摘 要

动力机械的产生推动了工业的发展，但随着石油的过度使用造成的后果是资源的短缺和环境的污染，并且也成了全球性的难题，寻找新型清洁能源进而代替传统的化石能源显得势在必行。经对比分析，酒精出于其能量密度高、来源广泛等众多优势更加适合作为代用燃料，而且在一些发达国家应用技术较为成熟。结合我国国情及技术手段，发展酒精燃料也具有很大的战略意义。

本文采取专用催化剂，将含水酒精经过催化重整转化为富氢气体并作为代用燃料掺烧。为此，参照柴油-天然气双燃料发动机的掺烧策略，针对增压及非增压式柴油机设计了重整气供给系统并实现燃料的调节功能。通过在非增压机上开展台架实验进而与原机型性能指标作对比，在合理的掺烧策略下，该系统实现了代替部分柴油掺烧的目的。最终，在此实验基础上，提出了下一步的研究方向及需要完善的工作。

关键词：含水酒精；催化重整；柴油机；供给系统；掺烧策略

Abstract

The emergence of power machinery to promote the development of industry, but with the excessive use of oil caused by the consequences of the shortage of resources and environmental pollution and has become a global problem, so looking for a new type of clean energy and then replace the traditional fossil energy is imperative. By contrast and analysis, due to the high energy density of alcohol, a wide range of sources and many other advantages, it is more suitable as a substitute for fuel, but also the application of technology is more mature in some developed countries. Combined with China's national conditions and technical level, the development of alcohol fuel also has great strategic significance.

In this paper, a special catalyst is used to convert the hydrous-ethanol into hydrogen-rich gas and blended as a substitute fuel. To this end, with reference to the diesel-natural gas dual-fuel engine blending strategy for pressurized and non-pressurized diesel engine design of the reforming gas supply system and to achieve fuel regulation. Through the experiment on the non-supercharged engine and then compared with the performance of the original model, the system achieves the purpose of replacing part of the diesel blending under the reasonable blending strategy. Finally, the author puts forward the research direction and the need of perfect work on the basis of this experiment.

Key Words：hydrous-ethanol; reform; diesel engine; supply system; blending strategy

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题背景、研究目的及意义 1

1.2 国内外对压燃式双燃料发动机的研究现状 2

第2章 含水酒精重整性能研究 4

2.1 酒精重整气的物化特性 4

2.2 含水酒精重整率分析 5

第3章 柴油机掺烧酒精重整气供给系统设计方案 9

3.1 试验用非增压式柴油机供给系统设计方案 9

3.1.1 进气喉口 10

3.3.2 重整器 11

3.3.3 缓冲罐 11

3.2 增压式柴油机供给系统设计方案 13

3.2.1 设计的基本要求 14

3.2.2 设计方案及控制策略 14

3.2.2.1 单点喷射的技术方案及控制策略 15

3.2.2.2 多点喷射的技术方案及控制策略 16

3.2.3 单点及多点喷射的优缺点 17

第4章 实验分析 19

4.1 试验用非增压式柴油机台架数据 19

4.2 实验装置以及实验数据的采集 19

4.3 运行特性分析 20

第5章 总结与展望 22

参考文献 23

致 谢 24

1. 绪论
   1. 题目背景、研究目的及意义

能源是保障社会发展的物质基础，也是推进社会进步的原动力^[1]。人类在能源经过柴草阶段、煤炭阶段和石油天然气阶段变迁的过程中，逐步改变了工业结构的框架，并以此带动了全球经济的增长。但随着石油资源的过度使用，使得其供应不断减少，供需间的矛盾正在日益突出。据估计，全球的石油总储存量约为1500亿吨，天然气则约为150万亿立方米。如果全球的石油按每年2%的消耗量递增，则将会在2032年耗尽；天然气按每年5%消耗量递增，也将会在2028年耗尽^[13]。并且在1970年至1980年这十年间，油价逐年上涨了近30倍，这无形中对工业生产造成了巨大的冲击。

除去生产，对于现代的经济社会，为了享受科技成果带来的便利，载运工具也成了社会进步的一大产物。为了加快交通的发展，适应消费者的需求，我国汽车的年产量在1978年就达到14.9万辆，并正以年增长率13%的速度大量扩张，直到1999年年底就已经超过1500万辆，预计在之后的几年还会不断增长^[3]。因此对于石油燃料需求量的不断增加，使我国日益匮乏的石油能源现状更为加剧，寻求可替代能源势在必行。

在我国，跟石油能源枯竭同样严重的是环境污染所带来的问题。为了实现快速发展，对于化石能源过度使用的同时产生了大量温室气体，其中的CO₂对于全球气候变暖效应最大，而且这样会使得地下沉积多年的碳元素不可逆的进入大气层，碳循环过程受阻，进而导致了大气中碳元素的严重失衡^[1]。依据中国社会科学院在2002年初对外发表的一项调查报告表明，1995年环境污染对我国经济造成的损失高达1875亿元，占当年国内生产总值的3.27%。其中空气污染所造成的损失占总额的16.1%，而悬浮颗粒导致个人健康损失预计为171亿元，因此可见污染对人身健康存在极大地危害^[15]。另一项由国际卫生组织在1998年发布的全球空气污染最严重的10个都市中，我国占了7个之余，其中由汽车尾气造成的污染占总量的60%～70%。近几年京津冀地区严重的雾霾问题也在日益加剧，时时刻刻不在危害着人们的身体健康，尽管在各大重要城市实行限行、限购政策，但没有从根源上解决问题，我国现有的汽车保守量对于减轻大气污染还是十分困难的。