Газовые двигатели семейств ЗИЛ и ГАЗ из-за высокой их унификации с соответствующими бензиновыми модификациями имеют один и тот же подогрев горючей смеси. Это сопровождается неоптимальными условиями смесеобразования в газовом двигателе, поэтому в перспективе целесообразно исключить подогрев горючей смеси в двигателях, работающих на газовом топливе.

Благодаря высокому октановому числу газовых топлив степень сжатия в газовых двигателях может быть увеличена на 25—40% по сравнению с бензиновыми модификациями. Высокая детонационная стойкость СПГ и хорошая его смешиваемость с воздухом позволяют заметно форсировать газовые двигатели по степени сжатия. Это обеспечивает увеличение мощности двигателя на СПГ на 12,5%. Одновременно с этим работа двигателя на СПГ сопровождается снижением шума на 7—8 дБ.

При работе двигателя на СНГ и СПГ оптимальный расход топлива наблюдается при более высоких коэффициентах избытка воздуха. Вместе с тем по мере обеднения горючей смеси скорость ее сгорания снижается. Для устранения этого недостатка устанавливают более ранний угол опережения зажигания.

При экономичных скоростях движения расход топлива (по массе) у газобаллонного автомобиля ЗИЛ-138 на 12—14% меньше, чем у базового бензинового автомобиля ЗИЛ-130. Расход топлива газобаллонным автомобилем ГАЗ-53-07 при движении по загородной дороге с асфальтобетонным покрытием на 4,6% меньше (по массе), а в городских условиях уже на 9,5% меньше по сравнению с базовой моделью ГАЭ-53А.

При движении в загородных условиях со скоростью 60 км/ч расход СПГ автомобилем ЭИЛ-138А (общей массой 10,5 т) составляет 20,1 кг/100 км. Это на 20% меньше по сравнению с расходом бензина в аналогичных условиях (24,0 кг/100 км). При движении автомобиля ЭИЛ-138А с прицепом (общей массой 14,7 т) расход СПГ составляет 27,8 кг/100 км, а на бензи-Не 29,0 кг/100 км. Экономия топлива составляет около 5%.

Расход топлива QT автомобилем ЗИЛ-1Э8А при работе на бензине и газе приведен на рис. 5.1.

Наиболее эффективным мероприятием для улучшения топливной экономичности автомобиля является повыщение степени сжатия двигателя. Для этого необходимо выполнять относительно несложную технологическую операцию как при производстве, так и в процессе его эксплуатации.

Из таблицы следует, что контрольный расход газа на 100 км пути при движении одиночного автомобиля с полной массой и постоянной скоростью 60 км/ч на прямой передаче при повышении степени сжатия снижается с 31,0 до 29,5 м3/100 км, т. е. почти на 5%. Приведенный контрольный расход топлива не является эксплуатационной нормой. Он характеризует лишь технический уровень конструкции и необходим для оценки технического состояния автомобиля при проведении сравнительных испытаний.

Масса снаряженного автомобиля ЭИЛ-138А на 780 кг больше снаряженной массы базового бензинового автомобиля ЗИЛ-130. Поэтому линейная норма расхода топлива для автомобиля при работе на бензине несколько больше по сравнению с базовой и составляет 32,5 л/100 км. Эксплуатационный расход газового топлива в весенне-осенний период находится в пределах 31,0… 34.5 м3/100 км. Средний эксплуатационный расход газа автомобилями ЭИЛ-138А в весенне-летне-осенний период составляет 32.6 м3/Ш0 км. В зимний период эксплуатации расход газа изменяется в пределах 32,2… 36,5 м3/100 км, а средний расход газа составляет 35,8 м3/100 км.

Токсичность отработавших газов при переводе двигателей на питание СНГ и СПГ заметно снижается. Уменьшается количество продуктов неполного сгорания окиси углерода (СО) и углеводородов (СН) в ОГ. Одновременно с этим несколько уменьшается и концентрация окислов азота (NOx) в связи с более низкой температурой рабочего цикла. Газовое топливо по сравнению с бензином имеет более широкие пределы воспламенения. Это позволяет на основных эксплуатационных режимах наиболее эффективно обеднить горючую смесь до коэффициента а= 1,30. Применение СПГ позволяет расширить предел устойчивой работы на бедных смесях до а=1,58 против а—1,37 на бензине. Поэтому применение СПГ в качестве моторного топлива обеспечивает существенное снижение выброса вредных веществ на единицу пути по основным контролируемым параметрам (СО в 2—4 раза, NOx в 1,2—2,0 и СН в 1,1 — 1,4 раза).

