Поколения ГБО
Первое поколение газобаллонного оборудования автомобиля (ГБО)
Принцип работы первого поколения основан на регулировании давления газа поступающего из редуктора и последующей дозировке количества подаваемого газа механически. Эти системы устанавливали на два типа автомобилей: карбюраторные, инжекторные (моновпрысковые). В первом поколении ГБО используются как вакуумные, так и электронные газовые редукторы (без лямбда-зонда). Это — традиционные устройства со смесителем газа.
В комплект газобаллонного оборудования первого поколения входили как вакуумные, так и электрические редукторы с электронным управлением.
Она включает в себя редуктор, механический дозатор, клапаны с переключателем и смеситель. Редуктор используется для снижения давления газа перед подачей в цилиндры и перевода его из жидкой фазы в паровую (для пропана). Дозатор регулирует количество подаваемого газа. Смеситель служит для приготовления газовоздушной смеси. Его устанавливают непосредственно перед входом в карбюратор. Количество подаваемой в цилиндры смеси зависит только от степени разряжения во впускном коллекторе (вакуумное управление). Клапаны с переключателем предназначены для переключения "газ - бензин".
Сжиженный нефтяной газ (пропан-бутан) под давлением поступает из баллона (1) в газовую магистраль высокого давления (3). Расход газа из баллона происходит посредством мультиклапана (2), через который также осуществляется заправка с помощью выносного заправочного устройства (4). По магистрали газ в жидкой фазе попадает в газовый клапан - фильтр (5), который очищает газ от взвесей и смолистых отложений и перекрывает подачу газа при выключении зажигания или при переходе на бензин. Далее очищенный газ по трубопроводу поступает в двухступенчатый редуктор - испаритель (6). Там он переводится в паровую фазу и его давление понижается до близкого к атмосферному. Интенсивно испаряясь, газ охлаждает редуктор, поэтому последний присоединяется к системе водяного охлаждения двигателя. Циркуляция тосола позволяет избежать обмерзания редуктора и его мембран. Редуктор для пропана имеет сливное отверстие для конденсата. В метановых установках редуктор трехступенчатый, так как давление в них выше. Каждая ступень последовательно снижает давление газа до близкого к атмосферному. Под действием разряжения, создаваемого во впускном коллекторе работающего двигателя, газ из редуктора по шлангу низкого давления через дозатор (7) поступает в смеситель (8), установленный между воздушным фильтром и дроссельными заслонками карбюратора. Иногда вместо установки смесителя производится непосредственная врезка газовых штуцеров в карбюратор. Управление режимами работы (на газе или на бензине) осуществляется с помощью переключателя видов топлива (10), установленного на панели приборов. При выборе позиции "ГАЗ" переключатель открывает электромагнитный газовый клапан (5) и отключает электромагнитный бензиновый клапан (9). И, наоборот, при переходе с газа на бензин, переключатель закрывает газовый клапан и открывает бензиновый. С помощью светодиодов переключатель позволяет контролировать, какое топливо используется в данный момент. Переключатель может быть оснащен указателем уровня топлива в баллоне (для этого мультиклапан должен быть оснащен сенсором уровня топлива).
Все регулировки производятся вручную: холостой ход регулируется винтом на редукторе, а качество/количество смеси – винтом на дозаторе. Редуктора могут быть вакуумные или электронные. В первых используется диафрагма. Когда двигатель работает, создается разряжение, диафрагма оттягивается – редуктор подключается. Если двигатель заглушен, мембрана препятствует подаче газа в двигатель. В электронных положение запорного клапана зависит от наличия искры. Когда двигатель работает – есть высоковольтные импульсы, и клапан открыт.
Описанная система называется ГБО 1-го поколения или «газовый карбюратор». Она может применяться и на простых инжекторных двигателях без обратной связи (без датчика кислорода). При этом смеситель врезают во впускной трубопровод перед дроссельной заслонкой. Вместо бензоклапана для отсечения подачи бензина используется эмулятор форсунок. Когда подается газ, этот эмулятор имитирует работу бензиновых форсунок, чтобы штатный компьютер не перешел в аварийный режим. Для прекращения подачи бензина при работе на газу используется не переключатель с клапанами, а реле, обесточивающее электробензонасос. Отключение бензонасоса – способ спорный. Считается, что это не соответствует нормам безопасности, так как способствует «усыханию резинок» и потере герметичности системы питания.
