Исследования и экспериментальные работы показали практическую возможность создания газовых двигателей с впрыскиванием сжиженного газа непосредственно в цилиндр и воспламенением газо-воздушной смеси от сжатия, как и в базовом двигателе. По сравнению с дизельным топливом сжиженный газ имеет меньшие кинематическую вязкость и плотность, большие давление насыщенных паров и сжимаемость, что вызывает необходимость конструктивных изменений только в топливной системе двигателя.
Цикловую подачу сжиженного газа, эквивалентную по теплоте сгорания цикловой подаче дизельного топлива на номинальном режиме, определяют из условия что цикловые подачи сжиженного газа и дизельного топлива на номинальном режиме; Ян.г и Ян-низшая теплота сгорания сжиженного газа и дизельного топлива, Янг = 45-1-50 МДж/кг и Ян = 42 М Дж/кг.
Возможность базового топливного насоса обеспечить заданную подачу при впрыскивании сжиженного газа проверяют по формуле, где-необходимый диаметр плунжера для обеспечения заданной подачи при впрыскивании сжиженного газа; с1пл-диаметр плунжера топливного насоса; К-коэффициент запаса, К = = 1,2 4-1,4; рт и рг-плотности дизельного топлива и сжиженного газа; и коэффициенты подачи топливного насоса при работе на дизельном топливе и на сжиженном газе; к-ход плунжера при полной цикловой подаче дизельного топлива; кт - максимальный по условиям регулировки полезный ход плунжера.
В зависимости от физико-химических свойств сжиженного газа и дизельного топлива отношение величин, входящих в подкоренное выражение, меняется в следующих пределах.
Если при максимальном ходе кг плунжера, то следует заменить плунжерные пары топливного насоса на пары с большим диаметром плунжера. Необходимые диаметры плунжерных пар подсчитывают по приведенной выше формуле.
Объем сжиженного газа, впрыскиваемого в цилиндр за цикл, больше объема дизельного топлива.
В связи с этим следует определить необходимую суммарную площадь с распыливающих отверстий распылителя форсунки. При практических расчетах среднюю скорость истечения сжиженного газа принимают равной средней скорости истечения дизельного топлива (ууг — и>).
Из выражения для определения расхода сжиженного газа, где тв - продолжительность впрыскивания, тв = <р/ (6и), следует, что для сохранения неизменной суммарной площади распыливающих отверстий при впрыскивании сжиженного газа необходимо увеличить продолжительность впрыскивания тв, а для сохранения постоянной продолжительности впрыскивания надо увеличить /с.
Рациональные значения окончательно устанавливают в процессе доводки газовой модификации двигателя. Продолжительность впрыскивания сжиженного газа по сравнению с временем впрыскивания дизельного топлива несколько увеличивают, чтобы скорость нарастания давления газов в цилиндре не была чрезмерной. Этого достигают изменением давления начала впрыскивания иглы форсунки.
Для предотвращения повышенного износа плунжерных пар, нагнетательных клапанов и распылителей, обусловленного меньшей вязкостью сжиженного газа (равной примерно 3 10~5 м2/с, т.е. в 10-20 раз меньше кинематической вязкости дизельных топлив), в сжиженный газ вводят 5-10% моторного масла или дизельного топлива. Масло и дизельное топливо хорошо растворяются в сжиженном газе, образуя устойчивые смеси и улучшая тем самым воспламенение горючих смесей.
Сжиженный газ, просачивающийся через зазоры плунжерных пар, испаряется. Для соблюдения техники безопасности и предотвращения потерь газа необходимо предусмотреть отвод паров с помощью отсасывающего устройства во впускной трубопровод двигателя или в топливный бак.
Для предотвращения скорого ремонта автомобиля при изготовлении новых распылителей и плунжерных пар большего диаметра для повышения износостойкости хромируют, азотируют их поверхности или применяют другие технологические средства. В плунжерных парах целесообразно, как это делается в насосах многотопливных двигателей, подводить смазочное масло к плунжеру и отводить просачивающееся топливо (газ) во всасывающую полость топливного насоса.
При использовании сжиженного газа в магистралях топливной системы возможно образование паровоздушных пробок, что нарушает ее нормальную работу. Возникновению паровоздушных пробок способствуют относительно высокие температуры узлов системы; так, например, при нормальном режиме работы двигателя топливные насосы могут нагреваться до температуры 50-90°С и выше. Благоприятные условия для образования паровоздушных пробок имеются на входе в питающий канал топливного насоса или во впускном окне плунжерной втулки в зависимости от соотношения площадей рассматриваемых проходных сечений. Возникновение паровоздушных пробок можно предотвратить путем охлаждения сжиженного газа или создания в любом сечении магистрали до насоса такого давления, которое превышает давление насыщенных паров сжиженного газа.
Для понижения температуры сжиженного газа охлаждают трубопровод низкого давления непосредственно перед топливным насосом высокого давления. В качестве холодильного агента используют сжиженный газ. На рисунке показана схема топливной системы для впрыскивания сжиженного газа с вводом в него дизельного топлива и охлаждением сжиженного газа. Количество сжиженного газа, необходимого для охлаждения трубопровода, регулируется клапаном. Из охладителя газ поступает во впускной трубопровод двигателя.
Для создания требуемого давления используют два подкачивающих насоса, один из которых устанавливают вблизи топливного насоса высокого давления, другой-непосредственно около расходного бака со сжиженным газом или в самом баке. Давление подкачки должно быть равно сумме давления насыщенных паров и падения давления вследствие преодоления гидравлических сопротивлений в линии низкого давления. На двигателях оно превышает давление насыщенных паров сжиженного газа не менее чем на 0,15-0,2 МПа.
Если по соображениям пожарной безопасности используется сжатие сжиженного газа в расходном баке (причем давление на 0,03-0,05 МПа выше давления насыщенных паров) инертным газом или сжатым воздухом, то применяют только один подкачивающий насос, устанавливаемый вблизи ТНВД.
