Детали Двигателя на Пропане / Хабр

В этом тексте я попробовал написать о своем опыте работы с пропановой установкой и выполнить обзор аппаратной начинки автомобилей, которые работают на сжиженном пропане. Попробовал понять, что там к чему.

В чём достоинство езды на пропане?

1—Чистый выхлоп.

2—Топливо дешевле. 20 руб за литр пропана. 10,5 литров на 100 км. 2.1 руб на км.

3—Чистое масло при замене, нет нагара.

В чем недостатки езды на пропане?

1—При нагревании баллона давление внутри растет экспоненциально. Газовые баллоны могут взорваться. Осколки разлетаются на десятки метров. От автомобиля не остается никаких целых деталей. Баллоны нельзя заливать сверх меры.

2—Автомобиль не может стартовать чисто на пропане. Заводить и прогревать двигатель надо на бензине. Всё из-за газового редуктора. Газовый редуктор надо прогревать. Если завести на газе, то холодный этелен-гликоль не сможет растопить ледяные пробки в трубопроводе газового редуктора, газ не будет поступать в фарсунки и автомобиль заглохнет или вовсе не заведется.

Попробую провести разбор оборудования KME Nevo для 4х цилиндровых двигателей от польской компании KME.

Обычно газовые автомобили не продают в авто-салонах. Газовые баллоны ставят уже после. Буквально за несколько часов. Стоит это порядка 35k RUR.

ГБО это классический пример встраиваемой системы.

Что надо из оборудования?

Вендор предлагает вот такую схему подключения в стиле Walt Disney.

Она составлена главным образом для техников монтажников. Всё что от них требуется это уметь считать от одного до 8ми и распознавать цвета. Инженерной же инфы на схеме практически нет.

Вот более подробная схема

Схема инжекторного двигателя с ГБО опцией

Тороидальный баллон ставят в багажник на место запасного колеса. Там внутри порядка 10(+- 2) атмосфер сжиженного пропана.

На баллоне установлен мультиклапан. Он сбрасывает газ при перегреве, блокирует газ при прорыве магистрали. Также его может перекрывать по проводам сам ECU.

На балоне есть резистивный датчик уровня сжиженного пропана. При этом в документации полностью отсутствует информация о формуле пересчета сопротивления на датчике в литры сжиженного пропана.

К мультиклапану подключен газовый редуктор. Он понижает давление с 16 атмосфер до 1 атмосферы. Из-за закона Шарля при понижении давления в баллоне понижается и температура. Поэтому газовый редуктор обледеневает. Поэтому его надо отапливать. Для этого в конструктиве предусмотрены вход и выход для подключения газового редуктора к контуру охладительной рубашки картера двигателя. Поэтому через корпус газового редуктора циркулирует не только пропан, но и тосол.

В состав оборудования также входит датчик давления газа CCT6-D (MAP sensor). Его ставят на выходе газового редуктора. Этот датчик также измеряет температуру пропана перед форсунками. Буква D-значит цифровой, то есть результат передается по цифровой шине LIN. Про LIN в документации ни слова. Я узнал LIN только по преамбуле на экране осциллографа ткнувшись в белый провод s-bus. Рапиновка 5ти pin(ового) разъема датчика неизвестна как и сама схемотехника. DMM подсказывает что там точно есть 12V, GND, LIN. Поэтому CCT6-D одна из самых загадочных деталей комплекта ГБО от KME.

CCT6-D

Судя по фото внутри CCT6-D на PCB припаян какой-то 8-пиновый микроконтроллер, который преобразует напряжение с ADC выхода MPXHZ6400A в LIN пакеты. Но это только предположение. Распиновка CCT6-D фактически неизвестна. Указаны только цвета проводов в harness(е), чтобы техники бездумно подключали по check-list(у). По сути CCT6-D — переходник с давления на LIN.

Все датчики и исполнительные механизмы подключаются к отдельному контроллеру управления газовыми форсунками ЕСU. Его иногда называют SAVER-SKY, но на самом деле это Nevo-SKY.

шильдик контроллера газовыми форсунками

габариты корпуса 153x104x38мм

распиновка разъёма газового ECU такая. Основная идея работы газового ECU заключается в том, что Nevo ECU считывает сигналы на бензиновых форсунках и вместо бензина брызгает пропан. Поэтому бензиновый ECU продолжает думать, что автомобиль работает на бензине. Хотя это не так.

Например этот экземпляр PCB производства польской компании KME. Всего 6-7 микросхем.

