе для ГСН подогрев необходим для интенсивного испарения сжиженного газа. Если редуктор понижает высокое давление компримированного природного газа, подогрев необходим для предотвращения замерзания влаги, присутствующей в газе.

Многоступенчатые редукторы имеют дополнительные камеры для дальнейшего снижения и регулировки давления газа.

В следующей ступени редуктора происходит дальнейшее снижение давления (рис. 8.19). Последняя ступень редуктора состоит из корпуса 12 с крышкой 1, между которыми зажата эластичная мембрана 2, герметично разделяющая редуктор. В центре мембрана зажата шайбами 4, через которые проходит поводок 3, соединенный с рычагом клапана. Рычаг поворачивается на оси, опора которой крепится на корпусе 12.

Положение клапана регулируется усилием пружины 16 с помощью крышки 17. Давление газа в камере зависит от усилия пружины 16, с одной стороны, и давления поступающего в канал 14 газа. Поступлению газа из выходного канала 13 способствует разрежение, которое образуется в диффузоре смесителя и карбюратора двигателя. При эксплуатации автомобиля может возникнуть не контролируемая водителем ситуация, когда зажигание остается включенным, а двигатель не работает или заглох. Если отсутствует устройство блокировки, то при включенном зажигании газ под давлением через открытый магистральный электромагнитный клапан будет продолжать поступать через редуктор в двигатель и затем, не сгорая в нем, в подкапотное пространство и другие полости. При наличии специального устройства этого не произойдет и клапан 15 будет герметично закрыт.

Такие пневматические устройства называются разгрузочными устройствами. Разгрузочное устройство образует в редукторе дополнительную изолированную полость, соединенную с впускным коллектором. Если двигатель не работает, пружина, расположенная в разгрузочном устройстве, через мембрану упирается в рычаг клапана ступени и закрывает таким образом поступление газа в полость этой ступени.

Рис. 83.19. Принципиальная схема 2-й ступени редуктора:

1 – крышка 2-й ступени; 2 – мембрана 2-й ступени; 3 – поводок мембраны 2-й ступени; 4 и 7 – шайбы мембраны; 5 – атмосферная полость; 6 – рычаг клапана 2-й ступени; 8– мембрана разгрузочного устройства; 9– полость разгрузочного устройства; 10 и 16 – пружины; 11 – патрубок; 12 – корпус редуктора; 13 – канал выхода газа; 14 – канал входа газа; 15 – клапан; 17 – крышка пружины

Разгрузочное устройство состоит из пружины 10, упирающейся в рычаг 6 через упорные шайбы 7, закрепленные на мембране 8. Мембрана 8 образует герметичную полость, соединенную через патрубок 11 с впускным коллектором.

При запуске двигателя разрежение из впускного коллектора передается в полость 9 разгрузочного устройства, мгновенно втягивая мембрану и сжимая пружину 10. Упор 7 опускается и освобождает (разгружает) перемещение рычага 6. Редукторы могут оснащаться дополнительными (байпасными) каналами, выполняющими функции пусковой системы и системы холостого хода.

Система холостого хода позволяет обеспечивать поступление малого количества газа и производить регулировку токсичности на холостом ходу.

Для блокировки подачи газа при неработающем двигателе не обязательно использовать разгрузочное устройство. На входе в редуктор или систему холостого хода достаточно установить дополнительный электромагнитный клапан. Клапан открывается специальным электронным блоком, как только на него поступит сигнал о запуске двигателя.

Длина и расположение рычагов клапанов, их форма и размер, диаметр мембран, усилие пружин существенно отличаются в различных редукторах и соответственно влияют на характеристики работы редукторов и их систем питания.

Редукторы высокого давления. Редукторы высокого давления устанавливаются в системах питания КПГ и предназначены для снижения высокого давления газа (20,0 МПа), поступающего из баллонов, до 1,0 МПа, а также для подогрева газа перед снижением давления. Во время редуцирования температура газа и всех деталей РИД резко снижается (эффект Джоуля–Томпсона) до -40 "С, и содержащиеся в газе примеси воды могут образовать кристаллы льда на фильтрующем элементе и каналах редуктора и стать препятствием при подаче газа в двигатель. Таким образом, при эксплуатации ГБА необходим эффективный подогрев газа перед снижением давления в редукторе, особенно в зимний период эксплуатации.

