Модернизация дизельного двигателя КаМАЗ-740 с целью перевода его на газодизель

Аннотация

1. Тема проекта: Модернизация дизельного двигателя КАМАЗ740 с целью перевода его на газодизель.

2. Проект выполнен на кафедре «Трактора и автомобили».

3. Исполнитель: Варзарь Валерий Васильевич.

4. Руководитель: доцент Чернобрисов Сергей Феодосьевич.

5. Текст аннотации:

Общая добыча природного газа в 2010 г. в мире составила 3,275 трлн. куб. м, что соответствует тепловому эквиваленту всей добываемой нефти, включая газоконденсат. На производство моторных топлив в настоящее время расходуется около 35% нефти, но даже углубление её переработки с повышением доли выхода светлых продуктов до 5060%, а также режим экономии топлива в эксплуатации с разработкой и внедрением новых энергосберегающих технологий не могут в ближайшее время исключить увеличение потребления газа в сельском хозяйстве. Современные автомобильные дизели могут быть конвертированы в газовые с искровым зажиганием или переоборудованы в газодизели.

Актуальность проблемы состоит в том, что имеющиеся современные автомобили конвертировать с потребления дизельного топлива на газовое, как более дешевое и перспективное топливо.

С этой целью дипломный проект предполагает один из методов конвертации современного автомобильного двигателя с дизельного топлива на газодизель. Конструктивные изменения и экологический эффект позволяет без излишних затрат на создание специальных двигателей переоборудовать имеющийся.

Введение

Ограниченность и невозобновимость ресурсов нефти, увеличение её экспорта, рост производства синтетических материалов из нефтепродуктов, а также расширенная организация автомобильного транспорта не позволяет ориентировать энергетическое обеспечение прироста сельскохозяйственной продукции на увеличенное потребление моторных топлив, получаемых из нефти. Альтернативным решением проблемы является создание мощностей по производству синтетического топлива из газа, запасы которых на территории бывшего СССР превышают запасы нети, а в период до ввода необходимых мощностей по производству синтетического топлива актуальным будет прямое использование природного и нефтяного газа, а также биогаза в качестве топлив для тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин.

Так как импорт различных товаров, в том числе и горюче-смазочных материалов, поступает к нам из ближайших союзных республик, то следует отметить, что бывший СССР занимает первое место в мире по запасам природного газа, добыча которого в отличие от нефти и угля непрерывно растет.

Так в 1987г. добыча газа в перерасчете на условное топливо достигла 822,7 млн.т., что практически соответствует тепловому эквиваленту всей добываемой нефти, включая газоконденсат. На производство моторных топлив в настоящее время расходуется около 35 % нефти, но даже углубление ее переработки с повышением выхода светлых продуктов до 5060%, а также экономии топлива в эксплуатации с разработкой и внедрением новых энергосберегающих технологий не могут в ближайшем будущем исключить увеличение прибылей газа в сельском хозяйстве. Он будет использоваться прежде всего для отопления производственных помещений и теплиц, в стационарных установках, а также для бытовых нужд сельского хозяйства, не исключено, однако, что дефицит моторных топлив будет компенсироваться за счет газа, если построить в достаточном количестве станции для его сжатия или снижения и создать парк автозаправщиков.

Современные автомобильные двигатели могут быть квалифицированы в газовые с искровым зажиганием или преобразованы в газодизели.

Принцип работы двигателя по газодизельному циклу был запатентован еще Р.Диуемми в 1898г. и стал основой при создании различных конструктивных сил работы газодизельных двигателей. В конструкцию двигателя вносится ряд изменений. Добавится газовый смеситель, система регулирования подачи газа, система взаимосвязанного правления дозатором топливного насоса высокого давления и подачей газа, а также система защиты. При этом способе в воздушный тракт поступает не воздух, а газовоздушная смесь, которая поджигается дозой жидкого топлива, вспрыскиваемой через форсунки основной системы топливной подачи газа. Максимальное количество запального жидкого топлива определяется энергией, потребной для воспламенения и полного создания газовоздушной смеси. Обычно запальная доза не превышает 1015% от максимальной подачи при работе на чистом дизельном топливе.

Основные преимущества газодизелей:

сохранение энергетических параметров на уровне базового двигателя;

возможность некоторого увеличения максимума крутящего момента и смещения его в зону низких частот вращения;

уменьшение в 2-4 раза дымности отработавших газов;

снижение уровня шумма двигателя на 2-4 дБ, особенно при рабочем процессе с объемным смесеобразованием;

экономия до 80% дизельного топлива за счет замены его газом;

относительная конструктивная простота преобразования дизеля в газодизель;

возможность преобразования двигателей, уже находящихся в эксплуатации;

использование природного и сжиженного нефтяного газа и биогаза с сохранением энергетических показателей на заданном уровне в следствии варьирования величины запальной дозы жидкого топлива;

достаточно большие запасы хода транспортного средства по газу;

увеличение срока службы моторного масла, уменьшение сноса цилиндропоршневой группы;

эффективное временное использование машин с газодизелями в регионах, где нет газозаправочных станций;

возможность быстрого перехода с одного топлива на другое и обратно.

Основные недостатки газодизелей:

некоторое усложнение системы питания двигателя из-за появления дополнительных элементов (газовый дозатор, смеситель, система редуирования газа, система хранения газа и тд.);

увеличение ресурсов углеводородов и окиси азота с отработанными газами при газодизельном процессе по сравнению с дизельным циклом;

повышение трудоемкости обслуживания машин с газодизелем на 5% по сравнению с дизелем;

увеличение стоимости машин с газодизелем по сравнению с дизелем в основном из-за стоимости ёмкости для хранения газа.

По теплоте сгорания отнесенной к единице массы, природный газ практически не отличается от дизельного топлива. Если же теплоту сгорания отнести к единице объема, то обеспечены будут трудности размещения на автомобиле баллонов с газом, так как его объем даже при снятии до 20,0 Мпа превышает объем эквивалентного по энергии дизельного топлива в 5-6 раз. Если же газ перевозить в сжиженном состоянии в криогенном баке, конструкция автомобиля упрощается, а

период между заправками увеличивается до приемлемого уровня. Однако получение и хранение сниженного природного газа в условиях сельскохозяйственного производства представляет собой техническую задачу, на решение которой потребуется затратить большие средства.

