Одной из первых по производству газовых двигателей стала фирма Катерпиллар. Сегодня фирмой модернизированы и выпускаются двигатели моделей G3300, G3400, G3500 и G3600. Для создания смеси газа с воздухом используется карбюраторная система и лишь в двигателях G3600 применяется электронная система смесеобразования. Схема подачи в двигатель газа и воздуха приведена на рис 16.2.
Карбюратор с миксером и заслонкой расположены за воздухоохладителем. Сжатый турбокомпрессором воздух охлаждается в воздухоохладителе и направляется в карбюратор, где, до того как попасть в двигатель, смешивается с газом и далее через заслонку и впускные клапаны поступает в двигатель.
Система подачи газа работает при давлениях 1,39 – 2,75 бар в зависимости от модели двигателя. Давление газа должно быть выше давления воздуха, создаваемого турбокомпрессором, чтобы воздух не препятствовал входу газа в карбюратор, где они должны смешиваться. Регулирование необходимого давления газа в зависимости от меняющегося давления наддувочного воздуха осуществляется в дифференциальном регуляторе давления (рис. 16.3)
Регулятор давления должен поддерживать положительную разницу между давлением газа перед карбюратором и давлением поступающего воздуха в пределах 1,0 -1,3 КПа.
Регулировочный клапан располагается в газовой магистрали между карбюратором — смесителем и дифференциальным регулятором давления. Функция клапана состоит в том, чтобы придать нелинейность изменению отношения воздух-топливо, которое приводит к обеднению смеси при увеличении нагрузки. Регулировочный клапан работает совместно с дифференциальным клапаном давления. Если первый выполняет свои функции в зоне высоких нагрузок, то второй — в зоне малых нагрузок. Увеличение дифференциального давления обогащает смесь, а уменьшение — ее обедняет. Открытие регулировочного клапана нагрузки обогащает смесь, закрытие ее обедняет.
Заслонка (рис 16.4), расположенная на пути смеси газа к цилиндрам двигателя, регулирует давление в магистрали. С его увеличением мощность двигателя растет. Практически ее функция сводится к тому, чтобы по аналогии с регулированием подачи топлива в ТНВД
дизелей, увеличивать или уменьшать подачу газа и развиваемую двигателем мощность.
Заслонка перепуска выхлопных газов (wastegate) перед ГТК служит цели регулирования мощности-производительности ГТК. Учитывая большой запас энергии выхлопных газов перед ГТК, при работе вблизи полных нагрузок заслонка открывается и перепускает часть газа напрямую в атмосферу, это предотвращает увеличение оборотов ГТК сверх предельно допустимых. При малых нагрузках, когда обороты ГТК снижаются вырабатывается недостаточно воздуха, заслонка закрывается и весь поток выхлопных газов направляется в турбину. Ее обороты и, соответственно, производительность компрессора растут, тем самым обеспечивая более полное сгорание топлива в рабочих цилиндрах.
Практические рекомендации
- Всякие нарушения в линии подвода наддувочного воздуха к заслонке wastegate могут привести к росту оборотов ГТК и максимальных давлений в рабочих цилиндрах. Это может отрицательно отразиться на надежности двигателя и его состоянии.
- Клапаны включения\выключения подачи газа открываются при пуске двигателя и закрываются при остановке. Когда клапаны закрыты при нормальной остановке, система зажигания остается некоторое время активной. Это позволяет газу покинуть топливную систему через клапан и сгореть, исключая таким образом проникновения газа в выхлопную систему. При аварийной остановке посредством аварийного останова система зажигания немедленно заземляется и перестает работать. Это может привести к проникновению несгоревшего газа в двигатель и в его выхлопную систему и взрыву.
Внимание: Всегда продувайте двигатель и выхлопную систему после аварийной остановки, чтобы избежать возможных взрывов накопившегося газа. Для этого проворачивайте двигатель при закрытом клапане остановки и выключенной системе зажигания.
Детонация
Детонационное сгорание проявляется в появлении звенящих металлических стуков, двигатель теряет мощность, давления в цилиндрах резко растут и это может привести к повреждениям цилиндро-поршневой группы.
Обычно детонационное сгорание появляется при работе двигателя на полных нагрузках, когда в цилиндрах возникают высокие давления и температуры. Это приводит самопроизволному раннему самовоспламенению газового топлива, резкому росту давлений и возникновению волн давлений, распространяющихся по камере сгорания и вызывающих характерные газодинамические колебания.
Наиболее вероятные причины:
- работа на высоких нагрузках, перегрев цилиндров в связи с высокойтемпературой охлаждающей воды;
- слабая искра в свечах зажигания;
- высокие температуры газовой смеси в связи с высокими температурами окружающего воздуха и плохой работой воздухоохладителя;
- богатая смесь «воздух-газ« сопровождаемые типичным для детонации звуком.
