Устройство, монтаж, техническое обслуживание и ремонт газобаллонного оборудования транспортно-технологических машин

 
 
 
 
Н. В. Сергеев, В. П. Шоколов 
 
 
 
 
 
 
 
УСТРОЙСТВО, МОНТАЖ,  
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ И РЕМОНТ  
ГАЗОБАЛЛОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ  
ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН  
  
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2022 
 
1 
 

 
 
УДК 621.43:629.113 
ББК 39.3 
С32 
 
 
Рецензент: 
канд. техн. наук, доцент кафедры ЭА и ТТП АЧИИ ДонГАУ  
Н. Н. Николаев 
 
 
 
 
 
 
 
 
Сергеев, Н. В. 
С32   
Устройство, монтаж, техническое обслуживание и ремонт газобаллонного оборудования транспортно-технологических машин : учебное 
пособие / Н. В. Сергеев, В. П. Шоколов. – Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2022. – 348 с. : ил., табл.  
ISBN 978-5-9729-0986-5 
 
Описаны устройство и монтаж газобаллонных установок с карбюраторными и инжекторными двигателями для эксплуатации на сжиженном нефтяном, а также на сжиженном и сжатом природном газе, техническое обслуживание и ремонт газобаллонного оборудования транспортно-технологических машин.  
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 23.00.00 «Техника и технологии наземного транспорта». Может быть полезно инженерам. 
 
 
УДК 621.43:629.113 
ББК 39.3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-0986-5 
” Сергеев Н. В., Шоколов В. П., 2022 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
2 
 

 
 
СОДЕРЖАНИЕ 
 
ВВЕДЕНИЕ 
............................................................................................................... 6 
 
 
ГЛАВА 1. ВИДЫ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЗОВ,   
ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА  
ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 
....................................................... 8 
 
1.1. Виды газов как топливо для автомобильных двигателей ........................ 8 
1.2. Физико-химические и эксплуатационные свойства  
газообразных топлив 
............................................................................................... 11 
 
ГЛАВА 2. УСТРОЙСТВО И РАБОТА ГАЗОВЫХ ТОПЛИВНЫХ 
СИСТЕМ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 
.................. 20 
 
2.1. Этапы развития газовых топливных систем двигателей ....................... 20 
2.2. Газовые топливные системы для карбюраторных двигателей,  
работающих на сжиженном нефтяном газе (СНГ) .............................................. 27 
2.3. Газотопливные системы для карбюраторных двигателей,  
работающих на компримированном (сжатом) природном газе (КПГ) 
.............. 72 
2.4. Газотопливные системы для карбюраторных двигателей,  
работающих на сжиженном природном газе (СПГ) ............................................ 82 
2.5. Газовые топливные системы для дизельных двигателей,  
работающих на компримированном природном газе (КПГ)  
и на сжиженном природном газе (СПГ) ............................................................... 85 
2.6. Регуляторы частоты вращения коленчатого вала  
топливного насоса высокого давления газодизельных двигателей ................. 106 
 
 
ГЛАВА 3. ГАЗОВЫЕ РЕДУКТОРЫ ............................................................... 115 
 
 
3.1. Общие принципы устройства и работы редукторов ............................ 115 
3.2. Редукторы высокого давления 
................................................................ 118 
3.3. Редукторы низкого давления (редукторы-испарители) ....................... 122 
 
 
ГЛАВА 4. ГАЗОВЫЕ СМЕСИТЕЛИ И ДОЗИРУЮЩИЕ  
УСТРОЙСТВА ДЛЯ ГАЗА 
................................................................................ 162 
 
 
4.1. Газовые смесители для карбюраторных двигателей ............................ 162 
4.2. Дозаторы газа для инжекторных двигателей ........................................ 169 
4.3. Газовые смесители и дозаторы газа газодизельных автомобилей 
...... 173 
 