С обратной стороны электронные платы PCB без компонентов. Видимо так спроектировали для упрощения производства изделия

Сердцем данного контроллера является чип S9S12G128F0VL. В первом приближении это 16-битный микропроцессор архитектуры S12. У него всего 8kByte RAM для данных и 128kByte Flash для программы. И работает он на тактовой частоте 25MHz. Совсем кроха по современным меркам микроконтроллеров. На Aliexpress S9S12G128F0VL cтоит порядка 500RUR.

Вот блок схема микроконтроллера S9S12G128F0VLL на втором уровне абстракции

В чипе S9S12G128F0VLL присутствует контроллер CAN, однако в PCB CAN никак не используется.

Также на плате можно узнать 8-пиновый чип DMP3098LSD P-канального полевого транзистора и чип VNS3NV04DP-E. Это сдвоенный полевой транзистор. Остальные компоненты имеют непонятную маркировку.

К контроллеру прилагается Win(довая) DeskTop утилита для перепрошивки, настройки и диагностики электронного блока управления Nevo-SKY. Называется SAVER-4.0.10.4.exe. Контроллер и компьютер соединяются по 2х-проводному полнодуплексному интерфейсу UART. Да, оказывается UART тоже автомобильный интерфейс.
Операционка определяет Nevo-SKY ECU как виртуальный COM порт. Модуль откликается на битовой скорости 38400 bit/s (SAVER-SKY) либо 9600bit/s(SAVER 714).

Поверх UART начинает работать проприетарный бинарный протокол для обмена данными между Win процессом SAVER-4.0.10.4.exe и прошивкой на газовом ECU Nevo-SKY.

ширина бита 26us

Судя по наблюдению за трафиком логическим анализатором структура бинарного UART пакета примерно такая: PREAMBULA, CODE_NO, LENGTH, DATA…DATA, CRC. Однако как интерпретировать этот бинарный протокол абсолютно не ясно. На сайте инфы нет. Вендор на письма не отвечает. В поле CODE_NO мелькают около 40 различных значений из 256 возможных. В поле Data тоже одним только разработчикам известно что.
Это полная распиновка Harness(а) от комплекта KME.

Вывод
Газовая установка устанавливается поверх инжекторного двигателя и не требует выбрасывания оригинальных деталей. Управление форсунками полностью электронное от отдельного ECU. Как видите, в ГБО даже CAN не фигурирует. Для диагностики выведен интерфейс UART с проприетарным и непонятным протоколом канального и прикладного уровня поверх. За спецификацией UART пакетов надо идти на поклон к Полякам. Схемотехника платы ECU и даже распиновка датчика давления — всё это тоже закрытая информация. Вся их техподдержка минимальная. Берите мультяшную схему и соединяете провода по цветам. Остальное вам знать не положено. При этом бинарные проприетарные протоколы двух моделей газового ECU (SAVER-SKY и SAVER 714) разные как снежинки. Отличаются как канальным протоколом, так и прикладным протоколом модели OSI-7. В общем полный «технологический диктат» со стороны EC.

Меня также настораживает, что в ГБО 4го поколения отсутствует возможность измерить давление и температуру в баллоне. Дело в том, что согласно закону Шарля.

Давление газа фиксированной массы и фиксированного объёма прямо пропорционально абсолютной температуре газа.

При наличии этих 2х датчиков можно было бы по показаниям датчика давления и температуры в баллоне автоматически на программном уровне прошивки определять качество заливаемого пропан-бутана.

Надеюсь этот текст помог кому-нибудь лучше понять, что у него под капотом. Если у кого-то есть какие-либо недокументированные особенности комплекта от KME или общее представление как работают автомобили на природном газе, то пишете в комментариях.

При работе с ГБО вам придется распознавать эти акронимы

Links
https://kme. eu/kme/en/produkt/pressure-sensor-cct6-d-nevo/https://www.youtube.com/watch?v=009dWCXfZhA
https://www.youtube.com/watch?v=UQrlSaOAM58
https://www.youtube.com/watch?v=e3A37_5K2VQ
https://www.youtube.com/watch?v=2CXvFSgMhYE&t=132s
https://habr.com/ru/post/141095/https://habr.com/ru/post/425467/https://habr.com/ru/company/itelma/blog/507064/
https://kme.eu/

Дизельный двигатель на газу — Dexpens

Как бензиновый, так и дизельный двигатель могут быть переоборудованы для работы с ГБО (и метан, и пропан-бутан). Грузовая или легковая машина — разницы нет. Однако при этом серьезным изменениям подвергается штатная система питания дизеля. Об этом и пойдет речь.Работа двигателя начинается с зажигания. Однако газ не воспламенятся от сжатия, поскольку температура его самовозгорания намного выше (около 700 градусов против 320-380 градусов у дизтоплива). Соответственно, использование только одного типа топлива даже теоретически невозможно, ввиду недостаточной температуры сжатого воздуха в цилиндрах. Есть два выхода, чтобы приспособить дизельный двигатель к работе на газе.

