沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)文獻(xiàn)

1、增壓沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供給系統(tǒng)的研究文獻(xiàn)綜述摘要：本文主要介紹了沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的改裝、應(yīng)用及其增壓技術(shù)和燃料供給系統(tǒng)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀，以及氣體發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制策略。關(guān)鍵詞：沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)；燃料供給系統(tǒng)；增壓；電控混合器；空燃比； 1 選題背景及意義1.1 選題背景1.1.1 能源與環(huán)境問(wèn)題眾所周知，能源問(wèn)題已成為一個(gè)世界性的問(wèn)題。自20世紀(jì)70年代能源危機(jī)以來(lái)，人們更加清醒地認(rèn)識(shí)到世界能源的嚴(yán)峻形勢(shì)。因此，各個(gè)國(guó)家都在不斷的探尋研究新能源。新能源又稱非常規(guī)能源。是指?jìng)鹘y(tǒng)能源（如煤炭、石油、天然氣、水能、木材等）之外的各種能源形式。指剛開始開發(fā)利用或正在積極研究、有待推廣的能源，如太陽(yáng)能、地?zé)崮?、風(fēng)能、海洋

2、能、生物質(zhì)能和核聚變能等。伴隨能源問(wèn)題的出現(xiàn)，環(huán)境問(wèn)題也日趨嚴(yán)重。其中全球變暖尤為突出。環(huán)境問(wèn)題不再是某個(gè)國(guó)家的問(wèn)題，而是整個(gè)世界面臨的嚴(yán)重問(wèn)題。近100多年來(lái)，全球平均氣溫經(jīng)歷了冷暖冷暖兩次波動(dòng)，總得看為上升趨勢(shì)。進(jìn)入八十年代后，全球氣溫明顯上升。1981-1990年全球平均氣溫比100年前上升了0.48。導(dǎo)致全球變暖的主要原因是人類在近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)大量使用礦物燃料（如煤、石油等），排放出大量的CO2等多種溫室氣體。由于這些溫室氣體對(duì)來(lái)自太陽(yáng)輻射的短波具有高度的透過(guò)性，而對(duì)地球反射出來(lái)的長(zhǎng)波輻射具有高度的吸收性，也就是常說(shuō)的溫室效應(yīng)，導(dǎo)致全球氣候變暖。全球變暖的后果，會(huì)使全球降水量重新分配，

3、冰川和凍土消融，海平面上升等，既危害自然生態(tài)系統(tǒng)的平衡，更威脅人類的食物供應(yīng)和居住環(huán)境。因此，人們?cè)谔綄ら_發(fā)新能源的同時(shí)還要將環(huán)境問(wèn)題考慮進(jìn)去，而且還要將此作為一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，即要探尋開發(fā)清潔能源。汽車及發(fā)動(dòng)機(jī)已成為現(xiàn)代文明社會(huì)重要標(biāo)志的，由于傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)主要以化石燃料為主并且排放的尾氣中含有大量的有害氣體，因此汽車及發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展正承受著來(lái)自上述兩方面的巨大挑戰(zhàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)2010年我國(guó)汽車保有量為7000萬(wàn)輛，低于日本的7500萬(wàn)輛汽車保有量，相當(dāng)于美國(guó)2.85億輛汽車保有量的四分之一。由此可見我國(guó)汽車發(fā)展的空間非常大。汽車保有量的不斷攀升，雖然給人類帶來(lái)經(jīng)濟(jì)的繁榮，但同時(shí)也給城市帶來(lái)了大氣污染和

4、汽車能源的壓力。專家學(xué)者指出實(shí)現(xiàn)本世紀(jì)汽車及發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)健康發(fā)展的根本出路是降低其有害污染物排放，減少對(duì)石油的過(guò)度依賴。因此探索開發(fā)替代石油基燃料的新型潔凈燃料，開發(fā)高效低污染發(fā)動(dòng)機(jī)是當(dāng)前世界各國(guó)關(guān)注的重大問(wèn)題。1.1.2 沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展目前世界上采用的能源大多是化石燃料，專家認(rèn)為在21世紀(jì)初，會(huì)有一半的化石燃料被耗盡，世界石油資源短缺和生態(tài)環(huán)境惡化是21世紀(jì)人類面臨的主要問(wèn)題。合理利用資源及開發(fā)清潔燃料將是人類今后的不懈追求，這使得氣體機(jī) 的發(fā)展越來(lái)越受到重視，氣體機(jī)競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈。目前氣體發(fā)動(dòng)機(jī)的分類如表1.1所示1。在國(guó)外，由于近年來(lái)廣闊的市場(chǎng)需求，各發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)為了滿足市場(chǎng)的需求，

5、爭(zhēng)相開發(fā)性能優(yōu)越的氣體機(jī)。比如美國(guó)的Caterpilar公司、Fairbanks Morse公司、Cooper公司、Conoco公司、Cummius公司，英國(guó)的Ruston公司、Varity Perkins公司，日本的NKK Yanmar公司，奧地利的Jenbaher公司，德國(guó)的MAN B&W公司等6。隨著世界各國(guó)對(duì)新能源不斷深入的研究，目前已經(jīng)出現(xiàn)多種替代燃料，如甲醇、乙醇、石油液化氣（LNG）、壓縮天然氣（CNG）、二甲醚（DME）、氫氣、生物柴油、煤層氣和沼氣等等。盡管替代燃料的種類繁多，但能夠真正被廣泛應(yīng)用的卻很少，主要是因?yàn)樘娲剂显诎l(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)型上的表現(xiàn)不足?，F(xiàn)在應(yīng)用

6、比較多的是石油液化氣和壓縮天然氣，在我國(guó)大中城市的部分公交車使用石油液化氣，部分出租車則使用壓縮天然氣。另外，乙醇按一定的比例加入汽油中作為汽車的燃料。盡管很多替代燃料目前沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用，但是他們的發(fā)展前景卻非常廣闊。例如沼氣，它是一種混合可燃?xì)怏w，其主要成分是甲烷，其余為二氧化碳、氧氣、氮?dú)夂土蚧瘹涞?。沼氣具有資源廣泛、廢物利用、價(jià)格便宜、燃燒完全、排放清潔等特點(diǎn)。因此沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)也慢慢的進(jìn)入人們的視野。沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)分為雙燃料和全燒式兩種2，雙燃料式沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理是通過(guò)向燃燒室內(nèi)噴入少量柴油，經(jīng)壓燃后引燃沼氣燃燒做功。結(jié)構(gòu)上只需對(duì)柴油機(jī)的進(jìn)氣管和調(diào)速機(jī)構(gòu)做些變動(dòng)，改裝簡(jiǎn)單，；全燒式沼氣

7、發(fā)動(dòng)機(jī)則由火花塞跳火點(diǎn)燃沼氣和空氣的混合氣，無(wú)需柴油引燃。兩種沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1，2所示3。雙燃料式沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)在沼氣資源不是很充裕的地方具有良好的靈活性，當(dāng)沼氣量減少時(shí)，以柴油為主，不影響發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行。在沼氣資源豐富的地區(qū)，全燒式沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)有更好的優(yōu)越性。目前沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)主要用作固定動(dòng)力源，例如用作發(fā)電機(jī)組和動(dòng)力與供熱復(fù)合裝置系統(tǒng)等。圖33是沼氣發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)布置圖。圖1：沼氣-柴油雙燃料式發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖 圖2：火花點(diǎn)火全燒式沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖圖3：沼氣發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)布置圖表1.1氣體發(fā)動(dòng)機(jī)的分類國(guó)外對(duì)對(duì)沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的研究起步很早，沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件的性能穩(wěn)定，如普遍使用電子調(diào)速器和電子點(diǎn)火裝置等，

