高原地区小型沼气/柴油双燃料发动机的研制

【摘要】：针对高原地区海拔高、空气稀薄导致的农村动力机械进气压力低、充量系数下降、柴油机功率下降和该区域农村中小规模沼气工程的建设和推广导致的沼气夏季剩余、冬季严重短缺的问题，在对该区域沼气进行净化、储存等处理的基础上，研制一种以ZS1115小型单缸柴油机为载体、以净化沼气为主要燃料、以少量柴油为引燃油量的压燃式沼气/柴油双燃料发动机，本文主要对以下几个方面进行了深入的研究： （1）以高原地区区域环境为研究对象，经理论分析计算得出高原地区ZS1115小型单缸柴油机的最佳压缩比（18.5：1）；在该地区对该柴油机进行功率恢复性试验，对比原柴油机在标况条件下的功率变化趋势，绘制压缩比与功率的关系曲线图，验证了标况条件压缩比为17：1的ZS1115在高原地区压缩比为19：1时功率下降最低，试验分析确定了高原地区维持原柴油机功率的最佳压缩比（19：1）；通过保证压缩终了压力不变的原则对发动机燃烧室容积进行改装，使得改装后的发动机能够达到原机机械强度要求。 （2）以高原地区新型沼气产业为基础，将区域沼气应用到农用动机机械上，本设计所用的沼气经过脱尘器、脱CO2器、脱硫塔和干燥箱净化，去除沼气中的杂质成分，将沼气中甲烷的含量控制在90%以上，使得沼气的可燃成分含量升高，燃烧热值高，降低其他杂质成分对发动机性能和寿命的影响，同时，净化的沼气与天然气成分接近，扩大了发动机的燃料使用范围，增大了该机的使用市场。 （3）针对沼气/柴油双燃料发动机进气系统、供油系统和调速系统进行研究，根据理论分析混合器功能，设计出文丘里式混合器，借助第一代样机试验分析，优化得出混合器的结构参数和二维图；设计出油/气量校正器、引燃油量控制装置和一套沼气节气门联动调速器装置理论模型，完成了第一代样机的试制，对这些关键部件进行了样机初步试验，基本满足双燃料发动机的功能要求。 （4）在引燃油量控制为20%的基础上对原机和第一代样机进行对比试验，分析了供油提前角和压缩比对两种发动机动力性和燃油经济性的影响，并对参数进行调整，结果表明：双燃料发动机的燃油经济性明显提高，在供油提前角提前后，发动机最佳耗油区在发动机最大扭矩转速位置，达到发动机使用性能水平；验证了双燃料发动机的最佳压缩比（19：1）和最佳供油提前角（24°）。 经过第一代样机试验验证，该改装方案是可行的，在高原地区能够不降低原柴油机的动力性，提高燃油经济性，降低污染物的排放，不仅节约能源，而且提高沼气利用率，降低污染，为高原地区双燃料发动机的研究和在农业动力上的应用提供了一定的指导和推动作用。 【关键词】：高原地区 沼气 双燃料发动机 压缩比 供油提前角 试验
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK46
【目录】：

• 摘要2-4
• Summary4-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 引言9
• 1.2 课题研究背景9-10
• 1.3 双燃料发动机研究现状10-13
• 1.3.1 国外双燃料发动机研究现状10-12
• 1.3.2 国内双燃料发动机研究现状12-13
• 1.4 研究的目的和意义13-14
• 1.5 研究内容、关键问题与研究路线14-18
• 1.5.1 研究内容14-15
• 1.5.2 关键问题15-16
• 1.5.3 研究路线16-18
• 1.6 本章小结18-19
• 第二章 沼气物理、燃烧特性及双燃料燃烧机理19-24
• 2.1 沼气的物理特性19
• 2.2 沼气的燃烧特性19-21
• 2.3 双燃料燃烧机理21-23
• 2.3.1 双燃料燃烧过程分析21-22
• 2.3.2 双燃料与纯柴油燃烧机理分析22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 高原地区双燃料发动机改装方案的确定24-31
• 3.1 高原地区沼气/柴油双燃料发动机的设计要求24-28
• 3.1.1 高原地区的功率要求24
• 3.1.2 沼气/柴油双燃料发动机两种模式要求24
• 3.1.3 沼气/柴油双燃料发动机混合燃料混烧的可行性要求24-28
• 3.2 沼气/柴油双燃料发动机组成及工作原理28-29
• 3.2.1 沼气/柴油双燃料发动机的组成28
• 3.2.2 沼气/柴油双燃料发动机的工作原理28-29
• 3.3 主要技术参数29-30
• 3.4 本章小结30-31
• 第四章 双燃料发动机关键部件的设计31-48
• 4.1 功率的恢复研究31-34
• 4.1.1 压缩比对发动机的影响31-33
• 4.1.2 双燃料发动机气缸压缩比的调整33-34
• 4.2 进气系统的设计34-40
• 4.2.1 双燃料发动机混合气组织方式34-35
• 4.2.2 进气系统调节方式35
• 4.2.3 混合器的设计35-40
• 4.3 调速机构的设计40-42
• 4.3.1 双燃料供给调速机构的设计40-41
• 4.3.2 供油、供气系统的改进41-42
• 4.4 油量和气量控制装置的设计42-44
• 4.5 引燃油量控制装置的设计44-45
• 4.6 燃烧室的选择45
• 4.7 供油提前角的选择与调整45-46
• 4.8 沼气/柴油双燃料发动机的使用方法46-47
• 4.9 本章小结47-48
• 第五章 双燃料发动机的性能试验48-66
• 5.1 试验设备与布置48-52
• 5.1.1 主要试验设备48-49
• 5.1.2 试验装置布置49
• 5.1.3 试验所用的沼气和柴油49-52
• 5.2 功率与燃油消耗率的修正52-53
• 5.2.1 功率的修正52
• 5.2.2 燃油消耗率的修正52-53
• 5.3 双燃料发动机双燃料混烧的可行性试验53-54
• 5.4 高原双燃料发动机功率恢复试验54-58
• 5.4.1 理论分析54-55
• 5.4.2 试验分析55-58
• 5.5 两种发动机燃烧与万有特性对比实验58-64
• 5.5.1 发动机燃烧特性实验对比59-60
• 5.5.2 发动机万有特性试验对比60-64
• 5.6 本章小结64-66
• 第六章 结论与讨论66-70
• 6.1 结论66-68
• 6.2 讨论68-70
• 致谢70-72
• 参考文献72-77
• 作者简介77-78
• 导师简介78-79

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