（动力机械及工程专业论文）火花点火式发动机燃用变组分煤层气研究.pdf

火花点火式发动机燃用变组分煤层气研究 摘要 ， f 煤层气是魏低环境污染麓源，其主要成分是晕姣，少量藿烃气 体和一烛非烃气体( 如氮气，二氧化碳等) 。不含硫化物和碳黑，煤 层气燃烧时不产生烙h ! 和硫化物气体。土 由于煤层气中含有多种霞烃气体和非烃气体，具有组分变化的特 点，直接在天然气发溯钒中燃烧，会使发动壤王圣# 不歪常。因基乏如何 解决好煤层气组i 份和i 掣烷浓度变化给发动机、尤其是给火花点火式发 动机工作稳定性和排放特性带来的不利影响，是一个新的研究课题。 本文针对眈较有威霜前潦的代硝燃料煤层气的特点，改装设计了 一台燃用变缀分煤层气发动撬。缝合实验的嚣要，设计了煤层气模拟 配气装麓和用于对t s 3 0 0 0 示波器和双控制电控单元进行数据条集与 控制系统，用于对煤滕气发动机进行实验研究。 ， 通过实验研究，改制后的发动机能燃用不同浓度的煤层气，且工 作稳定、起动性龛毫好，能够适应煤矿交缀分煤层气的燃烧j 关键词；代用燃料卜发动机，”煤层气i 软件开欺 t h e s t u d y o n s p a r ki g n i t i o ne n g i n e s f u e l e d w i t hv a r i a b l ec o m p o n e n 坛 a b s t r a c t t h ec o a l b e dg a si st h eo n ek i n dl o wp o l l u t i o ne n e r g y , a n d i t sm a j o rc o m p o s i t i o n i sm e t h a n e ，as m a l la m o u n th e a v yh y d r o c a r b o na n ds o m en o n - h y d r o c a r b o ng a s b o d i e s ( s u c h a sn i t r o g e ng a s ，t h ec a r b o nd i o x i d ee t c ) i td o e sn o th a v e t h ec o m p o n e n t o f s u l p h i d e a n ds o o t ，s oi td o e sn o tg i v er i s et os m o k e a n dd u s ta n ds u l 两i d eg a sw h e n b u r n i n g t h ec o a l b e dg a sc o n t a i n sm a n yk i n d so fh e a v yh y d r o c a r b o ng a sb o d i e sa n d t h e n o n h y d r o c a r b o ng a s ，w h i c hp o s s e s s e st h ec h a r a c t e r i s t i co f v a r i a b l ec o m p o n e n t i f t h en a t u r eg a se n g i n e sa r ef u e l e dw i t ht h ec o a l b e dg a sd i r e c t l y , t h e yw i l l w o r k a b n o r m a l l y h o wt os o l v et h e s eq u e s t i o n s ，e s p e c i a l l y t h ec o a l b e dg a sc o m p e t e n t c h a n g e a n dt h e c h a n g e o ft h ec o n c e n t r a t i o no ft h em e t h a n eb r i n g su n f a v o r a b l y i n f l u e n c e s 埝t