增压中冷LNG/柴油双燃料发动机排放特性研究

摘要

柴油机因其高效的能源利用方式、良好的动力性、较强的适应性和高可靠性被广泛用于国民经济各个领域，对社会发展做出了巨大贡献。目前全世界正面临能源短缺和环境恶化的双重威胁，替代燃料可有效改善能源结构和控制排气污染，天然气是一种储量丰富、热效率高、经济性好的清洁能源，是目前内燃机代用燃料研究的重点之一。天然气作为替代燃料在车用领域的应用已相对成熟，在航运行业以天然气/柴油双燃料发动机技术为主的LNG燃料动力船正在成为行业发展的热点。由于船舶的特殊性，我国天然气在船用柴油机上的应用尚处于试点阶段，有必要对现有天然气/柴油双燃料发动机技术在船用柴油机上的应用进行试验研究，对当前典型的船用天然气/柴油双燃料发动机技术进行排放评估，并提出改善船用双燃料发动机排放性能的方案。
　　本文以船用Z6170柴油机为原型机，在不改变其参数和结构的前提下，采用典型的单点进气技术将该型柴油机改装为LNG/柴油双燃料发动机，依据船用柴油机台架性能试验相关标准，搭建双燃料发动机试验台架，并根据船用柴油机使用特点制定双燃料发动机试验方案，对改装后双燃料发动机的排放特性、经济性等进行了研究。主要工作内容如下：
　　1、在分析双燃料发动机改装原理基础上，分别采用不同的单点进气方式将Z6170柴油机改装成LNG/柴油双燃料发动机；
　　2、依据船用柴油机台架性能试验相关标准，搭建双燃料发动机试验台架，并根据船用柴油机使用特点制定双燃料发动机试验方案；
　　3、分别对不同进气系统进行双燃料发动机排放试验，并对相关数据进行处理和分析；
　　4、将双燃料发动机试验结果与原柴油机进行对比，提出改进当前简单改装双燃料发动机排放性能的方案。
　　试验结果表明：采用当前典型技术简单改装的双燃料发动机各工况下当量过量空气系数均不同程度减小，缸外进气方式对过量空气系数影响较大；双燃料发动机经济性良好，能耗略差于柴油机；替代率对双燃料发动机的燃烧状况影响明显，高负荷高替代率时燃烧较粗暴，低负荷时燃烧状况较差；双燃料发动机HC和CO排放量远高于柴油机，负荷特性下NOx总比排放低于原柴油机，推进特性下NOx总比排放高于原柴油机；双燃料发动机减少碳排放效果比较明显；混合器进气方式NOx排放高于单点喷射进气方式。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 天然气的优势及国家相关政策

1.3 天然气/柴油双燃料发动机国内外研究现状

1.4 研究目的与主要研究内容

第2章 LNG/柴油双燃料发动机供气系统

2.1 LNG物化特性

2.2 LNG/柴油双燃料发动机工作原理

2.3 LNG/柴油双燃料发动机的主要供气方式

2.4 本章小结

第3章 LNG/柴油双燃料发动机试验平台改装

3.1 天然气供给系统和控制系统

3.2 试验台架搭建

3.3 测试系统

3.4 本章小结

第4章 双燃料发动机排放试验

4.1 双燃料发动机主要污染物生成机理

4.2 双燃料发动机相关指标的定义

4.3 试验研究方法

4.4 试验燃料

4.5 本章小结

第5章 试验结果及分析

5.1 替代率对单点进气双燃料发动机性能的影响

5.2 双燃料发动机与原柴油机性能对比研究

5.3 单点进气双燃料发动机分析

5.4 多点进气方式对HC和NOx排放的影响

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献