在F-T煤制油柴油机上进气道喷甲醇的研究

摘要

随着环境污染的日益加剧，人类将更多的视线转向了如何保护我们赖以生存的环境。发动机在推动社会进步的同时，也成为破坏环境的始作俑者。由于F-T柴油能够降低柴油机的排放，但成本比较高，本文根据F-T柴油的特点并以其为基础燃料，在保证发动机动力性的基础上，通过仿真和试验相结合的方法采用进气道喷甲醇的方式研究了在云内4100QBZL增压中冷柴油机上进一步降低经济性和排放性并研究了其燃烧特性、循环变动、振动噪声特性以及进行了仿真分析等，为代用燃料的应用提供基础研究。
　　 通过喷射甲醇电控装置实现了在进气道内喷射三种不同能量替代率的甲醇（5％、10％和15％），在低转速时，甲醇替代率为15％时的经济性最好，利用率最高，中高转速时，5％的甲醇替代率能够最大限度的节省燃油。F-T柴油能够降低NOx的排放，本文通过燃烧混合气中含有甲醇的F-T柴油表明:随着混合气中甲醇含量的增加，NOx排放在F-T柴油排放的基础上继续降低，由于试验过程中未加废气后处理装置，导致HC和CO的大幅增加，碳烟排放在不同工况下变化不同，但升幅或降幅均变化不大。
　　 对于各种燃料在缸内燃烧过程的研究能进一步评价和判定对发动机的输出特性的各种影响。本文研究了F-T柴油以及以此为基础燃料的进气道喷射三种不同比例的甲醇对柴油机的燃烧过程的影响，结果表明:随着甲醇替代率的增加，最高燃烧压力增加，最大压力升高率增加，最高瞬时放热率增加，缸内温度越高，而燃烧始点逐渐靠近上止点，推迟燃烧。
　　 为了更进一步研究不同甲醇替代率对柴油机燃烧过程的影响，研究了高压油管最高燃油压力、最高燃烧压力、压力升高率峰值、燃烧始点、最高燃烧温度等参数的循环变动情况，随着甲醇替代率的增加，最高燃油压力的循环变动率增加，其它参数的循环变动率均不高，但都高于F-T柴油的，对燃烧过程影响作用不同。
　　 不同替代率的甲醇对燃烧过程的影响还体现在柴油机的振动噪声过程中。在缸体、缸盖和高压油泵上安装了加速度传感器测量其振动信号，在发动机正上方安装了声压传感器测量发动机的噪声信号，随着甲醇替代率的增加，对缸体、缸盖和喷油泵振动的影响因转速和负荷的变化而变化，但噪声增加。
　　 利用FIRE软件仿真分析表明甲醇能够降低缸内浓度和温度()有利于降低NOx的排放。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 F-T柴油应用技术的发展

1．2．1 F-T柴油的特点

1．2．2 F-T柴油的国内外研究现状

1．3 甲醇生产及应用技术的发展

1．3．1 甲醇的特点

1．3．2 甲醇在柴油机上的应用现状

1．4 振动噪声的发展现状

1．5 项目来源

1．6 本文主要研究内容

第二章 进气道喷甲醇的发动机性能分析

2．1 试验装置和测试系统

2．1．1 试验装置

2．1．2 测试系统

2．2 进气道喷甲醇的试验系统

2．2．1 进气道喷甲醇系统的设计

2．2．2 试验方案

2．3 不同的甲醇替代比对柴油机性能的影响

2．3．1 对动力性能的影响

2．3．2 对经济性能的影响

2．3．3 对排放性能的影响

2．4 本章小结

第三章 进气道喷甲醇的燃烧过程分析

3．1 柴油机进气道喷甲醇燃烧技术

3．2 缸内压力的变化分析

3．3 对压力升高率的影响

3．4 对放热率的影响

3．5 对缸内温度的影响

3．6 对燃烧始点的影响

3．7 本章小结

第四章 进气道喷甲醇对柴油机循环变动的影响

4．1 柴油机的循环变动原理

4．2 不同甲醇替代率对高压油管最高压力的循环变动的影响

4．2．1 高压油管压力测试设备及测试原理

4．2．2 对最高燃油压力循环变动率的影响

4．3 不同甲醇替代率对缸内压力的循环变动的影响

4．4 不同甲醇替代率对压力升高率峰值的循环变动率的影响

4．5 不同甲醇替代率对燃烧始点的循环变动的影响

4．6 不同甲醇替代率对缸内最高燃烧温度循环变动率的影响

4．7 本章小结

第五章 进气道喷甲醇的振动噪声分析

5．1 试验台架装置简介

5．2 不同比例甲醇对发动机振动的影响

5．2．1 对缸盖振动的影响

5．2．2 对缸体振动的影响

5．2．3 对喷油泵振动的影响

5．3 不同比例甲醇对噪声的影响

5．3．1 对声压级的影响

5．3．2 对有效值和峰值的影响

5．3．3 对在不同频率下声压级的影响

5．4 本章小结

第六章 进气道喷甲醇的仿真分析

6．1 柴油机仿真分析的必要性

6．2 F-T柴油和M5的仿真模型的建立与验证

6．2．1 F-T柴油的成分拟合

6．2．2 燃烧室模型的建立及网格划分

6．2．3 计算模型的确定

6．2．4 计算模型的验证

6．3 仿真结果分析

6．3．1 甲醇对浓度场的影响

6．3．2 甲醇对温度场的影响

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文