По принципу работы РВД близки к простейшему редуктору. Рассмотрим редуктор высокого давления РЗАА рычажно-мембранного типа (рис. 8.20), состоящий из следующих основных элементов: корпуса блока редуктора 6, корпуса клапана высокого давления 16 с расположенным в нем клапаном 5, мембраны 3 со штоком 17, пружины 2 мембраны, упора 12, болта регулировочного 21, колпака 19. Колпак крепится к корпусу блока шпильками 18 с гайками. В корпус блока редуктора б ввинчен также предохранительный клапан 8, сообщающий полость низкого давления редуктора с атмосферой при повышении давления газа в этой полости более 1,6 МПа. Для подогрева газа в корпусе блока редуктора предусмотрены два штуцера 11 для подвода и отвода охлаждающей жидкости двигателя.

Понижение давления газа в РВД происходит за счет его дросселирования при прохождении через зазор между седлом корпуса 16 и клапаном 5 и последующего расширения при попадании в камеру низкого давления (полость между мембраной 3 и корпусом блока).

При изменении режима работы двигателя и соответственно расхода газа происходит изменение проходного сечения РВД, которое образовано положением торца клапана 5 относительно седла корпуса 16. Клапан 5 перемещается вдоль оси корпуса 16.

В момент начала поступления газа в редуктор через входной штуцер 15 клапан 5 открыт под действием усилия пружины 2, которое передается на шток 17. Когда давление газа под мембраной 3 достигнет 1,0 МПа и уравновесит усилие пружины 2, клапан 5 закроется под действием пружины 13. В этом положении клапан 5 будет находиться, если открыт расходный вентиль на неработающем двигателе при давлении выше 1,0 МПа. Таким образом, перекрывается подача газа в полость низкого давления. При работе двигателя на различных режимах количество газа, проходящего через РВД, изменяется при сохранении постоянного давления (1,0...1,2 МПа) в полости низкого давления благодаря автоматическому поддержанию необходимого зазора между клапаном 5 и седлом корпуса 16. При увеличении расхода газа (при увеличении нагрузки на двигатель) усилие на мембрану 3 уменьшается, пружина 2 воздействует на шток 17 и клапан 5 опускается вниз. Зазор между клапаном 5 и седлом корпуса 16 увеличивается. При уменьшении расхода газа происходит обратный процесс изменения зазора между седлом и клапаном.

Регулировка давления в полости низкого давления осуществляется изменением усилия пружины 2 путем изменения положения упора пружины вращением регулировочного болта 21.

На входе в РВД установлен манометр высокого давления (до 25,0 МПа) и датчик давления ММ124Д, замыкающийся на «массу» при падении давления в рабочей полости редуктора до 0,45 МПа (на рисунке не показаны).

Предохранительный клапан 8 обеспечивает аварийный сброс газа в атмосферу. При увеличении давления в редукторе выше 1,6 МПа усилие давления газа в полости низкого давления преодолевает усилие пружины 9, клапан 8 открывается и газ через дренажное отверстие выходит из редуктора, предотвращая прорыв мембраны 3.

Для подогрева газа в редукторе охлаждающая жидкость из системы охлаждения циркулирует через штуцеры 11 в полости для подогрева.

Другой вариант конструкции РВД представлен ЗАО «Автосистема» (рис. 8.21).

Газ под давлением 20 МПа поступает в полость редуктора через входной канал 1 в открытое сечение между корпусом клапана 15 и его седлом 2. Поступая в полость под мембраной 10, газ расширяется и оказывает на нее давление. Мембрана перемещается вверх вместе с мембранным механизмом 11, который перемещает влево рычаг 12 клапана 15 и прижимает клапан к седлу. При достижении давления 1,0 МПа на неработающем двигателе клапан перекрывает подачу газа.

При постоянной подаче газа через РВД клапан 15 обеспечивает при давлении 1,0 МПа требуемый расход газа.