Увеличение массы автомобиля при использовании сжатого газа в качестве основного топлива определяется требованиями к периодичности заправок материалом баллонов.

Склонность газообразного топлива к сгоранию с повышенными скоростями определяется метановым числом, величина которого соответствует процентному содержанию метана в смеси с водородом и имеет одинаковую с данным газом скорость сгорания.

Пропан, бутан и состоящий из них сниженный нефтяной газ обладают низкими метановыми числами, что ограничивает их применение в газодизеле. Очень высокое метановое число у канализационного газа обусловлено примесью углекислого газа. Примесь других нитральных газов, например азота, может существенно повысить метановое число любого газа. Даже метановое число водорода может быть увеличено до 100, если к нему подмешать 60% азота. Объединение газовоздушных смесей также приводит к значительному повышению их метанового числа.

Низкие метановые числа пропана и бутана не позволяют повысить степень замещения или дизельного топлива в газодизеле при работе на полной нагрузке более чем 20%. При работе на частичных нагрузках эта доля может быть повышена до 4050%, однако в реальных условиях она остается существенно ниже, чем при использовании газов с высоким метановым числом, в частности природного газа.

Анализ объекта проектирования

1.1.Характеристика предприятия и организация его производственного процесса.

Дорожно-строительное управление было основано 1 апреля 1968 года. В 1972 году в г. Бендеры был построен асфальтобетонный завод. Завод вошел в состав ДРСУ. Управление занималось ремонтом и строительством автомобильных дорог в г. Бендеры и прилегающих селах, а также в НовоАненском, Суворовском и Каушанском районах.

В 1980 году было построено новое административное здание, клуб, столовая, новые ремонтно-механические мастерские. Введена в действие эстакада для мойки машин, токарный цех.

Предприятие расширилось. Штат работников увеличился до 140 человек. Действовало три участка по ремонту дорог:

Уч. № 1 - Капитальный ремонт

Уч. № 2 - Средний ремонт

Уч. № 3 - Текущий ремонт

В с. Миринешты построили базу отдыха «Коммунальник», где работники ДРСУ отдыхали и лечились. Все работники обеспечивались (с вредными условиями) молоком, спец. обувью и спец. одеждой.

С 1990 года в связи с политической обстановкой и нехваткой финансовых средств предприятие уменьшило объем работ и численность работников.

На данный момент численность работающих составляет 48 человек из них:

Начальник - 1

Мастер - 2

Гл. инженер - 1

Инженер ПТО - 2

Бухгалтер - 2

Механик - 1

Диспетчер - 1

Инженер по охране труда - 1

Кладовщик - 1

Рабочих - 22

Водители и механизаторы - 12

Охрана - 2

1.1.1 Принадлежность предприятия, виды выпускаемой продукции, производственные связи с другими предприятиями.

Бендерское Дорожно-строительное эксплуатационное управление является муниципальным предприятием. Данное предприятие непосредственно подчиняется Управлению жилищно-коммунального хозяйства г. Бендеры и является объектом строительной отрасли. МП ДСЭУ находится в собственности Бендерского Горсовета народных депутатов. Предприятие находится в оперативном управлении Государственной администрации г. Бендеры.

Основным видом деятельности предприятия является капитальный и текущий ремонт дорог и тротуаров, а также содержание и ремонт ливневой канализации и мостов. Работы, выполняемые МП ДСЭУ, могут быть классифицированы следующим образом:

Земляные работы:

вертикальная планировка;

разработка грунтов;

уплотнение грунтов;

устройство дренажей;

Работа по строительству, ремонту и содержанию наружных сетей городской ливневой канализации:

устройство оснований под трубопроводы;

укладка трубопроводов из асбоцементных и железобетонных труб;

устройство смотровых и дождеприемных колодцев ливневой канализации;

замена и установка люков, решеток;

ремонт смотровых и дождеприемных колодцев;

содержание и прочистка сети ливневой канализации;

3. Дорожные ремонтные и строительные работы:

устройство подстилающих и выравнивающих слоев основания;

устройство оснований из песчано-гравийных смесей;

устройство оснований и покрытий из щебеночных материалов;

устройство бортовых камней;

устройство дорожных и тротуарных покрытий из бетонных плит;

устройство покрытий из холодных и горячих асфальтобетонных смесей;

устройство цементнобетонных оснований и покрытий;

устройство дорожек и тротуаров;

выполнение работ по текущему, среднему и капитальному ремонту городских дорог и тротуаров;

работы по восстановлению покрытий дорог и тротуаров после ремонта подземных инженерных сетей;

приготовление асфальтобетонных смесей и бортовых камней.

МП ДСЭУ осуществляет постоянные производственные связи с предприятиями Водоканалхоза, Электросетей и ООО " Бендеры ГАЗ ". Остальное необходимое сырье, комплектующие изделия, запасные части, полуфабрикаты МП ДСЭУ закупает у различных организаций, в том числе и за пределами республики.

1.1.2. Общая характеристика предприятия и по признакам классификации предприятия, оргструктура управления и функции структурных подразделений.

Муниципальное предприятие "Бендерское дорожное строительно-эксплуатационное управление", является собственностью государства. Полномочия собственника государственного имущества, закрепленного за предприятием в части контроля за перемещением и эффективностью использования, осуществляет Бендерский городской Совет народных депутатов. Предприятие находится в оперативном управлении Государственной администрации г. Бендеры. МП ДСЭУ действует на основании Закона Приднестровской Молдавской Республики "О предпринимательской деятельности и предприятиях в ПМР", Закона "О собственности ПМР", Устава, действующего законодательства.

Предприятие является юридическим лицом, имеет самостоятельный баланс, обособленное имущество, расчетный, валютный и другие счета в банковских учреждениях, имеет печать со своим наименованием и изображением государственного герба ПМР, штампы, бланки, может иметь знаки обслуживания, торговую марку и другие реквизиты. МП ДСЭУ осуществляет свою деятельность на принципах хозрасчета, самоокупаемости и самофинансирования, на основе использования закрепленного за предприятием муниципального имущества.

