一种生物质气体燃料发动机控制系统及其仿真研究

针对生物质气化发电技术中气体燃料成分的差异对生物质气体燃料发动机的输出功率造成不稳定影响的问题,文章提出一种控制系统,给出了系统的控制方案,根据生物质气体燃料发动机的原理,建立数学模型,并完成了控制系统的仿真研究。结果表明,该控制系统能够有效改善生物质气体燃料发动机的输出功率,具有较好的动态性能和抗干扰性,满足控制要求。

为生物质气体燃料发动机开发测量控制系统

挑战 分析和评估气体燃料成分的差异对生物质燃料发动机必要运行条件的影响。

AVL BOOST软件在生物质气体发动机性能计算上的应用

AVLBOOST软件是进行发动机循环和进排气系统计算,建立发动机模型的专用程序,一般用于汽油、柴油等液体燃料和天然气、氢等单组分气体燃料发动机的性能计算。文章将该程序用于多组分低热值生物质燃气发动机,建立数学模型,进行了发动机性能计算,并与试验数据进行对比。结果表明,模拟值与试验值能较好吻合,从而验证了该工作模型的正确性,验证了AVLBOOST软件运用于生物质气体发动机整机和零部件的优化设计的可行性。

生物质燃料汽车的发动机改装技术与设计

为使热值相对较低的生物质裂解气能满足车用发动机的使用要求,本文在对比了生物质裂解气和汽油的理化特性基础上,介绍了生物质气发动机的特点,详细论述了将汽油机改装为生物质裂解气机的关键技术及相应措施,设计了一套生物质燃气汽车的工作原理方案。

8300生物质气体发动机的研制

生物质能源以其清洁、可再生、易收集、经济成为越来越受重视的再生能源。在原8300发动机基础上有针对性地进行结构改进设计;并经试验调试,对一些重要性能参数进行了调整,成功研制出8300DM生物质气体发动机。

低热值气体燃料发动机燃烧特性试验研究

在一台单缸火花点火发动机上开展了燃用不同组分配比的低热值气体燃料燃烧特性的试验研究，分析了发动机燃用天然气掺加氮气0％～35％组成的低热值气体燃料在不同负荷下的缸压、压力升高率、放热率、火焰发展期、快速燃烧期及其循环变动性能。研究结果表明：不同负荷下，随着低热值气体中氮气体积分数的增加，最大缸内压力和压力升高率降低，燃烧放热率下降，火焰发展期变长，同时低热值气体中氮气体积分数增加导致发动机放热率曲线型心明显偏离上止点；低热值气中氮气体积分数小于20％时，燃烧稳定性较好，平均指示压力和最大缸压具有强线性相关性，但当氮气体积分数达到30％，小负荷工况下燃烧循环变动明显加强。

气体燃料发动机发展对中国温室气体减排贡献的生命周期分析

为分析气体燃料发动机的温室气体减排能力,应用生命周期分析方法计算了不同燃料的生命周期温室气体排放量,并据此计算了不同发动机的温室气体排放量.建立了气体燃料发动机"最大限度发展"和"不发展"两种情形.据此预测了2020年中国气体燃料发动机的温室气体减排效果,估算了2020年气体燃料发动机的耗气量占气体供应量的比重.结果显示,在最大限度发展情形下,气体燃料发动机将分别为城市公共交通、船舶动力和火力发电领域减少约7.47,18.25,450.1Mt CO2e的温室气体,减排量占全国减排目标的5.3%.气体燃料发动机将分别消耗15%的天然气、18.5%的煤层气和50%的垃圾填埋气供应量.考虑我国气体燃料资源结构情况及供应形势,推广气体燃料发动机是切实可行的.

点火时刻对缸内直喷低热值气体燃料掺氢燃烧发动机性能影响的试验

在一台改装的单缸气体发动机上进行了缸内直喷低热值气体燃料掺氢燃烧的试验，开展了不同掺氢比例下，点火提前角对发动机动力和排放及经济性的影响研究．低热值燃料由天然气含量为45％～65％，N2含量为35％，掺氢含量为0-20％的气体组成．研究结果表明：随着掺氢比例的增加，发动机动力性呈现先增高后降低趋势，在掺氢10％条件下动力性最好；排放污染物中HC排放增大，NOx排放呈先增大后减小的趋势，在掺氢10％条件下排放最多，但CO排放基本不变．