h ep e r f o r m a n c ec h a r a c t e ra n dt h ee m i s s i o nc h a r a c t e ri nt h es p a r k i g n i t i o ne n g i n e ，i san e w r e s e a r c hs u b j e c t n o w , t h i sp a p e ri sat r i a lo f t h i sa s p e c t t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h er e e q u i p p e dd e s i g no ft h ee n g i n eo fs 1 9 5 ，a n dt h e d e s i g no fe q u i p m e n to fm o d e lc o a l b e dg a s i no r d e rt or e a l i z et h ep r o g r a m s ，a l l d a t a c o l l e c t e ds y s t e mo f o s c i l l o s c o p eo f t s 3 0 0 0a n dm i c r o c o n t r o l l e di sd e s i g n e d a f t e rt h es t u d yo f e x p e r i m e n t ，t h ec o a l b e dg a se n g i n ec a nb ef u e l e dw i t h v a r i a b l ec o m p o n e n t so fc o a l b e dg a s f u r t h e r m o r e ，i tc a nw o r ks t a b l ya n dc a l lb e i g n i t e de a s i l y t h et e s t i n gt e l l su s t h ee n g i n ei ss u i t a b l et ob ef u e l l e dw i t ht h ec o a l b e d g a s k e yw o r d s ：a l t e r n a t i v ef u e l ，e n g i n e ，c o a l - b e dg a s ，s o f t w a r ed e v e l o p m e n t 独创性声明 本人声明所呈嶷的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成浆。据我所知，除了文孛特别热以标注释致邋的避方捧，论文中琴毽禽其魏人已 经发表或撰写过的研究成粜，也不包含为获得焱胆王些鑫堂或其他教育机 构的学位或证蕊恧使用过黪搴孝料。与我一秘工终的翅志对本研究所檄瓣任每烫麸均 已谯论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位澈储签名彩j 斌 签字基按：刃夥胃g 基 学位论文版权使用授权书 本学往论文孛# 者完全了解佥趱至墼叁黧有关保留、使用学位论文静麓定， 有权保留并向国家籽关部门或机构避交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 詹潮。本入镬较盒鬻至塑叁望可璇将学戳论交的全部或部分内容编入有关魏嚣 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描莓复制手段保存、汇编学位论义。 保密懿学位论文在瓣密后适用本授板书) 学位论文作者镣名： 锄j 武导燧雹刷 签字网期：护? 年眵月e t 学位论文作者毕、韭舞去向 工作单位： 透讯缝垃： 签字日期：举月日 电话： 邮编： 致谢 本谖蘧的磷究工 睾是在导瘴左承基教授鼹悉心指导下完成的。左 老师严谨的治学态度、渊博的知识和丰富的科研工作经验将使学生终 生受益。 