柴油机掺氢关键技术及实验研究

论文摘要

近年来,我国汽车产量和保有量飞速增加,但石油资源的短缺和汽车尾气排放污染日益严重给汽车工业的进一步发展带来严重的挑战。为此,寻找可以代替石油的清洁能源是内燃机技术重要的发展方向。作为最清洁的车用发动机代用燃料,氢气（Hydrogen）在提高内燃机经济性、降低发动机烟度排放等方面有其独特的优势。同时,柴油机被广泛应用于国民经济各个领域。以柴油机为基础实现发动机的双燃料工作,是代用燃料发动机发展的一个重要方向。本文通过对现有双燃料发动机技术的研究,结合氢气燃料的特点,采用进气总管单点电控喷射,完成了一套电控氢气供给系统的设计,实现了原YC6J190-20柴油机的双燃料运行。系统以摩托罗拉MC68HC908LJ12型单片机为控制核心,采用氢气喷射器作为执行元件,配合合理的输入输出接口电路来实现氢气喷射的精确控制。然后对原柴油机与改装后的电控柴油掺氢双燃料发动机的动力性、经济性、排放性能进行了对比试验,试验结果表明,本文设计的电控喷氢双燃料发动机工作稳定可靠,掺氢燃烧可有效地降低发动机排放。最后,对论文工作进行了总结并分析了存在的问题,提出了下一步的工作方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 氢的制取和储存
• 1.3 氢的物化特性
• 1.4 氢在内燃机中的应用
• 1.5 基于柴油机的双燃料发动机供气技术的种类与发展
• 1.6 本课题主要研究内容
• 第二章 柴油掺氢双燃料发动机系统方案研究
• 2.1 双燃料发动机柴油供给量调节方案
• 2.1.1 分配式喷油泵
• 2.1.2 机械式调速器
• 2.1.3 增压系统
• 2.2 双燃料发动机氢气供给系统设计方案
• 2.2.1 氢气进气位置的选择
• 2.2.2 纯柴油和双燃料模式切换的实现
• 2.3 氢气供给系统组成
• 2.3.1 氢气储存装置
• 2.3.2 氢气过滤器
• 2.3.3 高压电磁阀
• 2.3.4 减压阀和压力表
• 2.3.5 氢气流量计量装置设计
• 2.3.6 电控单元和传感器
• 2.3.7 氢气喷射器—执行元件
• 2.3.8 氢气无缝金属管
• 2.4 氢气喷射控制方式的确定
• 2.5 氢气喷射量的控制策略设计
• 2.5.1 喷氢定时
• 2.5.2 喷氢量和氢气喷射脉宽的计算
• 2.6 本章小结
• 第三章 双燃料发动机ECU电控系统硬件设计
• 3.1 微处理器
• 3.1.1 单片机选型
• 3.1.2 单片机系统电路
• 3.2 传感器
• 3.2.1 磁电式转速传感器
• 3.2.2 油门位置传感器
• 3.2.3 氢气压力和温度传感器
• 3.3 传感器信号处理电路
• 3.3.1 磁电式转速传感器信号处理电路
• 3.3.2 油门位置以及油门位置变化率通道电路设计
• 3.4 输出控制信号接口电路
• 3.5 硬件抗干扰系统设计
• 3.5.1 控制系统的主要干扰源
• 3.5.2 电源抗干扰设计
• 3.5.3 接口通道抗干扰设计
• 3.5.4 氢气喷射器控制抗干扰设计
• 3.5.5 印刷电路板抗干扰措施
• 3.6 本章小结
• 第四章 控制系统软件设计
• 4.1 程序控制流程
• 4.2 带缓冲的脉宽调制波
• 4.3 本章小结
• 第五章 台架试验结果与处理
• 5.1 试验台架组成
• 5.1.1 发动机结构参数和安置
• 5.1.2 主要的测试仪器与设备
• 5.2 双燃料发动机动力性能试验研究
• 5.3 双燃料发动机经济性分析
• 5.4 双燃料发动机的排放试验研究
• 5.4.1 氮氧化物排放对比
• 5.4.2 一氧化碳排放对比
• 5.4.3 未燃碳氢化合物排放对比
• 5.4.4 碳烟排放对比
• 5.5 双燃料发动机排气温度对比
• 5.6 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 课题展望
• 参考文献
• 致谢