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1、海运与港航建筑工程学院轮机工程专业学位论文开题报告双燃料发动机燃烧特性分析学生学号110204208学生姓名朱廷栋研究方向轮机工程计算指导教师董良雄开题时间2015年1月17日浙江海洋学院港航学院轮机系制表年月日1、选题目的、意义、国内外研究现状1.1双燃料发动机的研究背景及意义人类社会存在和发展都离不开能源，我们的生活很大程度上依赖于石油、煤炭以及天然气等化石燃料的消耗,但在大量使用这些一次化石燃料的同时,也给人类带来了严重的后果:资源枯竭、生态环境严重破坏等。本世纪以来,中国的能源,特别是石油方面,问题逐渐凸显,变得日益严重。能源是一个国家生存和发展的必要因素,面临能源枯竭这一严重问题,我
2、国现在提倡的新能源开发和利用,具有极其重要的战略意义。天然气作为一种清洁能源,节能减排效果明显,符合国家能源产业政策和节能减排要求,具有较好的经济效益和广阔的市场前景。虽然目前我国的天然气加气站还没有得到普及,但双燃料发动机具有恢复原柴油机工作的特点,其动力性、经济性、排放性等具有潜在的优势,因而,双燃料发动机的研究也成为国内研究的重点与热点。1.2、双燃料发动机燃烧特性的研究目的通过燃烧放热率曲线的比较,简要分析柴油、天然气双燃料发动机相对于柴油机的燃烧特性。然后对双燃料发动机燃料经济性进行计算和分析,为船东、船公司在船舶营运中控制成本,提供理论指导、建议和帮助。1.3、双燃料发动机的分类双
3、燃料天然气发动机按照燃料空气混合气的形成方式不同可以分为两种类型:一种是均匀混合气柴油引燃双燃料发动机,即天然气与空气一起被吸入发动机,并像传统柴油机一样被压缩,在压缩接近终了时向发动机喷入少量的柴油(通常称为Pilot)。另一种双燃料发动机采用高压缸内直喷柴油引燃技术,在压缩行程的后期以较高的压力将天然气直接喷入气缸中，像传统的柴油机一样被压缩,但压缩终了的温度低于高压天然气的自燃温度,因此需要喷射柴油来点燃混合气。采用这种方式可以提高发动机的效率和低速扭矩,降低NOx和微粒排放。1.4国内外研究现状目前,国内外双燃料发动机的开发研制工作,正不断向着纵深方向发展。将柴油机改为双燃料发动机应该
4、达到以下目标:发动机改动小;与原机相比,动力性保持不变或略有提高;排放指标应有大幅度的改善;具有良好的安全性和可靠性[1]。继“1996北京国际电动汽车及代用燃料汽车技术研讨会暨展览会”之后,国内开始注重天然气汽车的研究。对柴油机改烧天然气研究已由简单的改装匹配工作,发展到燃烧特性的研究,以及发动机结构、参数、工作过程的优化,电控技术的应用等多方面的研究,但成熟的产品还较少。文献[2]研究了由X6130柴油机改装成的天然气/柴油发动机的燃料供给系统,重点分析了节气门开度和混合器喉管直径对喉管真空度的影响,并试验比较了三种不同管径的喉管供气特性,得到了双燃料发动机的供给系统的有关特性。文献[3]
5、针对天然气内燃机充气系数下降问题,提出了缸内直接喷气的基本思想:天然气以20MPa气压贮存在CNG罐内,通过安全电磁阀,由压力调节器使气压降至1.0MPa,最后通过气体燃料喷射器喷射到发动机气缸内。微处理器依据氧传感器的输出信号,采用反馈控制方案来调节燃料量,使混合气空燃比接近于理想空燃比。美国CleanAirPartner公司与加拿大阿尔伯达州卡尔加里市代用燃料系统(AFS)公司联营,共同开发出多点喷射的双燃料控制系统,并应用在10.3L卡特彼勒3176B重型发动机上,在发动机压缩比不变的情况下,两种燃料均采用电子控制,燃用的天然气可达燃料总量的60%～90%,发动机根据需要能转换为100%
6、燃用柴油[4]。目前,国外主要采用两种方式提高双燃料发动机的性能[5]:(1)高压天然气的缸内直喷技术;(2)微引然技术条件下的多点电喷射技术。天然气/柴油双燃料发动机的研究和开发目前存在以下几个主要问题:天然气的替代率较低,热耗率较高,HC排放随负荷的减小有增高的趋势等。尤其在中小负荷、低转速工况下,其主要的性能指标要达到原机的技术水平,还存在一定的距离[6]。其主要原因是当前双燃料发动机普遍采用进气道混合器预混合的工作方式,使工作过程中产生燃烧速度慢,此外燃油供给系统控制不精确,使天然气与空气的混合比不能保证在最优燃烧比附近,因此天然气/柴油双燃料发动机的改造还需进一步完善与改进。目前,提
7、高发动机功率和充气效率、提高热效率、进一步降低排放水平,以及实现整车的优化匹配技术是解决天然气/柴油双燃料发动机的关键技术问题。具体地说,如下几项关键技术是天然气/柴油双燃料发动机今后一段时间重点的发展方向[7]:（1)进行天然气/柴油双燃料发动机燃烧规律和燃烧特性的研究,侧重稀薄燃烧技术的应用研究。特别是中、小负荷燃烧恶化的问题;(2)针对排放试验中某些排放物和排放工况的排放量略高的问题,特别是