Второе поколение ГБО
Системы второго поколения имеет в своем составе электрический редуктор и электронное дозирующее устройство, которое опирается на сигналы датчика содержания кислорода (лямбда-зонд) в выпускном коллекторе двигателя, датчика положения дроссельной заслонки (TPS — Throttle Position Sensor) и датчика частоты вращения коленвала (RPM). Газовый электронный блок управления (лямбда-контроллер) получает сигналы от указанных выше датчиков и поддерживает необходимый (стехиометрический) состав газо-воздушной смеси как на установившихся, так и на переходных режимах работы двигателя.
Главное – это применение не механического, а электронномеханического дозатора газа. Он имеет шаговый электродвигатель, который управляется собственным, независящим от штатного контроллера, электронным устройством (эмулятором лямбда-зонда). Получая сигналы от датчиков положения дроссельной заслонки, кислорода, оборотов коленвала это устройство регулирует поток газа в зависимости от режима работы двигателя. Таким образом, заметно повышается точность дозировки газовоздушной смеси, что снижает расход топлива улучшает ездовые характеристики. Редуктор применяется только электронный, также требуется эмулятор форсунок. Переключение между бензином и газом происходит автоматически – либо при достижении определенных оборотов двигателя, либо, в более «продвинутых» системах, еще и при достижении определенной температуры охлаждающей жидкости. В остальном устройство аппаратуры аналогично предыдущему. Описанная система называется ГБО 2-го поколения или ГБО с системой лямбда-контроля.
Первому и второму поколениям присущ один большой недостаток (второму – в меньшей степени). Так как смеситель в них устанавливается до дроссельных заслонок, то остатки газовой смеси во впускном тракте иногда воспламеняются. Возникает "хлопок", который наносит повреждения не только трубопроводу, но и разрушает недешевый датчик массового расхода воздуха. Разрушается и впускной коллектор, если он не стальной, а пластиковый. Для борьбы с этим явлением во впускной системе устанавливают обратный клапан, на сленге - "хлопушку".
Третье поколение ГБО
В системах газобаллонного оборудования третьего поколения электронный блок вместе с дозатором распределителем обеспечивает распределенный синхронный впрыск газа во впускной коллектор с помощью механических форсунок. Электронный блок опирается на сигналы датчика положения дроссельной заслонки (TPS), датчика содержания кислорода в выпускном коллекторе двигателя (лямбда-зонд), датчик частоты вращения коленвала (RPM), датчика абсолютного давления (MAP) и регулирует режим подачи газа.
Индивидуальная подача газа в каждый конкретный цилиндр осуществляется дозирующим устройством — газовым инжектором. Механические форсунки открываются за счет избыточного давления в магистрали подачи газа. Электронный блок ГБО третьего поколения создает собственные топливные карты и из-за особенностей конструкции шагового дозатора недостаточно оперативно корректирует состав газовоздушной смеси.
От ГБО 2- поколения она отличалась наличием механических форсунок и собственного блока управления, отсутствием смесителя. Параллельный впрыск газа осуществлялся во впускной коллектор непосредственно возле впускных клапанов, что снизило вероятность хлопков практически до нуля. Однако дозатор по-прежнему использовался электронномеханический, что не позволяло с достаточной скоростью корректировать смесь. Поэтому системы 3-го поколения удовлетворяли максимум требованиям Евро-2. Когда же вступили в силу нормы Евро-3, и появились системы 4-го поколения, третье поколение оказалось невостребованным.
Четвёртое поколение ГБО
Данная система, с помощью электромагнитных форсунок, обеспечивает распределенный последовательный или параллельного впрыска газа. Принцип действия этой системы отличается от предыдущих поколений.
Работа электромагнитных газовых форсунок корректируется при помощи газового блока управления (аналог штатного автомобильного электронного блока управления (ЭБУ) мотором). Газовый блок управления считывает сигналы (сгенерированные штатным ЭБУ) идущие на бензиновые форсунки и на их основе производит расчет сигналов для управления газовыми форсунками. Управление впрыском газа фактически осуществляется на основе сигналов штатного ЭБУ.
Газ из редуктора подается к газовым форсункам и впрыскивается непосредственно на впускные клапана двигателя.
Аппаратура 4-го поколения («газовый инжектор») устанавливается на автомобили, соответствующие нормам Евро-3 и выше (с двумя датчиками кислорода). Она обеспечивает распределенный впрыск газа. Управляет ее работой собственный блок управления, согласованно работающий с контроллером двигателя. Основываясь на сигналах, подаваемых на впрыск бензина, газовый ЭБУ формирует управляющий сигнал на газовые форсунки, а подачу импульсов на бензиновые блокирует. Для коррекции смесеобразования используются дополнительно устанавливаемые датчики: температуры газа, давления газа, температуры редуктора. В случае понижения давления газа до критического ЭБУ переводит работу двигателя на бензин.