8、這就保證了整機(jī)有良好的綜合性能指標(biāo)。近年來(lái)國(guó)外大型沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展迅猛，主要用于發(fā)電機(jī)組。國(guó)外用于沼氣發(fā)電的內(nèi)燃機(jī)主要使用Otto發(fā)動(dòng)機(jī)和Diesel發(fā)動(dòng)機(jī)，其單位重量的功率約為27 kW/T。汽輪機(jī)中燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)和蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)均有使用，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是單位重量的功率大，一般為70-140kW/T；蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)一般為10kW/T。國(guó)外沼氣發(fā)電機(jī)組主要用于垃圾填埋場(chǎng)的沼氣處理工藝中。目前，美國(guó)在沼氣發(fā)電領(lǐng)域有許多成熟的技術(shù)和工程，處于世界領(lǐng)先水平?，F(xiàn)有61個(gè)填埋場(chǎng)使用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電，加上使用汽輪機(jī)發(fā)電的裝機(jī)，總?cè)萘恳堰_(dá)340MW；歐洲用于沼氣發(fā)電的內(nèi)燃機(jī)，較大的單機(jī)容量在0.4-2MW，填埋沼氣的發(fā)電效率

9、約為1.68-2kWh/m3。國(guó)內(nèi)對(duì)沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的研究始于八十年代初，先后有一些單位進(jìn)行沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)改裝和提高熱效率方面的研究工作。在沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的初期，主要是對(duì)沼氣-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行研究，因此技術(shù)上也相對(duì)比較成熟。早在1982年，中國(guó)農(nóng)機(jī)研究院與四川綿陽(yáng)新華內(nèi)燃機(jī)廠合作，共同研制出了S195-1型沼氣-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。成都科技大學(xué)在1105雙燃料機(jī)上對(duì)調(diào)速和供氣系統(tǒng)進(jìn)行了研究；四川南充農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所在S195雙燃料機(jī)上對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率進(jìn)行過(guò)研究；上海新中動(dòng)力機(jī)廠在20/27柴油機(jī)基礎(chǔ)上研制出20/27G雙燃料機(jī)，用以燃燒天然氣、沼氣、煤氣等。在雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)中，由于引燃柴油燃燒后

10、釋放能量大， 對(duì)燃燒過(guò)程有利，多以雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的問(wèn)題不是很突出4。早期人們對(duì)全燒式沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的研究相對(duì)少些。濰坊柴油機(jī)廠是我國(guó)研制全燒氣體發(fā)動(dòng)機(jī)較早的單位，該廠于八十年代初研制了功率為120千瓦的6160A-3型沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)；貴州柴油機(jī)廠和四川農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所共同開發(fā)出60千瓦的6135 AD(Q)型全燒沼氣(天然氣)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組。此外重慶紅巖機(jī)器廠、上海內(nèi)燃機(jī)研究所、南通柴油機(jī)廠等單位也進(jìn)行過(guò)這方面的研究、研制工作。1.1.3沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用沼氣是一種新型的可再生能源，其燃燒產(chǎn)物中的污染物很少，而且沼氣厭氧發(fā)酵技術(shù)對(duì)工廠廢水、城市生活垃圾、農(nóng)業(yè)廢棄物等有非常好的處理效果，有積極的環(huán)保意義

11、。我們以沼電在酒廠中的的綜合效益為例：四川榮縣進(jìn)行了120 kW沼氣發(fā)電的生產(chǎn)和示范。用酒糟廢水經(jīng)厭氧消化產(chǎn)生沼氣，發(fā)電效率為1.69 kWh/m3，當(dāng)年成本為0.0465元/kWh。沼電能夠基本滿足該廠的生產(chǎn)用電。山東昌樂(lè)酒廠安裝2臺(tái)120 kW的沼氣發(fā)電機(jī)組，170m3酒糟日產(chǎn)沼氣4800m3，發(fā)電8640kwh，全年能源節(jié)約開支29萬(wàn)元，工程運(yùn)行一年即收回全部成本。杭州天子嶺填埋場(chǎng)發(fā)電工程在運(yùn)行過(guò)程中，在平均電價(jià)為0.438元/kWh的條件下，投資回報(bào)率可達(dá)14.8%。沼氣作為照明和炊火能源已廣泛地應(yīng)用于許多發(fā)展中國(guó)家的偏遠(yuǎn)地區(qū)，并取得了巨大了成效。我國(guó)農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)還有許多地方嚴(yán)重缺電，

12、如牧區(qū)、海島、偏僻山區(qū)等高壓輸電較為困難，而這些地區(qū)卻有著豐富的生物質(zhì)原料。因地制宜地發(fā)展小沼電，猶如建造微型“坑口電站”，可取長(zhǎng)補(bǔ)短就地供電。 沼氣發(fā)電機(jī)組主要用于垃圾填埋場(chǎng)的沼氣處理工藝中，垃圾填埋沼氣發(fā)電技術(shù)是垃圾無(wú)害化、能源化、減量化處理的一條重要途徑。目前，美國(guó)在沼氣發(fā)電領(lǐng)域有許多 成熟的技術(shù)和工程，處于世界領(lǐng)先水平，其現(xiàn)有61個(gè)垃圾填埋場(chǎng)使用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電加上使用汽輪機(jī)發(fā)電的裝機(jī)，總?cè)?量已達(dá)340MW。歐洲用于沼氣發(fā)電的內(nèi)燃機(jī)，較大的單機(jī)容量在0.4-2MW，填埋沼氣的發(fā)電效率約為1.68-2kW·h/m。德國(guó)政府鼓勵(lì)新能源的利用，給沼氣發(fā)電上網(wǎng) 提供了法律支持與政策鼓勵(lì)，

13、因此近年來(lái)德國(guó)應(yīng)用沼氣發(fā)電也迅速增加。目前，德國(guó)國(guó)內(nèi)沼氣發(fā) 電工程的數(shù)量已由1992年的139家發(fā)展到2003年底超過(guò)2000家，發(fā)電裝機(jī)總量由1999年的50MW猛增到2002年的250MW。生物質(zhì)能發(fā)電并網(wǎng)在西歐、德國(guó)、丹麥、奧地利、芬蘭、法國(guó)、瑞典 等一些國(guó)家的能源總量的比例為10%左右，預(yù)計(jì)本世紀(jì)末 將增加到25%5。 近年來(lái)由于環(huán)境和能源的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，我國(guó)在農(nóng)村地區(qū)大力發(fā)展沼氣技術(shù)， 有效地解決了當(dāng)?shù)鼐用竦拇痘鹉茉吹膯?wèn)題，保護(hù)了當(dāng)?shù)氐纳仲Y源。沼氣發(fā)電技術(shù)可以將這種清潔的可再生能源轉(zhuǎn)化為電能，輸入公用電網(wǎng)，對(duì)我國(guó)許多農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)的用電提供了一個(gè)經(jīng)濟(jì)可行的途徑，可有效地解決部分地區(qū)生活及

14、生產(chǎn)中小功率用電的困難，并有利于緩解我國(guó)用電緊張的局面。在發(fā)達(dá)國(guó)家，沼氣發(fā)電技術(shù)被廣泛應(yīng)用于垃圾填埋廠等大型垃圾廢水的處理過(guò)程中，是一種經(jīng)濟(jì)有效的垃圾處理技術(shù)，受到廣泛的關(guān)注與深入的研究。1.2 選題意義目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)處于高速發(fā)展階段，能源和環(huán)境問(wèn)題在我國(guó)尤為凸顯。這兩方面是制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要瓶頸。新能源已經(jīng)被列入國(guó)家十二五計(jì)劃，并被作為重點(diǎn)項(xiàng)目。我國(guó)在面對(duì)能源和環(huán)境問(wèn)題上做出了重大舉措，節(jié)能減排，產(chǎn)業(yè)調(diào)整等等。對(duì)于汽車及發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)，研究開發(fā)清潔能源，設(shè)計(jì)高效低排放的發(fā)動(dòng)機(jī)是發(fā)展的重點(diǎn)。沼氣是有機(jī)物在空氣隔絕和一定的濕度、溫度、酸堿度等條件下，經(jīng)過(guò)沼氣細(xì)菌作用產(chǎn)生的。它可以通過(guò)有機(jī)物（如秸稈

