二甲醚发动机低压共轨电控系统与喷油雾化特性研究

摘要

二甲醚（DME）作为一种适用于压燃式内燃机的含氧清洁代用燃料，同柴油及其他多数代用燃料相比，具有内燃机高效、低排放、低噪音、无烟燃烧等优点。同时，二甲醚可以由天然气和煤转化得到。二甲醚发动机的应用有利于解决我国环境污染和能源紧张问题，也可以充分利用我国煤炭资源丰富的优势。近年来，二甲醚作为柴油机替用燃料引起了世界各国的广泛关注，因而开发二甲醚发动机是我国一项重大的研究项目。 但由于二甲醚与柴油的物化性质的差异，传统柴油机的燃油供给及喷射系统不能适应二甲醚发动机供给和喷射的要求。本文在实验室导师及学长提出的一种二甲醚发动机低压共轨（轨道压力5MPa～20MPa）燃油供给及喷射系统的基础上，开发设计了一套适用于该低压共轨系统的燃油喷射电控系统，包括了硬件电路、喷油量控制策略、系统控制软件开发流程和程序编写以及调试。 为了对优化二甲醚发动机喷射系统和燃烧系统的参数以及深入了解二甲醚燃烧机理，本课题选用通用CFD软件FLUENT对二甲醚喷射雾化过程进行了模拟研究。根据喷油器特点选择合理的喷雾模型，对二甲醚与空气混合过程模拟，得到油气混合过程不同阶段的喷雾形态，提取喷雾过程特性参数--喷雾贯穿距和喷雾锥角。在此基础上改变喷雾模型中参数因子，主要包括环境背压、启喷压力和喷孔直径，以分析特性参数变化时二甲醚喷油化雾特性。 本文结合国内外对二甲醚的研究，配合前文开发设计的电控系统，搭建了油泵试验台架，以柴油代替DME，在试验台上模拟二甲醚发动机低压共轨燃油系统喷射过程，采集不同工况下的试验数据，并对试验数据处理和分析，得出低压共轨燃料系统的燃料喷射特性。 最后，本文得出结论，在适当的改动高压共轨柴油机结构和开发设计合理的燃用二甲醚的电控系统包括制定油量喷射控制策略，可以满足二甲醚在低压共轨系统上的现实使用；通过对二甲醚喷雾的FLUENT模拟研究，初步知晓了其喷射喷雾的规律，但对二甲醚喷雾特性及燃烧机理的研究还有待深入。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1前言

1.2几种清洁燃料的理化特性比较

1.2.1压缩天然气(CNG)

1.2.2液化石油气(LPG)

1.2.3醇类燃料

1.2.4二甲醚(DME)

1.3二甲醚发动机研究现状概述

1.3.1国外的研究现状

1.3.2国内研究现状

1.4本课题的选题意义及研究主要内容

1.5课题来源

第二章二甲醚发动机喷油电控系统开发设计

2.1喷油电控系统分类简介

2.2二甲醚电控系统的设计要求和原理

2.2.1低压共轨燃料供给与喷射系统概述

2.2.2电喷系统的设计要求

2.2.3电喷系统的总体设计原理

2.3二甲醚电喷系统硬件设计

2.3.1单片机类型的选择

2.3.2各种传感器

2.3.2高速响应电磁阀

2.4二甲醚喷射电控系统燃油喷射量控制策略

2.4.1输入信号处理模块

2.4.2发动机工况模式判断模块

2.4.3各工况油量控制模块

2.5电控程序设计

2.5.1单片机控制模块

2.5.2系统初始化模块

2.5.3曲轴转速、油门位置计算模块与A/D转换

2.5.4中断模块EXT1

2.5.5喷油正时控制模块

2.5.6电磁阀控制模块

2.5.7上位PC计管理软件的设计

2.6控制程序仿真及调试

2.6.1实验箱硬件及结构

2.6.2软件编译调试工具

第三章喷油雾化模拟研究

3.1二甲醚喷雾混合研究概述

3.1.1流体计算软件FLUENT概述及其应用

3.1.2 FLUENT的程序结构

3.1.3 FLUENT程序求解问题的步骤

3.1.4 FLuENT程序的应用范围

3.2二甲醚喷雾喷射射流场的三维模拟

3.2.1三维湍流数值模拟方法及其模型

3.2.2二甲醚喷射流场仿真模型的建立

3.2.3边界条件和数值求解方法

3.2.4喷嘴喷射速度场分析

3.3喷雾仿真结果与分析

3.3.1背压(环境密度)对二甲醚喷雾的影响

3.3.2启喷压力对二甲醚喷雾的影响

3.3.3喷孔直径对二甲醚喷雾的影响

第四章二甲醚发动机台架试验

4.1喷射试验台架设备简介

4.2台架燃油喷射试验及结果

4.2.1共轨系统压力对燃油喷射的影响

4.2.2喷油器针阀升程对燃油喷射的影响

4.2.3发动机转速对燃油喷射的影响

第五章总结与展望

5.1全文总结

5.2展望

参考文献

致谢

硕士学习阶段发表的学术论文

科研成果