Газобаллонные автомобили средней грузоподъемности (например, ЗИЛ-130) при движении со скоростью 60 км/ч на 1 км пути выделяют 22 г СО; 3,6 г СН и 3,1 г NOx. Содержание СО в ОГ на установившихся режимах составляет 0,5—2,2% у ЗИЛ-130 и 0,1—0,6% у ЭИЛ-138А. Токсичность газового двигателя по основным компонентам соизмерима с токсичностью дизеля. При работе газового двигателя выброс СО и СН соответственно в 1,5 и 1,7 раза больше, чем у дизеля, а содержание NOx в 3 раза меньше. Это и определяет в целом меньшую суммарную токсичность ОГ по сравнению с дизельным двигателем.

Контролируют содержание СО в ОГ при работе двигателя на минимальной и повышенной частотах вращения коленчатого вала. Содержание СО в ОГ при работе двигателя автомобиля ЭИЛ-138А при минимальной частоте вращения коленчатого вала 600 мин-1 изменяется в пределах 0,35. . .0,85%. Допустимое содержание СО в ОГ — 1,50%. При работе двигателя с повышенной частотой вращения 1900 мин-1 содержание СО изменяется в пределах 0,25… 0,65%. Допустимое содержание СО в ОГ для данного режима не должно превышать 1%- Регулировка системы холостого хода при таком содержании СО обеспечивает удовлетворительные динамические и экономические качества автомобиля. Однако необходимо иметь в виду, что система холостого хода является одной из нестабильных систем. Поэтому при наработке 3 тыс. км содержание СО в ОГ на режимах минимальной частоты вращения коленчатого вала (600 мин-1) изменяется в пределах 0,9… 3,2%, а при повышенной частоте вращения (1900 мин-1) — в пределах 0,5—1,0%. Обычно для карбюраторов-смесителей К-91 потребность в регулировке появляется после наработки 10—12 тыс. км.

Пусковые качества автомобилей ЭИЛ-138А, ГАЭ-53-27 и АЗ-52-28 при работе на бензине не отличаются от пусковых качеств базовых бензиновых автомобилей семейств ЗИЛ и ГАЗ.

При использовании СНГ и СПГ газобаллонные автомобили по пусковым качествам несколько уступают бензиновым модификациям. Существует несколько причин. Некоторые из них при применении СНГ и СПГ связаны с более высокой температурой воспламенения горючей смеси, меньшей скоростью распространения фронта пламени, повышенной степенью сжатия. Другие причины связаны с конструкцией газовой аппаратуры, не обеспечивающей в момент пуска оптимальный процесс смесеобразования, топливоподачи и воспламенения горючей смеси. Например, ухудшение пусковых качеств двигателя частично связано с нарушением работы клапана второй ступени редуктора низкого давления вследствие его залипания.

Пусковые качества газобаллонных автомобилей, работающих на СНГ и СПГ, при положительной температуре окружающей среды практически не отличаются от бензиновых. Однако в условиях низких температур надежный пуск газобаллонных автомобилей на СНГ и СПГ является одной из серьезных проблем для работников автомобильного транспорта. При температуре окружающего воздуха до —5 °С эффективный пуск двигателя может осуществляться как на СНГ и СПГ, так и на бензине. Необходимо иметь в виду, что удовлетворительный пуск двигателя при температуре окружающего воздуха до —8 °С может быть достигнут уже только при правильной регулировке газовой аппаратуры в сочетании с достаточно надежной работой стартера. При более низких температурах (—10 °С) пуск газового двигателя вызывает затруднения. Поэтому в зимних условиях эксплуатации особое внимание необходимо уделить состоянию и эффективной работе теплорегулирующего комплекса двигателя. Этот комплекс включает в зависимости от назначения автомобиля и региональных условий эксплуатации набор простейших элементов и сложных устройств.

С целью улучшения пусковых качеств на двигателях автомобилей ЭИЛ-138А применена новая пусковая система, которая позволяет без дополнительных средств осуществить пуск холодного двигателя при температуре окружающей среды —10… …—15 °С. Время, затрачиваемое на подготовку и пуск двигателя, сокращается на 20—25 мин. Данная система внедрена на новых газобаллонных автомобилях семейства ЗИЛ.

Продолжительность разгона автомобиля без прицепа при работе на СП Г увеличивается на 25% по сравнению с работой на бензине. Для автопоезда при разгоне до 60 км/ч с места путем последовательного переключения передач эта разница достигает 35%. Это можно объяснить недостаточно эффективной работой обогатительных систем из-за инерционности подвижных элементов газового редуктора. При этом горючая смесь обедняется. Обеднение горючей смеси при резком открытии дроссельных заслонок не позволяет ей воспламеняться в связи с пропусками в ее зажигании. Для повышения скоростных качеств газобаллонных автомобилей необходимо обращать серьезное внимание на состояние второй ступени редуктора низкого давления. Мембрана его выполняет функции чувствительного элемента. Она реагирует на выходное давление и одновременно является силовым элементом, перемещающим клапан. Соответствующие регулировки позволяют устранить временную задержку в подаче газа при резком открытии дроссельных заслонок.

