天然气/柴油双燃料船用发动机电控系统研究

论文摘要

随着排放法规的日趋严格和世界能源的日益短缺,节能、高效与环保成为内燃机技术发展的主导方向。而当前广泛使用的内燃机替代燃料压缩天然气(CNG)具有能量密度较高,排放低,便于贮存和运输等优点,被认为是最有发展前途的发动机清洁燃料。在三峡库区使用CNG燃料动力的船舶,有利于船东降低燃料成本和维护当地的生态环境。CNG燃料在发动机上的应用,可以改善发动机的经济性和排放性能。在三峡库区,空气中的污染物主要来自于船舶柴油机的尾气,柴油机在工作时会排放大量有害物,形成对库区流域严重的污染。电子控制的CNG/柴油双燃料供给系统作为一种较为理想的柴油机燃料供给系统,它可以使得柴油机选择灵活的燃料模式,在天然气充裕的地方选择燃用天然气替代部分柴油以改善排放性能,降低油耗节约成本。而在没有气源的情况下也能恢复到原方式运行。但这种船舶在三峡库区还未出现。本论文在参阅文献和借鉴国内外设计开发经验的基础上,结合三峡库区船舶的实际情况,采用理论分析、仿真设计与试验研究相结合的研究模式。针对2135型柴油机燃料供给系统的,改制了一套电控柴油/天然气双燃料系统,并在柴油机试验台上进行了天然气配比掺烧试验研究。最后,根据2135型柴油机和螺旋桨运行工况特点,在中和考虑能耗,经济性,排放指标和系统稳定型之后,拟定发动机沿螺旋浆推进特征曲线运行时较佳掺烧比。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 双燃料发动机和天然气现状
• 1.1.1 车用现状
• 1.1.2 船用现状
• 1.1.3 天然气资源现状
• 1.2 本文的选题背景
• 1.3 研究目标和内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 天然气/柴油双燃料船用发动机燃料系统
• 2.1 天然气/柴油双燃料船用发动机燃料供给系统组成
• 2.2 CNG/柴油双燃料船用发动机燃料供给系统工作原理
• 2.3 驱动机构
• 2.4 油量调节机构
• 2.5 油泵标定
• 2.6 天然气流量调节阀
• 2.7 进气混合器
• 2.8 本章小结
• 第3章 控制策略
• 3.1 双燃料发动机控制策略
• 3.1.1 纯柴油模式运行下控制策略
• 3.1.2 双燃料模式运行下控制策略
• 3.2 PID控制
• 3.2.1 位置式PID
• 3.2.2 增量式PID
• 3.3 实际控制形式确定
• 3.4 MATLAB/SIMULINK软件仿真
• 3.4.1 柴油机模型
• 3.4.2 仿真过程
• 3.5 本章小结
• 第4章 发动机实验
• 4.1 实验目的
• 4.2 实验设备
• 4.3 最佳掺烧比实验
• 4.4 特征曲线拟合
• 4.5 碳烟排放测试与分析
• 4.6 经济性分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 电控系统
• 5.1 电控系统概述
• 5.2 电控系统设计概述
• 5.3 驱动器及接口要求
• 5.4 单片机及硬件电路
• 5.5 单片机资源分配及软件编程应用
• 5.5.1 单片机A
• 5.5.2 单片机B
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士研究生期间发表的论文与参加的科研项目