农用柴油发动机柴油/乙醇组合燃烧系统性能研究

摘要

内燃机的发展已有100多年的历史,其主要的能源基本上采用石油制品。经过多年的大规模的开采，地球上石油存量已经不多，与此同时发动机运行时所排放的大量污染物日积月累使环境与生态不断恶化，能源危机与环境污染成为人类关注的两大问题。乙醇是一种环保型、可再生的生物质燃料，并且生产原料广泛，技术成熟，是未来理想替代燃料之一。目前，乙醇在汽油发动机上的应用已比较成熟，但是由于乙醇十六烷值仅为柴油的八分之一，直接在柴油机上应用的难度较大，乙醇的着火问题是解决乙醇在柴油机上应用的关键。
　　本文针对目前我国大量保有农用柴油发动机以及能源短缺的现状，进行了乙醇在农用柴油发动机上实现乙醇/柴油双燃料供给燃烧的相关研究，主要研究内容如下：
　　（1）结合目前的试验条件，在发动机的进气歧管上加装一套乙醇喷射系统，通过发动机监测系统适时检测发动机工况，经数据采集卡、虚拟仪器软件、驱动电路等环节，驱动乙醇喷醇器电磁阀的开启，进而实现乙醇的适时、适量喷射。通过对乙醇供给系统的设计和关键参数的优化，使乙醇雾化后能够满足组合燃烧发动机的要求。通过建立乙醇供给量数学模型，为组合燃烧发动机乙醇的自动控制提供了理论依据。
　　（2）通过改变供油提前角，在原发动机其他参数结构不变的条件下进行组合燃烧发动机性能试验，试验结果表明，原发动机掺烧一定比例的乙醇后，组合燃烧发动机扭矩、有效功率显著提升，扭矩最大可以提升12％，而当量燃料消耗率基本维持在原机水平。采用正交试验设计的方法，建立在标定转速下乙醇供给比例、发动机负荷率、供油提前角对组合燃烧发动机有效功率、当量燃料消耗率、排气温度的三因素三水平正交试验，试验数据表明：在试验条件下，最佳供油提前角为18°；随着乙醇供给比例的增加，组合燃烧发动机动力性能显著提升，排气温度有所降低；即乙醇供给比例和供油提前角对组合燃烧发动机性能有显著影响。
　　（3）利用一次回归正交试验设计的方法，建立了在供油提前角为18度时，乙醇供给比例、发动机负荷和转速与组合燃烧发动机有效功率、当量燃料消耗率的一次回归模型，组合燃烧有效功率的回归模型为：
　　ùy1=1356706.-19964.x1-0007962.x2-0000001.x3+008075.xx21+0000069.xx32当量燃料消耗率的回归模型ùy2-=.307113558+8214.x2+02028.x3-00078.xx32
　　通过对回归模型的方差分析，表明回归方程显著且不失拟。上述回归模型可以实现在全工况范围内，实现乙醇最佳喷射比例的控制，满足组合燃烧发动机动力性能和燃料经济性能，保证组合燃烧发动机节能、高效的运行。

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第一章 绪论

1.1前言

1.2 代用燃料种类及其特点

1.3国内外研究现状

1.4总结

第二章 组合燃烧理论与组合燃烧发动机的试验研究

2.1 乙醇应用于柴油发动机的着火方式

2.2乙醇作为内燃机代用燃料存在的问题

2.3 乙醇/柴油双燃料方式解决乙醇在柴油机上应用存在问题的良好途径

2.4 柴油机柴油/乙醇组合燃烧系统

2.5 柴油机柴油/乙醇组合燃烧系统的试验研究

2.6 总结

第三章组合燃烧发动机的组成及其试验台架的搭建

3.1柴油/乙醇组合燃烧发动机的硬件组成

3.2组合燃烧发动机的乙醇喷射系统的设计与优化

3.3 乙醇喷射量的控制

3.4 在一定柴油/乙醇掺烧比例下乙醇供给量的计算

3.5 总结

第四章 组合燃烧发动机性能试验

4.1 原发动机性能参数

4.2组合燃烧发动机性能试验

4.3标定转速下组合燃烧发动机较优参数的确定

4.4 组合燃烧发动机的扭矩储备系数

4.5 总结

第五章 组合燃烧发动机的最佳乙醇喷射比例的优化

5.1 一次回归正交设计的分析与优化

5.2 各因素对组合燃烧发动机性能的影响结果分析

5.3 总结

第六章 总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

作 者 简 介

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