1. Газовый двигательЭтот способ более прост, но и более радикален. Производятся существенные изменения мотора: демонтируется топливная аппаратура, вместо которой устанавливается система зажигания. Вместо форсунок устанавливаются свечи зажигания. Производится монтаж ГБО, и при помощи дозатора газ подается во впускной коллектор. Степень сжатия, необходимая для дизтоплива, слишком высока для метана (его октановое число — 120). Если эксплуатировать двигатель только с этими изменениями, то детонация сделает свое дело и гибель мотора будет мучительной, хотя и недолгой. Для нормальной работы двигателя необходимо уменьшить степень сжатия до 12-14. Это достигается выборкой «лишнего» металла в камерах сгорания головки блока или на днищах поршней. Однако этого может оказаться недостаточно, и тогда под ГБЦ устанавливаются прокладки необходимой толщины. Изменения существенны, и на выходе получается не дизель, а так называемый «газовый» двигатель. По характеристикам он будет практически идентичен «поджатому» под газ (до такой же степени сжатия 12-14) бензиновому мотору, и существенным улучшением можно признать повышение ресурса двигателя, экологичность и экономичность. Такое исполнение позволяет использовать только один вид топлива. В Европе этот способ практикуется довольно давно.

2. ГазодизельБолее простым вариантом является приспособление обычного дизеля для работы на смеси солярки и метана. Речь идет о той же проблеме — как поджечь метан. При изменении в сторону газодизельного двигателя это достигается следующим образом: в конце такта сжатия в цилиндры подается некоторое количество солярки, которая и поджигает газо-воздушную смесь, поступившую на такте впуска. Запальная порция для всех автомобильных двигателей (так называемых, быстроходных дизелей) составит 15-30 процентов, в зависимости от типа двигателя, его состояния, от самого ГБО.

Существенный плюс такого двигателя — возможность использовать как газ в качестве основного топлива, так и работать на одной солярке. Если газ закончился, движение продолжается, переход на дизтопливо можно заметить только по изменившемуся звуку работы двигателя (который начинает работать громче).

К слову об экологическом значении такой модификации: при работе в режиме «80 процентов газа и 20 процентов солярки» полностью исчезает характерный «дизельный» черный дым. В выхлопе увеличивается содержание углеводородов — СН, но за счет несгоревшего метана. Главный яд, идущий на выхлоп в обычном дизеле, — 3,4-бензпирен (сильнейший канцероген) практически отсутствует. Так же, как и у всех газифицированных двигателей, возрастают ресурс (из-за уменьшения отложений на деталях цилиндро-поршневой группы) и срок службы масла. 

Любой дизельный мотор может быть модифицирован таким образом. Помимо собственно установки ГБО, производится доводка топливной системы — установка насоса высокого давления для подачи небольших (запальных) порций дизтоплива.

Из истории вопроса.Грузовики с газодизельными двигателями когда-то производились в СССР серийно. Так, с 1987 г. Камский автозавод выпускал модели «53208», «53217», «53218» и «53219» с атмосферными двигателями КамАЗ-7409.10. Параллельно велись работы по доводке турбодизеля КамАЗ-7403 для работы на бинарном топливе. Но грянули перестройка и распад СССР, и работы в этом направлении были прекращены.

В настоящее время тенденция цен на дизтопливо, метан и пропан-бутан такова, что выгоду установки ГБО сложно отрицать. Конечно, в первую очередь это интересно для владельцев автомобилей с большим суточным пробегом: у них ГБО окупится быстрее. Однако перспектива дальнейшего удорожания солярки и бензина приводит и владельцев легковых автомобилей к мысли о переходе на газ. Учитывая рост сети АГЗС, аргументов «против» становится все меньше. А наличие опытных специалистов, работающих на установке ГБО не один год, и предоставляющих гарантию на установленное оборудование, дает уверенность в надежности.

Вчерашние тракторы — Произошла ошибка

Влияние эксплуатации транспортных средств нашего парка на пропане

Ханна Гре inetz

Ханна Грейнетц имеет степень бакалавра антропологии Калифорнийского университета в Санта-Круз и степень магистра делового администрирования. по устойчивому менеджменту в Высшей школе Пресидио.

В своей последней статье я сосредоточился на преимуществах использования пропана в качестве топлива для автомобилей, которые, казалось бы, упускались из виду. Достоинства пропана были признаны городскими властями, пропановыми альянсами и Министерством энергетики в рамках его программы «Чистые города». И с текущим увеличением внутренних поставок нефти происходит увеличение внутренних поставок пропана. Тем не менее, по сравнению с нефтью, в этой стране пропан мало используется, хотя у нас его много, и мы осознали преимущества использования пропана для нашего самого активного потребителя энергии: автомобилей.

