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本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開 題 報 告 題 目 雙燃料發(fā)動機(jī)供給系統(tǒng)的設(shè)計 指 導(dǎo) 教 師 院（系、部） 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級 機(jī)械工程及其自動化（汽車工程）04-2班 學(xué) 號 0407130213 姓 名 日 期 2008年3月24日 教務(wù)處印制 一、選題的目的、意義和研究現(xiàn)狀 1、選題的目的 應(yīng)用所學(xué)習(xí)知識，設(shè)計一雙燃料發(fā)動機(jī)燃?xì)夤┙o系統(tǒng)。達(dá)到在現(xiàn)有的國產(chǎn)柴油機(jī)在不改變原柴油機(jī)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(jī)，既天然氣發(fā)動機(jī)的研究已成為目前發(fā)動機(jī)技術(shù)的一個重要發(fā)展方向，是近年來國內(nèi)外發(fā)動機(jī)行業(yè)的熱點(diǎn)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(jī)以其改裝方便、經(jīng)濟(jì)性好、燃料選用靈活、熱效率高以及排放性能好等優(yōu)點(diǎn)在國外日益受到重視。將柴油機(jī)改裝為CNG/柴油雙燃料發(fā)動機(jī)，這對優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，降低企業(yè)營運(yùn)生產(chǎn)成本，有效治理柴油客車排放污染，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)的快速、可持續(xù)性發(fā)展都具有深遠(yuǎn)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(nèi)外天然氣汽車燃?xì)夤┙o系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r 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(yù)計2020年其在世界能源組成中的比重將會增加到30%。21世紀(jì)天然氣在世界能源結(jié)構(gòu)中的比重將超過石油，成為世界第一大能源，21世紀(jì)將是一個天然氣世紀(jì)。 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(chǎn)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(xué)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(yīng)用與運(yùn)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(yuǎn)遠(yuǎn)小于石油和煤炭，是一種優(yōu)良的汽車發(fā)動機(jī)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(fèi)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(guān)專家認(rèn)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(yīng)用。 雙燃料發(fā)動機(jī)改裝技術(shù)發(fā)展初期，多數(shù)是通過安裝在進(jìn)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(jī)，通入混合器的燃?xì)鈮毫τ膳c加速踏板相連接的機(jī)械裝置控制，使?jié)M負(fù)荷時天然氣壓力最大，低負(fù)荷時天然氣壓力最小;或者通過機(jī)械裝置控制供氣管道中的閥門開啟角度來調(diào)節(jié)供氣量。柴油泵設(shè)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(yīng)用。 在20世紀(jì)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(jī)和美國Caterpillar公司的Caterpillar 3208 CNG/柴油雙燃料發(fā)動機(jī)。 如果將一個大流量天然氣噴射閥安裝在某型發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣總管，稱為天然氣電控單點(diǎn)噴射式雙燃料發(fā)動機(jī)。比較典型的是Cummins的C系列電控進(jìn)氣道單點(diǎn)噴氣增壓中冷天然氣發(fā)動機(jī)。該方式采用電控單點(diǎn)噴射，并結(jié)合氧傳感器進(jìn)行閉環(huán)控制可較精確地控制空燃比，從而使發(fā)動機(jī)具有較好的經(jīng)濟(jì)性和排放性。 多個天然氣噴射閥安裝在進(jìn)氣口，則稱該型發(fā)動機(jī)為天然氣電控多點(diǎn)噴射式雙燃料發(fā)動機(jī)。這種系統(tǒng)采用噴射閥直接向進(jìn)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(nèi)可以保持高精度和高穩(wěn)定性。由于可以嚴(yán)格控制氣體燃料噴射量和噴射始點(diǎn)與進(jìn)排氣門及活塞運(yùn)動的相位關(guān)系，易于實(shí)現(xiàn)定時供氣及層狀供氣，并可根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)荷更準(zhǔn)確地控制空燃比，從而取得良好的排 放性能。 缸內(nèi)氣體噴射技術(shù)采用氣體噴射器直接向氣缸內(nèi)噴射天然氣，分為缸內(nèi)高壓噴射式和低壓噴射。