15、等）在厭氧條件下發(fā)酵制取，也可以對(duì)工廠和農(nóng)村中的多種污染物質(zhì)（如動(dòng)物糞便等）和污水進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚矶玫?。而我?guó)有地域廣闊的農(nóng)村，有大量的可用作生產(chǎn)沼氣的禽畜糞便和工業(yè)有機(jī)廢水資源，每年全國(guó)集約化養(yǎng)殖產(chǎn)生的畜禽糞便約有40336萬(wàn)噸，其中干物質(zhì)總量為3715.5萬(wàn)噸；工業(yè)有機(jī)廢水排放總量約為222.5億噸，是沼氣燃料的重要來(lái)源，具有很大的開發(fā)潛力。利用上述物質(zhì)制取沼氣具有多重效益：1) 實(shí)現(xiàn)了垃圾、廢物的利用，減少了環(huán)境污染，是城市垃圾處理的最好途徑；2) 利用廢棄物生產(chǎn)出了寶貴的能源；3) 避免了有機(jī)垃圾的露天存放或焚燒，減少了排向大氣的甲烷(甲烷的溫室效應(yīng)是二氧化碳22倍)，緩解了大氣溫室效

16、應(yīng)；4) 生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的肥料。國(guó)外一些國(guó)家已經(jīng)在這方面進(jìn)行開發(fā)。沼氣作為一種優(yōu)良的代用燃料，具有來(lái)源豐富、廢物利用、成本低、燃燒完全清潔和較高的熱值及較好的抗爆性的特點(diǎn)，其在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用越來(lái)越受到人們的重視。結(jié)合我國(guó)的實(shí)際國(guó)情，沼氣的儲(chǔ)備量非常的大，制取非常方便，沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)一旦成熟，并得到廣泛應(yīng)用，這對(duì)于能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題的解決會(huì)非常有利。隨著對(duì)環(huán)境的日益重視，人們開始利用各種方式來(lái)減少工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的破壞。近十幾年來(lái)，在各級(jí)政府有關(guān)部門和企業(yè)的幫助協(xié)調(diào)下，用于處理畜禽糞便及各種生產(chǎn)、生活污水的大中型沼氣工程紛紛上馬，至1998年底，我國(guó)已建成大中型沼氣工程742處，年產(chǎn)沼氣量為16393.

17、94萬(wàn)立方米；垃圾填埋法產(chǎn)生沼氣是處理城市垃圾的主要方式之一，具有簡(jiǎn)單易行和費(fèi)用較低的特點(diǎn)，同時(shí)還可回收能源，正受到世界各國(guó)的普遍歡迎。目前，全世界共建成4817座垃圾填埋場(chǎng)，每年可回收沼氣51.42億立方米。在眾多的代用燃料中，沼氣是一種良好的代用燃料，由于它的優(yōu)點(diǎn)眾多，而被各國(guó)廣泛研究。因此對(duì)沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的研究也日漸深入。目前沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件的性能穩(wěn)定，并且國(guó)外已經(jīng)普遍使用電子調(diào)速和電子點(diǎn)火裝置等，這保證了沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)具有良好的綜合性能指標(biāo)。國(guó)內(nèi)對(duì)沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的研究大約始于上世紀(jì)八十年代，發(fā)動(dòng)機(jī)類型以雙燃料為主，全燒式機(jī)型很少。并且國(guó)內(nèi)的沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)主要是由現(xiàn)有的柴油機(jī)或汽油機(jī)改裝而成，這使得發(fā)

18、動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題，諸如熱負(fù)荷高、可靠性差以及啟動(dòng)困難等。隨著電控技術(shù)的高速發(fā)展及在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用，如何將現(xiàn)有的電控技術(shù)應(yīng)用于沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)，并開發(fā)配套的控制系統(tǒng)，是現(xiàn)在國(guó)內(nèi)面臨的主要問(wèn)題。如果解決了這些問(wèn)題，沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的使用前景將非常的廣闊。2 沼氣的燃燒特性以及對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響2.1 沼氣的燃燒特性沼氣是一種清潔能源，主要用作民用燃料，用于照明、供暖、燃燒發(fā)電等，。沼氣是一種較好的代用燃料，它完全燃燒時(shí)火焰呈藍(lán)白色，火苗短而急，穩(wěn)定有力，同時(shí)伴有微弱的滋滋聲，沼氣的燃燒溫度較高并放出大量的熱，燃燒后的產(chǎn)物是水和二氧化碳。沼氣的主要成分是甲烷，甲烷的著火溫度比較高，而沼氣中的二氧化碳對(duì)

19、燃燒有劇烈的抑制作用，所以沼氣的燃燒速度很慢，不足液化石油氣燃燒速度的1/4，僅為焦?fàn)t煤氣燃速的1/8。每立方米沼氣的熱值約為17.95MJ-25.13MJ；1m3沼氣的熱值相當(dāng)于1kg原煤的熱值，主要是由于沼氣燃燒效率是煤的3.3倍，因此，在熱值利用時(shí)，1m3米沼氣能代替3.3kg原煤使用。沼氣的主要成分和物化特性以及和其他種類燃料的對(duì)比見表2-1、2-2、2-36。由以下三表可知沼氣的燃燒特性7：(1) 熱值低。低熱值18-25MJ/ m3，隨 CH4含量的多少不同而改變。 (2) 著火溫度高。達(dá)到654-800，這是沼氣中的氮?dú)夂投趸嫉亩栊宰饔谩?(3) 火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊?。最大只?5

20、cm/s，是甲烷的1/3，是甲醇的1/2，所以燃燒速度慢。 (4) 沼氣與空氣混合氣的熱值，隨著過(guò)量空氣系數(shù)的變化而變化，當(dāng)增大時(shí)，混合氣的熱值降低，且沼氣與空氣的混合氣的熱值比柴油與空氣的混合氣的熱值低。 (5) 沼氣中甲烷值高，其辛烷值高，抗爆性強(qiáng)，可采用高壓縮比燃燒。 (6) 沼氣與空氣混合的空燃比為17.25:1，比柴油與空氣混合的空燃比15：1大，所以燃燒需要空氣比柴油多。 (7) 柴油機(jī)用液體燃料，使用沼氣燃料后，氣缸容積效率低，只有提高沼氣進(jìn)入密度，才能使容積效率增高。 表2-1 沼氣的主要組分和物化特性 表2-2 與其他燃料特性的比較表2-3 沼氣與其他種類氣體燃料的對(duì)比沼氣中

21、硫化氫含量雖然很少，但對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響卻很大。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)硫化氫的含量低于0.1，沼氣可不經(jīng)任何前處理直接進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒；而當(dāng)硫化氫的含量超過(guò)0.1，沼氣則必須先經(jīng)脫硫處理 降低硫化氫的含量才能進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，否則硫化物將嚴(yán)重腐蝕發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，特別是氣缸、活塞環(huán)和軸瓦等。沼氣在燃燒過(guò)程中空氣的混入量對(duì)其燃燒特性有很大的影響。lafay等人對(duì)沼氣穩(wěn)定燃燒區(qū)域、火焰結(jié)構(gòu)、甲烷/空氣和沼氣/空氣火焰結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，燃?xì)饨M成變化時(shí)火焰及其動(dòng)態(tài)變化與火焰的分層結(jié)構(gòu)有強(qiáng)烈的依賴關(guān)系。在沼氣中加入少量的氫氣可以明顯地改善沼氣的燃燒性能8。Porpatham等在沼氣中加入少量的氫氣(5%、10%、1

22、5%，以能量計(jì))，并以此為燃料，在一定速度下研究了不同的氫氣比例對(duì)火花點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、排放、燃燒的影響。結(jié)果表明，氫氣的加入明顯增加了沼氣的燃燒率，減少了沼氣燃燒的限制， 在制動(dòng)熱效率和制動(dòng)能量上有明顯的改善。然而高于15%的氫含量并沒(méi)有導(dǎo)致相對(duì)較高的燃燒率9。 2.2 沼氣燃燒特性對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響沼氣的燃燒特點(diǎn)決定了沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)具有與其他燃料發(fā)動(dòng)機(jī)不同的特征2： (1) 壓縮比。沼氣含有大量的甲烷以及二氧化碳，其抗爆性好，不會(huì)發(fā)生末端氣體自燃的現(xiàn)象，因此可適當(dāng)提高壓縮比。 (2) 進(jìn)氣系統(tǒng)。在空氣濾清器后，需加裝一套沼氣一空氣混合器，以調(diào)節(jié)空燃比和混合氣進(jìn)氣量，混合氣應(yīng)調(diào)節(jié)精確。 (3) 燃