 
ГЛАВА 5. ПРИБОРЫ И АРМАТУРА  
ГАЗОБАЛЛОННЫХ УСТАНОВОК ............................................................... 176 
 
 
3 
 

 
 
5.1. Баллоны для газового топлива 
................................................................ 176 
5.2. Арматура газовых баллонов 
.................................................................... 181 
5.3. Подогреватель сжатого газа .................................................................... 197 
5.4. Выносные заправочные устройства ....................................................... 199 
5.5. Трубопроводы и соединительные детали 
.............................................. 200 
 
 
ГЛАВА 6. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ СИСТЕМЫ  
ПИТАНИЯ ГБА ................................................................................................... 203 
 
 
ГЛАВА 7. ПЕРЕОБОРУДОВАНИЕ АВТОМОБИЛЕЙ ДЛЯ РАБОТЫ  
НА ГАЗОВОМ ТОПЛИВЕ ................................................................................ 209 
 
 
7.1. Основные требования к комплектации газовых топливных систем,  
работающих на сжиженном нефтяном газе 
........................................................ 209 
7.2. Организация и виды работ по переоборудованию  
газотопливных систем........................................................................................... 210 
7.3. Технические требования к установке газового оборудования 
............ 213 
7.4. Подготовка автомобиля к установке газового оборудования ............. 216 
7.5. Установка комплекта газового оборудования....................................... 218 
7.6. Испытания газотопливных систем газобаллонных автомобилей ....... 235 
7.7. Требования к токсичности отработавших газов двигателей 
автотранспортных средств, работающих на газовом топливе ......................... 237 
7.8. Правила выдачи автомобиля после переоборудования ....................... 239 
 
 
ГЛАВА 8. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ГАЗОБАЛЛОННЫХ    
АВТОМОБИЛЕЙ ................................................................................................ 241 
 
 
8.1. Типовая схема организации технического обслуживания  
газобаллонных автомобилей ................................................................................ 241 
8.2. Пост проверки технического состояния газобаллонных автомобилей  
на контрольно-пропускном пункте (КПП) ......................................................... 242 
8.3. Организация участков ТО и ТР газовой аппаратуры ........................... 245 
8.4. Технологические процессы технического обслуживания  
и текущего ремонта газотопливных систем ....................................................... 248 
8.5. Возможные неисправности газовых топливных систем  
и рекомендации по их устранению 
...................................................................... 251 
8.6. Регулировка и настройка газовой аппаратуры без снятия с ГБА ....... 255 
8.7. Технологическое оборудование для проведения диагностики  
и выполнение регулировочных работ газовых приборов ГБА 
......................... 261 
8.8. Инструментальные методы диагностики и регулирования  
газовой аппаратуры ............................................................................................... 272 
8.9. Подготовка газовой топливной системы, работающей на сжиженном 
нефтяном газе, к проверке ее герметичности с помощью сжатого воздуха ... 289 
8.10. Эксплуатационные режимы работы газобаллонного автомобиля 
.... 301 
4 
 

 
 
ГЛАВА 9. БЕЗОПАСНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГАЗОБАЛЛОННЫХ    
АВТОМОБИЛЕЙ ................................................................................................ 306 
9.1. Общие положения .................................................................................... 306 
9.2. Требования к техническому состоянию газобаллонных  
автомобилей ........................................................................................................... 307 
9.3. Требования безопасности при переоборудовании автомобилей  
для работы на газовом топливе 
............................................................................ 311 
9.4. Особенности эксплуатации газобаллонных автомобилей ................... 314 
9.5. Правила безопасной эксплуатации для водителей  
газобаллонных автомобилей ................................................................................ 317 
 
 
ГЛАВА 10. ПРИМЕНЕНИЕ В ДВС ПЕРСПЕКТИВНЫХ ТОПЛИВ ....... 322 
10.1. Общие положения .................................................................................. 322 
10.2. Применение топлив растительного происхождения .......................... 324 
10.3. Применение спиртов 
.............................................................................. 325 
10.4. Применение диметилэфира 
................................................................... 327 
10.5. Применение природного газа 
................................................................ 328 
10.6. Применение водорода 
............................................................................ 335 
 
