Поколения ГБО: классификация газовых систем питания

03.02.2015 | ГБО

   Общаясь с клиентами, прибывшими на нашу станцию для ремонта газового оборудования, часто обращаешь внимание, что даже установщики ГБО не всегда имеют представление о том, что продают и устанавливают. На сегодня таких ситуаций уже гораздо меньше, поскольку самое популярное  сейчас ГБО 4 поколения теперь мало кто путает, но что касается предыдущих типов газового оборудования, то его идентификация часто вызывало улыбку. Происходило это потому, что первые  газовые системы имели модификации и дополнения к периферии, используемые для перевода различных двигателей на газ. Это давало повод относить каждое видоизменение простейшего первого поколения к следующему типу, в результате чего в классификации тех мастеров уже несколько лет назад имелось газобаллонное оборудование шестого, а то и седьмого поколения. Большой трагедии в этом несоответствии нет, тем более, что это вопрос терминологии и вкуса, но неудобством тут являются сложности в общении с клиентом или коллегой, когда приходится аргументировать, почему первое поколение у нас стоит столько же, сколько третье «там», или когда нужно осматривать автомобиль, чтобы понять, какую запчасть газового оборудования просит клиент. Разберем подробнее, из чего состоят и чем отличаются газовые системы. По типу применяемого топлива системы делятся на:

  • Пропан-бутановые (в основном говорят про пропан, но реально используется смесь двух газов). Это сжиженные нефтяной газ, получаемый как побочные продукт при производстве бензина. Пропорция составляющих газов этого топлива разная для лета и зимы, соответственно, как дизельное топливо на заправках продается летний (50% пропана и 50% бутана) и зимний (90% пропана и 10% бутана) вариант. Связано это с тем, что во всех газовых системах, кроме 5го поколения, топливный насос для подачи газа в двигатель, не используется, поскольку в широком диапазоне температур пропан-бутановая смесь сама по себе создает избыточное в баллоне, способное выталкивать газ по газовой магистрали. Но и здесь есть нюансы. Пропан имеет температуру кипения в -42гр.С, бутан -0,5гр,С. Это означает, что при температуре ниже минус 42 градусов пропан в баллоне не будет испаряться, создавая давление, способное поддерживать работу газового оборудования автомобиля. С бутаном это происходит уже при нуле градусов. Думаю, работоспособность автомобиля, когда за бортом за минус сорок, волнует не очень большое количество людей, но в случае, когда пропорция бутана в смеси завышена, сложности с использованием ГБО возникают уже при обычных для центра России морозах. Чаще всего это происходит в момент первых похолоданий, когда заправки еще не успели выработать имеющееся летнее топливо. Проявляется проблема как ощущение, что газ кончился: старые системы работают только на холостом ходу или низкой нагрузке, впрысковые же просто переключаются на бензин с характерным звуком и морганием лампочек на кнопке «газ-бензин». Никакой беды в этом нет. Просто нужно выработать весь газ, заправить зимним топливом, или просто периодически повышать давление в баллоне, закачивая в него воздух.
  • Метановые. Это сжатый природный газ (еще его называют компримированным), находящийся в баллоне под давлением до 200 атм. Как и пропан-бутановые системы (кроме ГБО 5 поколения), необходимости в топливном насосе нет. Соответственно внутреннему давлению, метановые газовые баллоны, топливные магистрали и редукторы имеют значительно более крепкий корпус. Строение системы после редуктора практически идентично пропан-бутановому оборудованию, потому классификация до 4го поколения также аналогична. Поскольку жидкая фаза в этом виде топлива при обычных условиях недоступна, понятие «5 поколение» также не применяется для этого вида газобаллонного оборудования

По типу подачи топлива можно выделить две группы:

  • Эжекторное газобаллонное оборудование. Это системы с центральным подводом газа, где используется эффект эжекции, т.е. увлечения газового топлива потоком воздуха. По аналогии с бензиновыми системами их можно сравнить с карбюраторными двигателями. Дозировка топлива (т.е. поддержание желаемого состава топливно-воздушной смеси) при такой работе производится механическим винтом состава на редукторе и винтом-дозатором на подающем шланге, который имеет два исполнения: механический для ГБО 1 поколения и электронный шаговый дозатор для 2 поколения. Газовое топливо здесь всегда подается в газовой фазе.
  • Инжекторное газобаллонное оборудование. Это уже распределенный впрыск, который характеризуется многоточечной подачей топлива под избыточным давлением к каждому цилиндру при помощи газовых форсунок (в газообразном для 3 и 4 поколений или жидком для 5го поколения виде) или через штатные бензиновые (только 5е поколение, применяемое для бензиновых двигателей с непосредственным впрыском GDI, FSI и т.д.).

