1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1 课题来源及研究的目的和意义

随着社会的高速发展，人类对于化石燃料石油、煤、天然气的需求日益增加，但是，这些化石燃料属于不可再生能源，人类对化石燃料的的过度开采和使用，化石燃料储存量在缩小，研究表明，已知的化石燃料储存量满足全球对石油的需求40-50年，对天然气的需求50-60年和对煤炭的需求200-220年^【1】。尤其对我国这个发展中国家来说，中国对石油化石燃料的需求已经达到了过度依赖的程度，中国正在进口越来越多的石油，然而我国的石油产量却在不断下降，2014年中国超过美国成为世界最大的石油进口国^【2】。2017年，中国石油进口的依赖度预计将达到69%。根据国际能源机构( iea )《2017年世界能源展望》( iea )的数据，到2040年，中国的石油进口依赖将上升到80%。在《2017年世界能源展望》中，iea估计到2040年，中国的石油净进口量将达到1300万桶。另一方面，环境问题越来越引起世界各国的重视，据调查研究，全球近30％的温室气体排放量来自交通运输部门^【3】，导致全球变暖。通过国内外研究发现，使用醇类，天然气，生物柴油和二甲醚可以减少柴油机排放的污染物和温室气体的危害。所以，面对环境污染和资源短缺的现状，对于柴油替代燃料的研究是符合现实情况的，具有相当大的现实和实际意义。近些年，天然气和液化气是目前使用较多的气体替代燃料，这种技术的发展在国内已经较为成熟和广泛，这种燃料由于是气体，不需要精密的喷油设备和雾化装置^【4】，这样使得发动机构造简单，工作平稳，在经济性和环保方面的优势得到了广泛认可。但是，使用气体作为燃料，减少了新鲜空气的进入，导致发动机功率的下降，并且，天然气中含有少量的硫化氢，会对发动机造成腐蚀^【5】。更加重要的是，天然气和液化气的续航能力较差，对于现有的汽油柴油销售、运输系统不能充分的利用，需要额外建造加气站，增加了使用成本。因此天然气主要应用于小型、短途车辆用以代替汽油和柴油，如部分城市中已大规模推广天然气出租车，公交车。当把燃油车改为燃气车，并没有达到减少排放的目的，且由于气体和液体性质相差较大会对发动机本身造成影响。对于乙醇汽油和甲醇汽油，现有做法是在汽油中混入醇类，由于醇的热值较低^【6】，所以混合燃料对发动机的动力性影响较大。醇类物质极易溶于水，所以混合之后的燃料存在着运输^【7】、储存问题。

轻烃作为一种清洁、高效、经济的燃料，近年来受到了研究人员的关注。烃就是碳、氢两种元素以不同的比例混合而成的一系列物质。其中较轻的部分，就叫做轻烃。轻烃是油气田开采过程中的伴生副产品所以从燃料的开发利用成本角度，轻烃对比煤炭、石油有着较大优势。天然气的主要成份是c1甲烷，含少量的c2乙烷，液化石油气的主要成份是c3丙烷、c4丁烷，它们在常温常压下呈气态，叫气态轻烃^【8】。c5-c16的烃在常温常压下是液态，我们就叫它液态轻烃，其中c5-c8被称为稳定液态轻烃，c分子再多一点的部分就是汽油、煤油和柴油等。如果将稳定液态轻烃作为发动机的动力来源，将会对环境有好的影响，对国家能源结构的调整影响也是巨大的。所以，在未来必将成为替代石油的重要能源之一。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 主要研究内容及研究方案

(a).主要内容

• 查阅相关资料，了解目前国内外轻烃燃料在发动机上应用的技术手段，并分析其特点；
• 绘制燃料供给系统的原理图、管路设备布置图；
• 根据规范要求,针对z6170-19发动机进行燃料供给系统关键设备的计算与选型，包括喷油泵、背压阀、旁通单向阀、混合容器、喷油器、管路、阀门等设备的选型^【12】；
• 通过喷油泵喷油量、旁通单向阀进油情况、管路压力变化情况，完成轻烃/柴油双燃料发动机燃料供给系统的设计方案，并通过实验来验证该系统的可靠性和稳定性；
• 针对该发动机燃料供给系统的不足之处，提出合理的改进意见。

（b）研究方案

对于轻烃柴油双燃料发动机供给系统的研究，初步有三种研究方案，第一、将轻烃作为纯燃料进行利用，类似船舶上重油、轻油两套燃料系统^【13】，但是，通过查阅资料得知，轻烃燃料的十六烷值低、燃点高（柴油燃点220℃，轻烃燃点350℃），柴油机的点火方式是压燃，如果在柴油机上使用轻烃，无法启动，在汽油机上之所以能直接使用，是因为汽油机是点燃的^【14】，所以这种方案从轻烃的理化性质上就被否定了。第二，将稳定液态轻烃燃料与柴油进行混合、掺烧，轻烃的粘度低，与柴油混合后可以降低燃料的粘度，优化燃料的雾化效果，改善缸内燃烧。由于掺烧存在比例问题，所以需要做多组实验，不断改变比例，测量柴油机的性能，对比之后得出稳定液态轻轻和柴油的最佳比例^【15】。这种方案，如果使用柴油机压燃的点火方式，柴油机先将柴油压燃，随后柴油燃烧引发液态轻烃的燃烧，理论上这种方案是可行的。第三，根据轻烃燃料特殊的理化性质，将稳定液态加热汽化，把气态轻烃与空气预混合，然后将混合气体送入气缸与柴油发生燃烧，这种方案优点是不需要对现有燃料供给系统进行修改，只要对进气管路进行小幅度升级，缺点是，同样减少了空气量，容易造成空气量不足，燃烧不充分。所以通过分析设想的实验方案，本课题主要采用第二种方案。

3. 研究计划与安排

3.1 进度安排

• 3.01-3.07 查阅相关知识，了解设计内容，翻译外文文献，撰写文献综述；
• 3.08-3.12 初步拿出开题报告，交由指导老师初审 ；
• 3.12-3.18 对开题报告进行修改，参与学长的实验过程；
• 3.19-3.25 提交开题报告，并进行方案论证；
• 3.26-4.15根据实验数据，对主要设备进行计算和选型；
• 4.16-5.13根据选点的主机和各机械设备，利用CAD绘制燃料供给系统的原理图、管路设备布置图；
• 5.14-5.31撰写毕业设计论文；
• 6.1-6.17论文初稿交由指导老师审阅，然后修改定稿，装订成册；
• 6.18-6.24论文及设计图交由评阅老师审阅，准备毕业答辩。

4. 参考文献（12篇以上）

4.1 主要参考文献

[1].peng geng, erming cao, qinming tan, lijiang wei .effects of alternative fuels on the combustion characteristics and emission products from diesel engines: a review[j].merchant marine college, shanghai maritime university, shanghai 201306, china

[2].2015中国统计年鉴.中华人民共和国国家统计局编[c]，中国统计出版社