 
ПРИЛОЖЕНИЯ 
................................................................................................... 337  
 
 
ЛИТЕРАТУРА ..................................................................................................... 343 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 

 
 
ВВЕДЕНИЕ 
 
Экономическое развитие любого государства во многом невозможно  
без развития многоотраслевой транспортной системы. Транспорт обеспечивает 
перемещение сырья, комплектующих изделий, средств труда, готовой продукции и рабочей силы, создавая объективные условия для непрерывного функционирования производства. Доставляя готовую продукцию труда потребителям, 
транспорт завершает процесс материального производства, а перевозки пассажиров решают и производственные, и социальные проблемы. 
Автомобильный транспорт является ведущей составной частью и связующим звеном между всеми другими видами транспорта. Он осуществляет около 
70 % грузовых и 80 % пассажирских перевозок в России. 
Автомобильный транспорт является основным потребителем жидких топлив – бензина и дизельного топлива, при сгорании которых выделяются вредные для человека и окружающей среды вещества – отработавшие газы. Постоянный рост числа автомобилей приводит как к неуклонному сокращению запасов сырья для производства топлив – нефти (каждый автомобиль в среднем 
расходует до 10000 литров жидкого топлива), так и к накоплению в окружающей среде вредных веществ, поступающих с отработавшими газами.  
Расширить сырьевую базу автомобильных топлив и одновременно уменьшить вредное воздействие на экологию можно за счет использования так называемых нетрадиционных, или альтернативных, топлив. Наибольшее распространение на автомобильном транспорте получили газообразные углеводородные топлива, которые относятся к чистым в экологическом отношении моторным топливам. 
В России разведанные запасы нефти, по данным ОПЕК, составляют около  
6 %, а природного газа (ПГ) – около 32 % мировых запасов. По тепловому эквиваленту запасы природного газа более чем в 5 раз превышают запасы нефти, 
поэтому для России на ближайшие десятилетия наиболее актуально применение в качестве перспективного топлива природного газа. 
Определенные перспективы имеет также применение в качестве топлива 
для ДВС сжиженного пропан-бутанового газа, основными преимуществами которого перед природным газом являются существенно меньшие масса и стоимость баллонов для его хранения на борту автомобиля. 
Стоимость газообразного топлива в два раза ниже стоимости бензина и дизельного топлива, а запасы его сырья превосходят нефтяные. Эти факторы обусловили применение газа на автотранспорте. Во многих странах на государственном уровне приняты экологические программы и законы по снижению 
вредного влияния отработавших газов автомобильного транспорта за счет использования газового топлива. 
Принятый закон о газификации транспортных средств будет способствовать улучшению жизни россиян и их будущих поколений. Перевод автотранспорта на газ может обеспечить замещение значительных объемов нефтепродук6 
 

 
 
тов, которые можно более продуктивно использовать в различных отраслях 
экономики и поставлять за рубеж.  
Для работы на газообразных топливах транспортные средства переоборудуются в газобаллонные автомобили (ГБА). На базу серийных бензиновых и 
дизельных автомобилей дополнительно устанавливают комплекты газового 
оборудования, и двигатель может работать на двух видах топлива. 
Перевод автомобилей на газообразные топлива требует выполнения дополнительных работ по установке газовой системы питания, включая её техническое обслуживание и ремонт. Применение газа на автомобиле повышает требования пожарной безопасности при его эксплуатации. 
В данном учебном пособии рассмотрены основные принципы устройства, 
установки газобаллонного оборудования (ГБО) на автомобиль, его работы, обслуживания и безопасной эксплуатации. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 
 

 
 
ГЛАВА 1 
 
ВИДЫ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 
ГАЗОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА  
ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 
 