Место нахождения МП ДСЭУ г. Бендеры, ул. Киевская, д.20. Основными целями Предприятия являются:

-получение прибыли;

-удовлетворение общественных потребностей насыщении рынка в его продукции, работах и услугах;

-реализация на основе полученной прибыли социальных и экономических интересов членов трудового коллектива и интересов государства, в том числе создания условий для повышения эффективности производства, надежности материально-технического обеспечения, повышения устойчивости экономического и финансового положения; участие в решении проблем занятости населения.

Предметом хозяйственной деятельности МП ДСЭУ является:

-дорожные ремонтно-строительные работы;

-общестроительные работы;

-изготовление проектно-сметной документации на дорожные работы;

-работы по эксплуатации и содержании объектов дорожно-мостового хозяйства;

-производство строительной продукции и малых архитектурных форм;

-посредническая деятельность;

-торгово-закупочная деятельность с правом открытия магазина в установленном законом порядке;

-внешняя экономическая деятельность;

-производство товаров народного потребления;

-автоуслуги, грузоперевозки (при наличии лицензии).

МП ДСЭУ осуществляет любые виды хозяйственной деятельности, не запрещенные действующим законодательством.

Имущество МП ДСЭУ, а также имущество, приобретенное им в результате предпринимательской деятельности, является муниципальной собственностью и принадлежит МП ДСЭУ на правах полного хозяйственного ведения.

Результаты хозяйственного и иного использования имущества, включая производственную продукцию и доходы, принадлежат государству, если иное не предусмотрено договором между Предприятием и Собственником.

Производственную структуру предприятия составляют его производственные подразделения: цехи, участки, обслуживающие хозяйства и службы, связи между ними, взятые в совокупности.

Во главе МП ДСЭУ находится начальник управления, в подчинении которого непосредственно находятся заместитель начальника по производству, главный бухгалтер, отдел кадров, диспетчер, инженер по технике безопасности и охране труда, агент по снабжению. Зам. начальнику по производству подчиняются три дорожных участка, ремонтно- механические мастерские, асфальтобетонный завод, планово-технический отдел. Главному бухгалтеру подчиняются бухгалтерия, экономистфинансист, склад.

1.3. Анализ существующих средств механизации и технология для проектирования объекта.

На предприятии МП ДСЭУ г. Бендеры имеется широкий выбор автомобилей, различных марок. Эти автомобили предназначены для выполнения самых разнообразных дорожно-строительных работ. Длительная и надежная работа автомобиля обеспечивается при условии правильной эксплуатации и современном проведении технического обслуживания.

В основных направлениях экономического и социального развития еще СССР на 19861990 годы и на период до 2000 года предусматривалось ускоренное развитие машиностроительного комплекса, в частности автомобилестроение с повышением надежности машин, улучшением и эксплуатационных качеств и условий работы водителя. Подчеркивая также, что создаваемые машины по технико-экономическим показателям на единицу производительности и другого полезного эффекта должны превосходить лучшие мировые

Технологический раздел

2.1. Свойства сжатого природного газа, как альтернативного топлива для дизельных двигателей.

Как мы уже указали выше, лучшими заменителями для дизельного топлива является сжатый природный газ, поэтому в дальнейшем будем описывать свойства именно этого газа.

Сжатый природный газ представляет собой полноценное топливо для автомобильных двигателей, не требующие существенной технологической обработки. Расширение сети магистральных газопроводов, охватывающих большие территории страны, открывает благоприятную перспективу использование сжатого природного газа в качестве топлива для двигателей газабалонных автомобилей.

2.1.1. Эксплуатационно-технические требования к газовому топливу.

Газ должен хорошо смешиваться с воздухом для образования однородной горючей смеси, обеспечивать высокую теплоту сгорания горючей смеси, не детонировать при сгорании горючей смеси. Содержание в газе веществ, способствующих нагарообразованию и загрязняющих систему питания, а также вызывающих коррозию деталей, должно быть минимальным. Наиболее полно этим требованиям отвечает сжатый природный газ.

В настоящее время показатели сжатого природного газа является октановое число, с помощью которого оценивают детонационную стойкость углеводородных газов. Чем выше октановое число газа, тем он более стоек к конденсации. Для большинства основных компонентов газов октановое число составляет 90…120.

2.1.4. Наполнение баллонов автомобиля сжатым газом

Наполнение баллонов автомобиля сжатым газом производится на газонаполнительных компрессорных станциях и специальными передвижными автомобилямигазозаправками.

Водитель должен хорошо знать технологию наполнения баллонов газом и точно выполнять правила, установленные на газонаполнительной станции и при заправке автомобилемгазозаправщиком. Баллоны автомобиля следует наполнять в следующем порядке:

остановить двигатель;

отключить аккумуляторную батарею;

отвинтить и снять пробку с наполнительного вентиля на крестовине , предварительно очистить вентиль от грязи;

закрыть расходный вентиль на крестовине;

убедиться, что баллонные вентиля открыты;

по указанию работника газонаполнительной станции или оператора автомобилягазозаправщика подсоединить заправочный шланг к наполнительному вентилю и убедиться, при этом, что наконечник полностью навернут на все витки резьбы до упора, открыть наполнительный вентиль (до упора) и заполнить баллоны газом до стабилизированного давления 20 Мпа.

После достижения необходимо выждать 3-4 минуты для «уплотнения» газа и закрыть наполнительный вентиль;

стравить газ из газонаполнительного шланга в атмосферу, убедиться в отсутствии в нем давления. Отсоединить шланг от наполнительного вентиля;

навернуть пробку на наполнительный вентиль;

после наполнения баллонов включить аккумуляторную батарею, медленно открыть расходный вентиль на крестовине ( до упора) пустить двигатель и выехать с территории газонаполнительной станции.

2.2. Особенности рабочего процесса двигателя при использовании в нем различных газообразных топлив.