Разберем строение и принцип работы поколений газовых систем: Повторюсь еще раз, разделяя метан от пропан-бутана, подвод газа от баллона к редуктору абсолютно идентичен для 1-4 поколений (т.е. внутри группы метана или пропан-бутана все, что установлено на а/м до моторного отсека, одинаково для всех четырех поколений). Для ГБО 5 поколения пропан-бутана в комплектацию системы включении еще топливный насос. Мы же рассмотрим варианты исполнения газового оборудования, размещенного в моторном отсеке автомобиля.

  • Первое поколение ГБО. Здесь нужно разделить системы, устанавливаемые на карбюраторные и инжекторные бензиновые двигатели. Разница заключается в типе редуктора (хотя можно обойти этот момент, установив вакуумный редуктор на впрысковый мотор и наоборот) и дополнительных комплектующих, необходимых для нормальной работы ГБО.
    • Вакуумный редуктор для установки на карбюраторные автомобили с механическим дозатором газа. Для отключения подачи бензина используется бензиновый клапан, устанавливаемый после бензонасоса. Сама подача газа перекрывается вакуумным приводом (отсюда и название) посредством трубки, идущей в задроссельное пространство (вакуумный клапан разгрузочной камеры). Есть разрежение – клапан открывается, нет – он закрыт. Смешивание газа и воздуха происходит при помощи так называемых смесителей, устанавливаемых перед дроссельной заслонкой (сверху или в средней части карбюратора), или путем врезки подающих штуцеров, устанавливаемых в самой узкой части карбюратора, где скорость воздуха максимальна, - в диффузоре (особо актуален это вариант на экзотических карбюраторах или когда нет подходящего смесителя).
    • Электронный редуктор для установки на инжекторные автомобили с механическим дозатором газа. Отключение подачи газа при неработающем двигателе или в положении «Бензин» реализуется здесь соленоидным клапаном, установленным на выходе редуктора (электронный клапан разгрузочной камеры), условием для открытия которого являются импульсы на катушке зажигания (иногда на генераторе) в положении «Газ» на переключателе. Для отключения подачи бензина эмулятор бензиновых форсунок, который имитирует при переключении на газ их сопротивление, чтобы бензиновая система управления двигателем не выдавала код неисправности по обрыву форсунок. Есть еще дополнительные устройства, способствующие нормальной работе двигателя на обоих видах топлива. Первый – эмулятор лямбда-зонда (он же датчик кислорода). При работе на газе бензиновая система не знает о смене типа топлива, продолжая регулировать топливно-воздушную смесь при наличии зонда. Соответственно, поскольку никакой точной регулировкой газовой системы 1го поколения попасть в стехиометрический состав смеси при наличии узкополосного датчика кислорода невозможно, есть только два возможных состояния: бедная или богатая смесь. Соответсвенно, если ничего не предпринимать (т.е. не ставить эмуляторы или не перепрошивать блок управления), будем иметь код неисправности по бедной/богатой смеси или низкой активности зонда (зависит от системы управления и , что более хлопотно, проблему при переключении с газа на бензин и, возможно, обратно (не забываем, что греть машину на бензине как минимум зимой все равно придется) в виде расколбаса на холостом ходу. Варианты альтернативных действий для исключения этого негативного эффекта – перепрошивка блока управления под газ/бензин или установка эмулятора МИКАС 7 или 11 (только для ГАЗов)
  • ГБО 2 поколения LovecoВторое поколение ГБО. Замечательная система, которую мы до сих пор вспоминаем с ностальгией. Ее появление было обусловлено появлением большого количества инжекторных двигателей, самой большой проблемой которых при использовании ГБО первого поколения стали хлопки во впускной коллектор. Причиной тому была очень грубая (и сильно зависящая от умения установщика ГБО и желания автовладельца периодически обслуживать свой автомобиль) настройка газового оборудования или неисправность штатной бензиновой системы или механики двигателя. Даже сегодня, когда хлопки во впуске практически устранены появлением впрыскового ГБО, их классическими причинами (даже на бензине) мы называем бедную смесь, неисправность системы зажигания или механики двигателя (фазы, клапана). Сам факт наличия длинного тракта подачи газового топлива (представьте длину пути газа от редуктора до впускного клапана) способствовал обеднению смеси при резком нажатии на педаль акселератора, что уже могло быть причиной провалов, граничащих с обеднением смеси и, как следствием, хлопками. Введение нового компонента газовой системы, быстро реагирующего на изменение в составе смеси, нагрузке на двигатель и его оборотов, дало возможность сильно улучшить работу газовой системы и отношения к ней со стороны потребителей. Теперь был добавлен электронный