沼气发动机文献综述.docVIP

增压沼气发动机燃料供给系统的研究——文献综述 摘要：本文主要介绍了沼气发动机的改装、应用及其增压技术和燃料供给系统的发展和研究现状，以及气体发动机空燃比控制策略。 关键词：沼气发动机；燃料供给系统；增压；电控混合器；空燃比； 1． 选题背景及意义 1.1 选题背景 1.1.1 能源与环境问题 众所周知，能源问题已成为一个世界性的问题。自20世纪70年代能源危机以来，人们更加清醒地认识到世界能源的严峻形势。因此，各个国家都在不断的探寻研究新能源。新又称非常规能源。是指如煤炭、石油、天然气、水能、木材等之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。全球变暖近100多年来，全球平均气温经历了冷－暖－冷－暖两次波动，总得看为上升趋势。进入八十年代后，全球气温明显上升。1981-1990年全球平均气温比100年前上升了0.48℃。导致全球变暖的主要原因是人类在近一个世纪以来大量使用矿物燃料（如煤、石油等，排放出大量的CO2等多种温室气体。由于这些温室气体对来自太阳辐射的短波具有高度的透过性，而对地球反射出来的长波辐射具有高度的吸收性，也就是常说的，导致全球气候变暖。全球变暖的后果，会使全球降水量重新分配，冰川和冻土消融，海平面上升等，既危害自然生态系统的平衡，更威胁人类的食物供应和居住环境。 汽车及发动机已成为现代文明社会重要标志的，由于传统的发动机主要以化石燃料为主并且排放的尾气中含有大量的有害气体，因此汽车及发动机的发展正承受着来自上述两方面的巨大挑战。据统计2010年我国汽车保有量7000万辆，低于日本的7500万辆汽车保有量，相当于美国2.85亿辆汽车保有量的四分之一。 1.1.2 沼气发动机的发展 目前世界上采用的能源大多是化石燃料，专家认为在21世纪初，会有一半的化石燃料被耗尽，世界石油资源短缺和生态环境恶化是21世纪人类面临的主要问题。合理利用资源及开发清洁燃料将是人类今后的不懈追求，这使得气体机 的发展越来越受到重视，气体机竞争也越来越激烈。目前气体发动机的分类如表1.1所示[1]。在国外，由于近年来广阔的市场需求，各发动机制造企业为了满足市场的需求，争相开发性能优越的气体机。比如美国的Caterpilar公司、Fairbanks Morse公司、Cooper公司、Conoco公司、Cummius公司，英国的Ruston公司、Varity Perkins公司，日本的NKK Yanmar公司，奥地利的Jenbaher公司，德国的MAN BW公司等[6]。 随着世界各国对新能源不断深入的研究，目前已经出现多种替代燃料，如甲醇、乙醇、石油液化气（LNG）、压缩天然气（CNG）、二甲醚（DME）、氢气、生物柴油、煤层气和沼气等等。尽管替代燃料的种类繁多，但能够真正被广泛应用的却很少，主要是因为替代燃料在发动机动力性和经济型上的表现不足。现在应用比较多的是石油液化气和压缩天然气，在我国大中城市的部分公交车使用石油液化气，部分出租车则使用压缩天然气。另外，乙醇按一定的比例加入汽油中作为汽车的燃料。尽管很多替代燃料目前没有得到广泛的应用，但是他们的发展前景却非常广阔。 例如沼气，它是一种混合可燃气体，其主要成分是甲烷，其余为二氧化碳、氧气、氮气和硫化氢等。沼气具有资源广泛、废物利用、价格便宜、燃烧完全、排放清洁等特点。因此沼气发动机也慢慢的进入人们的视野。沼气发动机分为双燃料和全烧式两种[2]，双燃料式沼气发动机的工作原理是通过向燃烧室内喷入少量柴油，经压燃后引燃沼气燃烧做功。结构上只需对柴油机的进气管和调速机构做些变动，改装简单，；全烧式沼气发动机则由火花塞跳火点燃沼气和空气的混合气，无需柴油引燃。两种沼气发动机的结构如图1，2所示[3]。双燃料式沼气发动机在沼气资源不是很充裕的地方具有良好的灵活性，当沼气量减少时，以柴油为主，不影响发动机的运行。在沼气资源丰富的地区，全烧式沼气发动机会有更好的优越性。目前沼气发动机主要用作固定动力源，例如用作发电机组和动力与供热复合装置系统等。图3[3]是沼气发电机组系统布置图。 图1：沼气-柴油双燃料式发动机示意图 图2： 图3：沼气发电机组系统布置图 表1.1气体发动机的分类 国外对对沼气发动机的研究起步很早，沼气发动机的零部件的性能稳定，如普遍使用电子调速器和电子点火装置等，这就保证了整机有良好的综合性能指标。近年来国外大型沼气发动机发展迅猛，主要用于发电机组。国外用于沼气发电的内燃机主要使用Otto发动机和Diesel发动机，其单位重量的功率约为27 kWT。汽轮机中燃气发动机和蒸汽发动机均有使用，燃气发动机的优点是单位重量的功率大，一般为70140kW/T；蒸汽发