1.4 Двухтопливные универсальные системы с бензиновой и газовой системами впрыска
Двухтопливные универсальные системы с бензиновой и газовой системами впрыска в последнее время получают все большее распространение /33,34, 44. 59, 74. 75.94/(рис. 1.15).
Рис.
1.15 — Комплект системы газового впрыска СУГ ВГДС-ПБ-4«ФАВОРИТ» /48/
Этим системам свойственны, в общем, те же недостатки, что и двухтопливным универсальным системам с эжекционной бензиновой и газовой системами питания:
- нарушение работоспособности части системы, находящейся длительное время в выключенном состоянии, что ведет к снижению надежно-ста автомобилей /66/;
отрицательное проявление низкой скорости сгорания газовоздушной смеси на режимах работы с высокой частотой вращения коленчатого вала, что ведет к снижению ресурса двигателя и увеличению расхода топлива /21, 23,54/;
снижение эффекта экономии затрат на топливо при эксплуатации газобаллонного автомобиля в условиях низких температур и коротких поездках /86/.
Факторы снижения надежности ГБА с двухтопливной универсальной системой питания с бензиновой и газовой системами впрыска представлены на рисунке 1.16.
Особенно страдает от бездействия бензиновой системы питания ЭМФ. Анализ случаев отказов ЭМФ позволил сделать вывод о том, что ухудшение качества распыливания топлива и снижение производительности ЭМФ являются основными причинами нарушения их работоспособности в эксплуатации. Как правило, подобные нарушения работоспособности /31/ вызваны осмолен нем внутренних и наружных поверхностей ЭМФ.
При использовании нефтяных топлив в системе топливоподачи, во впускном тракте, картере и камере сгорания двигателя происходят процессы накапливания отложений. Характер отложений и интенсивность их накопления зависят от физико-химических свойств топлив и воздействия на них внешних факторов (температуры, давления, каталитического действия металлов и др.) /73/.
Бензины и дизельные топлива содержат значительное количество ненасыщенных углеводородов, которые легко окисляются в жидкой фазе.
Непредельные углеводороды с сопряженными двойными связями, а также олефины при температуре выше 80°С при окислении могут образовывать циклические и полимерные пероксиды /38/.Работа на газе
Работа на бензине
Высокая частота вращения KB
Низкая (для газа) степень сжатия
Принудительна еращенла кпапаке
Низкая скорость горения гаэоеоздушной смеси
Износ выпускных клапанов
ВоСыхамие элементов i зэсесй системи питания
±
Потеря герметичности редуктора, отклонение состава ТВС от требуемого
Отсутствие циркуляции топлива через ЭМФ
Потеря свойств ЭМФ (уменьшение проходного сечения, ухудшение качества раслыпнвания топлива)
ДВС с двухтопливной универсальной системой питания с бензиновой и газовой системами впрыска
* * * L, I I I КШМ J ГРМ ССм СПит СОхл СЗаж СПу
Бензиновая система питания
X
X
X
Бжссть ДЛЯ
Бензонасос
Топленый фильтр
Регулятор
Регулятор дявпения
БУс датчиками
t
Емкость для газа
Газовая система питания
1 1 Мэлетрэльный Элееттломао^ттные БУС Газсеьй ГазспроесйЬ' гээсвьй гамвье форсунки датчиками редуктор зпктрсклапан
Рисунок 1.16 - Факторы снижения надежности газобаллонных автомобилей с двухтопливной универсальной системой питания с бензиновой и газовой
системами впрыска
Окисление непредельных углеводородов обычно сопровождается образованием продуктов полимеризации - смолистых веществ /57/. Состав и строение самих смол не установлены, поскольку индивидуальные вещества трудно выделить из некристаллизующейся массы. О химическом составе смол, образующихся в бензине, можно ориентировочно судить по соотношению в них кислых и неомываемых продуктов. Так, в смолах, полученных выпариванием в стеклянной чашке, содержалось 85.5% кислот и около 13% неомываемых, т.е. значительную часть смол составляют кислоты, или связанные эфиры и лактоны /83/.
При длительном хранении бензинов и дизельных топлив в результате окисления образуются смолы, которые наряду с кислородом содержат серу и азот. Таким образом, в смолообразовании активно участвуют и первичные гстероорганические примеси, содержащиеся в топливе и превращающиеся под действием кислорода в смолистые вещества.На окисление бензинов (особенно авиационных) существенное влияние оказывает этиловая жидкость - тстраэтилсвинсц, В этилированных бензинах может происходить окислительный распад тстраэтилсвинца с образованием нерастворимых свиненсодержащих продуктов /85/.
Повышение температуры хранения топлив ускоряет их окисление и смолообразование. Так, бензины, хранимые в условиях жаркого климата, окисляются в 1.5-2 раза быстрее, чем в умеренном климате. При хранении бензина, содержащего компонент термического крекинга, в средней и южной климатических зонах количество смол в баках автомобилей за 1.5 мес составило соответственно 19 и 52 мг на 100 мл /83/.