В двигателях подача газа осуществляется во впускной трубопровод или непосредственно в цилиндры, где он успевает образовать до момента воспламенения практически галогенную смесь с воздухом и с остаточными газами. У большинства дизелей автотракторного типа практически отсутствуют проводка цилиндров ввиду малого перекрытия фаз газораспределения. Поэтому у них можно подводить газ во впускной трубопровод, не опасаясь ее потерь в период перекрытия фаз газораспределения. Относительно небольшие объемы впускных трубопроводов снижает опасность их повреждения и разрушения воздушных фильтров из-за высокого уровня воспламенения смеси, например при нарушениях рабочего процесса, в цилиндрах и затяжном горении рабочей смеси.

Непосредственная подача газа в цилиндрах в процессе впуска или сжатия применяется только на двигателях большой размерности, снабженными специальными газовыми клапанами в каждом цилиндре.

Образование галогенной газовоздушной смеси в цилиндре позволяет полностью использовать воздушный заряд, то есть эффективнее списать газ при отсутствии убытка воздуха с существенно меньшим образованием продуктов неполного сгорания, чем это имеет место при сгорании гетерогенной смеси дизельного топлива, впрыскиваемого в цилиндре двигателя непосредственно перед воспламенением и в процессе горения.

Сравнивая удельную теплоту сгорания стехиометрических смесей природного газа и дизельного топлива (см. табл. 2.4.) можно сделать ошибочный вывод о худших мощностных характеристиках газового двля по сравнению с базовым дизелем. Однако практически результаты перевода дизеля на газовый процесс свидетельствует о возможности получения такой же или большей мощности при работе на газе, чем на дизельном топливе, так как предварительно подготовленная в процессе впуска газовоздушная смесь сгорает с большой скоростью и без дыма, в результате чего коэффициент избытка воздуха может быть снижен почти до стехиометрического уровня. Заключенный в надпоршневом зазоре, в под клапанных выемках, а также в зазоре вокруг головки поршня дизеля воздух практически не вовлекается в процесс сгорания при положении поршня верхней мертвой точки, то есть в период когда выделяемая теплота используется с наибольшим коэффициентом полезного действия.

2.3.1. Газовая система питания

Данная система обеспечивает возможность работы дизеля Камаз740 как на смеси природного газа (метана), так и на чистом дизельном топливе. Сжатый газ содержится в стальных баллонах размещенных в зависимости от модели автомобиля. При открытии расходного вентиля, расположенного на крестовине, газ по трубопроводу направляется в подогреватель и далее в редуктор высокого давления, после которого давление газа понижается до 0,951,1 ПМа. От редуктора газ подается к электромагнитному клапану. На входе в клапанах встроен съемный войлочный фильтр, закрытый алюминиевым колпаком. При включении электроклапана газ поступает на вход двухстороннего редуктора низкого давления, где давление газа дополнительно снижается до атмосферного. От газового редуктора по трубопроводу газ поступает в газовый дозатор, который подает необходимое количество газа в диффузор системы газа. В системе газ смешивается с воздухом, поступающим из воздухоочистителя. Работа газовой системы контролируется манометром низкого давления, который установлен в кабине водителя.

Давление после первой ступени редуктора низкого давления должно быть ровно 0,180,22 МПа. Давление газа в баллонах контролируется манометром, рассчитанным на давление 24 Мпа который установлен на первом баллоне.

Давление в камере редуктора высокого давления 0,951,1 Мпа может быть отрегулировано в специализированной мастерской по ремонту газовой аппаратуры. Для исключения влияния увеличения разряжения во впускном тракте на расход газа и мощностные показатели двигателя при загрязнении воздухоочистителя предусмотрена система коррекции расхода газа в зависимости от степени загрязнения воздухоочистителя. Принцип действия системы коррекции заключается в том, что обеспечивается нечувствительность характеристики расхода газа к изменению сопротивления впускного тракта путем сообщения замембранной плоскости мембранного газового редуктора с впускным трактом на участке между воздухоочистителем и системами. В этом случае любое дополнительное сопротивление воздухоочистителя в равной мере воздействует на мембрану газового редуктора как со стороны подмембранной полости, так и со стороны замембранной полости, не нарушая ее равновесного состояния. Тем самым обеспечивается стабильность расхода газа.

2.3.2. Подогреватель газа

При работе на природном газе с большим содержанием влаги и углекислоты необходим предварительный подогрев газа, особенно в зимнее время. При отсутствии подогревателя влага может замерзнуть в редукторе высокого давления, и нормальная работа газового дизеля нарушается. Для предотвращения этого автомобиль оборудован подогревателем газа, который расположен перед редуктором высокого давления.

Подогреватель состоит из корпуса, теплообменного элемента, патрубков, штуцеров. Входной и выходной патрубки соединены с системой охлаждения давления. При циркуляции жидкости в корпусе подогревателя происходит подогревание газа. Жидкость из системы охлаждения отбирается из левой водяной трубы и сливается в коробку термостатов.

В случае применения в качестве охлаждающей жидкости воды нагреватель газа подключается только после прогрева двигателя, при этом краны должны быть закрыты, а один открыт. После прогрева первые краны следует открыть, а последний закрыть, таким образом, горячая вода будет поступать в нагреватель газа. При стоянке в зимнее время вода из нагревателя должна быть слита.

2.3.4. Электромагнитный газовый клапан с фильтром

Газ под давлением 0,951,1 Мпа из редуктора высокого давления по сигналу высокого давления поступает в электромагнитный клапан. Клапан крепится на кронштейне к впускному соединительному коллектору двигателя. Фильтр состоит из корпуса, электромагнитного клапана, алюминиевого клапана, подводящего и отводящего штуцеров. В дизельном режиме клапан электромагнита под действием пружины находятся в закрытым положении и не пропускает газ в редуктор низкого давления. При переходе двигателя на работу в газодизельный режим клапан открывается, и отфильтрованный от механических примесей газ поступает в редуктор низкого давления, затем в редуктор газа и смеситель. Колпак фильтра при его установке на корпус уплотнен резиновым кольцом и медной прокладкой, устанавливаемой под головку болта.

2.3.5. Газовый редуктор

Газовый редуктор представляет собой двухступенчатый автоматический пневмоклапан мембранного типа с рычажной передачей от мембран к клапанам. Основным назначением редуктора является снижение давления газа, поступающего к дозатору-смесителю.