天然氣缸內(nèi)高壓噴射(HPDI-High Pressure Direct Injection System)和缸內(nèi)擴(kuò)散燃燒理論是由加拿大British Columbia大學(xué)Philip Hill教授首先提出的。 二、研究方案及預(yù)期結(jié)果 1、主要研究內(nèi)容和設(shè)計方案 （1）發(fā)動機(jī)參數(shù)的確定 （2）進(jìn)氣系統(tǒng)方案選擇 進(jìn)氣管混合器供氣方式、進(jìn)氣噴射方式、缸內(nèi)直接噴氣。 在上述三種供氣方式中，機(jī)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(dá)到較高的排放要求。為達(dá)到更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，必須采用電控氣體燃料噴射技術(shù)。其中缸內(nèi)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(diǎn)順序電控噴射高。而氣口多點(diǎn)順序電控噴射既能滿足精度要求，又在國內(nèi)屬于基本成熟技術(shù)，因此對于國內(nèi)而言，宜采用氣口多點(diǎn)順序電控噴射方式。 所以采用進(jìn)氣口多點(diǎn)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(jī)保留原柴油機(jī)的全部裝置和功能，增加了燃?xì)夤┙o系統(tǒng)、油氣切換系統(tǒng)、油氣控制系統(tǒng)，對發(fā)動機(jī)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(jī)壓燃工作方式， 由柴油著火引燃天然氣。該發(fā)動機(jī)同樣能以純柴油方式工作。 這套系統(tǒng)解決了以往國內(nèi)應(yīng)用較多的混合器混合進(jìn)氣動力不足、排放達(dá)不到一定標(biāo)準(zhǔn)的缺點(diǎn)，采用了目前較為先進(jìn)的進(jìn)氣口多點(diǎn)順序電控噴射，保持了原發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性不變，而使排放降低。 （2）應(yīng)用的理論及方法 理論力學(xué)、材料力學(xué)、發(fā)動機(jī)原理、汽車構(gòu)造和有關(guān)的數(shù)學(xué)計算與閥門設(shè)計知識等。 3、技術(shù)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(guān)閥、電磁開關(guān)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(guān)）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(shè)計 （4）安全閥的設(shè)計 （5）噴射器的設(shè)計 （6）供氣系統(tǒng)的其他零件和氣體燃料發(fā)動機(jī)的新技術(shù) （7）經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析 5、預(yù)期的結(jié)果 據(jù)以上基本框架，預(yù)期達(dá)到供氣設(shè)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(jìn)度 第一至第四周 實(shí)習(xí)，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(shè)計 第七周 雙級減壓閥設(shè)計及換熱器設(shè)計 第八周 減壓閥繪圖 第九周 組合閥的設(shè)計 第十周 組合閥繪圖 第十一周 手動和電動閥設(shè)計 第十二周 燃?xì)鈬娮煸O(shè)計與繪圖 第十三周 油氣切換閥設(shè)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(zhǔn)備答辯 第十八周 論文答辯 四、主要參考文獻(xiàn) [1]陸培文.實(shí)用閥門設(shè)計手冊[M].第一版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002 [2]James著，鄭津洋譯.ASME壓力容器設(shè)計[M].第一版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002 [3]劉崢.內(nèi)燃機(jī)一維非定常流動[M].第一版.北京:清華大學(xué)出版社，2007 [4]吳建華.汽車發(fā)動機(jī)原理[M].第一版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007 [5]吳小江.天然氣/柴油雙燃料發(fā)動機(jī)燃料系統(tǒng)的研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2002，第2期：135頁 [6]李格升.柴油機(jī)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(xué)學(xué)報，2001，第4期：379頁 [7]張記鵬.雙燃料發(fā)動機(jī)供氣系統(tǒng)匹配及特性研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2001，第2期：8頁 [8]張武高.柴油、天然氣雙燃料發(fā)動機(jī)的燃燒特性分析[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報，2000，18卷第3期：299頁 [9]杜勝品.雙燃料發(fā)動機(jī)（一）（二）[J].內(nèi)燃機(jī)，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(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽字：