1.1. Виды газов как топливо для автомобильных двигателей 
 
Газобаллонные автомобили используют в качестве топлива сжатые природные газы, а также сжиженные нефтяные и природные газы. 
Сжиженными называются газы, которые превращаются в жидкость  
при нормальной температуре окружающего воздуха и давлении до 1,6 МПа. 
Сжатыми называются газы, которые сохраняют газообразное состояние 
при обычной температуре окружающего воздуха и при сжатии до любого высокого давления. Как правило, давление сжатия достигает 20 МПа. 
Сжиженные газы получаются при добыче и переработке нефти и превращаются в жидкость в интервале температур от –20 до +20 °С при давлениях 
1,0–2,0 МПа. 
Обычно используют пропан-бутановые смеси с содержанием пропана  
70–95 % (для зимнего периода большее содержание), октановое число нефтяного газа зависит от состава смеси и составляет более 100 единиц. Газ тяжелее 
воздуха в 1,5–2 раза, а температуры воспламенения газа и бензина близки. 
В состав сжиженных или жидких газов, применяемых для автомобильных 
двигателей, входят бутан и пропан с добавлением бутилена, пропилена, этана и 
этилена. Величина давления сжиженного газа имеет важное практическое значение. С одной стороны, давление в баллоне желательно иметь низким, так как 
при этом можно применять более тонкостенные, а следовательно, и более легкие баллоны. С другой стороны, давление сжиженного газа в баллоне при любой температуре должно быть достаточным для обеспечения подачи топлива  
к двигателю и работы газовой аппаратуры. 
Пропан (а также пропилен) обеспечивает удовлетворительную величину 
давления в баллоне при любых климатических условиях. Бутан в чистом виде 
пригоден лишь для районов с жарким климатом, так как при температуре воздуха ниже 0 °С он уже не обеспечивает избыточного давления в баллоне. Этан 
применяется в сжиженных газах в виде незначительных примесей для повышения давления. 
Основными производителями сжиженных газов являются: 
– газолиновые заводы, вырабатывающие бензин из нефтяных газов, выход 
сжиженного газа составляет до 50 % от производства бензина; 
– крекинг-заводы, на которых сжиженные газы получают в качестве побочного продукта в количестве до 3 % по весу от исходного сырья; 
– заводы, вырабатывающие бензин из каменного угля, выход сжиженного 
газа доходит до 10–12 % от веса основной продукции. 
8 
 

 
 
Основные требования, предъявляемые к сжиженным газам: 
– соответствие их состава климатическим условиям; 
– строго ограниченное содержание загрязняющих и вредных примесей. 
При самых низких температурах воздуха давление в баллоне со сжиженным газом не должно быть ниже 0,2 МПа, при самых высоких – не более  
1,6 МПа. 
Предельное содержание сернистых соединений составляет 0,15 %. Газ  
не должен содержать воды, механических примесей, водорастворимых кислот, 
щелочей и смолистых веществ. 
Сжатые газы разделяются на природные (естественные), нефтяные и канализационные. 
Компримированные природные (естественные) газы добывают из буровых 
газовых скважин. Природные газы однородны по составу, в большинстве случаев не содержат загрязняющих и вредных примесей, обладают высокими антидетонационными свойствами 105–110 единиц и дешевы. 
Нефтяные газы получают в качестве побочного продукта при добыче 
нефти, переработке нефти на нефтеперегонных и крекинговых заводах, а также 
при производстве бензина из нефтяного газа на газолиновых заводах. Нефтяные 
газы менее однородны по составу и более загрязнены примесями, чем природные газы. Их теплотворность выше теплотворности природных газов, так как 
они содержат больше тяжелых газов. 
Канализационные газы выделяются при переработке сточных вод канализации на специальных станциях, имеющихся в крупных городах. Эти газы состоят главным образом из метана и углекислотного газа. Выход канализационного 
газа со станции переработки сточных вод, обслуживающей население в 100000 
человек, достигает 2500 м3 в сутки, что заменяет 2000 л бензина. 
Газы с большим содержанием метана и незначительным содержанием тяжелых углеводородов являются наилучшим видом топлива для автомобилей. 
Наоборот, газы, в которых преобладают водород и окись углерода, имеют низкую теплотворность и поэтому наименее пригодны для использования в качестве автомобильного топлива. 
Как высококалорийные сжатые газы, так и сжиженные бутано-пропановые 
газы являются высококачественным топливом для автомобильных двигателей. 
Сжиженные газы обладают существенными преимуществами перед 
сжатыми газами: 
– значительно более низкое рабочее давление (до 1,6 МПа против 20 МПа), 
что позволяет применять более легкие и дешевые баллоны и газопроводы; 
– возможность перевозки железнодорожным, автомобильным и водным 
транспортом на любые расстояния, а перевозка сжатых газов практически  
не осуществляется; 
– более дешевые и простые газозаправочные устройства, не требующие 
сложного оборудования; заправка баллонов сжатым газом возможна лишь  
на газонаполнительных станциях, снабженных компрессорами высокого  
давления; 
9 
 