Для обеспечения надежного перекрытия газового трубопровода при неработающим двигателе предусмотрено разгрузочное устройство мембраннопружинного типа, соединяемое с впускным трубопроводом двигателя. При неработающем двигателе редуктор служит автоматическим клапаном, герметично перекрывающим выход газа к смесителю.

Редуктор имеет две ступени, каждая из которых содержит регулирующий клапан, плоскую мембрану из прорезининой ткани, пружину и рычаг, соединяемый мембрану с клапаном. Обе ступени редуктора вместе с разгрузочным устройством объединены в одном агрегате.

При открытии расходного вентиля газ из баллона проходит через газовые фильтры и заполняет полость в первой ступени редуктора. При неработающем двигателе сила, возникающая от давления газов на мембрану, устанавливает силу пружины и усилие от давления газа на клапан, вследствие чего последним прижимается к седлу и герметично закрывает входное отверстие.

Клапан второй ступени находится в закрытом состоянии и плотно прижат к седлу пружинами, усилие от которых передается через стержень, шток, рычаг и толкатель.

В момент перехода двигателя в режим газового дизеля разгрузочная мембрана, полость под которой соединена через штуцер и резиновую трубку с диффузором смесителя газа, под действием разряжения прогибается, снимает коническую пружину и разжимает клапан. Сила пружины становится недостаточной для удержания клапана в закрытом положении, он открывается под действием давления газа из полости на клапан. Давление газа в полости первой ступени устанавливается в пределах О,180,22 МПа.

При малом расходе газа в полости второй ступени создается избыточное давление. С увеличением расхода газа давление в полости постепенно уменьшается, при этом клапан под действием газа из полости первой ступени отходят от седла на определенную величину, увеличивая площадь сечения проходного канала. Из полости второй ступени газ поступает в дозатор газа, откуда направляется в смеситель.

Газовый фильтр редуктора предназначен для очистки газа от мельчайших частиц пыли, ржавчины и других механических примесей, которые могут нарушать герметичность клапанов редуктора.

Фильтр устанавливается на входе в первую ступень газового редуктора. Фильтрующим элементам является сетка, навернутая на каркас, который вставлен в корпус. Фильтрующий элемент вывертывается вместе с пробкой.

Сетку фильтра следует очищать при втором техническом обслуживании и при необходимости. Засорение фильтра может быть обнаружено при помощи манометра газового редуктора: резкое падение давления газа в полости первой ступени редуктора при увеличении открытия заслонки дозатора указывает на засорение фильтра. Для очистки сетки фильтра вывернуть фильтрующий элемент, снять пружинный держатель и развернуть сетку. Сетку промыть в бензине, ацетоне или каком-нибудь другом растворителе и продуть сжатым воздухом. Эту операцию следует производить на снятом с трактора редукторе. При сильном загрязнении медной сетки и в тех случаях, когда ее трудно отмыть, нужно поставить новую сетку. При сборке фильтра после его очистки обратить внимание на качество уплотняющей прокладки между корпусом и элементом. После каждой сборки фильтра проверить герметичность резьбового содержания. Регулировать редуктор можно только в специализированной мастерской при наличии сжатого воздуха. Давление в первой ступени редуктора регулируется путем изменения усилия пружины при помощи регулированной гайки: при наворачивании гайки давление увеличивается, при отворачивании уменьшается. При впалой частоте вращения двигателя на холостом ходу давление газа в полости первой ступени редуктора должно быть 0,18 - 0,22 Мпа.

Давление газа в полости второй ступени редуктора регулируется изменением усилия пружины при ввертывании регулировочного винта давления увеличивается, при ввертывании уменьшается. На заводе изготовителе давление на выходе второй ступени регулируется на величину 100150 Па.

При регулировании редуктора проверить ход клапана второй ступени. Для этого проверить ход стержня. Достаточный ход клапана обеспечивается при ходе стержня не менее 5 мм. Регулировать величину хода клапана следует при открытом расходном вентиле в следующем порядке: снять крышку люка, ослабить контргайку и выворачивать регулировочный винт до тех пор, пока клапан не начнет пропускать газ. Затем регулировочный винт ввернуть на 1/81/4 оборота и на слух определить момент прекращения утечки газа. После этого затянуть контргайку, закрыть расходный вентиль и по стержню проверить ход клапана. Если ход стержня мембраны составляет не менее 5 мм, то регулировку прекратить и крышку люка установить на место. Если ход стержня 5 мм. И менее, это указывает на неисправность газового редуктора, его следует разбрать и устранить неисправность.

В процессе эксплуатации редуктор необходимо периодически чистить и производить ремонт отдельных узлов. Первая ступень редуктора состоит из двух основных узлов: клапана с входным штуцером и мембраны с рычажной передачей, пружиной и регулировочной гайкой. Разборку узлов первой ступени редуктора производят в следующей последовательности: ослабить контргайку, отвернуть регулировочную гайку, вынуть пружину, отвернуть место гаек крепления крышки, удалить крышку и затем снять мембрану в сборе, Разъединив ее стержень с цапфой рычага. Чтобы вынуть узел клапана, удалить ось рычага. Для вывертывания седла клапана предварительно снимается корпус фильтра.

После очистки ремонта или замены деталей первой ступени сборку производят в обратной последовательности. При сборке мембрану установить так, чтобы центр верхней ее плоскости был ниже плоскости разъема на 1,5мм. Регулировку положения мембраны производят при помощи регулировочного винта и контргайки. Вторая ступень редуктора состоит из двух узлов: к первому узлу относится клапан с седлом, регулировочный винт с контргайкой и рычагом с осью, ко второму - мембрана с усилительным диском, стержень, ввернутый в шток, пружина с регулировочным ниппелем, контргайка, крышка редуктора и разгрузочное устройство.

Для разборки второй ступени редуктора, отвернуть переходной штуцер, вынуть штифт из стержня и пружину, вывернуть болт и снять крышку редуктора. Снять шток со стержнем вместе с мембраной в сборе.

Прежде чем извлечь разгрузочное устройство из корпуса редуктора, ослабить уплотнительную втулку, отвернув на два три винта штуцер. Для разборки разгрузочного устройства вывернуть восемь винтов, после чего все детали свободно вынимаются.