В состав системы входят: электронный одноступенчатый редуктор (понижать давление нет необходимости, так как газ должен впрыскиваться под высоким давлением, и редуктор лишь переводит его из жидкой фазы в паровую), рампа с газовыми форсунками и жиклерами, газовый фильтр. Оборудование для работы на метане отличается баллоном и редуктором (в этой системе он двухступенчатый). Запуск двигателя производится всегда на бензине. Запуск на газе возможен, но это снижает срок службы диафрагмы редуктора и рекомендуется только, если не удается завестись на бензине. Переключение с бензина на газ происходит автоматически, после прогрева двигателя до определенной температуры (обычно 20-30 градусов). Когда газ заканчивается, система подает звуковой сигнал и автоматически переключается на бензин.
ГБО четвертого поколения полностью исключает хлопки во впускном тракте, а потому может устанавливаться на автомобили с пластиковыми впускными коллекторами и впускными системами с изменяемой геометрией. После установки ГБО необходимо провести корректировку угла опережения зажигания (особенно для метановых установок). Октановое число газа выше, сгорает он медленнее, поэтому для полного сгорания поджигать его нужно раньше. Выпускаются даже специальные "газовые" свечи зажигания, хотя их применение совсем не обязательно – стандартные будут работать не хуже. Для коррекции угла установки зажигания предназначено специальное электронное устройство – вариатор. Для ГБО 4 поколения доступен и чип-тюнинг, позволяющий привести расход газа и динамику машины к "бензиновому" уровню. По желанию владельца можно отрегулировать момент переключения с бензина на газ (понизить или повысить температуру переключения). Для продления срока службы редуктора и форсунок в системах ГБО 4 поколения специалисты рекомендуют устанавливать дополнительный газовый фильтр для защиты от мусора, нередко присутствующего в старых емкостях на заправках.
Пятое поколение ГБО
Отличительной особенностью пятого поколения автомобильного газобаллонного оборудования является то, что газ подается в цилиндры двигателя в жидком состоянии. Для этого система дополнительно оснащается газовым насосом, который заставляет циркулировать жидкий газ из баллона через систему топливных магистралей в рампу газовых форсунок и таким образом создает необходимое постоянное давление перед форсунками. Через клапан обратного давления газ возвращается в баллон.
Газовые электромагнитные форсунки подают газ в жидком состоянии. Также в таких системах возможна подача жидкого газа через бензиновые форсунки.
Газовый блок управления использует бензиновые топливные карты, заложенные в штатный ЭБУ, и вносит лишь необходимые поправки для адаптации к газу.
ГБО пятого поколения получило название «жидкий впрыск» - LPi (Liquid Propane injection). Его принципиальное отличие от всех предшествующих систем в том, что газ (только пропан-бутан) подается в цилиндры не в газообразном, а в жидком состоянии. Поэтому в конструкции отсутствует редуктор - испаритель и смеситель. Распределенный впрыск газа обеспечивается регулятором давления, газотопливными форсунками и газотопливным насосом, устанавливаемым в баллоне. Управляет работой всей системы штатный контроллер двигателя. Главные преимущества ГБО 5 поколения - "бензиновый" расход, отсутствие потери мощности, возможность запускать двигатель на газе даже при минусовых температурах. Однако есть и недостатки - высокая сложность, чувствительность к загрязненному газу, сложность ремонта. Эти обстоятельства весьма затрудняют использование такого ГБО на просторах стран СНГ.
Шестое поколение ГБО
Самое современное на сегодняшний день ГБО LPdi (Liquid Propane direct ingection) разработано специально для двигателей с непосредственным впрыском топлива. При этом газ в жидком состоянии впрыскивается через бензиновые форсунки. Аппаратура шестого поколения использует такой же баллон с насосом, который применяется в пятом поколении. Газовый насос создает небольшое давление, необходимое для подачи газа по топливопроводу.
Главный узел системы - FSU (fuel selection unit - узел выбора топлива) осуществляет выбор между бензином и газом. Жидкий газ и бензин поступают в модуль FSU, и оттуда выбранное топливо через насос высокого давления подается к форсункам. Двигатель может заводиться и работать только на газе. Бензин же может использоваться как вспомогательное топливо. Водитель всегда имеет возможность переключения между газом и бензином простым нажатием кнопки.
Система LPdi имеет несколько преимуществ. Она требует минимум обслуживания, так как нет необходимости в фильтрации газа в жидкой фазе. Из-за отсутствия редуктора-испарителя отпадает необходимость вмешательства в систему охлаждения. Непосредственный впрыск снижает расход топлива и выбросы углекислого газа, сохраняя соответствие нормам Euro 5.