Одним из показателей оптимальности регулировки топливной аппаратуры двигателя, работающего на СПГ, и хорошего его технического состояния является минимально устойчивая скорость движения автомобиля на прямой передаче по горизонтальной дороге. При этом чем меньше значение этого показателя, тем более совершенна конструкция топливной аппаратуры.

Недостатком газобаллонных автомобилей является сравнительно высокая минимально устойчивая скорость движения, которая превышает в 1,7—2,1 раза этот показатель у автомобилей бензиновых модификаций.

Относительно высокая минимально устойчивая скорость движения у газобаллонных автомобилей может быть объяснена недостаточно четкой согласованностью работы системы холостого хода и главной дозирующей системы. Недостаток носит преимущественно конструктивный характер. Тщательная регулировка системы холостого хода и системы зажигания несколько снижает минимально устойчивую скорость. На практике высокая минимально устойчивая скорость вызывает ряд дополнительных трудностей. Они связаны с управлением газобаллонным автомобилем, маневрированием в условиях интенсивного городского Движения и вероятностью снижения безопасности дорожного Движения. Максимальная скорость движения одиночного автомобиля при работе на СПГ уменьшается на 3—5%. а автопоездов—на 12—15%.

Предельные углы преодолеваемых одиночными автомобилями и автопоездами при работе на СПГ подъемов уменьшаются на 30—40%. Газобаллонные автомобили не удовлетворяют требованиям соответствующего государственного стандарта по этому параметру.

Надежность газовой аппаратуры газобаллонных автомобилей, работающих на СНГ и СПГ, мала и предопределяет повышенное внимание к ней в связи с необходимостью обеспечения ее безопасной работы. Критерием надежной ее работы считают наработку до появления первого отказа, связанного часто с нарушением герметичности системы питания. Нарушение герметичности сопровождается утечкой газа, создает угрозу безопасной эксплуатации или даже прекращает транспортный процесс. Кроме того, при нарушении герметичности снижается мощность двигателя, увеличиваются расход топлива и выброс вредных веществ с ОГ, загазованность производственных помещений в процессе ТО и TP, происходит полное или частичное прекращение подачи топлива и, как следствие, затрудняется пуск двигателя.

Нарушение компонентного состава СНГ или СПГ может привести к преждевременному изнашиванию двигателя, а иногда и к разрушению его цилиндропоршневой группы. Вероятность детонации в этом случае повышается, а вместе с детонацией растет вероятность прогорания поршней двигателя.

Основные узлы и детали топливной аппаратуры имеют пока недостаточные ресурсы и эксплуатационную надежность. Средний ресурс наработки до первого отказа находится в пределах 9…22 тыс. км. Средняя наработка редуктора низкого давления до первого отказа равна 9 тыс. км, а карбюратора-смесителя (преимущественно из-за нарушения стабильности регулировки системы холостого хода) составляет 10 тыс. км, редуктора высокого давления — 12 тыс. км, газового фильтра— 16 тыс. км, трубопроводов высокого давления — 22 тыс. км. Недостаточная надежность газовой аппаратуры снижает на 5—6% коэффициент выпуска на линию газобаллонных автомобилей. Наиболее типичными отказами газовой аппаратуры являются нарушения регулировок газового редуктора низкого давления и карбюратора-смесителя, а также герметичности запорно-предохранительной аппаратуры. Особое внимание в эксплуатации следует уделять проверке технического состояния газопроводов высокого давления, для которых характерен обрыв в ниппельном соединении.

Отказы редуктора низкого давления связаны с нарушением внутренней (в первой ступени) и внешней (во второй ступени) негерметичности. Степень опасности этих отказов различна. Нарушение герметичности клапана первой ступени редуктора связано с повышением в ней давления после остановки двигателя. Его определяют по манометру низкого давления, размещенному в кабине водителя. В зависимости от качества СПГ эта неисправность наступает через 6—10 тыс. км. Она связана преимущественно с попаданием на рабочую поверхность клапана или его седла механических примесей. Нормальная работа второй ступени редуктора нарушается через 10—‘12 тыс. км. Это происходит из-за скопления на поверхности клапана и седла грязевого осадка и повреждения резинового уплотнителя. Данная неисправность сопровождается выходом газа через воздушный фильтр при неработающем двигателе. Она представляет собой повышенную опасность при ТО и TP, хранении или пребывании автомобилей в закрытых помещениях. Забоины и риски на клапане ликвидируют путем его притирки.

Характерными дефектами редуктора высокого давления являются прорыв диафрагмы и разрушение уплотнительной прокладки. Эти неисправности наступают при наработке 22,0 тыс. и 11,5 тыс. км соответственно.