После удаления разгрузочного устройства приступить к извлечению клапана второй ступени редуктора. Для этого открыть крышку люка, затем ослабить контргайку, вывернуть винт с толкателем, вынуть клапан. Окончив чистку, промывку или ремонт деталей, производится сборка в обратной последовательности.

При сборке газового редуктора необходимо соблюдать частоту и обратить внимание на следующее:

Корпус редуктора, и все детали должны быть тщательно промыты, мембраны не должны иметь повреждений и складок. Требуется полная газонепроницаемость мембран.

Вновь установленные мембраны первой и второй ступени должны иметь правильно расположенное отверстие для болтов и стержня штока, алюминиевые диски мембраны второй ступени должны иметь ровную поверхность и плотно обжимать своими краями мембрану, новый клапан первой ступени и седло клапана перед установкой в редуктор надо проверить на герметичность сжатым воздухом на специальной установке. Все шаровые соединения и клапаны должны перемещаться свободно без повышенного трения. При сборе подвижные детали смазываются техническим вазелином или солидолом, седла клапанов не должны иметь рисок и царапин, при наличии повреждений клапана заменить.

Неисправность газового редуктора чаще всего заключаются в следующем, в нарушении герметичности, т.е. в пропуске газа через клапана при неработающем двигателе, отсутствии или недостаточности подачи газа или чрезмерно высокое разряжение на выходе.

В случае нарушения герметичности клапана первой ступени при неработающем двигателе давление в полости первой ступени редуктора повышается и газ начинает входить через клапан второй ступени. Обнаружить не герметичность клапана первой ступени можно по манометру низкого давления. При пропуске газа через клапан первой ступени давление в полости первой ступени будет увеличиваться до момента открытия клапана второй ступени. После этого стрелка манометра будет оставаться неподвижной.

Нарушение герметичности клапана первой ступени может быть вызвано следующими причинами:

-попаданием на рабочую поверхность клапана и седла механических примесей (ржавчины, металлической стружки, пыли и т.д.)

-загрязнением седла и клапана;

-повреждением рычага первой ступени редуктора.

Незначительное нарушение герметичности клапана первой ступени не оказывает заметного влияния на работу двигателя, но нарушение следует устранить. Если повреждено уплотнение, то нет необходимости менять седло. Повреждение седло клапана первой ступени можно отремонтировать подрезанием и шлифованием ее торца. Не герметичность клапана второй ступени редуктора при установке двигателя вызывает утечку газа из редуктора во впускную систему дизеля.

Нарушение герметичности клапана второй ступени редуктора может быть вызвано следующими причинами:

-чрезмерно высокое давление газа после первой ступени в результате того, что слишком глубоко навернута регулировочная гайка.

-очень глубоким положением регулировочного ниппеля, в результате чего полностью ослаблена пружина мембраны второй ступени и клапан на закрывается, так как ниппель упирается в мембрану.

-затрудненным перемещением клапана в направляющей;

-ослаблением контргайки и выворачиванием регулировочного винта клапана;

-тугим вращением на оси рычага второй ступени tредуктора;

-скоплением под клапаном металлической стружки, ржавчины и т.п.

-повреждением резинового уплотнения;

-нарушением герметичности клапана первой ступени редуктора;

Повреждение седла клапана второй ступени может быть устранено подрезанием или шлифованием его торца.

Негерметичность мембран редуктора может быть вызвана следующими причинами:

-небрежной сборкой,

-разрывом мембраны,

-пористостью ее материала,

-разъеданием мембраны различными химическими веществами, образующиеся в полостях редуктора в результате снижения давления.

При негермеичности мембраны первой ступени газ будет выходить под избыточным давлением через отверстие в регулировочной гайке пружины первой ступени. Если пропуск газа незначителен, и негерметичность наступила во время работы двигателя, работа редуктора и питание двигателя топлива полностью не нарушается, поэтому этот дефект может быть обнаружен при остановке двигателя.

При очень маленьких пропусках газа мембрану второй ступени редуктора питание двигателя газом также полностью не нарушается. Если давление второй ступени редуктора выше атмосферного, то при негерметичности мембраны второй ступени, газ будет выходить через крышку регулировочного ниппеля второй ступени, поэтому нетрудно будет обнаружить неисправность.

При повреждении мембраны разгрузочного устройства газ из редуктора будет поступать через штуцер непосредственно в диффузор смесителя, поэтому нормальная работа редуктора и двигателя нарушается.

При обнаружении неисправности какой-либо из мембран редуктора ее следует заменить.

Возникающими причинами повышения разряжения выходной полости редуктора при полной нагрузке двигателя являются:

-засорение фильтров, вследствие чего в редуктор поступает меньше газа. Засорение редукторов можно обнаружить по резкому падению давления газа в полости первой ступени редуктора при переходе на нагрузочные режимы, определяемому по манометру газового редуктора. Чистить фильтра следует так как указано выше;

-недостаточное открытие клапана первой ступени. В результате этого происходит резкое снижение давления полости первой ступени при больших расходах газа, определяемое по манометру газового редуктора. Требуемый ход клапана первой ступени устанавливается при сборке редуктора;

-разбухание резинового уплотнения клапанов первой и второй ступени газового редуктора, уменьшение площади сечения проходного клапана для газа и падение давления при работе двигателя с большими нагрузками;

-неправильная регулировка момента затяжки пружины второй ступени редуктора;

-недостаточное открытие вентилей баллонов или расходного вентиля;

повреждение, засорение или отключение трубки, соединяющей вакуумную полость разгрузочного устройства редуктора с диффузором смесителя;

-низкое давление газа в баллонах менее 0,9 Мпа

Для нормальной работы редуктора неисправности необходимо сразу же устранить.

2.3.6. Регулировка газового редуктора

Для регулировки редуктора:

закрыть расходный вентиль на крестовине;

отсоедините шланги от патрубков редуктора и штуцера фильтра редуктора;

вставить в отверстие выходного патрубка редуктора пробку с трубкой для присоединения шланга газометра. К патрубку крышки присоединить тройник со шлангом пьезометра. Трубка тройника служит для передачи разряжения от вакуумного насоса в полость разгрузочного устройства редуктора по шлангу. Подвод сжатого воздуха от компрессорной установки в полость первой ступени редуктора при давлении 0,220,6 Мпа. Осуществляется по шлангу, подсоединенному штуцеру фильтра редуктора (можно исправить пневматическую систему автомобиля при выключенном двигателе).