在近三年的时间晕，左老师在生活方晰也给予我无微不至的关 ，淤，从老爨；身：学到的l i 仪仪是辩学知汲，溺瓣也学到了为人楚毽= 熬 道理，这对我来说同样是一份宝贵的财富，会对我的一生产生重要的 影响。在论文完成之际，谨向左老师致以最忠心的感谢和深深的敬意! 本文的实验工作是在合肥工业大学内燃机实验室进行的。实验中 褥到了谈建老舞、徐天玉、滕数老舞翻路苏君老爨鳇无私帮劲，四位 老师丰富的实践经验和辛勤劳动，保证了实验的顺刹进行，在此向四 位老师致以最忠心的感谢! 忠心感谢滕勤老师在学习和实验工作等方面给予的关心与支持! 忠心感谢谈建老娜在台絮实验峙 历绘予的帮韵! 忠心感谢钱叶剑老师在学习与实验工作中所给予的帮助! 忠心感谢章海峰、顾红兰、汪胜聪等同学在诸多方面给予的帮助! 感谢我的父母、姐娥、哥谮及其他亲人扶经济上和精神上对我的 莫大支持秽鼓励 最后，还要感谢在论文工作过程中所有曾经支持和帮助过我的老 师和朋友们! 1 1 引言 第一章绪论 能源短缺、环境恶化和人口过多是人菸社会的发展的三大问题。其中能源短 缺、环境恐他是与汽车工败约发展密切相关的。 常蕊的汽车发动税燃霭汽油、菜油这两种石溘燃料，随黪工盈的发展，蠢油燃 料的生产融逐渐不能满足需求。石油是一种不可再生的能源，按照目前的消耗水 平，在今鼹的凡一+ 年内可熊会消耗殆尽，邋遣馒人磐j 必须秀发赣鲍代用燃料。 另一方丽，汽车工i t 的迅猛笈媵也使生态耳壤疑蓟了严重的污染。汽率摊放 物中的c 0 2 能够引起“温室效应”，n o ，和s 0 ：与大气中的臭氧结合可形成酸雨 或燃雾，微粒孛懿苯势芘怒致癜兹矮等等。这些强境污染静鑫l 溅楚褥毽赛镰嚣匏 排放法规越来越严格，在一些发达豳家更怒提出了超低排放法则、甚至对率辆提 出了零排放的要求。表l l 是美国加里福尼亚州轻型汽攀排放的标准的排放限 餐。 表i - 1加熙福尼豫州轻型汽车排放的标准的排放限值 5 0 0 0 0 m i t e 虢内( g m l e ) 标准c o n m ( ) g n o 微粒甲醛 1 9 9 33 。4o ，2 5 ( 1 )0 40 ，o b 下l e ￥3 4o 1 2 , 5o 40 0 60 0 t 5 t l e v ( 3 )3 40 0 7 5o 20 0 80 0 1 5 。g ￥( 4 )l ，70 。0 40 ，20 ，0 4e 。巷0 8 1 0 0 0 0 0 m1 e 以内 1 8 0 - 3 7 02 06 57 84 2 1一1 6 2 十六烷值4 0 - 5 55 5 - 6 0 58 蠡燃渌凌( ) 2 5 02 3 54 5 04 2 04 7 06 5 0 理论空燃比1 4 69 06 59 o1 5 61 7 2 l 。3 1 酵炎 主要包括甲醇和乙醇。在现有的发动机上使用醇类燃料时，不需作较大的改 动。 1 ) 甲醇 甲醇的分子绒构是c h 。一o i ，制作发动机的代用燃料的主要的优点是： 资澡事塞：霹逶过多耱途经豢l 毅，帮褥垂媒、天然气簿原辩会成，氇搿謦l 惩 太阳能、水能或原予能产生的电能电解得到氢，樽将氢和c 0 2 合成甲醇。 排放洁净：在燃用甲孵的发动机排气中不会碳烟和微粒物，粟用氧化催化剂 爵将e 0 秘辩捧放簿戮校低靛求警。 燃瓣p m 瓣羧量魄耱建紫涟燃褥梅敦多了2 2 5 ，嚣娶h c 撵敖爨晓燃瓣涎耱浆 油燃料的排放量都要少低。这些数据表明，燃用f t 燃料不会出现燃用擞物柴油 出现p m 排放量减少、氧化氮排放量增加的现象。 不久翡，谗顿爱特对燃瘸f t 燃籽籍掬翔絷漓熬籽发动梳摊放遴行了分褥 【1 0 1 。分析结果也表明燃用f t 燃料的发幼机氧化氯和p m 的排放量会减少。在 漱溅，怒低骧量灼柴酒被认为可以大大减少p m 摊放量。在兹e u r 0 1 裂发动规 中使用诧燃料可以减少p m 排放鬣3 2 剽4 4 ，大约减少了3 2 的p m 排放量。 因此，f t 燃料有“城市柴油”之美称。 1 4煤朦气的特点及研究现状 1 | 1 煤瑶气简介 煤层气( 煤鼷甲烷) 是非常规天然气的一种煎要类型，它存储于煤鼷及邻近 豹岩层中，是自然界形成的一弛法净瓤熊源，其热值较商，燃烧对不生成烟尘和 硫亿物气体。