Катализаторами, ускоряющими окисление бензинов и дизельных топлив при хранении, могут быть металлические поверхности резервуаров и трубопроводов, а также оксиды и соли, покрывающие эти поверхности. Ускорение окисления вызывается, кроме того, оксидами и солями металлов, которые могут находиться в топливах в виде тонколисперсной взвеси /26/.
На поверхностях элементов системы топливоподачи, соприкасающихся с жидким топливом (стенки топливных баков и трубопроводов, фильтры, топливные насосы и пр.), образуются смолистые отложения мазеобразной липкой консистенции. Количество отложений возрастает с повышением содержания смол в топливе и наличия в нем механических примесей.
Отложения, накапливаясь на стенках трубопроводов и фильтров, вызывают ухудшение прокачиваемости топлива; накопление отложений в агрегатах, дозирующих расход топлива (жиклерах, нагнетательной полости топливных насосов и пр.), ведет к изменению дозирования топлива и нарушению заданного состава горючей смеси /73/.
Применительно к рассматриваемой нами системе впрыска топлива двигателя ЗМЗ-4062, анализ статистических данных /19, 84/ по СТО г.
Омска показывает, что при соблюдении требований Руководства по эксплуатации /82/, отказов, связанных с загрязнением смолистыми отложениями топливных магистралей, фильтров очистки топлива, электробензонасоса, регулятора давления топлива не наблюдалось /49/. Однако на работу ЭМФ смолистые отложения оказывати значительное влияние, так как большинство отказов, связанных с засорением топливной системы, было вызвано именно отложениями на элементах ЭМФ (рисунок 1.17).В бензиновых двигателях топливо, попадая во впускной трубопровод, подвергается ускоренному окислению. Здесь благодаря действию воздуха, повышенной температуры и металла создаются благоприятные условия для окисления бензина, причем происходит энергичное радикально-цепное окисление не только углеводородной части бензина, но и ранее накопившихся смолистых веществ с образованием продуктов, не растворяющихся в бензине. Это относится ко всем типам бензиновых двигателей независимо от системы топливоподачи.
Даже в системе распределенного впрыска топлива пары бензина могут распространяться во впускном трубопроводе (например, после остановки двигателя или при работе ЭМФ в режиме попарно - параллельного впрыска, когда впрыск осуществляется двумя ЭМФ за половинное время). Отложения во впускном трубопроводе легко узнать по темному налету на внутренней поверхности алюминиевого впускного коллектора.
Все факторы, снижающие химическую стабильность бензинов, повышают также их склонность к отложениям во впускной системе, что иллюстрируется экспериментальными данными, приведенными в таблице 1.1 /26/.
Особенности расположения и работы ЭМФ в системе топливоподачи двигателя ЗМЗ-4062.10 обуславливают начичие дополнительных факторов влияния смолистых огтожений на работ\ .иппакин.
ЭМФ расположены в топливной рампе на впускном трубопроводе в непосредственной близости от впускных клапанов. Это приводит к повышенному температурному воздействию двигателя на элементы ЭМФ /35, 79/. В системе распределенного впрыска топлива двигателя ЗМЗ-4062.10 впрыск топлива ЭМФ осуществляется дискретно, то есть порциями, необходимыми для создания рабочей смеси при данных условиях работы двигателя.
Часть топлива, при каждом прекращении подачи ЭМФ, оседает на распылителе ЭМФ, подвергаясь при этом воздействиям повышенной температуры, каталитического действия металла распылителя, окисление кислородом воздуха. Это способствует интенсивному окислению углеводородов и смолистых веществ с образованием уплотненных, нерастворимых в бензине продуктов. Аналогичные процессы протекают и при остановке двигателя. При отложении смолистых продуктов на распылителе ЭМФ изменяются первоначальные параметры распыливания топлива, заданные заводом-изготовителем. Под распылом топлива понимается процесс распада струи, вытекающей из распыливающего устройства, на капли и дальнейшее дроб-ление этих капель на более мелкие. Средний диаметр капель, получаю-
щихся при распаде струи топлива, характеризует тонкость распыла. При распиливании должны быть обеспечены оптимальные размеры капель топлива. В двигателях с принудительным воспламенением стремятся к получению минимальных капель (для наиболее полного их испарения за минимальное время) /23,73/.
Топливо впрыскивается под высоким давлением (порядка 3,0 кг/см2), при этом для каждого цилиндра смесь приготавливается одной ЭМФ, что обуславливает малые геометрические размеры запорного клапана ЭМФ, что приводит к большему влиянию на пропускную способность пленки смолистых отложений.
Близкое расположение распылителей ЭМФ к впускным клапанам предъявляет повышенные требования к качеству распыливания топлива, так как время на гомогенизацию топливно-воздушной смеси минимальное для систем подачи топлива во впускной коллектор.
