雙燃料發(fā)動機供給系統(tǒng)的設計--天然氣供氣【4張CAD圖紙和說明書所見所得】【QX系列】

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本科畢業(yè)設計（論文）開 題 報 告 題 目 雙燃料發(fā)動機供給系統(tǒng)的設計 指 導 教 師 院（系、部） 機械工程學院 專 業(yè) 班 級 機械工程及其自動化（汽車工程）04-2班 學 號 0407130213 姓 名 日 期 2008年3月24日 教務處印制 一、選題的目的、意義和研究現(xiàn)狀 1、選題的目的 應用所學習知識，設計一雙燃料發(fā)動機燃氣供給系統(tǒng)。達到在現(xiàn)有的國產柴油機在不改變原柴油機系統(tǒng)參數(shù)的前提下，加裝價格合適且安裝方便的天然氣供給系統(tǒng)，降低污染排放的目的。 2、選題的意義 雙燃料發(fā)動機，既天然氣發(fā)動機的研究已成為目前發(fā)動機技術的一個重要發(fā)展方向，是近年來國內外發(fā)動機行業(yè)的熱點研究問題。其中用柴油作引燃燃料的CNG/柴油雙燃料發(fā)動機以其改裝方便、經濟性好、燃料選用靈活、熱效率高以及排放性能好等優(yōu)點在國外日益受到重視。將柴油機改裝為CNG/柴油雙燃料發(fā)動機，這對優(yōu)化能源結構，降低企業(yè)營運生產成本，有效治理柴油客車排放污染，促進地方經濟的快速、可持續(xù)性發(fā)展都具有深遠的意義，同時也是城市公交現(xiàn)代化發(fā)展的迫切需要。 3、國內外天然氣汽車燃氣供給系統(tǒng)的發(fā)展狀況 近二十多年來，世界天然氣需求持續(xù)穩(wěn)定增長，平均增長率保持在2%，專家預計2020年其在世界能源組成中的比重將會增加到30%。21世紀天然氣在世界能源結構中的比重將超過石油，成為世界第一大能源，21世紀將是一個天然氣世紀。 天然氣是一種潔凈的能源，主要成分是甲烷，燃燒后的主要生成物為二氧化碳和水，其產生的溫室氣體只有煤炭的1/2，是石油的2/3。天然氣汽車則是以天然氣作為燃料的汽車，按照天然氣的化學成分和形態(tài)，可分為壓縮天然氣(CNG)汽車、液化天然氣(LNG)汽車和液化石油氣(LPG)汽車3種。近年來，天然氣汽車在全球發(fā)展很快，在應用與運營方面比較成功。天然氣汽車是一種理想的低污染車，與汽油汽車相比，它的尾氣排放中CO下降約90%，HC下降約50%，NOx下降約30%，S02下降約70%，CO2下降約23%，微粒排放可降低約40%，鉛化物可降低100%?？梢娞烊粴鈱Νh(huán)境造成的污染遠遠小于石油和煤炭，是一種優(yōu)良的汽車發(fā)動機綠色代用燃料。同時，天然氣汽車的使用成本較低，比燃油汽車節(jié)約燃料費約50%。此外，與電動汽車相比，天然氣汽車的續(xù)駛里程長。有關專家認為天然氣汽車是目前最具有推廣價值的低污染汽車，尤其適合于城市公共交通和出租汽車使用。目前，它已在世界上得到廣泛應用。 雙燃料發(fā)動機改裝技術發(fā)展初期，多數(shù)是通過安裝在進氣總管上的混合器將空氣與天然氣的混合氣送入雙燃料發(fā)動機，通入混合器的燃氣壓力由與加速踏板相連接的機械裝置控制，使?jié)M負荷時天然氣壓力最大，低負荷時天然氣壓力最小;或者通過機械裝置控制供氣管道中的閥門開啟角度來調節(jié)供氣量。柴油泵設置在怠速狀態(tài)，以少量的柴油作為引燃油。這種方案由于其供氣裝置簡單，現(xiàn)在仍有應用。 在20世紀90年代初國外出現(xiàn)了電控混合器方式，比較典型的是荷蘭Deltec公司的雙燃料發(fā)動機和美國Caterpillar公司的Caterpillar 3208 CNG/柴油雙燃料發(fā)動機。 如果將一個大流量天然氣噴射閥安裝在某型發(fā)動機的進氣總管，稱為天然氣電控單點噴射式雙燃料發(fā)動機。比較典型的是Cummins的C系列電控進氣道單點噴氣增壓中冷天然氣發(fā)動機。該方式采用電控單點噴射，并結合氧傳感器進行閉環(huán)控制可較精確地控制空燃比，從而使發(fā)動機具有較好的經濟性和排放性。 多個天然氣噴射閥安裝在進氣口，則稱該型發(fā)動機為天然氣電控多點噴射式雙燃料發(fā)動機。這種系統(tǒng)采用噴射閥直接向進氣口噴射天然氣，分別測量空氣和氣體燃料的流量，且在各種工況下都能精確地計量，從而在整個使用期內可以保持高精度和高穩(wěn)定性。由于可以嚴格控制氣體燃料噴射量和噴射始點與進排氣門及活塞運動的相位關系，易于實現(xiàn)定時供氣及層狀供氣，并可根據(jù)發(fā)動機轉速與負荷更準確地控制空燃比，從而取得良好的排 放性能。 