Газовое оборудование для отечественных автомобилей

Петров А.Б., Трофимов Ю.В., Фролов Ю.Н. , Ширяев А.В.


Использование в качестве моторного топлива сжиженного нефтяного газа, производство газовых систем питания и оснащение ими легковых и грузовых автомобилей в последние 10 лет получили значительное развитие. Кроме механических систем с вакуумным управлением, которые широко распространены в России, разработаны и успешно используются новые, современные системы. Они адаптированы к двигателям, оснащенным электронной системой управления и трехкомпонентным нейтрализатором отработавших газов, и имеют лучшие экологические характеристики. В настоящей работе анализируются основные направления развития газовых систем питания (ГСП) и состояние рынка газового оборудования в Европе и России.

Классификация газовых систем питания

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 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.

Газовые системы в Европе

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 (см. рис.1) 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.



Рис. 1. Схема системы распределенного последовательного впрыска газа SGI фирмы AG Autogas Systems

1 - Электронный блок управления системы SGI; 2 - Топливная рампа; 3 -Электромагнитная форсунка ГСН; 4 - Выход испаренного газа; 5 - Вход жидкого газа; 6 -Редуктор-испаритель; 7 - Сигналы с ЭБУ бензиновой системы питания

Развитие новых, более совершенных газовых систем до последнего времени сдерживалось низкой надежностью используемых форсунок. Суть проблемы состояла в обеспечении впрыска требуемого количества газа в течение 2,5-3,5 мс. Плунжерные форсунки из-за их большой инерционности не обеспечивали такой скорости и работали ненадежно.

На разработку надежных форсунок для систем с распределенным последовательным впрыском газа потребовалось около 10 лет. Сейчас в электромагнитных форсунках используются три вида запирающих элементов: плоский, конусный, сферический. Форсунки можно классифицировать по типу материалов запирающих элементов:

·     металл-металл;

·     металл-витон;

·     пластик-резина.

К примеру, форсунки, используемые фирмой "Метринч" выполнены по технологии "металл-витон" и выгодно отличаются от других по скоростным качествам, герметичности и стоимости.

В таблице 1 представлен список основных фирм-производителей газового оборудования, которые разработали свои системы последовательного распределенного впрыска газа и используют в них электромагнитные форсунки.

Таблица 1. Список основных фирм-производителей инжекторного газового оборудования

Фирма производитель Название газовой системы питания
1 AG Autogas systems (TeleflexGFI Europe BV) SGI (Sequential Gas Injection)
2 Koltec-Necam GSI (Gaseous Sequential Injection)
3 Vialle LPI (Liquid Propane Injection)
4 BRC "Sequent"
5 Stargas "Polaris"
6 Bigas "Sequential Injection"

Как правило, фирмы, производящие газовые системы, используют детали и узлы, которые выпускаются сторонними производителями, расположенными как в Европе, так и вне ее (Франция, Люксембург, Италия, Китай, Тайвань и т.д.). Такая тактика позволяет гибко подходить к выбору комплектующих деталей и снизить общую стоимость системы. Экологические характеристики современных легковых автомобилей, оборудованных системой распределенного последовательного впрыска газа, показаны на рис. 2. Из них следует, что выбросы СН, СО и NOx в обоих случаях в несколько раз меньше нормативных. Различные значения выбросов вредных веществ автомобилей, оборудованных одинаковой ГСП, объясняются их зависимостью от конструктивных особенностей двигателя.



Рис. 2. Выбросы вредных веществ автомобилей, оборудованных системой распределенного впрыска газа при работе на газе сжиженном нефтяном (ГСН)

Наряду с производством ГСП, предназначенных для автопроизводителей, ряд фирм выпускает газовое оборудование для вторичного рынка. Оно, в основном, используется для дооснащения действующего парка, которое осуществляют различные специализированные фирмы и предприятия автосервиса. В Европе для этого используют в основном ГСП третьего и четвертого поколения. Устанавливают их и в России. Примером является газовая система питания, устанавливаемая на импортные автомобили и автомобили ВАЗ с 8-ми и 16-ти клапанными двигателями, созданная на фирме Koltec-Nicam. Её стоимость (без установки) составляет около 1000 евро.



