沼气/生物柴油双燃料发动机性能试验研究

【摘要】： 近年来,随着工农业的迅猛发展,石油资源日渐减少,大气污染的日益严重以及日益严格的排放法规,都促使人们去寻求可替代能源。在众多可替代燃料中,基于生物质的沼气、生物柴油都是比较理想的可再生燃料。由于沼气中含有大量的CO_2,发动机燃用沼气燃烧速度慢,CO和HC的排放较高,大负荷时缺氧严重;而生物柴油中含有较多的氧,有利于燃烧完全,CO和HC的排放较低,但会使NO_X排放上升。 结合沼气和生物柴油这两种生物燃料的特性,在直喷柴油机上实现沼气与生物柴油高效混燃,充分发挥沼气和生物柴油优越的理化特性和燃烧特性,通过专门研制双核电控单元(ECU),建立相应的控制模型,研制了沼气电控多点喷射系统,使295T型直喷柴油机能运行在沼气/生物柴油双燃料模式。在相同条件下,以改装后的发动机为试验装置,分别燃用柴油和沼气/生物柴油双燃料进行了台架性能试验。 试验结果表明:发动机改装后运行在沼气/生物柴油双燃料模式与原机(燃用纯柴油时的发动机)相比,动力性能略有提高,热效率提高,当量燃油消耗率降低,经济性能明显改善,NO_X的排放量明显降低,CO排放量基本不变,HC排放量有所增加。试验结果进一步表明所研制的沼气电控喷射系统工作可靠、性能稳定、输出响应好,有效地控制了沼气的定时定量喷射。含大量CO_2的沼气和含氧的生物柴油组合在柴油机内燃烧,可以达到优势互补、劣势抵消的效果,有利于燃烧完全并减少NO_X的排放量,解决了沼气发动机功率下降,排放性能和经济性变差的问题。由于空气充量的减少,进入气缸O_2减少,直接导致HC排放量增加,可以采用涡轮增压方式或是用HC吸附器加以解决,出于试验条件的限制,未能采用涡轮增压和HC吸附器。 【关键词】：直喷柴油发动机 双燃料 多点喷射 性能 沼气 生物柴油
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TK46
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题的提出9-11
• 1.1.1 沼气燃烧特性的研究概况9-10
• 1.1.2 点燃式沼气发动机燃烧特性的研究概况10
• 1.1.3 压燃式沼气/柴油双燃料发动机燃烧特性的研究概况10
• 1.1.4 生物柴油发动机燃烧特性的研究概况10-11
• 1.2 双燃料发动机应用技术的发展11-13
• 1.2.1 机械控制混合器预混合式供气12
• 1.2.2 电子控制预混合式供气12
• 1.2.3 缸内喷射供气12-13
• 1.2.4 双燃料发动机其他技术的研究13
• 1.3 研究目的和意义13-14
• 1.4 研究内容、关键问题与研究路线14-17
• 1.4.1 研究内容14-15
• 1.4.2 关键问题15
• 1.4.3 研究路线15-17
• 1.5 本章小结17-18
• 第2章 沼气的燃烧特性和供给形式18-23
• 2.1 沼气的燃烧特性18-19
• 2.1.1 沼气的成份18
• 2.1.2 沼气的理化特性18-19
• 2.2 沼气/生物柴油发动机改装方案19-22
• 2.2.1 沼气供给系统19
• 2.2.2 沼气多点喷射系统19-20
• 2.2.3 各组成部分的选择与设计20-22
• 2.2.4 曲轴转角传感器和水温传感器的选择22
• 2.2.4.1 曲轴转角传感器22
• 2.2.4.2 水温传感器22
• 2.3 本章小结22-23
• 第3章 沼气电控喷射系统控制模型的建立23-26
• 3.1 沼气喷射脉宽和沼气喷射量关系的确定23-24
• 3.2 控制模型的确定24-25
• 3.2.1 沼气控制方法的确定24
• 3.2.2 掺烧比的确定24-25
• 3.3 本章小结25-26
• 第4章 沼气电控喷射系统硬件设计26-33
• 4.1 控制系统总体设计26-28
• 4.1.1 发动机控制系统的特点26-27
• 4.1.2 发动机控制系统总体方案27-28
• 4.2 ECU硬件系统设计28-32
• 4.2.1 单片机选型28
• 4.2.2 单片机电路设计28-29
• 4.2.3 高速电磁阀驱动电路设计29-30
• 4.2.4 冷却水水温采集及显示模块30-31
• 4.2.5 双机通信模块31
• 4.2.6 曲轴信号采集模块31
• 4.2.7 沼气多点顺序喷射系统时序控制31
• 4.2.8 硬件抗干扰设计31-32
• 4.2.8.1 电源抗干扰设计31-32
• 4.2.8.2 接口通道抗干扰设计32
• 4.2.8.3 沼气喷射器控制抗干扰设计32
• 4.2.8.4 印刷电路板抗干扰措施32
• 4.3 本章小结32-33
• 第5章 沼气电控喷射系统软件设计33-40
• 5.1 主程序流程图33-34
• 5.1.1 系统软件的主要功能和特点33
• 5.1.2 系统软件流程图33-34
• 5.1.3 软件系统抗干扰设计34
• 5.2 系统子程序设计34-37
• 5.2.1 冷却水温度测量34-36
• 5.2.2 数码管显示36-37
• 5.3 程序的仿真与调试37-38
• 5.4 程序的烧写38-39
• 5.5 本章小结39-40
• 第6章 双燃料发动机性能试验40-57
• 6.1 试验设备及仪器40-41
• 6.1.1 试验用主要仪器40
• 6.1.2 尾气温度测量40-41
• 6.1.3 295T型柴油机及其附件的主要参数41
• 6.1.4 试验用柴油、机油及生物柴油41
• 6.2 沼气/生物柴油双燃料发动机的性能试验41-43
• 6.2.1 试验所参照的标准41
• 6.2.2 试验结果的修正41-43
• 6.2.2.1 有效功率的修正41-42
• 6.2.2.2 发动机燃油消耗率的换算42-43
• 6.2.2.3 当量燃油消耗率b_e的换算43
• 6.2.3 试验所测试的项目43
• 6.3 全负荷速度特性试验43-46
• 6.3.1 发动机负荷适应性45-46
• 6.4 负荷特性试验46-50
• 6.5 速度特性试验50-56
• 6.6 本章小结56-57
• 第7章 结论与讨论57-59
• 7.1 结论57-58
• 7.2 讨论58-59
• 参考文献59-64
• 致谢64-65
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文65

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