Давление газа полости первой ступени регулируется гайкой. При навертывании гайки давление в полости будет уменьшаться. Контролируется давление по манометру в кабине водителя. После окончания регулировки завернуть контргайку.

Перед регулировкой давления газа полости второй ступени отрегулировать открытием клапана второй ступени. Для этого снять крышку, ослабить контргайку и вывернуть регулировочный винт до начала входа воздуха через клапан второй ступени (определиться на слух). Затем регулировочный винт ввернуть на 1/81/4 оборота, определив на слух момент прекращения утечки воздуха через клапан, и завернуть контргайку. Через трубку передать разряжение в полость разгрузочного устройства редуктора, установить его величину, равную 0,70,8 кПа по пьезометру. Клапан второй ступени должен открыться. После снятия разряжения клапан должен плотно закрывать отверстие в седле клапана.

Давление газа в полости второй ступени регулируется ниппелем. При ввертывании ниппеля давления в полости будет увеличиваться. Через трубку подвести разряжение 1кПа в полость разгрузочного устройства, контролируя его величину по пьезометру. Вращая ниппель установить по пьезометру давление в полости второй ступени на 0,10,15 кПа больше атмосферного.

После регулировки завернуть контргайку, отвернуть переходной штуцер и проверить ход штока. Если хо£ штока при открывании клапана второй служит менее 5 мм, редуктор следует разобрать и устранить неисправность.

2.3.7. Вентиля.

Газобаллонная установка трактора имеет 4 специальных вентиля: наполнительный два баллонных и расходный. В качестве наполнительного вентиля используется вентиль ВМН1, в качестве расходного и баллонных ВМР1. Вентили имеют одинаковую конструкцию, отличаются только резьбой на боковом штуцере (у наполнительного вентиля резьба специальная, левая). Для присоединения газопровода на боковой штуцер поворачивается переходник с уплотняющей прокладкой.

2.3.8. Газовые трубопроводы.

Все газопроводы от баллонов от редуктора высокого давления выполнены из стальных толстостенных трубок с наружным диаметром 10± 0,15мм и толщиной стенок 2 мм.

Соединения газопроводов с переходниками, вентилями и другими элементами газовой аппаратуры осуществляется с помощью беспроводного ниппельного соединения типа «вращающееся кольцо» и допускают многократную разборку. При затягивании накладной гайке кольцо деформируется и принимает форму внутреннего отверстия в штуцере. Одновременно кольцо врезается внутренней кромкой в стенку трубки, препятствуя ее взрыву из соединения под действием высокого давления.

При замене ниппеля необходимо следить, чтобы новый ниппель был установлен на расстоянии 2-3 мм от конца трубки. Если ниппель после затяжки гайки не обеспечивает герметичность соединения, его следует заменить. Неисправный ниппель обрезают вместе с небольшим куском трубки. Снаружи все трубки газопровода высокого давления окрашены краской для предохранения от коррозии.

Не допускается установка трубок с врезкой кольца на расстоянии менее 2 мм от конца трубки.

Если необходимо собрать трубку с накидными гайками и кольцами, ее следует предварительно отжать и врезать кольцо в стенку трубки на расстоянии 2-3 мм от конца трубки.

Предварительное врезание колец в стенки трубки в сборе с накидными гайками производится в технологическом штуцере, имеющим присоединительные размеры штуцеров баллонных переходников.

Перед сборкой концы трубки длинной 1315 мм очистить от краски или антикоррозийного покрытия. Трубка должна быть вставлена в отверстие до упора. Момент затяжки накидной гайки в процессе предварительного врезания кольца должен быть 4050 Н.м. После предварительного врезания проверить состояния ниппельного состояния. Балки не должны иметь трещин и других повреждений.

Установка на автомобиль трубопроводов с нарушением данных требований, предварительная пайка припоем кольца и развальцовка концов трубок не допускается.

Размеры штуцера для предварительного врезания кольца приведены в технической документации. Периодически следует следить за состоянием конической поверхности отверстия. При появлении ступенек штуцер заменить.

2.3.9. Дозатор-смеситель

Дозатор - смеситель выполнен в одном блоке, что обеспечивает его монтаж. Дозатор газа установлен в едином корпусе с механическим ограничителем подачи газ мембранного типа и выполнен в виде дроссельного устройства, управление которым осуществляется педалью из кабины водителя. Основным назначением дозатора газа является регулирование необходимого количества газа, подавляемого в смеситель из двухступенчатого редуктора. С помощью двух шпилек дозатор крепится к корпусу смесителя, который представляет собой цилиндр с вставленным в него дозатором типа сопла «Вентури» Внутри диффузор имеет кольцевой коллектор подвода газа через радиальные отверстия. Смеситель выполняет три функции:

-создает необходимое разряжение на малых частотах вращения двигателя, что позволяет воздействовать на «мембрану редуктора и перевести его из режима запорного клапана в рабочий режим»;

- обеспечивает равномерное перемешивание газа и воздуха;

- совместно с газовым редуктором формирует скоростную характеристику двигателя.

Регулирование необходимого количества газа (формирование нагрузочной характеристики) производится дроссельной заслонкой. При нажатии на педаль акселератора педаль привода дроссельной заслонки через ведущий валик открывает дроссельную заслонку и за счет разряжения в диффузоре смесителя газ наступает из редуктора в смеситель. Дроссельная заслонка установлена на ведомом валике дозатора, который соединен со истоком мембранного механизма ограничения подачи газа. Мембранный механизм позволяет править положением дроссельной заслонки независимо от положения рычага привода заслонки, например: проворачивать заслонки в сторону закрытия при достижении двигателя максимально допустимой частоты вращения.

Дозатор смеситель устанавливается между воздухоочистителем и впускным коллектором двигателя.

В процессе эксплуатации могут возникнуть неисправности дозаторасмесителя, при которых двигатель не будет развивать обороты при передаче на работу в газодизельном режиме ил будет наблюдаться повышенный расход газа и неустойчивая работа двигателя, а после достижения двигателя максимальной частоты вращения «выстрелы» в системе выпуска отработавших газов.