Рис. 3. Схема системы распределенного синхронного впрыска газа EGI фирмы Koltec-Necam

1 - Электронный блок управления системы EGI; 2 - Диагностический разъем; 3 - Переключатель вида топлива со светодиодной индикацией; 4 - Механическая форсунка ГСН (регулятор нулевого давления); 5 - Реле; 6 - Электрический дозатор; 7 - Датчик давления во впускном коллекторе; 8 - Редуктор-испаритель; 9 - Магистральный электромагнитный клапан газа; 10 - Дозатор-распределитель; 11 - Датчик положения дроссельной заслонки; 12 -Датчик оборотов двигателя; 13 - Датчик концентрации кислорода


Российская специфика и задачи

В настоящее время в России серийно производится оборудование первого поколения и часть компонентов второго. Появились экспериментальные образцы систем третьего поколения. Наряду с этим в страну импортируется большое количество иностранного газового оборудования. В основном это дешевые итальянские ГСП первого и второго поколений. Системы третьего и четвертого поколения в России представлены голландскими производителями, причем чаще всего речь идет о системах ввезенных вместе с автомобилями.

Как уже отмечалось, установка на автомобили ГСП первого и второго поколений не дает экологического эффекта. В первом случае токсичность ОГ значительно превышает нормы ЕВРО-1, во втором, в лучшем случае, соответствует им. Аналогичный результат наблюдается даже в случае оборудования такими ГСП автомобилей, оснащенных электронной системой управления и трехкомпонентным нейтрализатором. Испытания автомобиля ВАЗ 21113, оснащенного ГСП второго поколения, проведенные совместно с МАДИ (ГТУ) и НАМИ, подтвердили это (см. рис.4).



Рис. 4. Выбросы автомобиля ВАЗ-21113 (испытания по ГОСТ Р 41.83-99)

По европейским нормам, все компоненты газовой системы питания, находящиеся под давлением, должны соответствовать стандарту 67R-01.

После установки ГСП на новые серийные автомобили они проходят сертификацию за счет производителей автомобиля в лабораториях государственных институтов — например, TNO в Нидерландах и UTAG во Франции, на соответствие требованиям ЕЭК ООН вместе с автомобилем.

Газовые системы питания, поступающие на вторичный рынок, сертификата на конкретный автомобиль не имеют. Поэтому после установки той или иной системы у дилера автомобиль проходит проверку в государственных органах дорожной полиции, которые определяют, соблюдены ли установленные требования при дооборудовании, и каким стандартам (Евро-2, Евро-3 или Евро-4) соответствует данный автомобиль с газовой системой питания. В техпаспорт автомобиля вносят соответствующую запись. Чем выше стандарт, тем меньше налог, выплачиваемый владельцем.

Важной особенностью отечественного рынка автомобильного газового оборудования является полное неприятие европейских норм по сертификации. Действующая в России система сертификации ГБО выводит эту задачу на уровень производителя оборудования, либо автомобиля. Такое положение препятствует поступлению на наш рынок газового оборудования ведущих западных фирм, и переводит весь газовый бизнес на полулегальное положение.

Кроме того, высокая стоимость газовых систем распределенного впрыска ограничивает уровень их продаж в России. Владельцы автомобилей предпочитают устанавливать более дешевые системы, не обращая внимания на их низкие экологические характеристики.

Следует также отметить, что некоторые узлы и компоненты европейских производителей абсолютно непригодны для применения в России из-за недостаточного качества отечественного ГСН.

Изложенное позволяет сделать следующий вывод — расширение парка ГБА позволит улучшить неблагоприятную экологическую ситуацию, сложившуюся в России. Для этого необходимо решить следующие задачи:

·     прекратить выпуск и импорт газовых систем первого поколения;

·     организовать производство современных газовых систем питания имеющих приемлемую стоимость, высокое качество и надежность и обеспечивающих токсичность ОГ в соответствии с нормами ЕВРО-2, а в перспективе ЕВРО-3 и ЕВРО-4, и оснащать ими новые, серийно выпускающиеся автомобили, и автомобили, находящиеся в эксплуатации;

·     упорядочить действующую систему сертификации ГБО и разрешить установку на автомобили импортных элементов ГСП при наличии европейского сертификата, подтверждающего соблюдение производителем стандарта 67R-01;

·     ввести в стране систему экологического стимулирования предприятий и владельцев, обеспечивающих перевод автомобилей на ГСН.

Источник информации
Опубликовано 19.10.2005