блок управления, который управлял электронным шаговым дозатором подачи газа, реагируя на изменение положения дроссельной заслонки, температуры двигателя и состава смеси по датчику кислорода. Таким образом, была реализована автоматическая подстройка состава смеси в режиме лямбда-регулировки, режиме ПХХ (принудительного холостого хода при сбросе газа), обогащения при прогреве и при резком нажатии на педаль газа. Усложнение системы, конечно, сказалось на цене переоборудования. Она выросла в полтора раза, хотя эта цена однозначно оправдывала себя: оборудование стало более экономично, улучшилась динамика автомобиля и практически ушли в прошлое воспламенения во впускном коллекторе («обратные хлопки»). Тем не менее, единодушия по поводу появления нового вида ГБО среди коллег на тот момент не было.  Помню фразу одного руководителя установочного центра, который на вопрос, почему они не ставят системы с лямбда-регулировкой (они же ГБО 2 поколения), отвечал «А зачем вы обманываете людей». Он просто не понимал, чем настолько лучше это оборудование при таком удорожании. В качестве примератакого оборудования можно привести систему Loveco от итальянской фирмы Lovato, схема которого показана ниже. Эта система уже не требовала эмулятора датчика кислорода, поскольку лямбда-регулировка происходила и при работе на газовом топливе. Эмулятор форсунок, как и смеситель, который на инжекторных двигателях чаще стал называться «хлопушкой», все еще используется, как и в ГБО 1 поколения.
  • Третье поколение ГБО. Системы, которые ставились в основном на автозаводах и мелькнули так быстро, что и рассказать о них особо нечего. Постоянный впрыск газа с механической дозировкой (поддержанием состава смеси на разных режимах), аналогом которого может быть механический бензиновый впрыск от Bosch: K-, Ke-Jetronic/Motronic. Газовые форсунки впрыскивали постоянно, а количество газа, выходящего из форсунки, регулировалось за счет изменения давления газа. Это был уже впрыск (т.е. подача газа под избыточным давлением по отношению к давлению во впускном коллекторе), причем распределенный (т.е. не центральный подвод газа, а точечный, по количеству цилиндров) обеспечивающий синхронную подачу газа с дозатором-распределителем, который управляется электронным блоком. Газ подавался во впускной коллектор с помощью механических форсунок, которые открывались за счет избыточного давления в магистрали подачи газа. С появлением следующего 4го поколения ГБО этот тип оборудования очень быстро исчез.
  • Четвертое поколение ГБО. Системы распределенного (т.е. не центрального как 1 и 2 поколения) последовательного впрыска газа (т.е. форсунки управляются согласно порядку зажигания, например 1-3-4-2, хотя вполне возможен вариант попарно-параллельного или даже одновременного газового впрыска) с электромагнитными форсунками (т.е. не механическими, как 3 поколение ГБО), которые управляются более совершенным электронным блоком. Основным аргументом для расчета состава смеси (реализуемого временем открытия газовых форсунок) является время впрыска бензиновой системы, получаемое блоком управления ГБО с бензиновых форсунок и корректируемое по показаниям дополнительных датчиков газовой системы: температуры редуктора и газа, давления в газовой магистрали и во впускном коллекторе. Сегодня это самое распространенное оборудование в связи с обилием инжекторных бензиновых автомобилей, для которых этот тип ГБО является оптимальным.
  • Пятое поколение ГБО. Это пока экзотика в силу своей дороговизны и отсутствия практики в массовой установке-настройке данного поколения газового оборудования. Единственным на сегодня аргументом в пользу установки именно этого типа ГБО является наличие непосредственного бензинового впрыска (GDI, FSI и т.д.): здесь подача газа через штатные бензиновые форсунки. В системах же с обычным впрыском (во впускной коллектор перед впускным клапаном) для подачи пропан-бутана используются газовые форсунки. Разницей в устройстве ГБО в сравнении с предыдущим поколением является подача пропан-бутановой смеси для впрыска в двигатель в жидкой фазе. С одной стороны, это создает необходимость использования топливного насоса, с другой делает систему независимой от температуры газа (нет необходимости прогревать охлаждающую жидкость двигателя, чтобы нагреть редуктор и перевести жидкую фазу газа в газообразную, как на ГБО с 1го по 4е поколения) и от пропорции пропана и бутана (летнее и зимнее топливо). Кроме того, плюсом данного типа является лучшая наполняемость цилиндров (ведь жидкая фаза более компактна по объему, чем газовая), а значит, большая мощность двигателя в сравнении с предыдущим поколением.

_____________________________________________________________________

tefko, февраль 2015. При использовании материалов ссылка на сайт обязательна