23、燒室。由于沼氣中含有大量二氧化碳，其燃燒速度很慢，對(duì)于燃燒過(guò)程的組織不利，因此采用加快燃燒速度的燃燒室。 (4) 調(diào)速系統(tǒng)。沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行場(chǎng)合大多是以發(fā)電機(jī)為負(fù)荷，所以調(diào)速系統(tǒng)必不可少。 (5) 沼氣脫硫裝置沼氣中含有少量的硫化氫，該氣體對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)有強(qiáng)烈的腐蝕作用，因此供發(fā)動(dòng)機(jī)用的沼氣要先經(jīng)過(guò)脫硫處理。 (6) 廢氣排放。由于沼氣中有大量的甲烷，所以其整機(jī)排煙少，又沼氣中含有較多的二氧化碳，這有助于降低燃燒溫度，從 而減少氮氧化合物的排放量； 同時(shí)其燃燒速度很慢，這容易導(dǎo)致碳?xì)浠衔锏纳?，所以?duì)合理組織好缸內(nèi)燃燒要求較高。 Muiholand通過(guò)對(duì)甲烷在著火過(guò)程中化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究10，認(rèn)

24、為甲烷的著火延遲時(shí)間較長(zhǎng)，隨著可燃混合氣溫度的增加可以減少著火時(shí)間。因此采用增大壓縮比和高能點(diǎn)火來(lái)縮短著火延遲時(shí)間，促進(jìn)火焰?zhèn)鞑サ姆椒ǘ际怯欣谡託馊紵拇胧??；鸹c(diǎn)火式沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)可采用高能點(diǎn)火系統(tǒng)增大放電初期的電流和電壓可明顯改善點(diǎn)燃式沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的性能11 12 13。E. Porpatham等人14對(duì)沼氣在點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用進(jìn)行了研究。研究表明，沼氣中二氧化碳含量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，排放性以及燃燒特性有很大的影響。采用點(diǎn)燃式沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速保持在1500rpm，壓縮比采用13:1，隨著沼氣中二氧化碳含量的降低，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性提高，并且碳?xì)浠衔锏呐欧哦嫉玫接行У慕档?。浙江大學(xué)內(nèi)燃機(jī)研究所的

25、夏來(lái)慶等人15以及浙江大學(xué)動(dòng)力機(jī)械及車輛工程研究所熊樹生等人16先后從分析沼氣燃燒特點(diǎn)出發(fā)，提出改善火花點(diǎn)火式沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能的快速燃燒方法，并開發(fā)出具有風(fēng)扇形狀燃燒室的新型快速燃燒系統(tǒng)。通過(guò)模擬和上機(jī)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：風(fēng)扇形燃燒室對(duì)加快混合氣燃燒速度，改善沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒過(guò)程有明顯的效果；新型燃燒系統(tǒng)對(duì)改善火花點(diǎn)火式沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性和經(jīng)濟(jì)性具有明顯的效果。浙江工業(yè)大學(xué)的陳勇17等人對(duì)這種新型的快速燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了更深入的研究，肯定了這種快速燃燒系統(tǒng)在改善沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性和經(jīng)濟(jì)型的作用。沼氣燃燒速度慢，致使燃燒持續(xù)期延長(zhǎng)，后燃嚴(yán)重，排溫高，燃燒效率低，是導(dǎo)致火花點(diǎn)火式沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性和經(jīng)濟(jì)性差的根

26、本原因。提高燃燒速度可以減輕后燃的嚴(yán)重狀態(tài)，從而降低排氣溫度，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。湍流強(qiáng)度高的燃燒室可以有效的加快沼氣的燃燒速度，另外，沼氣的甲烷含量很高，抗爆性能較好，因此在兼顧其他影響因素后，應(yīng)盡量提高沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比。增大點(diǎn)火能量對(duì)提高沼氣燃燒速度，改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能也有明顯的作用。3沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀3.1 沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的改裝目前，用于沼氣發(fā)電的設(shè)備主要有內(nèi)燃機(jī)和汽輪機(jī)，主要機(jī)理是沼氣燃燒使內(nèi)燃機(jī)或汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。內(nèi)燃機(jī)一般由柴油機(jī)和汽油機(jī)改制而成， 分為雙燃料式和單燃料式兩種。由于沼氣的著火點(diǎn)很高， 靠壓縮自燃比較困難， 因此需要采取一定的技術(shù)措施。一般單燃料式燒

27、純沼氣，用電火花點(diǎn)火；雙燃料式噴柴油點(diǎn)火。若將柴油機(jī)改燒沼氣，須作如下幾項(xiàng)工作：(1) 確定為降低壓縮 比及燃燒室形狀所必需的機(jī)器改裝；(2) 設(shè)計(jì)沼氣的進(jìn)氣系統(tǒng)和沼氣一空氣混合器機(jī)構(gòu)；(3) 設(shè)計(jì)氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其與調(diào)速器相配的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)；(4) 設(shè)計(jì)點(diǎn)火系統(tǒng)。若是由汽油機(jī)改燒沼氣則不需再作(1) 、(3) 、(4) 項(xiàng)工作18。國(guó)內(nèi)外對(duì)沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的改裝做了大量的研究。李會(huì)芬等以沼氣作為小型汽油機(jī)的燃料在165F汽油機(jī)上進(jìn)行了燃用沼氣的改裝試驗(yàn)，初步得出沼氣作為小型汽油機(jī)的燃料是可行的20。廣西大學(xué)周從鉅等人將165F柴油機(jī)改裝成沼氣-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，將其性能與原機(jī)對(duì)比，實(shí)驗(yàn)研究證明在原機(jī)壓縮

28、比不變，增大進(jìn)氣量，控制空燃比及增大供油提前角等技術(shù)措施下，沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)能取得節(jié)油效果，其動(dòng)力性接近原機(jī)指標(biāo)7。江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院的盤朝奉等人對(duì)165F汽油機(jī)進(jìn)行改裝后燃用沼氣進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并搭建了沼氣實(shí)驗(yàn)裝置平臺(tái)如圖4所示19。實(shí)驗(yàn)表明將汽油機(jī)的磁電機(jī)點(diǎn)火裝置改成蓄電池點(diǎn)火裝置，加裝沼氣-空氣混合器，加大進(jìn)氣管，沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒純沼氣能夠正常啟動(dòng)，低轉(zhuǎn)速范圍動(dòng)力性能較好，使得裝備磁電機(jī)點(diǎn)火裝置的沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)難以啟動(dòng)的問(wèn)題可以解決。另外，通過(guò)提高壓縮比和增大點(diǎn)火提前角，發(fā)動(dòng)機(jī)性能可得到一定的優(yōu)化，接近原機(jī)燃用汽油的動(dòng)力性指標(biāo)。在較大的轉(zhuǎn)速范圍，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率和轉(zhuǎn)矩隨壓縮比和點(diǎn)火提前角的增

29、大而增大。熊樹生等利用快壓機(jī)對(duì)沼氣燃燒的過(guò)程進(jìn)行了模擬，提出了火花點(diǎn)火沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能的快速燃燒方法，設(shè)計(jì)出了包括燃燒室在內(nèi)的快速燃燒系統(tǒng)， 并將其用于6160 圖4：沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組的開發(fā)16。目前較成熟的國(guó)產(chǎn)沼氣發(fā)電機(jī)組的功率規(guī)格主要集中在100-500kW這個(gè)區(qū)段，根據(jù)沼氣建設(shè)發(fā)展趨勢(shì)分析和對(duì)沼氣發(fā)電設(shè)備的市場(chǎng)需求調(diào)查，對(duì)大于和小于這個(gè)區(qū)段規(guī)格的發(fā)電機(jī)組的需求正在增長(zhǎng)。劉振波等人根據(jù)農(nóng)村戶用沼氣池的系統(tǒng)特征和沼氣的燃燒特性，設(shè)計(jì)研制了功率分別為700、l800、3800、4800W等系列的戶用沼氣發(fā)電裝置21。陳志強(qiáng)等人測(cè)試了不同天氣情況下沼氣成分的變化，并將汽油機(jī)加裝