缸內氣體噴射技術采用氣體噴射器直接向氣缸內噴射天然氣，分為缸內高壓噴射式和低壓噴射。天然氣缸內高壓噴射(HPDI-High Pressure Direct Injection System)和缸內擴散燃燒理論是由加拿大British Columbia大學Philip Hill教授首先提出的。 二、研究方案及預期結果 1、主要研究內容和設計方案 （1）發(fā)動機參數(shù)的確定 （2）進氣系統(tǒng)方案選擇 進氣管混合器供氣方式、進氣噴射方式、缸內直接噴氣。 在上述三種供氣方式中，機械控制(或電控)混合器供氣方式適用于低成本的解決方案，但很難達到較高的排放要求。為達到更嚴格的排放標準，必須采用電控氣體燃料噴射技術。其中缸內直接噴氣方式由于氣體燃料是高壓噴射，需要加壓，其成本比氣口多點順序電控噴射高。而氣口多點順序電控噴射既能滿足精度要求，又在國內屬于基本成熟技術，因此對于國內而言，宜采用氣口多點順序電控噴射方式。 所以采用進氣口多點順序電控噴射，氣缸壓力20MPa，減壓后壓力1.1MPa左右，冷卻水冷卻雙級減壓。 2、解決的問題、理論、方法 （1）解決的問題 CNG/柴油雙燃料發(fā)動機保留原柴油機的全部裝置和功能，增加了燃氣供給系統(tǒng)、油氣切換系統(tǒng)、油氣控制系統(tǒng)，對發(fā)動機的改造較為簡單。用柴油作引燃燃料，天然氣作為主體燃料，采用原柴油機壓燃工作方式， 由柴油著火引燃天然氣。該發(fā)動機同樣能以純柴油方式工作。 這套系統(tǒng)解決了以往國內應用較多的混合器混合進氣動力不足、排放達不到一定標準的缺點，采用了目前較為先進的進氣口多點順序電控噴射，保持了原發(fā)動機的動力性、經濟性不變，而使排放降低。 （2）應用的理論及方法 理論力學、材料力學、發(fā)動機原理、汽車構造和有關的數(shù)學計算與閥門設計知識等。 3、技術路線組成 天然氣供給系統(tǒng)由氣瓶、高壓組件和低壓組件組成。高壓組件包括手動開關閥、電磁開關閥、濾清器、組合閥和減壓閥組成；低壓組件有傳感器座、電磁閥塊（油氣切換開關）和噴嘴管路組成。 4、論文框架 （1）天然氣汽車 （2）供氣量的理論計算 （3）減壓閥的設計 （4）安全閥的設計 （5）噴射器的設計 （6）供氣系統(tǒng)的其他零件和氣體燃料發(fā)動機的新技術 （7）經濟技術分析 5、預期的結果 據(jù)以上基本框架，預期達到供氣設計的基本要求，具體形成開題報告一份，論文一份，外文翻譯一篇，系統(tǒng)組成圖一張（A1紙），部件裝配圖三張（A1紙）。 三、研究進度 第一至第四周 實習，搜集資料 第五周 整理資料，寫開題報告，開題報告答辯 第六周 雙級減壓閥的設計 第七周 雙級減壓閥設計及換熱器設計 第八周 減壓閥繪圖 第九周 組合閥的設計 第十周 組合閥繪圖 第十一周 手動和電動閥設計 第十二周 燃氣噴嘴設計與繪圖 第十三周 油氣切換閥設計 第十四周 英文翻譯 第十五、十六周 英文翻譯，系統(tǒng)組成圖繪制 第十七周 檢查，論文、圖紙輸出，準備答辯 第十八周 論文答辯 四、主要參考文獻 [1]陸培文.實用閥門設計手冊[M].第一版.北京:機械工業(yè)出版社，2002 [2]James著，鄭津洋譯.ASME壓力容器設計[M].第一版.北京:化學工業(yè)出版社，2002 [3]劉崢.內燃機一維非定常流動[M].第一版.北京:清華大學出版社，2007 [4]吳建華.汽車發(fā)動機原理[M].第一版.北京:機械工業(yè)出版社，2007 [5]吳小江.天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機燃料系統(tǒng)的研究[J].農機化研究，2002，第2期：135頁 [6]李格升.柴油機攙燒氣體燃料對充氣效率和過量空氣系數(shù)的影響[J].武漢理工大學學報，2001，第4期：379頁 [7]張記鵬.雙燃料發(fā)動機供氣系統(tǒng)匹配及特性研究[J].農業(yè)機械學報，2001，第2期：8頁 [8]張武高.柴油、天然氣雙燃料發(fā)動機的燃燒特性分析[J].內燃機學報，2000，18卷第3期：299頁 [9]杜勝品.雙燃料發(fā)動機（一）（二）[J].內燃機，2001，第5期：29頁 [10]Andrea Bata R.M. and Lyous P.W. Nature Gas: A Promising Fuel for I.C.Engines[C].SAE930929 五、指導教師意見 指導教師簽字：