 
 
– увеличенная дальность поездок и большая полезная грузоподъемность 
газобаллонных автомобилей, работающих на сжиженных газах. 
Сжатые газы, в свою очередь, имеют преимущества перед сжиженными: 
– это дешевый, часто малоиспользуемый вид местного топлива; сжиженные газы, наоборот, являются более дорогим продуктом, применяемым  
при производстве ряда ценных химических веществ, высокосортных бензинов, 
в бытовых целях; 
– источники природных и промышленных газов расположены в самых различных районах страны, что позволяет значительно сократить доставку топлива 
в эти регионы;  
– по своим физико-химическим свойствам природный газ менее опасен, 
чем пропан. Предел воспламенения (процент содержания метана в смеси с воздухом, при котором возможно воспламенение смеси) у метана составляет 5 %,  
а у пропана – основного компонента сжиженного газа – 2,4 %. Плотность метана 0,7 кг/м3, он легче воздуха (обладает большой летучестью) и не накапливается в помещениях как пропан, который тяжелее в 1,8 раза воздуха; 
– надежность поставок природного газа обеспечивается его большими запасами в Российской Федерации (в отличие от пропана – основного компонента 
сжиженного газа, являющегося побочным продуктом переработки нефти) и 
надежным способом его доставки – по системе магистральных газопроводов;   
– наличие высокого октанового числа сжатого газа (примерно 110) позволяет применять высокую степень сжатия в ДВС (примерно 11–13), что компенсирует снижение на 10 % теплотворной способности газовоздушной смеси; 
Кроме преимущества природный газ имеет недостатки: 
– внешнее смесеобразование (в конструкциях без использования форсунок) при работе ДВС на газовом топливе из-за резонансов во впускной системе 
и расслоения газовоздушной смеси может вызывать неравномерность работы 
ДВС; 
– вследствие более высокой температуры воспламенения газовоздушного 
топлива и меньшей скорости распространения фронта пламени (скорости сгорания) усложняется пуск холодного ДВС зимой; 
– при нарушении герметичности соединений (просачивания через них газа), причем особенно при наличии систем непосредственного зажигания, в которых применяется метод запала одновременно двух свечей зажигания могут 
возникать обратные вспышки (внешним проявлением которых являются «хлопки»). Обратные вспышки нейтрализуются с помощью обратных клапанов, применяемых в конструкции ДВС; 
– ухудшаются динамические характеристики двигателя (приемистость); 
– в зависимости от количества баллонов со сжатым газом масса легкового 
автомобиля увеличивается на 80–100 кг, а грузового – на 400–900 кг. При этом 
соответственно снижается грузоподъемность автомобиля и возрастает расход 
топлива. При применении баллонов из композитных материалов влияние этого 
недостатка уменьшается; 
10