И если бы мы собирались проверить эту концепцию на практике, естественно было бы начать с самых больших потребителей топлива — автомобилей, которые набирают наименьшее количество миль на галлон топлива, имеют самые большие топливные баки, заправляются чаще всего. , а путешествуют стаями – автопарком. Преобразование транспортных средств для работы на пропане имеет наибольшее значение, поскольку они выполняют тяжелую работу. Подумайте о транспортных средствах в городах: они обслуживают дороги и парки, парки включают городские автобусы и школьные автобусы, а также полицейские машины и машины скорой помощи, которые не могут позволить себе работать с электрическими вариантами с малым радиусом действия.

Если SD переоборудует 5% своего парка автомобилей для работы на пропане…

Округ Сан-Диего управляет парком из более чем 3800 автомобилей, выполняющих различные услуги в городе и округе. Регион Сан-Диего является членом коалиции «Чистые города», управляемой Министерством энергетики, которая работает с автопарками, поставщиками топлива и общественными лидерами, чтобы сократить использование нефти на транспорте. Можно предположить, что Сан-Диего мог бы переоборудовать 5% своего парка транспортных средств, чтобы напрямую уменьшить свою зависимость от нефти и использовать другие преимущества пропана в качестве автомобильного газа. Как мы узнали в прошлом месяце, эти преимущества включают снижение выбросов для улучшения качества воздуха, экономию затрат на топливо и снижение затрат на техническое обслуживание.

Управление по охране окружающей среды регулирует процесс перевода автомобилей с газа на пропан; в частности, EPA выдает сертификаты переоборудования авторизованным дилерам, которые заплатили за то, чтобы их процесс переоборудования был рассмотрен и разрешен EPA. Разрешение означает, что автомобили, переоборудованные дилером, будут соответствовать стандартам выбросов EPA. Дилер должен получить сертификат для каждого семейства двигателей, с которым он хочет работать, а сертификаты стоят недешево. Для округа Сан-Диего было бы разумно заплатить дилеру за переоборудование их легковых автомобилей, что обойдется в первоначальную стоимость около 6000 долларов за автомобиль. Экономия на топливе и затратах на техническое обслуживание компенсирует первоначальные инвестиции в переоборудование 190 автомобилей, что составляет 5% автопарка Сан-Диего.

Округ сильно сэкономит

Цены на газ заметно упали за последние месяцы, однако цены на пропан остались ниже. В это же время в прошлом году и в среднем за последние несколько лет цены на пропан были на 1,25-1,50 доллара за галлон дешевле, чем цены на бензин. Эта экономия топлива в значительной степени связана с тем, что руководители автопарков компенсируют высокие первоначальные затраты, понесенные при переводе газовых двигателей их автопарков на работу на пропане. Согласно последним данным о ценах на топливо за неделю от 23 февраля, средняя цена на газ по стране составляет 2,42 доллара, а средняя цена на пропан по стране — 2,36 доллара.

Таким образом, даже при более низких, чем в среднем, ценах на газ и предположении, что они остаются такими низкими в течение всего года, если Сан-Диего переоборудует 5% своего 3800 транспортных средств для работы на пропане и при условии средней экономии топлива американского легкового парка. расход топлива составляет 17,1 миль на галлон, а средний городской легковой автомобиль проезжает 14 536 миль в год, Сан-Диего сэкономит 9 690 долларов только на расходах на топливо в этом году.

В «нормальный» год, когда цены на топливо в среднем на 1,25 доллара выше, чем цены на пропан, Сан-Диего рассчитывал бы на экономию топлива в размере 202 000 долларов в год.

Помимо снижения затрат на топливо, документально подтверждено, что затраты на техническое обслуживание транспортных средств, работающих на пропане, ниже, чем у бензиновых двигателей. По некоторым оценкам, затраты на техническое обслуживание снижаются на 50% при работе двигателя автомобиля на пропане.

Сан-Диего окажет своим жителям услугу по переводу автомобилей на пропан за счет улучшения качества воздуха. Грузовики Ford F-серии были самыми продаваемыми автомобилями малой грузоподъемности в США в течение последних 27 лет подряд, а показатели выбросов парниковых газов, приведенные ниже, были рассчитаны на основе Ford F-150, проезжающего 10 000 миль в год при среднем показателе 14,7. миль на галлон Из таблицы видно, что, переоборудовав 5% своего автопарка, Сан-Диего напрямую сократит количество углеродных эквивалентов (подумайте о выбросах и твердых частицах) в воздухе на 1340 кг на автомобиль в год, что в сумме составит 254 600 кг на автомобиль. год, и более чистый воздух в Сан-Диего.