一类大功率气体燃料发动机电控喷射装置的设计

针对大功率气体燃料发动机扫气不充分、空燃比控制精度低和响应慢等问题,提出了一种应用动圈式电磁直线执行器和菌型阀结构的气体燃料电控喷射装置,实现气体燃料的多点顺序间歇喷射以改善发动机的性能。讨论了设计方案和主要设计参数的确定原则,完成了设计并研制了样件。开发了电控喷射装置控制器,并对样件进行了性能测试。试验表明,电控喷射装置的技术方案可以满足发动机的大流量、高响应等要求。

热裂解生物质气发动机怠速燃烧及排放特性

为了研究热裂解生物质气发动机的怠速燃烧特性及控制怠速排放的方法,利用低热值热裂解生物质气作为内燃机的燃料,采集火花点火生物质气发动机怠速运转时的示功图及怠速排放指标,分析了发动机怠速放热率、燃烧参数及排放特性。试验结果表明:不完全燃烧及燃烧参数的变化主要是由于缸内充量的波动及火焰发展的差异而造成的;怠速失火和不完全燃烧现象,导致发动机的怠速CO排放为4.07%～4.32%、HC排放为350×10-6～400×10-6;怠速运转时存在0.2～0.4BSU的碳烟排放。减小缸内充量的波动性可以有效改善非正常燃烧现象并降低怠速排放。

一种大功率发动机气体燃料电控喷射装置的流量特性研究

为了揭示大功率发动机气体燃料电控喷射装置的流量特性,建立气体燃料喷射量和气门总开启时间的关系。该文建立了气体燃料喷射装置的流动数值模拟计算模型,计算了稳态和非稳态下的流量特性并进行了实验验证。研究结果表明,气门最大升程、阀盘直径、压差以及气门开启时间等主要设计及控制参数对喷射装置的流量特性影响较大,分析了不同参数对流量特性的影响规律,为气体燃料电控喷射装置的工程应用打下了良好的基础。

火花点火生物质气发动机性能研究

利用农林废弃物可控热裂解产生的生物质气,经除尘、除焦油及冷却处理后作为火花点火生物质气发动机的燃料,对发动机的性能进行试验研究。通过测试发动机的转速波动、燃气消耗率和有害排放物,分析发动机的动力性、经济性、运转稳定性和排放性。试验数据表明:发动机怠速运转稳定;较大的功率范围内具有较低且平坦的气耗率曲线;全负荷范围内的转速波动率满足并网发电的需要;发动机的HC、CO和NOx的排放水平较低;燃烧过程中无焦油沉积现象。因此,农林废弃物可控热裂解产生的生物质气,可以作为火花点火发动机的代用燃料。

小型生物质燃气发动机燃烧稳定性试验

为探明生物质燃气各组分相对含量对发动机工作稳定性的影响,在一台小型火花点火发动机上进行了生物质燃气发动机循环变动试验研究,着重分析了理论空燃比与实际空燃比的比值理论空燃比与实际空燃比的比值、H2含量(H2在CH4-H2中的体积分数)及CO2含量(CO2在CH4-H2-CO2中的体积分数)的变化对燃烧稳定性的影响。试验结果表明,燃料组分对燃烧稳定性有较大影响。在本试验中,当理论空燃比与实际空燃比的比值较小、燃料组分中H2含量较低时(如理论空燃比与实际空燃比的比值为0.4、H2的体积分数为25%及理论空燃比与实际空燃比的比值为0.6、H2的体积分数为17%),CO2含量对燃烧稳定性起支配作用,CO2含量的增加导致循环变动增加(上述工况的平均指示压力循环变动系数均超过了10%),在个别条件下导致部分燃烧。随着理论空燃比与实际空燃比的比值及H2含量的增加,CO2含量对燃烧的影响作用逐渐减弱,当理论空燃比与实际空燃比的比值及H2含量达到一定程度时(理论空燃比与实际空燃比的比值为0.6、H2的体积分数为33%及50%,以及理论空燃比与实际空燃比的比值为0.8所对应的所有H2含量条件)CO2含量对燃烧的影响作用已不明显。通过改变燃料组分条件的方法,能够提高生物质燃气发动机的工作稳定性。该研究的成果对生物质燃气发动机燃烧稳定性、经济性及排放特性改善,以及生物质燃气发动机技术应用、推广均有重要指导意义。