Рис. 8.20. Редуктор высокого давления РЗАА:

1 – упор пружины; 2 – пружина; 3 – мембрана; 4 – выходной штуцер; 5 – клапан высокого давления; б – корпус редуктора; 7 – вставка предохранительного клапана; 8 – предохранительный клапан; 9 – пружина предохранительного клапана; 10 – корпус предохранительного клапана; 11 – штуцера полости для теплоносителя; 12 – упор клапана высокого давления; 13 – пружина клапана высокого давления; 14 – фильтрующий элемент; 15 – штуцер входной; 16 – корпус клапана высокого давления; 17– шток мембраны; 18 – шпилька; 19 – колпак; 20 – контргайка; 21 – болт регулировочный

Рис. 8.21. Редуктор высокого давления ЗАО «Автосистема»:

1 – входной канал; 2 – корпус седла клапана; 3 – корпус клапана; 4 – крышка редуктора; 5 – дренажное отверстие; 6 – регулировочный винт; 7 – внутренняя пружина; 8 – наружная пружина; 9 – предохранительный клапан; 10 – мембрана; 11 – мембранный механизм клапана; 12 – рычаг клапана; 13 – выходной канал; 14 – штуцер подвода теплоносителя; 15 – клапан

Регулировка давления осуществляется только заменой наружной пружины 8 при разборке РВД.

Предохранительный клапан 9 обеспечивает аварийный сброс газа через дренажное отверстие 5 в атмосферу. Газ при повышении давления выше 1,6 МПа в полости под мембраной 10 преодолевает усилие внутренней пружины 7 и поступает в полость, сообщающуюся с атмосферой.

Регулировку давления срабатывания предохранительного клапана выполняют, изменяя усилие внутренней пружины 7 через дренажное отверстие 5.

Для подогрева газа в корпусе редуктора предусмотрены два штуцера 14 для подвода и отвода охлаждающей жидкости двигателя. Жидкость из системы охлаждения поступает через штуцер в полость для подогрева и затем выходит через другой штуцер (на рисунке он закрыт штуцером 14).

Редукторы низкого давления. Редукторы низкого давления применяются как в системах питания КПГ, так и в системах питания ГСН.

Редукторы мембранно-рычажного типа имеют две ступени, конструктивно объединенные в один узел. В первой ступени происходит предварительное снижение давления (от 0,15 до 0,04 МПа).

Если редуктор работает на сжиженном нефтяном газе, в нем одновременно со снижением давления газа происходит его испарение за счет теплоты, подводимой в герметичную полость, подсоединенную к системе охлаждения двигателя. При использовании РНД в системе питания КПГ нет необходимости подключать эту полость редуктора к системе охлаждения двигателя, так как газ во всей системе находится в газообразном состоянии. Затем газ поступает во 2-ю ступень редуктора, где происходит снижение давления до значений, близких к атмосферному. Редуктор поддерживает эти величины давления при различных режимах работы двигателя. Для обеспечения работы в режиме холостого хода могут использоваться системы холостого хода, выполненные как отдельные каналы подачи газа параллельно второй ступени. Управление подачей газа осуществляется за счет эжекции (всасывания) газа во впускной коллектор из выходного патрубка РНД, который изменяется при открытии или закрытии дроссельной заслонки карбюратора. Конструктивных отличий при использовании компримированного и сжиженного нефтяного газов практически нет. Встречаются конструкции, в которых редуктор высокого давления объединен с редуктором низкого давления в трехступенчатые редукторы, которые используются в системах питания КПГ.

Рис. 8.22. Редуктор низкого давления РЗАА:

а – конструкция; б – принципиальная схема работы с карбюратором-смесителем; 1 – крышка корпуса редуктора; 2, 4, 6, 13 и 28– прокладки; 3 – корпус разгрузочного устройства; 5 – крышка корпуса разгрузочного устройства; 7– корпус редуктора; 8– рычаг клапана 2-й ступени; 9 и 32– оси рычагов; 10, 37, 49 и 60 – контргайки; 11 – толкатель клапана 2-й ступени; 12 – регулировочный винт клапана 2-й ступени; 14 – отверстие мощностей регулировки; 15 – отверстие экономичной регулировки; 16 – канал подвода газа к клапану экономайзера; 17 – клапан; 18 – толкатель; 19 и 24 – пружины; 20 – замочная шайба; 21 – мембрана; 22 – диск мембраны; 23 – крышка экономайзера; 25– вакуумная полость экономайзера; 26– корпус экономайзера; 27 – газовая полость экономайзера; 29 – пластина с дозирующими отверстиями; 30– клапан 2-й ступени; 31– седло клапана 2-й ступени; 33 – рычаг клапана 1-й ступени; 34– пружина мембраны 1-й ступени; 35– регулировочная гайка; 36 – датчик давления 1-й ступени; 38 – шток мембраны 1-й ступени; 39 – верхняя крышка корпуса редуктора; 40 – диск мембраны 1-й ступени; 41 – соединительная тяга; 42 – мембрана 1-й ступени; 43 – регулировочный винт клапана 1-й ступени; 44 – клапан 1-й ступени; 45 – седло клапана 1-й ступени; 46 – корпус газового фильтра; 47 – фильтрующий элемент; 48 – пробка; 50 – полость 1-й ступени; 51 – полость разгрузочного устройства; 52– полость 2-й ступени; 53 – мембрана разгрузочного устройства; 54 – пружина разгрузочного устройства; 55 – мембрана 2-й ступени; 56 – упорные пластины мембраны 2-й ступени; 57 – диск мембраны 2-й ступени; 58– шток мембраны 2-й ступени; 59– регулировочный ниппель мембраны 2-й ступени; 61 – стержень штока мембраны 2-й ступени; 62– пружина; 63– опорная шайба; 64– колпачок; 65 – кран слива конденсата; 66– патрубок подвода разрежения; 67 и 68 – винты регулировки холостого хода; 69 – дроссельная заслонка; 70 – канал основной подачи газа; 71 – обратный клапан; 72 – патрубок подвода газа

Все автомобильные редукторы низкого давления имеют устройства для автоматического прекращения поступления газа при остановке двигателя. Это обеспечивает надежное перекрытие подачи газа, даже если двигатель прекратит работу, и пожарную безопасность ГБО.

Редуктор низкого давления производства РЗАА – двухступенчатый мембранно-рычажного типа. Крышка 1, корпус разгрузочного устройства 3, корпус редуктора 7, крышка корпуса экономайзера 23 и верхняя крышка корпуса редуктора 39 образуют внутренние полости 1-й и 2-й ступеней и разгрузочное устройство (рис. 8.22). Каждая ступень имеет свой клапан (44, 30), мембрану (42, 55), рычаг привода клапана (33, 8), пружину (24, 62). Разгрузочное устройство образовано его корпусом 3, крышкой 5 и мембраной 53. Пружина 54 внутри разгрузочного устройства воздействует на упор, соединенный с мембраной 2-й ступени 55, и далее с рычагом 8 клапана. Таким образом, на неработающем двигателе вход газа во 2-ю ступень закрыт.

Между корпусом экономайзера 26к корпусом редуктора /крепится пластина 29, имеющая два дозирующих отверстия 14 и 15, через которые газ поступает в экономайзер и затем по патрубку 72 в карбюратор-смеситель.

В корпусе экономайзера 26 находится клапан 17, перекрывающий канал подвода газа 16. Этот клапан удерживает в закрытом состоянии пружина 19. Вакуумная полость экономайзера 25, образуемая крышкой корпуса 23 и мембраной 21, служит для открытия клапана 17.

При неработающем двигателе давление в полости 50 1 -й ступени равно атмосферному и клапан 44 открыт под действием пружины 34. При запуске двигателя газ поступает в 1-ю ступень через фильтр 47.

Под действием давления в 1-й ступени перемещаются мембрана 42 и рычаг 33 вместе с клапаном 44. В результате образовавшегося разрежения мембрана 53 перемещается вверх, освобождая ход упорной пластины 56 и соединенного с ним штока 58, рычага 8 и клапана 30.

Под действием давления газа в 1-й ступени открывается клапан 30 и газ поступает в полость 2-й ступени, оказывая давление на мембрану 55. Газ поступает через отверстие 15 в полость экономайзера и далее по патрубку подвода газа – в карбюратор-смеситель.

В режиме минимальных оборотов холостого хода обратный клапан 71 закрыт, и газ поступает по каналам, регулируемым винтами 67 и 68. При увеличении нагрузки на двигатель дроссельная заслонка 69 открывается. Расход газа, поступающего через клапан 30, возрастает. Разрежение в вакуумной полости экономайзера 25 уменьшается, клапан 77 отрывает канал 16, и газ поступает через отверстие 14. Поток газа открывает клапан обратный 71, устремляясь в карбюратор-смеситель.

