Разработка системы подачи воды в цилиндры двигателя ЯМЗ-240 самосвала БелАЗ-544

Кроме описанной простейшей схемы подачи воды во впускной трубопровод дизеля в работе предложена усовершенствованная система для дизеля ЯМЗ-240 самосвала БезАз-540А (рисунок 1.3). Эта система состоит из следующих основных элементов: термостатического устройства, вакуумного автомата и карбюратора. Система работает следующим образом. Вода из водяного бака после прохождения термостатического устройства 23 и вакуумного автомата 14 с помощью карбюратора 8 подается в дополнительный трубопровод 9, из которого она поступает во впускной трубопровод 12 дизеля 33. Воздух, поступающий в дизель из впускного трубопровода 12, очищается от пыли и частиц в штатном воздухоочистителе 1, а часть воздушного потока, проходящего в дополнительный трубопровод 9 через карбюратор 8, очищается в дополнительном воздушном фильтре 2.

Система подачи воды на впуске (рисунок 1.3) содержит устройства, автоматически прекращающие подачу воды в карбюратор при понижении температуры охлаждающей жидкости ниже допустимой (термостат), а также включающие систему при пуске и выключающие ее при остановке дизеля (вакуумный автомат). Термостат работает следующим образом.

Вода из системы охлаждения дизеля 33 поступает через отверстие 26 в корпусе 28, омывает термостат 27, который выполнен в виде гофрированной оболочки, заполненной рабочей жидкостью с большим коэффициентом линейного расширения, и выходит из корпуса через отверстие 31. При падении температуры воды в системе охлаждения ниже минимально допустимой объем рабочей жидкости термостата 27 уменьшается и шток 29 термостата занимает крайнее нижнее положение. В результате клапан 25 под действием пружины 21, поджатой болтом 20, прижимается к седлу отверстия, связывающего штуцеры 19 и 24, прекращая, тем самым, поступление воды из бака в карбюратор 8. Сальник 30 предотвращает возможность поступления воды из системы охлаждения двигателя в корпус 22. При повышении температуры воды в системе охлаждения рабочая жидкость термостата 27 расширяется, поднимает оболочку термостата, а с ней и шток 29, который, преодолевая сопротивление пружины 21, поднимает клапан 25, открывает отверстие, связывающее штуцеры 19 и 24. Вода вновь поступает из бака в карбюратор 8. При дальнейшем повышении температуры воды соответственно возрастает объем жидкости термостата 27 и под действием штока 29 клапан 25 поднимается и увеличивает проходное сечение отверстия, связывающего штуцеры 19 и 24. Такое регулирование количества подаваемой воды позволяет существенно стабилизировать температурный режим дизеля, что повышает его долговечность.

Вакуумный автомат работает следующим образом. При неработающем дизеле 33 во впускном трубопроводе 12, а, следовательно, и под мембраной 13 в корпусе 10 устанавливается атмосферное давление. Верхняя полость корпуса 10 над мембраной 13 связана с атмосферой отверстием 7 и герметизируется от воды, проходящей через штуцеры 18 и 3, уплотнением 15 в виде сальника 6. В нижней полости корпуса 10 под мембраной 13 создается разрежение за счет связи этой полости (через трубку 11) с впускным трубопроводом 1.2. При этом положении мембрана находится в равновесном состоянии, а клапан 16 в корпусе 17 прижат пружиной 4 к седлу отверстия, связывающего штуцеры 18 и 3. В результате вода из термостатического устройства 23 не поступает в карбюратор 8.

При пуске двигателя во впускном трубопроводе создается разрежение, и мембрана 13 вследствие разности давлений (атмосферное над мембраной и разрежение под ней) опускается вниз. При этом усилие от мембраны 13 с помощью штока 5 передается на пружину 4, в результате чего пружина сжимается, а клапан 16 опускается, открывая магистраль подачи воды в карбюратор.

При остановке двигателя давление под мембраной 13 и над ней выравнивается, мембрана занимает нейтральное положение, а клапан 16 под действием пружины 4 вновь закрывает отверстие, связывающее штуцеры 18 и 3. Подача воды из бака в поплавковую камеру карбюратора прекращается. Таким образом, вакуумный автомат включает и выключает систему подачи воды без участия водителя в управлении системой, а также исключает попадание воды в цилиндры неработающего двигателя.

Результаты эксплуатационных испытаний системы подачи воды во впускной трубопровод дизеля ЯМЗ-240 автомобиля БелАЗ-540А при подаче воды в его впускную систему в количестве GB/GT=30-40% представлены на рисунок 1.3. Из приведенных данных следует, что в процессе эксплуатационных испытаний выбросы NOx снижаются в среднем на 30%, что обусловлено снижением температур сгорания топлива при подаче воды во впускной трубопровод. При этом температура ОГ уменьшается на 20-50°С, а нагарообразование в цилиндрах дизеля снизилось в 2-3 раза.

Наработка пяти автосамосвалов с описанной системой подачи воды составила от 5000 до 20000 км. Проведенный на 3 исследуемых двигателях микрометраж деталей цилиндропоршневой группы при пробеге автомобилей от 12000 до 20000 км значительного снижения долговечности этих деталей не выявил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ 7
1.1 Физико-химические свойства воды, водяного пара и водотопливных эмульсий 7
1.2 Системы для подачи воды в цилиндры двигателя 11
1.2.1 Схема системы раздельной подачи дизельного топлива и воды в цилиндр дизеля 11
1.2.2 Подача воды во впускной трубопровод двигателя 13
1.2.3 Система для дизеля ЯМЗ-240 самосвала БелАЗ-544А 15
1.2.4 Впрыскивание воды в цилиндры двигателя 18
2 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ДЛЯ ПОДАЧИ ВОДЫ В ЦИЛИНДРЫ ДИГАТЕЛЯ 23
2.1 Описание предлагаемой системы 23
2.2 Разработка блока управления 24
2.3 Определение основных технических параметров 28
2.4 Расчет усилия затяжки шпильки 35
3 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ КАРТЫ НА СБОРКУ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КЛАПАНА 37
4 БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА 38
4.1 Обеспечение условий и безопасности труда на производстве 38
ВЫВОДЫ 48
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 49

Состав графической части проекта:

1 Анализ существующих конструкций систем подачи воды в камеры сгорания
2 Способы подачи воды в цилиндры двигателя
3 Электромагнитный клапан Вид общий
4 Клапан для подачи воды Сборочный чертеж
5 Клапан электромагнитный Сборочный чертеж
6 Деталировка разработанного клапана
7 Схема функциональная электронного блока
8 Технологическая карта на сборку конструкции для крепления термометрических чувствительных медных элементов ЭЧМ-31
9 Показатели технико-экономической эффективности проекта модернизации ЯМЗ-240