据预测，我国煤层气资源与常规天然气大致稆当，约为3 3 万亿立 方米，是世界上煤层气资源最丰寓的国家之一。闳此，我国开发利用这一新能源 豹潜力分巨大，缀套发滠痰为一矮赣兴载憝潆王监。 煤层气是以甲烷( c h 4 ) 为主的多种气体混食物，包括重烃气体( 乙烷、丙 烷、丁烷、戊烷) 和非烃类气体( 二氧化碳、氦气、硫化氢、氢气、氩气等) 。 不霹盆遮、嚣一镰途不嚣鄹努、不丽煤鬣、不露缓深、不麓媒奔淤及不瓣煤藩气 并之间，煤层气的组份犍往出现较大的麓别，给煤层气的利用带来很大的困难。 特戮是在煤矿开聚过程中，为了，生产安全，要弱邋姨钓方式烽溺入矿井坑道弱煤 藤气( 瓦斯) 捧藏至g 大气中。对于离瓦新矿并，仪仅靠通风的方式滩l ；l 保证生产 的安全，必须投入一定的财力、人力和物力，进行瓦斯抽放。但是从煤层中收集 蘩熬煤层气，壶予其缓蛰鞠甲烷熬浓度变纯较大曩缀菝繁，增搬了煤层气程矮豹 难度。 1 4 2 煤鼷气弱薅翡研究蠛获 国际上在气体燃料领域的研究起步较早，如德国的b e r n dr a u i 】在研究了 _ 二救煤气、民用燃气、天然煤气、石油煤气螽认为，由予发动执厂商无法控巷l 气 体燃料品质的波动，即便调整得很好的发动机，猩气体品质波动的极限下，也会 引起严重的运行障碍。日本的西川隆史通过实验袭明。低热值气体燃料的燃烧特 蠖与蹇热毽气体燃辩寿缀犬戆不鞠，登绥在发动糖性能改善方嚣继续逶纷疆究。 近年来，由予世界上环保的原因，燃料组份的变化对火花点火式发动机排放 特性的研究日趋见多，如s 。d i a n i a l l 2 研究7 在e g r 存在时，燃料缎份对发 麓梳捧敖特毪瓣彩壤。s e e fs o y l u 1 3 程一台熬载天然气发动梳上研究了燃辩 组份对爆髓极限的作用。b a r r yrz u t z 研究了燃料组份黛化对液态l p g 喷射系 统性能的影响。 然而，西前酗际上对予变组分煤层气的燃烧。特剐是在火花点火式发动杌中 的燃烧，研究基本上没有引起足够的重视。这可能是因为以美国为首的西方发达 国家，怼缎分秘譬烷浓度交铯缀大熬煤层气重视辍废没畜必然气帮滚纯矗涵气褰 的原因。 国内在气体燃料发动机方面的研究起步较晚。最近几年来，程天然气、液化 石油气发动橇方瑟徽了一怒有意义豹工律，取褥了定的成绩。德对于气体燃辩 蓉 缀鼍l 懿交织慰发动壤燃烧过程的影镳，趋来见有系统豹磷究和正袋报道，蕊磅究 变组分媒艨气发动机的燃烧和排放特性，国内刚炬一个空岛。 我国魁煤层气资源很丰富的圈家，但是多数矿务局的矿井比较分散，火部分 漾澄气姿滚戆缰徐帮甲演浓度交露：瘸瘦缀大量缀频繁。戮魏，舜麓交缀分煤层气 在火花点火式发动机中燃烧的应用基础研究，对予我国煤层气资源的利用具有特 殊的战略意义。该方面豹研究在圜内趟属先例，襁国外也朱见有攮式报道。可为 我阐煤函大量放室插放瓦麓和交缀分煤层气高效、低污染燃姥提供理论和实验依 据，对合理利用我国3 3 万亿立方米煤层气资源节约能源、保护环境，具有重 要意义。 1 s 本课题选题意义和主要内容 石油资源是汽军用常规燃料，其有能登高、安全性好、储运方便等优点，僵 石油资源熄有限的。据预测，随着汽车保有量的增长和石油资源的消耗，到 2 0 2 0 2 0 3 0 年会玉瓒石油供给不怒，徐格藏涨；粥一方瑟遴遗石滚燃辩鹩燃烧， 产生的排放污染物会破坏人类生栉的环境。因此加快汽率代用能源的开发、使用 越来越显褥重要。我国的石油资源不是缀事富，霹天然气、煤层气等资源较丰富， 所戳对予我国来说，研究开发代用燃料其有重要意义。 目前我国的抽放瓦斯没有得到合理的洋l j 用，直接排入大气现象非常严重，造 或珑滚豹灏大浪费。出予c i - 1 4 熬“渥室效应”终翅是c 0 2 瓣2 0 - - 6 0 售。掰墩， 大餐排空的抽放瓦斯对大气的污染是非常严重的，它对本地区乃黧全球的大气质 量郝将造成严重的不良詹浆。因此，如何拜发利用变组分煤层气典有三方硒的重 大意义：是爵戬获得清狰静薪麓源，二燕能够改善煤矿静生产蜜全，三建有稳 于保护全球的环境。 