В этих случаях (при заведомо исправной электрической схеме) возможными причинами являются:

неисправность привода управления дроссельной заслонки дозатора;

неисправность мембранного механизма, при которой дроссельная заслонка дозатора не открывается или не прикрывается.

При обнаружении неисправности дозатор смеситель необходимо отремонтировать или произвести регулировку, после которой ведущей и ведомые виды дозатора газа должны свободно вращаться.

Все процессы эксплуатации газового дизеля дозатор-смеситель требуется периодически очищать от пыли и грязи, смазывать и проверять герметичность мембраны и плотность применения дроссельной заслонки.

Для проверки на герметичность и регулирование дозатора газа необходимы следующие приборы: источники давления и разряжения: пузырьковая камера, трубка, подводящая воздух диаметром 5 мм, кран, У-образный вакуумметр, приспособление для установки дозатора.

2.3.10. Тяга телескопическая

При работе двигателя в режиме газового дизеля телескопическая тяга обеспечивает передвижение педали подачи топлива за счет сжатия пружины тяги (после хода рычага регулятора топливного насоса высокого давления), тем самым изменяется положение дроссельной заслонки дозатора газа. В дизельном режиме тяга не оказывает амортизацию действия и работает как жидкий элемент, т.к. ее пружина является более жидкой, чем пружина рычага регулятора.

Конструкторский раздел

Главными задачами теплового расчета являются: определение КПД, удельного эффективного расхода топлива, составление теплового баланса двигателя. Тепловой расчет позволяет определить основные размеры двигателя, выявить и определить усилия, действующие на его основные детали.

Исходные параметры:

Дизель Камаз-740

Схема, размерность D*S, 120*120

Частота вращения коленвала п=2600 мин-1

Степень сжатия Е=17

Рабочий объем всех цилиндров Vh=10.85 л.

3.1.1. Топливо для двигателя.

Для газовых двигателей используется газовое топливо в соответствии требованиям ТУ 5116683 "Газ природный сжатый, топливо для газобаллонных автомобилей"

Марка А - содержащий 95±5% метана

Марка Б - содержащий 90±5% метана

Согласно ГОСТу топливо для газового двигателя имеет следующий элементарный состав одного кг. топлива:

С = 0,87

Н2 = 0,125

02=0,005

Низшая теплота сгорания Qn=48000 кДж/кг.

Коэффициент избытка воздуха

Для двигателей с неразделенной камерой сгорания, у которых процесс смесеобразования не так совершенен, коэффициент избытка воздуха можно принять в пределах α=1,4…2,2. Принимаем

α =2.

3.6 Рабочий процесс газового дизеля.

Пуск двигателя может происходить только на диз.топливе. Все электрические цепи защищены с помощью плавкого предохранителя. Система питания газом установленной на автомобиле, состоит из батареи баллонов, редуктора, управляющего дросселя и смесителя, а также наполнительного вентиля, расходного электромагнитного клапана, контрольного манометра, системы регулирования, соединительных тяг и трубопроводов.

Размещение баллонов в контейнере за кабиной обеспечивает оптимальный доступ к ней.

Чтобы предотвратить обледенение редукторов и образование ледяных пробок в магистралях, газ подогревают в теплообменнике, используя тепло охлаждающей жидкости двигателя. Ввиду оптимальных температур отработанных газов дизеля целесообразно применять жидкостной подогреватель, однако температура жидкости при переключении на газ не должна быть ниже 5060 оС. Дистанционное управление процессом переключения системы питания с диз.топлива на газообразное, а также аварийное переключение газовой магистрали осуществляется с помощью электромагнитного клапана. При использовании сжатого до 20МПа газа, система редуцирования состоит из одного многоступенчатого или двух редукторов. один из которых высокого давления до уровня 1МПа, другой низкого – до 1 атм.

Из редуктора газ поступает, через дозатор, выполненный с дроссельной заслонкой, в смеситель, представляющий собой патрубок типа сопла "Вентури" На дозаторе может быть установлен ограничитель обеспечивающий уменьшение подачи газа при достижении двигателем максимальной частоты вращения.

Основные преимущества газодизельных двигателей, созданных на базе дизельных.

-Значительное снижение содержания токсичных веществ в отработанных газах, по сравнению с бензиновыми и дизельными двигателями.

-Относительная простота и небольшая стоимость топливной аппаратуры по сравнению с полным переходом на газ.

-Низкая стоимость топлива.

-Возможность эксплуатации в тех местах, где отсутствуют газонаполнительные станции.

Недостатки газовых двигателей созданных на базе дизеля:

-Худшая топливная экономичность по сравнению с дизелем.

-Снижение энергетических параметров двигателя по сравнению с дизелем, а следовательно и снижение производительности транспортного средства с таким двигателем.

-Меньший запас хода на газодизеле, чем на дизеле.

-Не возможность выполнения переоборудования двигателя в условиях хозяйства. Конвертирование происходит как правило на заводе изготовителе базового двигателя. - Увеличение стоимости автомобиля из-за более дорогой системы хранения газа (по сравнению с системой хранения дизеля).

Заключение

В целях экономии дизельного топлива, с учетом развивающейся сети газонаполнительных станций, возможно применение на автомобилях сжатого природного газа. Экономические характеристики газодизельного двигателя практически такие же, как у дизеля. Использование баллонов высокого давления из высоколегированных сталей и металлопластов, обеспечивает приемлемое давление на почву, удобное размещение баллонов, в частности за кабиной автомобиля.

При отработке системы комплексного применения в с/х производстве сжатого природного газа, целесообразно использовать его на всех типах автомобилей. Накопленный зарубежный опыт, автомобильной промышленностью, имеющиеся производство газовой аппаратуры дает возможность, разработки конструкций автомобилей приспособленных для работы на газе. В то же время необходимо решить вопросы управления энергетическими режимами газовых автомобилей, комплектование газовых емкостей за кабиной автомобиля с учетом разнообразных требований к эксплуатации, а так же требованиям к заправке и обслуживанию газовой аппаратуры в условиях относительно высокой расредоточенности автомобилей.