30、自制的沼氣-空氣混合器改裝成沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)，在此基礎(chǔ)上開發(fā)出一種小型沼氣發(fā)電機(jī)，并對(duì)該機(jī)進(jìn)行了測(cè)試，對(duì)今后沼氣發(fā)電機(jī)的開發(fā)提出了建議22。天津大學(xué)趙勇對(duì)6160Q柴油改裝沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了研究，他在6160A型柴油機(jī)的基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)了汽缸蓋、活塞連桿，并相應(yīng)的增加了燃?xì)夤┙o系統(tǒng)、高能點(diǎn)火系統(tǒng)、電子調(diào)速結(jié)合組等一系列技術(shù)措施，將其改裝成燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)23。廣西大學(xué)的莫德赟將汽油機(jī)改裝成汽油-沼氣雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)了空氣混合器，對(duì)空燃比和汽油量的控制采用的是開環(huán)控制策略電控的方法6。Duc等人研究了沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、柴油燃料的替代、能量消耗和長(zhǎng)期的使用效應(yīng)，結(jié)果顯示：使用沼氣-柴油雙燃料除了降低發(fā)動(dòng)機(jī)的能量

31、轉(zhuǎn)換效率，而沼氣對(duì)柴油燃料的替代抵消了能量轉(zhuǎn)換率的降低，除此之外對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能沒(méi)有明顯的副作用。這種發(fā)動(dòng)機(jī)在某些方面的長(zhǎng)期使用是具有經(jīng)濟(jì)可行性的24。N. Tippayawong等人25 26對(duì)小型沼氣-柴油雙燃料動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)進(jìn)行了研究。他們將一小型柴油機(jī)改裝成沼氣-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，并與發(fā)電裝置連接。2007年進(jìn)行了2000h的耐久性試驗(yàn)，2010年進(jìn)行了超過(guò)3500h的耐久性試驗(yàn)。燃燒90%的沼氣，10%的柴油。實(shí)驗(yàn)證明沼氣完全可以作為柴油的替代燃料，減少柴油消耗，并且發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作穩(wěn)定。小型沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)使用的潛力很大。Siripornakarachai S等人27 28將一臺(tái)

32、Hino K-13CTI渦輪增壓柴油機(jī)改裝成沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)用于發(fā)電設(shè)備。加裝沼氣空氣混合器，用火花點(diǎn)火系統(tǒng)代替燃油噴射系統(tǒng)，并把壓縮比從原來(lái)的16:1減小到8:1，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速固定在1500rpm，改裝后的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率為134.20KW，并且一氧化碳及氮氧化物的排放降低。綜上所述，沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)可以由柴油機(jī)和汽油機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的改裝，加裝沼氣-空氣混合裝置。根據(jù)沼氣的燃燒特性，使沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定高效的運(yùn)轉(zhuǎn)，還要對(duì)其性能參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化。沼氣燃燒速度慢，致使燃燒持續(xù)期延長(zhǎng)，后燃嚴(yán)重，排溫高，燃燒效率低，是導(dǎo)致火花點(diǎn)火式沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性和經(jīng)濟(jì)性差的根本原因。提高燃燒速度可以減輕后燃的嚴(yán)重狀態(tài)，從而降低排氣溫度

33、，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。湍流強(qiáng)度高的燃燒室可以有效的加快沼氣的燃燒速度，另外，沼氣的甲烷含量很高，抗爆性能較好，因此在兼顧其他影響因素后，應(yīng)盡量提高沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比。增大點(diǎn)火能量對(duì)提高沼氣燃燒速度，改善發(fā)動(dòng)機(jī)性能也有明顯的作用。國(guó)內(nèi)沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)主要用作發(fā)電機(jī)組和動(dòng)力與供熱混合系統(tǒng)裝置。在城市垃圾污水處理廠，酒廠等沼氣能源較充足的地方裝配有較大型的沼氣發(fā)電機(jī)，但是由于國(guó)內(nèi)沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的性能不是非常完善，很多大型沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)都是從國(guó)外進(jìn)口。另外，我國(guó)農(nóng)村沼氣資源豐富，但資源很不集中，不能引進(jìn)大型沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)，因此近年來(lái)國(guó)內(nèi)各研究單位正不斷研究開發(fā)小型沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)。小型沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)改裝方便，適合廣大農(nóng)村

34、及偏遠(yuǎn)地區(qū)發(fā)電。目前國(guó)內(nèi)很多廠家已經(jīng)推出小型沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)。大多數(shù)的小型沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)只是在原柴油機(jī)或原汽油機(jī)的基礎(chǔ)上加裝沼氣-空氣混合裝置，這使得發(fā)動(dòng)機(jī)的性能很不穩(wěn)定。如何在沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)上利用先進(jìn)的增壓技術(shù)、快速燃燒系統(tǒng)、高能點(diǎn)火以及電控技術(shù)等，提高沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性是我們需要關(guān)注的重點(diǎn)。3.2 沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功是由燃料在氣缸中燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化而來(lái)的,輸出功的大小取決于進(jìn)入氣缸內(nèi)的燃料和空氣數(shù)量,以及熱能的有效利用程度。因此,要提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率,就必須向氣缸噴射更多的燃料,并使它充分燃燒,而要使燃料充分燃燒，就必須在增加燃料噴射量的同時(shí)增加進(jìn)入氣缸的空氣量,

35、保證合適的空燃比。增加進(jìn)氣量的有效方法之一是增加進(jìn)氣密度,進(jìn)氣壓力升高和溫度降低都可以使進(jìn)氣密度增加。目前廣泛采用的是增加進(jìn)氣壓力的方法。進(jìn)氣增加, 一般分為機(jī)械增壓、廢氣渦輪增壓及復(fù)合增壓3種型式。由于廢氣渦輪增壓是利用排氣過(guò)程所排出廢氣的剩余能量來(lái)帶動(dòng)壓氣機(jī),充分利用了排氣能量。該方式不僅使發(fā)動(dòng)機(jī)功率上升,而且燃料消耗率反而下降,提高了動(dòng)力性, 改善了經(jīng)濟(jì)性,因而被廣泛采用。由于沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)近年來(lái)才得到重視和研究應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)外專門介紹沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)增壓技術(shù)的參考文獻(xiàn)幾乎沒(méi)有，但是進(jìn)氣系統(tǒng)帶有節(jié)氣門的汽油機(jī)和天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)增壓技術(shù)以及柴油發(fā)電機(jī)組增壓技術(shù)對(duì)沼氣發(fā)電機(jī)組增壓具有很大程度的借鑒性。土耳

36、其Yildiz Technical 大學(xué)的Ugur Kesgin29使用BOOST軟件研究了廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的參數(shù)對(duì)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，特別是排氣歧管直徑，渦輪出口管道直徑，增壓器效率，增壓器位置，渦輪出口背壓和壓縮機(jī)前的壓力損失等。Siripornakarachai S等人27 28將一臺(tái)Hino K-13CTI渦輪增壓柴油機(jī)改裝成沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)用于發(fā)電設(shè)備。加裝沼氣空氣混合器，用火花點(diǎn)火系統(tǒng)代替燃油噴射系統(tǒng)，并把壓縮比從原來(lái)的16:1減小到8:1，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速固定在1500rpm，改裝后的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率為134.20KW，并且一氧化碳及氮氧化物的排放降低。國(guó)家燃?xì)馄嚬こ碳夹g(shù)研究中心的陳萬(wàn)應(yīng)

37、等人30就增壓技術(shù)在CNG汽車上的應(yīng)用進(jìn)行了試驗(yàn)研究。他們選用了安裝比較方便的渦輪增壓機(jī)方案對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改裝，實(shí)驗(yàn)表明：采用增壓技術(shù)后，在發(fā)動(dòng)機(jī)可以保持良好排放性能和燃料經(jīng)濟(jì)行的情況下，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)功率恢復(fù)到原汽油機(jī)的水平。北京理工大學(xué)的魏明山等人31 32就帶有可變噴嘴的渦輪增壓系統(tǒng)的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。他們?cè)贑A4G22E發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上開發(fā)出一臺(tái)多點(diǎn)順序噴射的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用增壓中冷技術(shù)和可變噴嘴渦輪技術(shù)可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)在全工況范圍內(nèi)與增壓器的匹配，大幅度提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。北京交通大學(xué)的孟金喆等人33對(duì)天然氣增壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程進(jìn)行了模擬

