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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開 題 報(bào) 告
題 目 雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)供給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
指 導(dǎo) 教 師
院（系、部） 機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級(jí) 機(jī)械工程及其自動(dòng)化（汽車工程）04-2班
學(xué) 號(hào) 0407130213
姓 名
日 期 2008年3月24日
教務(wù)處印制
一、選題的目的、意義和研究現(xiàn)狀
1、選題的目的
應(yīng)用所學(xué)習(xí)知識(shí)，設(shè)計(jì)一雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)夤┙o系統(tǒng)。達(dá)到在現(xiàn)有的國產(chǎn)柴油機(jī)在不改變?cè)裼蜋C(jī)系統(tǒng)參數(shù)的前提下，加裝價(jià)格合適且安裝方便的天然氣供給系統(tǒng)，降低污染排放的目的。
2、選題的意義
雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，既天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的研究已成為目前發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向，是近年來國內(nèi)外發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的熱點(diǎn)研究問題。其中用柴油作引燃燃料的CNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)以其改裝方便、經(jīng)濟(jì)性好、燃料選用靈活、熱效率高以及排放性能好等優(yōu)點(diǎn)在國外日益受到重視。將柴油機(jī)改裝為CNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，這對(duì)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，降低企業(yè)營運(yùn)生產(chǎn)成本，有效治理柴油客車排放污染，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)的快速、可持續(xù)性發(fā)展都具有深遠(yuǎn)的意義，同時(shí)也是城市公交現(xiàn)代化發(fā)展的迫切需要。
3、國內(nèi)外天然氣汽車燃?xì)夤┙o系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r
近二十多年來，世界天然氣需求持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)，平均增長(zhǎng)率保持在2%，專家預(yù)計(jì)2020年其在世界能源組成中的比重將會(huì)增加到30%。21世紀(jì)天然氣在世界能源結(jié)構(gòu)中的比重將超過石油，成為世界第一大能源，21世紀(jì)將是一個(gè)天然氣世紀(jì)。
天然氣是一種潔凈的能源，主要成分是甲烷，燃燒后的主要生成物為二氧化碳和水，其產(chǎn)生的溫室氣體只有煤炭的1/2，是石油的2/3。天然氣汽車則是以天然氣作為燃料的汽車，按照天然氣的化學(xué)成分和形態(tài)，可分為壓縮天然氣(CNG)汽車、液化天然氣(LNG)汽車和液化石油氣(LPG)汽車3種。近年來，天然氣汽車在全球發(fā)展很快，在應(yīng)用與運(yùn)營方面比較成功。天然氣汽車是一種理想的低污染車，與汽油汽車相比，它的尾氣排放中CO下降約90%，HC下降約50%，NOx下降約30%，S02下降約70%，CO2下降約23%，微粒排放可降低約40%，鉛化物可降低100%?？梢娞烊粴鈱?duì)環(huán)境造成的污染遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于石油和煤炭，是一種優(yōu)良的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)綠色代用燃料。同時(shí)，天然氣汽車的使用成本較低，比燃油汽車節(jié)約燃料費(fèi)約50%。此外，與電動(dòng)汽車相比，天然氣汽車的續(xù)駛里程長(zhǎng)。有關(guān)專家認(rèn)為天然氣汽車是目前最具有推廣價(jià)值的低污染汽車，尤其適合于城市公共交通和出租汽車使用。目前，它已在世界上得到廣泛應(yīng)用。
雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)改裝技術(shù)發(fā)展初期，多數(shù)是通過安裝在進(jìn)氣總管上的混合器將空氣與天然氣的混合氣送入雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，通入混合器的燃?xì)鈮毫τ膳c加速踏板相連接的機(jī)械裝置控制，使?jié)M負(fù)荷時(shí)天然氣壓力最大，低負(fù)荷時(shí)天然氣壓力最小;或者通過機(jī)械裝置控制供氣管道中的閥門開啟角度來調(diào)節(jié)供氣量。柴油泵設(shè)置在怠速狀態(tài)，以少量的柴油作為引燃油。這種方案由于其供氣裝置簡(jiǎn)單，現(xiàn)在仍有應(yīng)用。
在20世紀(jì)90年代初國外出現(xiàn)了電控混合器方式，比較典型的是荷蘭Deltec公司的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)和美國Caterpillar公司的Caterpillar 3208 CNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。