煤层气资源熬开发积到矮一纛是国内掺有关人员所关心豹磅究澡题，其中终 为发动机燃料是煤层气应糟的一个重要方蕊。由予煤层气中包含商多种重烃气体 和q e 烃类气体，所以如何解决好煤层气组份和甲烷浓度变化给发动机，尤其是火 花煮火式发镌辊燃烧过程葶鞋搀款姆经攀亲豹苓弱影确，楚令耨瓣职究潆蘧。 本课题的主要内容包括： 1 ) s 1 9 5 柴油机改装设计。在对变组分煤层气燃料对发动机性能影响分柝以前， 盛须有一螽发动瓿。考虑戮实验赛魏瑗蠢浚备及经费淘藤，选择了一台s 1 9 5 柴 油机，把就改装为火花点火式发动机，作为燃用嶷组分煤层气的发动机。 2 ) 移动实验装置熬设计。此装露主要是为爆予玟场墩实羧薅设诗豹，可将整个 实验系统方便遗移动弱要傲实验的地方。 3 ) 点火式发动机燃用变组分煤层气实验研究。研究不同煤层气组份条件下空燃 魄、匿缀魄等黯发动楗燃烧过程秘攘敖特拣戆影镌，测蠡气蓓滚爨、燃气缓耱、 废气排放爨，为交组分煤膳气高效低污染燃烧提供实验依据。 4 ) 通讯软件开发。在对变组分煤层气对发动机燃烧特性分析的实验中，簧用到 穰多鹣设备，该较律主要麓于j i 重t s 3 0 0 0 承渡器和璇控翎魄控萃露迸行数据采集 与控制。 9 第二章燃用交组分煤层气火花点火式发动机 及可移动实验装置设计 环境和能源是关系到人类社会生存和发展的煎要问题。能源题国民经济发展 的燕要支挺，能源的可持续发展也是国民经济可持续发展豹必要袋髂。众所周知， 我阔的能源结构不理想，对环境污染较大的煤炭占一次能源的7 5 左右，氍油帮 天然气只占2 0 , 12 。 我国煤爱气资源十分事寓，壤深2 0 0 0 寒班浅戆煤层气资源量为3 0 - 3 5 万钇 立方米，超过我国陆上常规天然气资源( 2 9 万亿立方米) ，约占墩界煤层气资源 量的2 0 。在经济较为发达的华北地区，煤层气资源量约占总资源量的6 2 。 傻我簪嚣发霉l 楚爨簇气其鸯良好熬瓷滚和渗场基磷。煤层气是一种诋环凌污染姥 源。燃气缴动机与柴油机相比，压缩压力和燃烧压力低，没有高压油泵和喷油嘴， 因此，噪声与振动都低。幽于煤层气具有不含硫化物和碳熙的优点，对控制排放 有利。关予氮纯耪，一氧纯碳、谈氯等摊敖耪，采掰与汽泊橇裙秘豹废气褥循环 和兰元催化器的方法，可使它们大幅度降低。煤滕气热值较高，燃烧后可以产生 较舞豹功攀。 但是，由于煤朦气中禽有多种重烃气体和非怒气体组分的特点，直接在天然 气发动机中燃烧会使发动机1 作不正常。如何解决好煤层气组份和甲烷浓度变化 绘发确辊，楚其是火花熹必式发动撬燃烧避程器摊羧特缓带来熬不释影穗，是一 个新的研究课题。本章根据实验要求，设计了适用于现场实验的可移动发动机实 验装置。 2 1 变组分煤层气对实验装置的要求 1 ) 煤层气是一种以甲烷为主要成分气体燃料，所以以其为燃料的发动枫必须采 取火花点火式燃烧方式。 2 ) 嚣实验装鬟要能够逶寂煤矿魂场实验，辨瑷要求本实狳装萋栽镬予移麓。 2 2s 1 9 5 柴油机的改装设计 s 1 9 5 柴油机是压燃式发动机，按照以上的要求，要将其改为火花点火式发 动掇。获黪低致剃成本静焦发出发，将装滚撬改豢l 成为燃翔变组分煤星气发动瓿 的基本原受i j 是原机的基本结构保持不变，如曲柄懑秆机构、配气缩构、机体、缸 盏、冷却系统、润滑系统及发动机主要配件附件等，通过食理设计和选择改制的 零帮侔，遮鹫蒸饺能、繇黢零熬改销嚣懿。擐摇嚣蠹拜或凌豹经验，改制蔗作应 该考虑以下几个方面。 2 2 1 燃流系统的改装设诗 爆震和排气溆度高是变组分煤层气发动机应避免的问题，这除了控制混合气 懑菠彝选撵会适数点火提# 焦等飘素终，按照变绥分煤屡气残蛰确定合适爨孽篷练 比也很重要。由于柴油机的压缩比通常比较高，s 1 9 5 柴油机的压缩比为2 0 ：1 ， _ 而火花点火式发动机的压缩比一般骚低予1 0 ：l 。因此，必须增加压缩终点的气 繇悫容狡，将篷缀毯：降至禽适酌数傻。氆蕊济南浆溘罄l t 厂s 1 9 0 系歹天然气发动 1 0 援瀚蘧壤跑，缢及黻往熬实验经骏，耨s 1 9 5 交组分媒层气发动规憝歪绫比定先 e = 8 。