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燃料 发动机 供给 系统 设计 天然气 供气

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内容简介：

本科毕业设计（论文）开 题 报 告 题 目 双燃料发动机供给系统的设计 指 导 教 师 院（系、部） 机械工程学院 专 业 班 级 机械工程及其自动化（汽车工程）04-2班 学 号 0407130213 姓 名 日 期 2008年3月24日 教务处印制一、选题的目的、意义和研究现状1、选题的目的应用所学习知识，设计一双燃料发动机燃气供给系统。达到在现有的国产柴油机在不改变原柴油机系统参数的前提下，加装价格合适且安装方便的天然气供给系统，降低污染排放的目的。2、选题的意义双燃料发动机，既天然气发动机的研究已成为目前发动机技术的一个重要发展方向，是近年来国内外发动机行业的热点研究问题。其中用柴油作引燃燃料的CNG/柴油双燃料发动机以其改装方便、经济性好、燃料选用灵活、热效率高以及排放性能好等优点在国外日益受到重视。将柴油机改装为CNG/柴油双燃料发动机，这对优化能源结构，降低企业营运生产成本，有效治理柴油客车排放污染，促进地方经济的快速、可持续性发展都具有深远的意义，同时也是城市公交现代化发展的迫切需要。3、国内外天然气汽车燃气供给系统的发展状况近二十多年来，世界天然气需求持续稳定增长，平均增长率保持在2%，专家预计2020年其在世界能源组成中的比重将会增加到30%。21世纪天然气在世界能源结构中的比重将超过石油，成为世界第一大能源，21世纪将是一个天然气世纪。天然气是一种洁净的能源，主要成分是甲烷，燃烧后的主要生成物为二氧化碳和水，其产生的温室气体只有煤炭的1/2，是石油的2/3。天然气汽车则是以天然气作为燃料的汽车，按照天然气的化学成分和形态，可分为压缩天然气(CNG)汽车、液化天然气(LNG)汽车和液化石油气(LPG)汽车3种。近年来，天然气汽车在全球发展很快，在应用与运营方面比较成功。天然气汽车是一种理想的低污染车，与汽油汽车相比，它的尾气排放中CO下降约90%，HC下降约50%，NOx下降约30%，S02下降约70%，CO2下降约23%，微粒排放可降低约40%，铅化物可降低100%。可见天然气对环境造成的污染远远小于石油和煤炭，是一种优良的汽车发动机绿色代用燃料。同时，天然气汽车的使用成本较低，比燃油汽车节约燃料费约50%。此外，与电动汽车相比，天然气汽车的续驶里程长。有关专家认为天然气汽车是目前最具有推广价值的低污染汽车，尤其适合于城市公共交通和出租汽车使用。目前，它已在世界上得到广泛应用。双燃料发动机改装技术发展初期，多数是通过安装在进气总管上的混合器将空气与天然气的混合气送入双燃料发动机，通入混合器的燃气压力由与加速踏板相连接的机械装置控制，使满负荷时天然气压力最大，低负荷时天然气压力最小;或者通过机械装置控制供气管道中的阀门开启角度来调节供气量。柴油泵设置在怠速状态，以少量的柴油作为引燃油。这种方案由于其供气装置简单，现在仍有应用。在20世纪90年代初国外出现了电控混合器方式，比较典型的是荷兰Deltec公司的双燃料发动机和美国Caterpillar公司的Caterpillar 3208 CNG/柴油双燃料发动机。如果将一个大流量天然气喷射阀安装在某型发动机的进气总管，称为天然气电控单点喷射式双燃料发动机。比较典型的是Cummins的C系列电控进气道单点喷气增压中冷天然气发动机。该方式采用电控单点喷射，并结合氧传感器进行闭环控制可较精确地控制空燃比，从而使发动机具有较好的经济性和排放性。多个天然气喷射阀安装在进气口，则称该型发动机为天然气电控多点喷射式双燃料发动机。