38、分析研究。北京交通大學(xué)的安存春等人34利用GT-POWER軟件對(duì)電控CNG發(fā)動(dòng)機(jī)建立了仿真模型，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)與增壓器的匹配進(jìn)行了仿真模擬。結(jié)果表明，發(fā)動(dòng)機(jī)能夠與增壓器進(jìn)行較好的匹配，但由于增壓器采用了了放氣閥壓力調(diào)節(jié)裝置，致使某些工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的效率降低。北京理工大學(xué)的郝利君等人35對(duì)電控可調(diào)渦輪增壓天然氣發(fā)動(dòng)進(jìn)行了開發(fā)。他們將一臺(tái)CA488汽油機(jī)改裝成電控可調(diào)渦輪增壓天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)采用了多點(diǎn)燃?xì)忭樞驀娚浼夹g(shù)、電控高能電火技術(shù)、可調(diào)噴嘴渦輪增壓技術(shù)及中冷技術(shù)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究可知采用可調(diào)渦輪增壓技術(shù)可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，優(yōu)化增壓器在全工況范圍內(nèi)與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配，大幅度提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性。

39、增壓后天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率與原汽油機(jī)相當(dāng)，低速轉(zhuǎn)矩特性明顯，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)使用經(jīng)濟(jì)性也得到提高。綜上所述，對(duì)于沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)而言，合理的采取增壓技術(shù)，配合高能電火、增壓中冷等先進(jìn)的技術(shù)，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)行有很大的提高。目前國(guó)內(nèi)對(duì)增壓技術(shù)在沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用研究還比較少，都是直接應(yīng)用其他氣體發(fā)動(dòng)機(jī)。隨著沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用及發(fā)展，對(duì)沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用增壓技術(shù)的研究迫在眉睫。3.3 沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供給系統(tǒng)目前，對(duì)于氣體發(fā)動(dòng)機(jī)，國(guó)內(nèi)外對(duì)CNG氣發(fā)動(dòng)機(jī)和LPG發(fā)動(dòng)機(jī)的研究相對(duì)較多。普通的氣體機(jī)一般是由現(xiàn)用的柴油機(jī)或汽油機(jī)改裝而成。其中最關(guān)鍵的技術(shù)就是燃料供給系統(tǒng)和燃料調(diào)節(jié)系統(tǒng)。目前氣體發(fā)動(dòng)機(jī)的供氣

40、分為缸內(nèi)供氣和缸外供氣，缸內(nèi)供氣主要是高壓噴射閥供氣，缸外供氣可分為混合氣供氣和低壓噴射閥供氣。缸外進(jìn)氣道噴射分為進(jìn)氣總管單點(diǎn)噴射和進(jìn)氣歧管多點(diǎn)噴射兩種。按照各缸的工作順序向各個(gè)進(jìn)氣歧管噴射燃?xì)狻＿M(jìn)氣道混合器預(yù)混合式分為機(jī)械混合器預(yù)混合式燃料控制系統(tǒng)和電控混合器預(yù)混合式燃料控制系統(tǒng)。機(jī)械混合器預(yù)混合式燃料控制系統(tǒng)控制精度不高，動(dòng)力性較差，排放難以達(dá)到國(guó)家法規(guī)要求。電控混合器預(yù)混合式燃料控制系統(tǒng)，屬于簡(jiǎn)單閉環(huán)控制，增加電子控制模塊、氧傳感器、燃料控制步進(jìn)電機(jī)，對(duì)空燃比進(jìn)行閉環(huán)控制。步進(jìn)電機(jī)響應(yīng)慢，并且存在丟步現(xiàn)象，難以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)動(dòng)力響應(yīng)，排放控制的要求。但是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可適用于不同的氣

41、體燃料。 混合器根據(jù)原理的不同大體可分為兩種，即文丘里管式(圖5)和比例調(diào)節(jié)式(圖6) 36。文丘里管式混合器對(duì)于氣體壓力的要求比較嚴(yán)格，且在開機(jī)時(shí)不容易找到最佳混合比，起動(dòng)性能較差，在突然加載時(shí)，由于燃?xì)庹{(diào)節(jié)不能及時(shí)跟上負(fù)載的變化容易脫載。而大部分現(xiàn)有沼氣發(fā)電機(jī)組功率不大，用戶多采用直接帶負(fù)載的方式，所用此種混合器存在著一定的弊端。但此種混合器的優(yōu)點(diǎn)是可以適應(yīng)不同的沼氣濃度。比例調(diào)節(jié)式混合器閥芯由兩個(gè)關(guān)聯(lián)的節(jié)流閥芯組成，分別控制燃?xì)夂涂諝饬魍ń孛娣e?；旌掀鞴ぷ鲿r(shí)，膜片感應(yīng)到進(jìn)氣管真空度的變化，帶動(dòng)閥芯上下移動(dòng)，改變?nèi)細(xì)夂涂諝饬魍ń孛娣e，從而控制燃?xì)夂涂諝饬髁?，?shí)現(xiàn)控制混合器的空燃比。圖5：文

42、丘里管混合器圖6：比例調(diào)節(jié)混合器通常，控制燃?xì)馀c空氣的混合氣流量有三種方法：1）時(shí)間控制法，即控制燃?xì)饬魍ń孛娌蛔儯淖兞魍〞r(shí)間；2）控制截面積法，即流通時(shí)間不變，改變?nèi)細(xì)饬魍ń孛娣e：3）壓力控制法，通過(guò)改變壓差以改變?nèi)細(xì)饬髁?7。太原理工大學(xué)將壓力控制法和截面積控制法結(jié)合起來(lái)，研制了煤層氣發(fā)動(dòng)機(jī)比例調(diào)節(jié)式混合器，由彈簧調(diào)節(jié)混合器內(nèi)膜片的升程，帶動(dòng)一個(gè)連動(dòng)閥，同時(shí)對(duì)燃?xì)夂涂諝饬髁窟M(jìn)行調(diào)整38。勝利油田管理局研制的煤層氣和沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)電控混合器，采用了類似的結(jié)構(gòu)，區(qū)別在于連動(dòng)閥的機(jī)械驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由ECU控制的執(zhí)行器來(lái)替代36 3942。勝利石油管理局動(dòng)力機(jī)械廠分別對(duì)煤氣機(jī)和沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了研究。他們開

43、發(fā)研制了6105型沼氣發(fā)電機(jī)組，采用電控混合器，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控燃燒室內(nèi)的燃燒情況，并將燃信號(hào)反饋到ECU控制單元，ECU發(fā)出指令，使電控混合氣的執(zhí)行器帶動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)，改變沼氣與空氣的進(jìn)氣流道面積，根據(jù)沼氣中甲烷的變化合理匹配空氣和沼氣的流量，達(dá)到實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)空燃比的目的，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的稀薄燃燒，有效的發(fā)動(dòng)機(jī)的控制熱負(fù)荷；另外，他們針對(duì)煤層氣甲烷成分變化自行研發(fā)了一種混合器來(lái)控制空燃比，發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控燃燒狀況，由中央控制單元發(fā)出指令，執(zhí)行器動(dòng)作改變空氣與瓦斯通道面積，達(dá)到調(diào)節(jié)空燃比的目。通過(guò)電子控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒狀況，實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比在理想狀態(tài)。這種結(jié)構(gòu)形式的混合器雖然可以調(diào)節(jié)混合

44、氣的混合比，但只能按照固定的比例進(jìn)行調(diào)節(jié)。為此，合肥工業(yè)大學(xué)滕勤提出了一種新的電控雙閥式氣體燃料混合器方案。采用文丘里管式混合器，在混合器之前的燃?xì)夂涂諝獾耐分芯友b由ECU控制的控制閥，從而大大提高了空燃比控制的自由度和靈活性。進(jìn)氣系統(tǒng)示意圖如圖7所示43。上海交通大學(xué)的樊俊杰對(duì)60KW生物質(zhì)內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究?；谖那鹄锕苁交旌掀鏖_發(fā)設(shè)計(jì)了一種類似的電控混合器。該電控混合器的控制原理如圖8所示44。圖7：電控煤層氣發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)示意圖圖8：電控混合器控制原理國(guó)外對(duì)沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的研究相對(duì)比較多。就氣體發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)而言，國(guó)外已經(jīng)經(jīng)過(guò)電控混合，電控單點(diǎn)噴射，電控多點(diǎn)噴射，缸內(nèi)