Регулировка давления в 1-й ступени выполняется изменением усилия пружины 34 при вращении регулировочной гайки 35. Регулировка давления во 2-й ступени выполняется изменением усилия ' пружины 62 при вращении регулировочного ниппеля 59. Ход штока 61 и соответственно клапана 30 регулируется винтом 12. Для контроля давления в 1-й ступени служит датчик 36. Указатель этого давления находится в кабине водителя. Испарение ГСН происходит вне редуктора в специальном испарителе.

Более простым по принципу работы и конструкции является редуктор-испаритель низкого давления, выпускаемый ЗАО «Автосистема». Несмотря на свою простоту и малые габаритные размеры, редукторы могут работать на легковых и грузовых автомобилях, а также на автобусах. Редуктор – двухступенчатый, без разгрузочного устройства (рис. 8.23).

К корпусу редуктора с обеих сторон винтами и шпильками крепятся крышки и мембраны, образуя пространство для камер 8 и 14 1-й и 2-й ступеней редуктора и полости теплоносителя 6.

В 1-й ступени установлен клапан 7, соединенный с мембраной 9. Для уравновешивания давления газа, поступающего в 1-ю ступень, с наружной стороны на мембране установлена торсионная пружина 19, усилие которой регулируется винтом 18.

Во 2-й ступени на оси крепится рычаг 16 клапана 13, соединенный с мембраной 15 этой ступени. В рычаг клапана с другой стороны упирается пружина 26, регулируемая винтом 25. Редуктор имеет канал холостого хода 20 с регулировочным винтом 21.

Для подогрева сжиженного нефтяного газа служит камера теплоносителя 6, соединенная с системой охлаждения штуцерами 1 и 2. Включение и отключение подачи газа на входе в редуктор выполняет электромагнитный клапан 4 по сигналу, поступающему от электронного блока.

При подаче напряжения на катушку электромагнитного клапана 4 (рис. 8.24) клапан открывается и газ поступает в камеру 1-й ступени. Сжиженный газ поступает через входной штуцер в камеру 1-й ступени снижения давления. Здесь происходит практически мгновенное его испарение за счет теплоты охлаждающей жидкости, циркулирующей в полости 3, поступающей в редуктор по входным штуцерам 6.

Автоматическое регулирование давления в этой камере осуществляется перемещением клапана 7 за счет результирующей силы давления газа и жесткости торсионной пружины 1, воздействующих на мембрану 8. Давление в 1-й ступени регулируется затяжкой торсионной пружины с помощью регулировочного винта 2. Испаренный газ поступает в камеру 2-й ступени 18 через клапан 14. Автоматическое регулирование необходимого давления в камере 2-й ступени осуществляется перемещением клапана 14, расположенным на рычаге 16, при воздействии на него мембраны 2-й ступени 75. Рычаг клапана 16 одновременно с мембраной 15 изменяют свое положение за счет результирующей силы с одной стороны пружины 11 и разрежения, образующегося при поступлении газа в двигатель. По мере открытия дроссельной заслонки карбюратора увеличивается расход воздуха через карбюратор и соответственно увеличивается разрежение в диффузорах карбюратора смесителя. Мембрана 75 втягивается внутрь редуктора, оказывая на рычаг 16 усилие, достаточное для преодоления усилия пружины 77, которая удерживает клапан 14. Таким образом, клапан 14 открывается и обеспечивает необходимое поступление газа с давлением, близким к атмосферному.

Газ выходит из редуктора через патрубок 13. Оптимальный расход газа через клапан и его давление во 2-й ступени устанавливаются подбором усилия, воздействующего на пружину 77, с помощью регулировочного винта 12.

В режиме холостого хода клапан 2-й ступени 14 закрыт, и газ поступает из полости 1-й ступени 9 во 2-ю через канал холостого хода, сечение которого регулируется винтом 10. Этот канал остается постоянно открытым и при открытии клапана 2-й ступени.

Благодаря торсионной пружине 7 редуктор имеет относительно малую толщину. Редукторы этого типа имеют большую пропускную способность, обеспечивая работу двигателей с рабочим объемом

Дата добавления: 2017-02-01