如果將一個(gè)大流量天然氣噴射閥安裝在某型發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣總管，稱為天然氣電控單點(diǎn)噴射式雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。比較典型的是Cummins的C系列電控進(jìn)氣道單點(diǎn)噴氣增壓中冷天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)。該方式采用電控單點(diǎn)噴射，并結(jié)合氧傳感器進(jìn)行閉環(huán)控制可較精確地控制空燃比，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)具有較好的經(jīng)濟(jì)性和排放性。
多個(gè)天然氣噴射閥安裝在進(jìn)氣口，則稱該型發(fā)動(dòng)機(jī)為天然氣電控多點(diǎn)噴射式雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。這種系統(tǒng)采用噴射閥直接向進(jìn)氣口噴射天然氣，分別測(cè)量空氣和氣體燃料的流量，且在各種工況下都能精確地計(jì)量，從而在整個(gè)使用期內(nèi)可以保持高精度和高穩(wěn)定性。由于可以嚴(yán)格控制氣體燃料噴射量和噴射始點(diǎn)與進(jìn)排氣門及活塞運(yùn)動(dòng)的相位關(guān)系，易于實(shí)現(xiàn)定時(shí)供氣及層狀供氣，并可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)荷更準(zhǔn)確地控制空燃比，從而取得良好的排
放性能。
缸內(nèi)氣體噴射技術(shù)采用氣體噴射器直接向氣缸內(nèi)噴射天然氣，分為缸內(nèi)高壓噴射式和低壓噴射。天然氣缸內(nèi)高壓噴射(HPDI-High Pressure Direct Injection System)和缸內(nèi)擴(kuò)散燃燒理論是由加拿大British Columbia大學(xué)Philip Hill教授首先提出的。
二、研究方案及預(yù)期結(jié)果
1、主要研究?jī)?nèi)容和設(shè)計(jì)方案
（1）發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的確定
（2）進(jìn)氣系統(tǒng)方案選擇
進(jìn)氣管混合器供氣方式、進(jìn)氣噴射方式、缸內(nèi)直接噴氣。
在上述三種供氣方式中，機(jī)械控制(或電控)混合器供氣方式適用于低成本的解決方案，但很難達(dá)到較高的排放要求。為達(dá)到更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，必須采用電控氣體燃料噴射技術(shù)。其中缸內(nèi)直接噴氣方式由于氣體燃料是高壓噴射，需要加壓，其成本比氣口多點(diǎn)順序電控噴射高。而氣口多點(diǎn)順序電控噴射既能滿足精度要求，又在國內(nèi)屬于基本成熟技術(shù)，因此對(duì)于國內(nèi)而言，宜采用氣口多點(diǎn)順序電控噴射方式。
所以采用進(jìn)氣口多點(diǎn)順序電控噴射，氣缸壓力20MPa，減壓后壓力1.1MPa左右，冷卻水冷卻雙級(jí)減壓。
2、解決的問題、理論、方法
（1）解決的問題
CNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)保留原柴油機(jī)的全部裝置和功能，增加了燃?xì)夤┙o系統(tǒng)、油氣切換系統(tǒng)、油氣控制系統(tǒng)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的改造較為簡(jiǎn)單。用柴油作引燃燃料，天然氣作為主體燃料，采用原柴油機(jī)壓燃工作方式， 由柴油著火引燃天然氣。該發(fā)動(dòng)機(jī)同樣能以純柴油方式工作。
這套系統(tǒng)解決了以往國內(nèi)應(yīng)用較多的混合器混合進(jìn)氣動(dòng)力不足、排放達(dá)不到一定標(biāo)準(zhǔn)的缺點(diǎn)，采用了目前較為先進(jìn)的進(jìn)氣口多點(diǎn)順序電控噴射，保持了原發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性不變，而使排放降低。
（2）應(yīng)用的理論及方法
理論力學(xué)、材料力學(xué)、發(fā)動(dòng)機(jī)原理、汽車構(gòu)造和有關(guān)的數(shù)學(xué)計(jì)算與閥門設(shè)計(jì)知識(shí)等。
3、技術(shù)路線組成
天然氣供給系統(tǒng)由氣瓶、高壓組件和低壓組件組成。高壓組件包括手動(dòng)開關(guān)閥、電磁開關(guān)閥、濾清器、組合閥和減壓閥組成；低壓組件有傳感器座、電磁閥塊（油氣切換開關(guān)）和噴嘴管路組成。
4、論文框架
（1）天然氣汽車
（2）供氣量的理論計(jì)算
（3）減壓閥的設(shè)計(jì)
（4）安全閥的設(shè)計(jì)
（5）噴射器的設(shè)計(jì)
（6）供氣系統(tǒng)的其他零件和氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的新技術(shù)
（7）經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析
5、預(yù)期的結(jié)果
據(jù)以上基本框架，預(yù)期達(dá)到供氣設(shè)計(jì)的基本要求，具體形成開題報(bào)告一份，論文一份，外文翻譯一篇，系統(tǒng)組成圖一張（A1紙），部件裝配圖三張（A1紙）。
三、研究進(jìn)度
第一至第四周 實(shí)習(xí)，搜集資料
第五周 整理資料，寫開題報(bào)告，開題報(bào)告答辯
第六周 雙級(jí)減壓閥的設(shè)計(jì)
第七周 雙級(jí)減壓閥設(shè)計(jì)及換熱器設(shè)計(jì)
第八周 減壓閥繪圖
第九周 組合閥的設(shè)計(jì)
第十周 組合閥繪圖
第十一周 手動(dòng)和電動(dòng)閥設(shè)計(jì)
第十二周 燃?xì)鈬娮煸O(shè)計(jì)與繪圖
第十三周 油氣切換閥設(shè)計(jì)
第十四周 英文翻譯
第十五、十六周 英文翻譯，系統(tǒng)組成圖繪制
第十七周 檢查，論文、圖紙輸出，準(zhǔn)備答辯
第十八周 論文答辯
四、主要參考文獻(xiàn)
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五、指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師簽字：