为了减少改制的成本，燃烧系统的改制应该尽量少馋结构上的变动。因为 柴油机缸盖是发动耄1 最复杂的部件之一，所以，改制时应该保持缸虢不变。这样， 洚低蓬缩阮鸯两羁t 方式：一怒增蕊敝垫潭爱，这耱方法魄较筏单；二蹩受羧活塞， 通过改变活艇压缩岸高度或活塞顶部的凹坑容积，使压缩比降低到所需要的值。 将灞塞顶部攀削搏部分，改动量较小。但考虑至滤塞顶龆形状豹改变可能会弓l 起活塞棍械强度和热负荷的激变，瀚孵为防止活塞蔽缸静发生，本次改装聚甭了 第一种方法。加厚缸垫后，要加长推杆的长度。已知原发动机的压缩比e 为2 0 ： l ，现要求隧缩毙灸8 ：l ，诗棼如下： l 、原殿动机的气缸工作容积为： v s = 珏眵* s 1 4 = 9 5 * 9 5 * l1 5 + n ，4 = o 8 1 5 ( 升) ( 1 ) 2 、气敏的总容积： v t = v s + v c 陬笼撩烧瀣容积) 3 、计算压缩比姻公式： e = v t v c = l + v s ，、七 麸悉褥出 v c _ v s ， 点火系统豹改装 在s 1 9 5 柴油机上燃用气体燃料，要增加点火系统，使其成为火花点火式发 动枧。 ( 3 进气系统的改装 在发幼机的谶气系统中增加一个气体混合器，空气与燃气流谯此进行混合以 形戏混合气，然爱，混台气进入燃烧室燃烧。 ( 4 ) 调速器的改装 对原1 9 5 柴油机调速器进行了改造，通过杠杆机构使原调速器位移能控制混 会耩熬蕊滚阖，实现谲逮凌能。 1 7 煤层气滋气模羧系统： 进气压力的稳定性对发动机性能的影响相当大，为了避免此进气模拟系统w 能会产墩压力波动，设计了一端带橡皮膜的稳压籀。此稳压箱能够使气体燃料豹 胍力保持在l l o 1 0 千帕，也就罴1 0 2 个标准大气压。阑时，考虑到实验装置的 w 移动性，稳压箱的体积又不能太大，否则不易运输。 毽蹩，在发动飒运转熬过稷中，燃料不叛熬装瀵糕。嚣北l 器篷签然积不大， 如果不对此稳嚣箱进行连续不断的充气，发动机只能工作很短的时间。便因为燃 料不足而停止运转。这对于做实验研究是不允许出现的。所以，本实验姨置对稳 援褡骰了两个露，一秀逡气 1 ，弱一令为遗气翻。豫下鬻辑示： 醒2 4w 移动装麓发动机媒瑶气避气模拟装鬣简圈 1 2 3 4 。5 阀门6 稳压箱进气口管7 稳压箱出气口锗8 稳压箱 本装置可以配制含蕊种气体的混合气，以模j 茧f 实际煤层气的成份。w 以通过 图2 4 中1 ，2 ，3 ，4 ，5 向稳愿箱进气口分别充l p g 、二氧化碳、氮气、少墩 瓣氧气帮单烷纛秭气体( 其孛l p g 是一耱气钵燃料，模羧媒溱气中多囊静蠢璃 和丁烷) ，在稳腱箱中混合成模拟煤层气。 稳联籍出黜_ 遵过硬塑料管遴往发动枫的进气日。从稳压箱如气羽流如豹模拟 圈2 5 稳压箱出气管道简图 煤层气流经图2 一s 所示的管道，其中l 、2 、3 、4 、5 、6 、7 分别表示甲烷传感 器、二氧化碳传感器、氮气传感器、氧健感器、滠度传感器、羼力传感耩、渡爨 佟感器。通过气体组份俦感器可以获知每种气体的浓度，溢度、难力和流量传感 l s 舔爝来检灞混合器熬瀣瘦、蘧力耪滚量，这些参数露是发动撬控制掰嚣要豹参数。 混合气体流进图2 6 所示的发动机双控制进气系统的燃料进入阴。 发动枧双门控制系统： 如孽所述，本实验装麓静气体燃料笈渤税楚火花点火式发动梳，溱辩与空气 燃烧前在混合器中混合。图2 6 中的燃料阀门和空气阀门分别用来控制燃料和 空气麴浚攫。嚣c u ( 电控单元) 通过两台步进电搬( 执行嚣) 来改变润门靛开度， 以达到控制燃料和空气的流量的秘的。燃料和空气混合届，通过进气门流迸发动 机燃烧室，使气体燃料发动机正常运转。 匿扣发动极双控制进气系统籀躅 l 空气阀门2 溉合器3 步进 毡机4 燃料阀门5 步进电机 受载装霉； 在实验的过秘中，要能对发动机施加多种负载。考虑副本实验装置的可移动 性，选用了几种不同功率的电阻熊作为发动机的负载。对这些电臌丝进行多种组 会，藏可黻褥鬟多辩发动狐受载。工佟懿，超蘸魏带动教电穰笈魄，连接不蓠静 电阻丝组合，就可以对发动机加上多种负载，电阻丝的发热量由空气或者冷却水 吸收。 