Для уменьшения отложений смолистых веществ необходимо применять кондиционные топлива и обеспечивать эффективную очистку воздуха и картерных газов. Для двигателей с высокотемпературным подогревом впускного тракта на частичных режимах работы необходимо исключить возможность образования застойных зон и обратных вихревых потоков горючей смеси в теплообменном устройстве. Эти устройства должны проектироваться с достаточным запасом по теплопроизводительности, необходимым для того, чтобы компенсировать возможное уменьшение подогрева из-за увеличения термического сопротивления стенок теплообменника вследствие накопления на них отложений /73/.
В сельских районах влияние на интенсивность смолообразования может оказывать топливо, долго хранящееся в емкостях.
Как правило, потребление топлива автотранспортом невелико, что сказывается на увеличении времени хранения топлива в емкостях на АЗС. Это приводит к окислению топлива. Увеличение содержания фактических смол в топливе приводит к увеличению интенсивности смолообразования в топливной системе. То есть, при эксплуатации автомобилей с двигателями ЗМЗ-4062.10 необходимо либо использовать качественный бензин, либо корректировать нормы периодичности проведения работ по очистке системы впрыска топлива /43, 67/.При длительных стоянках автомобиля топливо, находящееся в топливной системе не циркулирует. В этом случае происходит окисление топлива с образованием смолистых отложений на внутренних полостях топливной системы.
Топлива различного качества (бензин А-92, Аи-93, Аи-95) могут иметь в своем составе (до 0,1%) различные присадки - диспергенты. Дис-пергенты представляют собой поверхностно - активные вещества, препятствующие выделению твердой фазы при окислении нефтепродуктов или изменяющие структуру и свойства образующих смолистых продуктов в сторону уменьшения их коагуляции. Диспергенты удерживают смолистые продукты в коллоидном состоянии, препятствуя их укрупнению и оседанию. Механизм действия диспергентов основан на том, что они адсорбируются на поверхностях микрочастиц смолистых веществ (блокируют эти поверхности), исключая возможность образования более крупных конгла-мератов. Диспергенты применяют совместно с антиокислителями или подбирают соединения, обладающие одновременно антиокислительными и диспергирующими присадками. Такие обладающие комплексными свойствами присадки называют стабилизаторами-диспергептами. Введение диспергирующих присадок значительно улучшает работу системы топливоподачи двигателя (уменьшается количество отложений в топливных баках и фильтрах, толщина лаковой пленки, отлагающейся на поверхности игл распылителей форсунки, и т. п.). Промышленные диспергирующие присадки, как правило, являются многофункциональными - они улучшают противо-износные свойства топлив, снижают их коррозионную агрессивность, по-
1) вышают их химическую стабильность /73/.
На сегодняшний день широко распространены различные добавки к топливу для очистки топливной системы. Применение таких добавок основано па введение в топливо различных растворителей (ацетон, толуол и т.п.). Смолистые вещества под действием добавки растворяются в топливе и сгорают в двигателе. Однако данный метод обеспечения чистоты системы впрыска топлива может иметь отрицательные последствия. При использовании присадки для очистки топливной системы при сильном загрязнении смолистыми веществами, возможно отслоение кусочков смолистых веществ с внутренних поверхностей топливной системы. В случае появления достаточно крупных частиц (крупнее 30 мкм) возможно засорение встроенного фильтра ЭМФ и отказ ее. Также могут интенсивно засориться и топливные фильтры очистки топлива. Кроме того, применение некоторых растворителей, не прошедших сертификационные исследования, может привести к повреждению эластичной диафрагмы ретулятора давления топлива, попаданию топлива в картер двигателя, а также к попаданию топлива во впускной коллектор с последующим возгоранием.
Таким образом, особенностями смолообразования в системе питания двигателя являются:
Различный химический состав бензинов, условия хранения топлив, условия эксплуатации автомобилей приводят к различиям в интенсивности протекания процессов смолообразования в топливной системе.
Отложения смол на внутренних поверхностях топливопроводов и ЭМФ приводят к значительному изменению пропускной способности только ЭМФ, так как запорный клапан ЭМФ имеет малые геометрические размеры.
На распылителях ЭМФ образуются уплотненные, нерастворимые в бензине продукты окисления смолистых веществ. Образование этих продуктов происходит со значительной интенсивностью. Отложения на распылителе ЭМФ влияют на качество распыливания топлива, что вызывает изменения в нормальной работе двигателя.
Согласно работы Залознова И.П. /50/, проводившего исследования процесса загрязнения бензиновых ЭМФ при работе ДВС на бензине периодичность технического обслуживания ЭМФ (очистки) для автомобиля ГАЗ-3110 при эксплуатации составила 31800 км. А согласно работы Лисина В.А. /66/, проводившего исследования процесса загрязнения бензиновых ЭМФ при работе ДВС на газе, периодичность технического обслуживания ЭМФ (очистки) для автомобиля ГАЗ-3110 составила 14900 км.
Таким образом, при эксплуатации автомобиля оснащенного бензиновой системой впрыска на газе периодичность технического обслуживания (очистки) бензиновых ЭМФ сокращается более чем в двое.