论文摘要
随着我国汽车工业的迅速发展,石油资源短缺和环境污染问题日益严重,急需寻找石油替代燃料。我国煤炭资源丰富,通过煤制甲醇,可为汽车行业提供丰富的燃料,而且甲醇具有含氧量高、燃烧充分和有害排放物低等特点,是最现实的石油替代燃料之一。内燃机直接燃烧液体甲醇存在较多问题,如甲醇对金属具有腐蚀性、对橡胶具有溶胀作用、冷启动困难以及易产生高温气阻等,这些问题严重制约了甲醇燃料在内燃机上的应用。通过甲醇裂解,可以克服或减轻液体甲醇应用时所存在的问题,甲醇裂解应用于内燃机的研究越来越受到关注。本课题设计了甲醇裂解器,并对一台EQ491i电喷汽油机进行了改造,利用发动机排气余热将液体甲醇加热、蒸发,并在催化剂的作用下,将甲醇裂解为H2和CO,通过管路输送至发动机进气歧管,进入气缸内燃烧。通过试验,论文分析了甲醇裂解气发动机的一些性能,如甲醇裂解器起燃特性、不同工况下甲醇裂解气成分、发动机排放和缸内燃烧过程等。试验结果表明,甲醇裂解气主要成分为H2、CO、二甲醚、甲酸甲酯和甲醇蒸汽,五种气体占裂解气成分的95%以上；影响裂解器起燃特性的主要因素为环境温度和发动机工况,实际应用中可以对裂解器采取保温措施,并适当调整点火提前角以加速裂解器起燃；在未进行优化的情况下,试验中甲醇裂解气发动机在1800r/min、95N.m时热效率可达34%；过量空气系数最高可达1.8,采用稀燃后,甲醇裂解气发动机常规排放物如CO.HC和NOx均比汽油机少；在相同工况下,甲醇裂解气发动机排温较汽油机低,在1800r/min,负荷为20～120N·m时约低70～90℃；相比汽油机,甲醇裂解气发动机具有最高燃烧压力大、最高燃烧压力出现时刻早、压升率高等特点；点火提前角对甲醇裂解气发动机的动力性、经济性和排放等均有很大影响,随着点火提前角的增加,发动机负荷和热效率均先增加后减小,排温逐渐降低,常规排放物CO、HC和NO、均呈上升趋势：甲醇裂解率随裂解器温度的升高而升高。
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摘要ABSTRACT符号说明第一章 绪论1.1 前言1.2 甲醇作为车用燃料的特点和性能1.2.1 甲醇燃料的特点1.2.2 甲醇在内燃机上的应用1.2.3 甲醇燃料存在的主要问题1.3 国内外甲醇裂解气发动机研究现状1.3.1 甲醇裂解气发动机1.3.2 国外研究现状1.3.3 国内研究现状1.4 本文主要研究内容第二章 试验台架建设2.1 试验方案2.2 试验台架建设2.2.1 试验用发动机2.2.2 甲醇燃料供给系统2.2.3 主要测试设备2.3 数据采集及甲醇喷射控制系统2.3.1 数据采集系统2.3.2 甲醇喷射控制系统2.4 本章小结第三章 甲醇裂解器设计3.1 催化剂的选择3.1.1 铜系催化剂3.1.2 镍系催化剂3.1.3 贵金属催化剂3.2 甲醇裂解器设计方案3.2.1 设计流程3.2.2 甲醇裂解器结构3.3 甲醇裂解器换热计算3.3.1 计算总换热量3.3.2 计算有效平均温差3.3.3 估算总传热面积3.3.4 初选甲醇裂解器结构参数3.3.5 计算蒸发器管程、壳程传热系数3.3.6 计算反应器管程、壳程传热系数3.4 甲醇裂解器压力降校核3.4.1 蒸发器管程压力降3.4.2 蒸发器壳程压力降3.4.3 反应器管程压力降3.4.4 反应器壳程压力降3.4.5 压力降校核3.5 甲醇裂解器传热面积校核3.5.1 蒸发器总传热面积3.5.2 反应器总传热面积3.6 甲醇裂解器设计3.7 本章小结第四章 甲醇裂解气发动机试验结果4.1 甲醇裂解器起燃特性4.1.1 环境温度对起燃时间的影响4.1.2 负荷加载情况对起燃时间的影响4.2 甲醇裂解气成分检测4.3 甲醇裂解气发动机经济性、热效率分析4.3.1 甲醇消耗率随负荷的变化4.3.2 有效热效率随负荷的变化4.4 排放性能4.4.1 排放随过量空气系数的变化规律4.4.2 排放随负荷的变化规律4.5 缸内工作过程分析4.5.1 排温分析4.5.2 缸压分析4.6 点火提前角对性能的影响4.6.1 点火提前角对动力性的影响4.6.2 点火提前角对热效率的影响4.6.3 点火提前角对排温的影响4.6.4 点火提前角对排放的影响4.7 道路模拟试验4.7.1 模拟道路工况时的起燃时间4.7.2 模拟道路工况时的裂解率4.8 本章小结第五章 总结与展望5.1 总结5.2 展望参考文献致谢攻读硕士学位期间发表的论文学位论文评阅及答辩情况表
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