45、直噴。目前，在CNG發(fā)動(dòng)機(jī)上缸內(nèi)直噴應(yīng)用已經(jīng)比較成熟。但對(duì)于沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)而言，由于其甲烷含量比較低，并且成分變化比較大，應(yīng)用較多的還是機(jī)械混合和電控混合。Viktória Barbara Kovács 等人45對(duì)沼氣在內(nèi)燃機(jī)上的應(yīng)用進(jìn)行了研究。他們將沼氣與液體燃料以及天然氣在內(nèi)燃機(jī)上的燃燒進(jìn)行了對(duì)比，由于沼氣中含有二氧化碳等抑制燃燒的氣體，導(dǎo)致沼氣的熱值比較低，這使得沼氣在氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用受到限制。盡管現(xiàn)在燃料仍然依賴化石燃料，但是采取先進(jìn)的混合技術(shù)可以使沼氣成為很好的替代燃料。Iván Darío Bedoya等人46研究了混合系統(tǒng)以及不同引燃燃料

46、對(duì)沼氣-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。他們采用了一種高壓混合器，以沼氣作為主要燃料，生物柴油作為引燃油，在一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。和原機(jī)對(duì)比，使用沼氣以及生物柴油作為引燃油完全可以替代柴油，并且熱效率明顯提高，一氧化碳排放也明顯降低。Phan Minh Duc等人47研制了一種沼氣預(yù)混控制雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了測(cè)試。Kokubu K等人48為氣體發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電裝置開發(fā)了一種沼氣-天然氣混合系統(tǒng)。日本已經(jīng)研發(fā)出結(jié)構(gòu)緊湊高效的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，Kokubu K等人在此基礎(chǔ)上開發(fā)出了簡(jiǎn)單且合理控制沼氣-天然氣混合裝置，該裝置可以在0%-100%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)沼氣與天然氣的比例。目前這種混合器已經(jīng)應(yīng)用于

47、東京的一家啤酒廠，效果良好。電控調(diào)壓燃料控制方式，是一種新開發(fā)的燃料控制方式，控制方式類似于單點(diǎn)噴射系統(tǒng)，引入比例式混合器，通過(guò)控制進(jìn)入混合器的燃?xì)鈮毫刂苹旌掀骺杖急龋攸c(diǎn)是燃?xì)鉃檫B續(xù)供給，在瞬態(tài)空燃比控制和瞬態(tài)響應(yīng)方面優(yōu)于單點(diǎn)噴射。上海交通大學(xué)的王都等人4951對(duì)稀燃增壓CNG發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)怠速及怠速控制進(jìn)行了試驗(yàn)研究，針對(duì)國(guó)四及以上排放標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了基于電控調(diào)壓器的重型車用稀燃增壓天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的電控系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)的電控燃料供給系統(tǒng)如圖9所示。圖9: 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)電控燃料供給系統(tǒng)終上所述，目前沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)可以應(yīng)用的供氣方式有:(1) 機(jī)械控制混合氣預(yù)混合式供氣。沼氣-空氣混合比有兩種方法：一種是通過(guò)

48、機(jī)械裝置控制通入混合氣的沼氣壓力；另一種是機(jī)械裝置控制混合器中的閥門開度來(lái)調(diào)節(jié)供氣量。對(duì)于沼氣-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，在實(shí)際操作中時(shí)通過(guò)操縱噴油泵調(diào)節(jié)齒桿來(lái)控制引燃柴油量。(2) 電子控制混合氣預(yù)混合式供氣。目前，電控噴射技術(shù)在汽油、柴油的應(yīng)用已經(jīng)非常常熟，在很多氣體發(fā)動(dòng)機(jī)（如CNG發(fā)動(dòng)機(jī)、LNG發(fā)動(dòng)機(jī)等）也得到應(yīng)用。但是目前就國(guó)內(nèi)而言，電控噴射技術(shù)在沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)中還未應(yīng)用。主要由于不同的制取方法，壓力，溫度等因素對(duì)沼氣成分的影響非常大，這就對(duì)精確控制空燃比帶來(lái)了很大的困難。這也是目前國(guó)內(nèi)開發(fā)沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)電控燃料供給系統(tǒng)的難點(diǎn)。 3.4 沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比控制策略氣體燃料具有經(jīng)濟(jì)性好、排污低等優(yōu)點(diǎn)，可

49、以替代日益短缺的石油資源，極具研究?jī)r(jià)值；但是，需要合理的控制利用才能發(fā)揮這些優(yōu)點(diǎn)，特別是控制混合氣的空燃比。國(guó)外對(duì)燃?xì)夤┙o系統(tǒng)的研究經(jīng)歷了機(jī)械混合、電控混合、電控氣體噴射3個(gè)階段。我國(guó)改裝較多的是機(jī)械汽化混合系統(tǒng)，正在向電控混合系統(tǒng)過(guò)渡。就氣體發(fā)動(dòng)機(jī)而言，國(guó)內(nèi)外對(duì)CNG和LPG發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)比較成熟。因?yàn)镃NG、LPG的氣體成分相對(duì)比較穩(wěn)定，這對(duì)空燃比的控制室相當(dāng)有利的。但是沼氣、煤層氣等氣體的成分隨壓力、溫度的變化相當(dāng)大，這對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比的精確控制造成很大的困難。就國(guó)內(nèi)而言，對(duì)煤層氣發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比控制研究相對(duì)比較多一點(diǎn)，專門對(duì)沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制的研究幾乎沒(méi)有。因此，可以參考煤層氣等組分變化比較

50、大的發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比的控制策略，對(duì)沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比控制進(jìn)行研究。空燃比控制策略按照控制環(huán)是否閉合分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。由于稀燃時(shí)氧化催化劑的廢氣轉(zhuǎn)化效能受空燃比影響很大，另外，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的功率、平均有效壓力受燃?xì)獬煞趾涂杖急鹊挠绊懴鄬?duì)于汽、柴油較大，因此閉環(huán)控制是最為有效的方案。閉環(huán)控制通常采用氧傳感器來(lái)反饋排氣中的實(shí)際氧濃度，從而達(dá)到精確控制空燃比的目的。閉環(huán)控制包括前饋控制和反饋控制。前饋控制器（發(fā)動(dòng)機(jī)脈譜）控制空氣流量及燃?xì)饬髁?，反饋控制器?duì)燃?xì)饣蚩諝夤┙o量進(jìn)行更精確的控制。當(dāng)前空燃比控制一般采用以下幾種控制方式：基于經(jīng)典控制理論的PID控制；基于模型的空燃比控制；基于模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)

51、絡(luò)的人工智能控制。第一種控制的難點(diǎn)在于有濾波延時(shí)和傳感器響應(yīng)和信號(hào)提取延時(shí)，需大量時(shí)間來(lái)制作MAP圖；第二種控制難點(diǎn)在于需要快速的處理器，需要發(fā)展計(jì)算動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的控制方法或辨識(shí)方法；第三種控制難點(diǎn)在于智能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或規(guī)則的選擇，對(duì)處理器的計(jì)算速度與存儲(chǔ)容量有較高的要求52。目前，基于PID控制器及其變形的控制器在空燃比控制中容易實(shí)現(xiàn)，使用較廣。PID控制包括PI，PD，PID幾種形式。PID控制器是將給定值與實(shí)際輸出值偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。山東理工大學(xué)研究開發(fā)了一套變濃度煤層氣發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制燃?xì)鈬娚湎到y(tǒng)，提出了與煤層氣發(fā)動(dòng)機(jī)相適應(yīng)的驅(qū)動(dòng)