这种系统采用喷射阀直接向进气口喷射天然气，分别测量空气和气体燃料的流量，且在各种工况下都能精确地计量，从而在整个使用期内可以保持高精度和高稳定性。由于可以严格控制气体燃料喷射量和喷射始点与进排气门及活塞运动的相位关系，易于实现定时供气及层状供气，并可根据发动机转速与负荷更准确地控制空燃比，从而取得良好的排放性能。缸内气体喷射技术采用气体喷射器直接向气缸内喷射天然气，分为缸内高压喷射式和低压喷射。天然气缸内高压喷射(HPDI-High Pressure Direct Injection System)和缸内扩散燃烧理论是由加拿大British Columbia大学Philip Hill教授首先提出的。二、研究方案及预期结果1、主要研究内容和设计方案（1）发动机参数的确定（2）进气系统方案选择进气管混合器供气方式、进气喷射方式、缸内直接喷气。在上述三种供气方式中，机械控制(或电控)混合器供气方式适用于低成本的解决方案，但很难达到较高的排放要求。为达到更严格的排放标准，必须采用电控气体燃料喷射技术。其中缸内直接喷气方式由于气体燃料是高压喷射，需要加压，其成本比气口多点顺序电控喷射高。而气口多点顺序电控喷射既能满足精度要求，又在国内属于基本成熟技术，因此对于国内而言，宜采用气口多点顺序电控喷射方式。所以采用进气口多点顺序电控喷射，气缸压力20MPa，减压后压力1.1MPa左右，冷却水冷却双级减压。2、解决的问题、理论、方法（1）解决的问题CNG/柴油双燃料发动机保留原柴油机的全部装置和功能，增加了燃气供给系统、油气切换系统、油气控制系统，对发动机的改造较为简单。用柴油作引燃燃料，天然气作为主体燃料，采用原柴油机压燃工作方式， 由柴油着火引燃天然气。该发动机同样能以纯柴油方式工作。这套系统解决了以往国内应用较多的混合器混合进气动力不足、排放达不到一定标准的缺点，采用了目前较为先进的进气口多点顺序电控喷射，保持了原发动机的动力性、经济性不变，而使排放降低。（2）应用的理论及方法理论力学、材料力学、发动机原理、汽车构造和有关的数学计算与阀门设计知识等。3、技术路线组成天然气供给系统由气瓶、高压组件和低压组件组成。高压组件包括手动开关阀、电磁开关阀、滤清器、组合阀和减压阀组成；低压组件有传感器座、电磁阀块（油气切换开关）和喷嘴管路组成。4、论文框架（1）天然气汽车（2）供气量的理论计算（3）减压阀的设计（4）安全阀的设计（5）喷射器的设计（6）供气系统的其他零件和气体燃料发动机的新技术（7）经济技术分析5、预期的结果据以上基本框架，预期达到供气设计的基本要求，具体形成开题报告一份，论文一份，外文翻译一篇，系统组成图一张（A1纸），部件装配图三张（A1纸）。三、研究进度第一至第四周 实习，搜集资料第五周 整理资料，写开题报告，开题报告答辩第六周 双级减压阀的设计第七周 双级减压阀设计及换热器设计第八周 减压阀绘图第九周 组合阀的设计第十周 组合阀绘图第十一周 手动和电动阀设计第十二周 燃气喷嘴设计与绘图第十三周 油气切换阀设计第十四周 英文翻译第十五、十六周 英文翻译，系统组成图绘制第十七周 检查，论文、图纸输出，准备答辩第十八周 论文答辩四、主要参考文献1陆培文.实用阀门设计手册M.第一版.北京:机械工业出版社，20022James著，郑津洋译.ASME压力容器设计M.第一版.北京:化学工业出版社，20023刘峥.内燃机一维非定常流动M.第一版.北京:清华大学出版社，20074吴建华.汽车发动机原理M.第一版.北京:机械工业出版社，20075吴小江.天然气/柴油双燃料发动机燃料系统的研究J.农机化研究，2002，第2期：135页6李格升.柴油机搀烧气体燃料对充气效率和过量空气系数的影响J.武汉理工大学学报，2001，第4期：379页7张记鹏.双燃料发动机供气系统匹配及特性研究J.农业机械学报，2001，第2期：8页 8张武高.柴油、天然气双燃料发动机的燃烧特性分