喷射装置导管对大缸径气体燃料发动机缸内混合效果的影响

在喷射装置出口加装导管,将燃气分别导向大缸径多点电喷气体燃料发动机的螺旋进气道和切向进气道,建立了联合喷射装置内部流动区域的发动机瞬态CFD计算模型,分析了导管位置对缸内掺混过程的影响。研究结果表明:对于该切向气道、螺旋气道的组合进气道,进气冲程在缸内靠近缸盖截面上产生了干涉涡流,对于螺旋气道喷射方案,燃气向气缸中心靠近,压缩末了时刻燃气集中在缸盖附近;而对于切向气道喷射方案,燃气冲向活塞顶,压缩末了时刻燃气集中在活塞顶附近。点火时刻的混合效果从优到劣依次为螺旋气道喷射方案、无导管喷射方案、切向气道喷射方案。

热裂解生物质气发动机燃烧循环变动研究

利用农林废弃物可控热裂解产生的生物质气作为火花点火发动机的燃料,测录了发动机的示功图。通过对峰值压力变动系数、峰值压力出现位置、峰值压力和峰值平均压力的差值及出现位置进行数学统计,研究了影响发动机燃烧循环变动的因素。统计数据表明:热裂解火花点火生物质气发动机中等负荷时的燃烧循环变动系数较大,高负荷时燃烧循环变动系数较小;峰值压力差值及出现位置的波动性均随点火提前角的增大及压缩比的提高而变大,燃烧循环变动亦随之增强;在整个功率范围内发动机的燃烧稳定性较好。

热裂解生物质气发动机燃烧特性试验

利用农林废弃物可控热裂解产生的生物质气作为火花点火发动机的燃料,测量火花点火生物质气发动机的示功图,分析了生物质气的燃烧放热特性。试验结果表明:发动机怠速点火性能较好,小功率时放热速度较慢,大功率时燃烧速度较快,燃烧较充分;火焰发展期随点火提前角的增大而变长,燃烧相位角随点火提前角、负荷的增大而提前,速燃期随负荷的增加、点火提前角的增大逐渐缩短;生物质气中的氢含量加快了生物质气发动机的燃烧速度。

生物质气作为点燃式发动机燃料的研究

以不同比例的天然气和二氧化碳气体混合物来模拟不同气源的生物质气并在一台改装后的Ｒｉｃａｒｄｏ Ｅ６四冲程单缸点燃式发动机试验机上进行试验。文中给出了燃烧这些燃料时发动机的动力性、经济性以及ＣＯ、ＴＨＣ、ＮＯｘ等排放数据。

气体燃料及其应用于发动机的研究与发展

本文介绍了几种常用气体燃料以及它们用作内燃机燃料时的有关性质,综述了国际上气体燃料发动机的研究进展和最新发展动向,介绍了我国开发和研制气体燃料发动机的现状。针对我国的实际情况,提出了应寻求新途径来提高煤气热值、研制高效的控制系统、优化发动机的参数等今后亟需解决的一些问题。

190型热裂解生物质气发动机性能研究

为了解不同运行参数和不同材料的热裂解生物质气对发动机功率和有害排放物的影响,该文利用热裂解低热值生物质气作为大缸径非增压火花点火发动机的燃料,研究了生物质气发动机的动力性、经济性和排放性。试验数据表明:发动机全工况范围内稳定运行;发动机的燃烧速度较慢,点火提前角为BTDC32℃A时发动机燃烧效果最好;发动机的排放性较好,NO排放随负荷的增大而升高,HC和CO排放随负荷的增大而降低,随裂解气热值的增加NO排放升高。因此,低热值热裂解生物质气作为大缸径发动机的燃料可以实现发动机的稳定运行,并具有较好的经济性和排放性。

气体燃料发动机空燃比的H_∞控制

为了抑制外部扰动,改善空燃比控制精度,将H∞控制理论应用于气体燃料发动机空燃比控制系统中,通过对发动机空燃比控制系统的数学建模,进行H∞空燃比控制器的设计,然后对所设计出的H∞控制器进行仿真比较与实验测试。仿真与实验结果表明:H∞控制器能有效地提高系统的跟踪性、鲁棒稳定性与抗干扰能力,能改善稳定工况与过渡工况时发动机空燃比的控制精度。