52、電路，并設(shè)計(jì)了系統(tǒng)控制軟件。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于過(guò)渡工況，如加載、卸載和加減速時(shí)，運(yùn)用開環(huán)控制，根據(jù)轉(zhuǎn)速信號(hào)和節(jié)氣門位置信號(hào)對(duì)事先制取的燃?xì)釳AP圖進(jìn)行取值操作；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于穩(wěn)定工況時(shí)，采用閉環(huán)控制，根據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)氧傳感器反饋的信號(hào)，采取不同的控制策略實(shí)時(shí)控制，使空燃比達(dá)到理想狀態(tài)53。山東理工大學(xué)李光舉針對(duì)8300發(fā)動(dòng)機(jī)燃用煤層氣設(shè)計(jì)了一套燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制系統(tǒng)。系統(tǒng)機(jī)構(gòu)圖如圖10所示。為了使穩(wěn)定工況時(shí)空燃比的平均值接近理論空燃比，發(fā)動(dòng)機(jī)工況突然變動(dòng)造成空燃比偏離目標(biāo)值時(shí)，系統(tǒng)可以迅速響應(yīng)將空燃比控制到目標(biāo)值，同時(shí)防止發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)工況下排放惡化等情況，提出了基于CMAC和PID并行控制的空燃比方法54

53、。之后，李玉明針對(duì)燃用煤層氣的8300發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)基于PID控制和CMAC+PID并行控制的兩種策略進(jìn)行了仿真，由仿真結(jié)果看出，后者較前者穩(wěn)態(tài)誤差小，控制精度高。CMAC+PID并行控制系統(tǒng)（圖11）采用小腦模型控制與并行控制，小腦模型控制進(jìn)行前饋控制，實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的逆動(dòng)態(tài)模型控制，PID 常規(guī)控制器實(shí)現(xiàn)反饋控制，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且抑制擾動(dòng)，使得系統(tǒng)在高反應(yīng)速度和非線性條件下具有較好的穩(wěn)定性和魯棒性55。圖10: 燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖圖11: CMAC和PID并行控制的發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制結(jié)構(gòu)框圖合肥工業(yè)大學(xué)劉一鳴等針對(duì)由S195柴油機(jī)改造來(lái)的煤層氣發(fā)動(dòng)機(jī)提出了雙蝶閥控制策略。進(jìn)氣結(jié)

54、構(gòu)系統(tǒng)如圖12所示。在過(guò)渡工況開環(huán)控制方案中，采用了基于比值控制器的雙閥控制?？刂瓶驁D如圖13所示。ECU控制過(guò)程中，根據(jù)節(jié)氣門開度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)腗AP圖中讀取燃?xì)忾y開度作為控制系統(tǒng)的輸入。比值計(jì)算器中的比例系數(shù)由空氣閥和燃?xì)忾y配比曲線擬合得到。穩(wěn)態(tài)工況下控制結(jié)構(gòu)采用“前饋一反饋”模式，前饋部分即基于比值控制器的開環(huán)控制。反饋部分是基于氧傳感器的PID閉環(huán)控制，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)控制空氣閥開度，因?yàn)榇藭r(shí)調(diào)整量較小，只需對(duì)空氣閥進(jìn)行調(diào)整就能快速的實(shí)現(xiàn)控制的目的。控制圖如圖14所示56。圖12: 煤層氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖13:基于比值控制器的空燃比控制方框圖圖14: 發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制方框圖東南大學(xué)朱文

55、俊等對(duì)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組空燃比調(diào)節(jié)子系統(tǒng)進(jìn)行了軟硬件的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)是一種可滿足低熱值氣體安全發(fā)電的基于DSP的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組智能化空燃比調(diào)節(jié)子系統(tǒng)。他們采用自適應(yīng)PID控制策略，根據(jù)空燃比和轉(zhuǎn)速的變化，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)夂涂諝膺M(jìn)氣量，實(shí)現(xiàn)了各種熱值下燃?xì)馀c空氣量自適應(yīng)調(diào)節(jié)及發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的精確控制，提高了燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的發(fā)電了效率57 58。Luhman D J 開發(fā)了帶有三元催化轉(zhuǎn)化器的預(yù)混合式LPG發(fā)動(dòng)機(jī)閉環(huán)空燃比控制系統(tǒng)，進(jìn)入混合器的燃?xì)饬髁坑梢粋€(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的燃?xì)庥?jì)量閥來(lái)調(diào)整59。Kerxhalli D M和Parker J K研制了電控天然氣混合器，利用以Intel 8031為核心的微控制器

56、，根據(jù)排氣氧傳感器提供的信息，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)混合器膜片的預(yù)載荷，采用“bang-bang”控制策略，對(duì)空燃比實(shí)施閉環(huán)控制，有效提高了瞬態(tài)空燃比的控制響應(yīng)性60。Baik D S等人針對(duì)混合器入口設(shè)有燃?xì)忾y的預(yù)混合式LPG發(fā)動(dòng)機(jī)，采用基于氧傳感器反饋的PID控制算法，通過(guò)提供不同的占空比信號(hào)控制燃?xì)饬浚贑VS-75模式下進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)性能和排放特性試驗(yàn)，結(jié)果表明有害排放物明顯降低61。綜上所述，沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)精確控制空燃比的難點(diǎn)在于：1）變工況時(shí)，空燃比可以很快的調(diào)節(jié)到理論值；2）當(dāng)氣體燃料組分、濃度、壓力等變化時(shí)，空燃比可以得到有效的調(diào)節(jié)；3）穩(wěn)定工況時(shí)，將空燃比控制的理論值附近，使平均空燃比接

57、近理論空燃比。對(duì)于啟動(dòng)，變工況和加速時(shí)，需要過(guò)濃的混合氣，因此一般采用開環(huán)控制，開環(huán)控制反應(yīng)速度較快，但控制不夠精確；穩(wěn)定工況時(shí)，需要精確調(diào)節(jié)空燃比，一般采取閉環(huán)控制。目前國(guó)內(nèi)正在將模糊控制理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論應(yīng)用在氣體發(fā)動(dòng)機(jī)上，并且正在向智能化發(fā)展。針對(duì)沼氣的性質(zhì)，選擇和開發(fā)合適的控制策略也成為我們關(guān)注的焦點(diǎn)。3 總結(jié)鑒于我國(guó)能源和環(huán)境問(wèn)題的突出，以及我國(guó)汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的快速發(fā)展，探尋清潔環(huán)保的代用燃料已經(jīng)成為迫在眉睫的問(wèn)題。在眾多的代用燃料中，沼氣以其資源廣泛、廢物利用、價(jià)格便宜、燃燒完全、排放清潔等特點(diǎn)受到人們的廣泛關(guān)注。因此，沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)也日漸被人們所重視。目前，沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)主要作為發(fā)

58、電機(jī)組或熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備，已被廣泛用于城市垃圾處理廠、污水處理廠、養(yǎng)殖場(chǎng)、酒廠等沼氣資源比較豐富的地區(qū)。本文主要是對(duì)沼氣的性質(zhì)以及沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展、應(yīng)用、改裝、增壓、進(jìn)氣系統(tǒng)和空燃比控制策略進(jìn)行了研究。對(duì)沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的總結(jié)如下：1. 沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)的改裝沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)主要是由現(xiàn)有的柴油機(jī)和汽油機(jī)改裝而成。根據(jù)沼氣的特性，在火花點(diǎn)火式沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)改裝過(guò)程要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：1） 沼氣的辛烷值較好，抗爆性較好，可提高壓縮比。汽油機(jī)改裝一般要將其壓縮比提高，柴油機(jī)改裝要將其壓縮比降低。2） 沼氣燃燒速度較慢，后燃嚴(yán)重，要采用快速燃燒系統(tǒng)。如采用風(fēng)扇形燃燒室等。3） 沼氣燃燒溫度較高，需采用高能點(diǎn)火系統(tǒng)。汽油機(jī)改裝要更換高能點(diǎn)火系統(tǒng)，柴油機(jī)改裝將噴油器換為火花塞。點(diǎn)火提前角要重新調(diào)整。4） 進(jìn)氣系統(tǒng)改裝，要對(duì)沼氣進(jìn)行前處理，如脫水、脫硫等。進(jìn)氣管要加大，對(duì)多缸機(jī)各個(gè)進(jìn)氣歧管應(yīng)布置一直，保持各缸進(jìn)氣均勻。加裝沼氣-空氣混合器。