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电控沼气单燃料发动机匹配与试验研究

关注热度:61   来源:新能源学术论文  作者:张龙平
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【摘要】:随着经济的飞速发展,能源和环境问题显得越来越突出。内燃机既是能源的消耗大户,也是环境污染物的主要排放源之一,所以为内燃机寻求清洁的替代燃料有着重要意义。沼气是一种可再生的清洁能源,具有来源广泛、成本低廉,对环境友好等特点,且沼气发电能为畜牧场等建设沼气工程提供了一条可行的发展途径。沼气发动机在发电领域得到了政府的大力支持。 本文结合四川省教育厅重点科技项目“6105超低排放沼气专用内燃机关键技术的研究”,以东风6105天然气发动机为基础机型,对发动机进行了改进设计及匹配研究,使其满足发电用沼气发电机的要求。沼气发动机的总体方案采用稀薄燃烧、增压中冷、电控调压器+比例式混合器供气及电控单缸独立高能点火等技术;同时,对沼气发动机的散热器进行了优化设计、且为其匹配了合理的氧化性催化转化器。 首先,本文分析了沼气及沼气发动机的主要特点,同时根据养殖场实际的沼气成分,调制出了试验用沼气。根据沼气的特点,为沼气发动机匹配了控制精度高、柔性大且工作可靠的电控系统、电控调压供气系统、氧化型催化器及其他关键部件。 在本文中,对沼气发动机燃料供给系统中的比例式混合器进行了研究。利用Catia和Fluent软件,准确的建立沼气比例式混合器的计算模型,且计算结果与真实值误差很小。试验结果表明:重新设计的沼气比例式混合器提高了混合气浓度的控制精度、增强了电控系统的稳定性,同时,使发动机在标定转速下的最大功率提高了8.6%,比气耗下降了2.6%,同时排温下降了26℃。 其次,根据沼气发动机的实际情况,重新优化设计了其散热器:计算得出,该沼气发动机的散热面积为12.42m~2、比散热面积为0.12m~2/kw、芯部正面积为0.69m~2。通过试验验证,沼气发动机在工作时,水温始终维持在80.2~88.7℃,因此对散热器的优化设计达到了预期的目的。 最后,对沼气发动机混合气浓度、点火提前角等关键参数进行了电控标定,优化了发动机的性能。同时,对甲烷浓度为63%和73%的沼气在燃料供给系统满足甲烷浓度为68%的沼气发动机内做功的标定研究,得出:当沼气中甲烷浓度变化不大时(甲烷浓度变化5%),电控调压器的标定值增大0.5kpa,可以适应沼气的甲烷浓度降低5%左右;如果甲烷浓度变化过大(甲烷浓度变化5%),则需要更换沼气比例式混合器。试验结果表明:开发的6105沼气发动机满足开发要求。
【关键词】:沼气发动机 燃料供给 冷却 排放 标定
【学位授予单位】:西华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TK464
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-9
  • 1.引言9-15
  • 1.1 选题背景9-10
  • 1.2 国内外沼气发动机的研究发展现状10-14
  • 1.2.1 国外沼气发动机的研究发展现状10-11
  • 1.2.2 国内沼气发动机的研究发展现状11-12
  • 1.2.3 沼气发动机燃料供给系统的发展现状12-14
  • 1.3 本文的主要研究内容14-15
  • 2 沼气的特性分析及试验用沼气的配制15-25
  • 2.1 沼气的来源15
  • 2.2 沼气成分及其沼气发动机的主要特点15-17
  • 2.3 沼气的净化处理及发动机的防腐措施17
  • 2.4 试验用沼气的配制17-24
  • 2.4.1 试验标准及设备17-18
  • 2.4.2 试验结果及分析18-23
  • 2.4.3 燃料热力学参数计算23-24
  • 2.5 本章小结24-25
  • 3. 电控沼气单燃料发动机总体技术方案研究25-38
  • 3.1 系统匹配原则分析25-26
  • 3.2 技术路线实现步骤26-28
  • 3.3 沼气发动机关键零部件的匹配28-35
  • 3.3.1 燃料控制部件的选型28-29
  • 3.3.2 点火系统的集成匹配29-31
  • 3.3.3 宽域氧传感器的选型31-32
  • 3.3.4 电子节气门的选型32-33
  • 3.3.5 增压压力控制部件的选型33-35
  • 3.4 电控系统技术方案原理分析35-37
  • 3.5 本章小结37-38
  • 4.沼气发动机燃料供给系统研究38-53
  • 4.1 沼气比例式混合器的研究38-48
  • 4.1.1 沼气比例式混合器设计方案及数学模型的建立39-41
  • 4.1.2 比例式混合器三维模型的建立及网格划分41-44
  • 4.1.3 沼气比例式混合器的模拟计算44-48
  • 4.2 试验结果分析48-51
  • 4.3 本章小结51-53
  • 5 沼气发动机冷却系统的优化设计53-63
  • 5.1 沼气发动机散热量及冷却介质流量计算53-55
  • 5.1.1 冷却系统的散热量的计算53-54
  • 5.1.2 冷却水循环量的计算54-55
  • 5.1.3 冷却空气需要量的计算55
  • 5.2 基本结构的设计55-57
  • 5.2.1 散热器结构设计55-57
  • 5.3 水泵的设计57-59
  • 5.4 冷却系统设计校核59-62
  • 5.5 本章小结62-63
  • 6 沼气发动机电控标定试验研究63-73
  • 6.1 发动机标定的总体步骤63-64
  • 6.2 沼气发动机台架性能标定研究64-69
  • 6.2.1. 混合气浓度的标定64-65
  • 6.2.2 电控调压器的标定65-66
  • 6.2.3. 点火提前角标定66-68
  • 6.2.4 发动机进气充量 MAP 的标定68
  • 6.2.5 增压压力的标定68-69
  • 6.3 不同甲烷浓度沼气的标定研究69-71
  • 6.3.1 不同甲烷浓度沼气的标定研究的原理70
  • 6.3.2 标定试验数据分析70-71
  • 6.4 本章小结71-73
  • 7 全文总结及工作展望73-75
  • 7.1 全文总结73-74
  • 7.2 工作展望74-75
  • 参考文献75-77
  • 攻读硕士学位期间发表学术论文情况77-78
  • 致谢78-79


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关键词: 沼气发动机

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