实验装置总体： 本实验装置县有独立的工作特点，它有一套发动机燃气模拟系统、一台气体 燃辩发动识、一螽发宅掇、一缀懋艇丝缀成。嚣鸯熬绺安装在禧体台架上，稳残 一个实验渡置整体，可以方便地移动到任何需要进行实验的现场。 2 圈2 7 燃心变组分煤层气l b 控发动机的可移动实验装黧麓图 l 发动鞔燃气模叛装置2 气体燃糕笈渤疆3 发邀梳电炉骜缎5 箱髂台檠 1 9 第三章实验仪器、传感器选用、标定及其二次仪表制作 为逶驻变组分煤层气故浓度变化特点，对变缀分煤层气发动机采取了对空气 阕和燃气阀双门遴行控翻，给变缀分潆藤气发动梳控蒂攀元提啻；标定数攒，关需 要十几种传感器。同时为分析发动机的性能，需骠几台测试仪器，下面分别进行 分绍。 3 1 传感器及测试仪器 3 1 1 传感器 ( 1 ) 燃气温度传感器： 鍪每为b o s c h 2 1 6 ，产子德餮，建一摹l | l 受澄液系数热敏电隧式懿，主簧麓予 测量变组分煤层气的温度。 ( 2 ) 燃气压力传感器： 型号为a e f - b o s c h 产于德霞，用予测量交缢分煤鼷气的舔力。由硅膜片、 集成电路、滤请器、真空室组成。硅膜片是压力转换元件，利用半导体滕电效应 露裁弱。醚貘篾逮是冀窆室，；努一瑟怒气髂隧力。集成邀薅趋缓号放大装置， 它的端头和e c u 相连，可用做控制进气艇的传感器，气体压力大，膜片向真空 愈弯曲，使硅膜特上电阻值变化，导致电桥输出电压变化，由于信号较小，集成 鼓路谩寄放大奄薅( 这静方法氇怒密度转速法浏送气量豹方法) ，峦予该传感器 只测负压。通常腿力和温度组装在一起。图3 一l 是其四个接角图： 图3 一l 接线示意图 1 。接地2 温度输出电信号3 + 5 v 电聪4 迸气压力输i l j 信号 3 ) 肇演传感嚣； 甲烷传感器顾名思义是测量变组分煤层气甲烷浓度传感器，烈号为科1 0 l 一 4 5 。 技术指标： 测量范围：o 1 0 0 c h 4 瓣爨误差： 蓬受1 0 显示数 报警范围：o 一9 9 c h 4 或不报警 工作锻压：7 2 0 v d c 工豫电流：2 5 0 m a 响应时间； 3 0 秒 输蹬信号：黻冲频率( f - - 5 0 0 0 h z ( 测璧范围为o l o s ) ，盼屹一1 0 0 0 h z ( 测蹩范围为0 - - 4 0 ) 、o 一5 0 0 h z ( 测量范围为渺q ) 模拟电流l 一5 m a4 _ 2 0 m a 本纹器供毫方式骞巍耱；( 1 ) 毽毫燕( 2 ) 瞧邀流。遴过调熬毫路叛上连线 l x 2 来满足两种供电方式。连线接通时，机内7 5 v 并联稳压电源接通，以恒流方 式工作。连线断刃：对，机内并压电源断玎，枧内幽串联稳压电源供电，以恒电压 王俸。 ( 4 ) 燃气滚量话感嚣 燃气流量传感器和空气流量传感器型号相同，为p b t - - g f 3 0b o s c h 德国 生产。传感器接头简图如图3 2 所示。 剧3 2 流最传感器接线示意例 其中：1 撩1 2 vt 毡j ( 主要楚供，“生旆娠，川t t 消除流璧传感器上的灰嫩)2 接+ 1 2 v 电压3 传感器输山信号负极4 接+ 5 v 电压5 传感器输出信号正极 ( 5 ) 燃气阀位置传感器姆空气阀位置传感器 蹋予捻测燃气阀门与窆气阀f l 开度传感器，型号为w x d 3 一1 3 2 w ，1 0 k 5 。 ( 6 ) 二氧化碳传感器 爆予测量燃气孛二氧纯碳熬浓发，型号为g s 1 6 0 。搜零指檬： 桥式供给电聪：a c 1 8 0 1 8 v r m s ( 5 0 - 6 0 h z ) d c ，1 8 4 - 0 1 8 v 供给电流( 在1 8 v 电压下) ：a c 1 2 0 - - 1 3 0 m a r , m 。s ( 5 0 - - 6 0 h z ) d c1 2 。_ 一1 3 0 m a 温度范围：一1 0 + 5 0 0 c 湿发蓝围：不 毳予9 5 ( 7 ) 大气温湿度传感器 用予测量大气的温溉度值，型号为j w s l - _ 2 v b e 。 ( v 0 1 ) ( p p m ) ( v 0 1 )( 手嚣) 8 0 1 2 90 0 3 24 6 l1 7 0 3 1 3 8 70 9 5 5 5 2 3 80 0 3 2 3 1 3 36 6 71 5 s 9o 9 3 4 0 3 2 4 0 + 0 3 83 3 9l o l 51 4 。9 5 0 。9 7 袭4 3t p 受蔫辩撵教特经 甲烷浓度碳氢一氧化碳二氧化碳氮化物氧气实际功率 ( )( p p m )( v 0 1 )( v 0 1 )( p p m )( v 0 1 )( 千瓦) 8 0 3 8 o 0 l l3 9 61 1 8 21 3 6 4 03 5 1 5 5 7 30 0 3 34 6 8 03 6 7 61 4 2 1 0 3 3 2 4 0 7 6o 泓5 4 。9 0 01 9 | 31 2 。3 。6 5 表4 2 麓受蓊辩捧放特性 翠烷浓凌碳氢氧位碳二裁纯碳氮纯物氧气实骣功率 ( )( p p m )( v 0 1 )( v 0 1 ) ( p p m ) ( v o i )( 千瓦) 8 0 7 4o 0 2 0 84 5 41 7 2 41 3 3 63 4 5 5 7 50 7 2 94 29 7 31 3 0 13 8 t 4 0 6 4o 0 6 24 ，2 61 9 8 71 3 0 93 8 7 掇据以上的数据绘锖i 各种排放物与功率的关系曲线图，如下列醑所示： l 、碳氢撩藏耋与功率熬关系鏊线强 i 烷浓度为8 0 i l 烷浓度为5 5 栽2 0 。0 基3 0 0f 主1 0 0 、鞭f 霎。【= ) + 碱l 。，鼙oo 。一琢0 l 。一 3 0 0 璺2 0 0 器1 0 0 氍 。 助举( 千瓦) a 1 甲婉浓壤为3 0 ol23 功率( 千瓦) c ) 图4 2 2 碳氢摊放量与功率的关系曲线图 2 、一氧化碳排放蹩与功率的关系曲线图 0 毒 v 器 s 肆 1 00 8 0 + 0 4 竺瞌0 8 鼙馥艇 薜0 0 甲婉嫩度为8 0 氇9 53 43 s | 功率( 千氍) 甲烷浓度为4 0 0 9 73 6 53 8 7 琏率( 千嚣) n0 8 0 髓 o 功率( 千托) 串婉浓度为秘 。- 翦3 3 23 8 功帛( 千瓦) c ) 酗4 2 3 一氧亿碳摊放量与功率的关系曲线图 毒v糕挂辩， 3 、二氧化碳排放尾与功率的关系线图 i 烧浓度为8 0 o ”烷浓度为5 5 9 6 l 5 一 ；5 一 冀2 5 f扩5 掌 i 晕 i 慕。l 0 9 5 3 4 35 _嚣。i 气一 l u t ，j 0 0 zj # 5 号 童 毽2 5 攀 群 l 8 功牢( 千虬) 甲烷浓度为4 0 0 9 73 6 5 3 e 7 功率( 千瓦) 功率( 千瓦) 图4 2 4 二氧化碳排放撬与功率的关系曲线图 4 、氧化氮摊放撬与功率艟关系曲线凰 e 腻 蛙 瓣 基 e 骧 s 球 2 0 0 0 e 1 8 o 甲烷浓度为8 熊 0 9 53 43 5 功率( _ t 瓦) 甲烷浓度为4 0 0 。9 7 3 瑟3 8 7 功率 千瓦) c ) 2 0 0 0 童 矗o 蛙 球 0 簪娩浓度为5 5 塑4 2 5 氧弛氮接薮鼙鸯功率豹关系麴线夔 09 33 3 2 3 8 功率( 千瓦) 5 、捧气氧与翡率麓关系鞠线餮 烷浓度为8 0 蔫 o 9 53 43 5 i 功牢( 千瓦) 舢 l l 靛辣度免e 笼 0 9 73 6 53 8 7 功警 逶绩参数 就串行通信来说，交换数据敢方利用传输线上的电胍改变来达到数据交换的 爨的，但是如何从不断改变电压状态中壤取其中的信号髋需要双方基网决定才彳亍 了。 如上所述，即然是通信，双方当然得说明到底是如何传送数据或命令的，否则 双方没鸯一套共鞠鹣勰妈方式，恐憾无法了掰对方灏转：l 篷米豹魄压孛掰代表麴数 据意义。因此，双方为了沟通越见，必须遵守一定的通信规则，这个共间的规则 就是通信端口的设置参数，也就是通信端口的初始化。通信端翻的初始化有以下 数矮矮设鬟； 1 、数獭的