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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 面向多元燃料車用發(fā)動(dòng)機(jī)智能噴射系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的面向多元燃料車用發(fā)動(dòng)機(jī)智能噴射系統(tǒng)可以根據(jù)所添加的燃料類型來(lái)智能調(diào)節(jié)噴射壓力、噴射量以及噴射規(guī)律，以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在使用不同燃料條件下的高效低排放運(yùn)轉(zhuǎn)。 面向多元燃料車用發(fā)動(dòng)機(jī)智能噴射系統(tǒng)由智能燃料箱、高壓燃料泵和智能噴射器組成。本項(xiàng)目對(duì)該系統(tǒng)各部分進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模擬分析，并進(jìn)行加工制造和實(shí)物試驗(yàn)。
- 詳細(xì)介紹：
- 針對(duì)當(dāng)前日益加劇的能源和環(huán)境問(wèn)題，各國(guó)加大了環(huán)保型替代能源的研發(fā)力度，但受制于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，很多替代能源還無(wú)法在汽車上得到廣泛應(yīng)用。這無(wú)疑給替代能源的推廣帶來(lái)巨大阻力。目前學(xué)界已提出了多元燃料發(fā)動(dòng)機(jī)（Smart Engine）的設(shè)想，即在同一種發(fā)動(dòng)機(jī)上使用不同燃料，以促進(jìn)替代能源的發(fā)展。 Smart Engine能夠通過(guò)車載無(wú)線通訊裝置—燃料信號(hào)接收器，與加油站進(jìn)行互聯(lián)通訊。加油站將加注燃料信號(hào)發(fā)送給燃料信號(hào)接收器，并將此信號(hào)傳送到控制單元ECU，即可得到加注的燃料種類以及含量。ECU在得到加注燃料信號(hào)后首先根據(jù)該燃料的理化特性通過(guò)可變壓縮比調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)改變發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比。ECU根據(jù)加注燃料信號(hào)以及駕駛員作用于油門踏板信號(hào)來(lái)選擇發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒模式并調(diào)節(jié)電子節(jié)氣門的開(kāi)度、高壓燃料泵內(nèi)燃料噴射壓力以及智能燃料噴射器內(nèi)燃料噴射規(guī)律。氣體燃料則從氣體燃料罐流經(jīng)減壓閥后通過(guò)ECU控制的電磁閥噴入進(jìn)氣道內(nèi)。ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)不同的負(fù)荷以及燃料的種類選擇均質(zhì)預(yù)混合燃燒、均質(zhì)壓燃點(diǎn)火燃燒(HCCI)或分層燃燒(FSI)等燃燒模式。碳?xì)洌℉C）以及氮氧化物（NOx）傳感器檢測(cè)尾氣中各種排放物的濃度，并將信號(hào)反饋給ECU，ECU根據(jù)該反饋信號(hào)對(duì)下一循環(huán)燃料噴射壓力、燃料噴射規(guī)律以及點(diǎn)火時(shí)刻進(jìn)行調(diào)節(jié)。 根據(jù)Smart Engine將要實(shí)現(xiàn)的功能，本項(xiàng)目小組提出了智能燃料噴射系統(tǒng)的設(shè)想，它可以根據(jù)所添加的燃料類型來(lái)智能調(diào)節(jié)噴射壓力、噴射量以及噴射規(guī)律，以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在使用不同燃料條件下的高效低排放運(yùn)轉(zhuǎn)。 多元燃料智能噴射系統(tǒng)由智能燃料箱、高壓燃料泵和智能噴射器組成。該系統(tǒng)主要功能包括：與加油站建立無(wú)線通訊獲取加注燃料種類或混合燃料的配比等信息；針對(duì)燃料理化特性的差異并結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)的不同工況，通過(guò)高壓燃料泵調(diào)節(jié)燃料噴射壓力以及改變智能燃料噴射器的開(kāi)啟次數(shù)和燃料流通的噴孔數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)燃料噴射規(guī)律。該智能噴射系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)各種不同理化特性燃料良好的霧化和燃燒，通過(guò)優(yōu)化燃料的噴霧和燃燒過(guò)程降低發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)尾氣后處理器的依賴程度。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 智能燃料噴射系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的：基于多元化燃料的必然趨勢(shì)，在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)不作大型改動(dòng)的前提下，使發(fā)動(dòng)機(jī)真正變?yōu)椤半s食者”，擴(kuò)展了發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源的車輛在特殊環(huán)境下的燃料來(lái)源，促進(jìn)新能源技術(shù)發(fā)展，且各地區(qū)可根據(jù)自身能源結(jié)構(gòu)建立與之相適應(yīng)的能源供給設(shè)施。 智能噴射系統(tǒng)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)： 1．首次提出車用發(fā)動(dòng)機(jī)多元燃料智能噴射系統(tǒng)的概念，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域的空白； 2．全新提出智能燃料加注系統(tǒng)； 3．設(shè)計(jì)出可根據(jù)燃料理化特性、運(yùn)行工況調(diào)節(jié)燃料噴射規(guī)律的全新智能燃料噴射器。 設(shè)計(jì)基本思路：智能噴射系統(tǒng)由智能燃料箱、高壓燃料泵和智能噴射器組成。系統(tǒng)通過(guò)與加油站建立無(wú)線通訊確定加注燃料種類或混合燃料的配比；針對(duì)不同燃料類型并結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況，通過(guò)高壓燃料泵調(diào)節(jié)燃料噴射壓力以及改變智能燃料噴射器的開(kāi)啟次數(shù)和燃料流通的噴孔數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)燃料噴射規(guī)律。 技術(shù)關(guān)鍵： 1.通過(guò)車輛與加油站之間的藍(lán)牙通訊獲取加注燃料信息； 2.改進(jìn)現(xiàn)有燃料加壓泵，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同燃料特性迅速加壓和卸壓； 3.噴射器能根據(jù)不同燃料理化特性調(diào)節(jié)燃料噴射規(guī)律。 主要技術(shù)指標(biāo)：燃料類型及混合比信息的快速交互通訊；高壓燃料泵的調(diào)壓范圍、壓力調(diào)節(jié)響應(yīng)速度；噴射器執(zhí)行機(jī)構(gòu)響應(yīng)速度、噴孔直徑、肖特平均直徑。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1．將不同類型燃料分別儲(chǔ)存在兩個(gè)燃料箱中，避免了不同燃料的混合造成燃料理化性質(zhì)的變化?？茖W(xué)、合理地解決了不同燃料的加注、儲(chǔ)存問(wèn)題。 2．根據(jù)不同燃料特性并結(jié)合運(yùn)行工況來(lái)調(diào)節(jié)燃料噴射壓力，選擇合適的燃料噴射規(guī)律。 3．各系統(tǒng)功能科學(xué)可行，易于實(shí)現(xiàn)。智能燃料加注系統(tǒng)利用藍(lán)牙通訊技術(shù)；高壓燃料泵由現(xiàn)有柴油機(jī)高壓油泵改造而成；智能燃料噴射器的針閥升程根據(jù)壓電晶體的特性實(shí)現(xiàn)控制，該技術(shù)科學(xué)可靠，已在其它領(lǐng)域得到應(yīng)用 4．目前國(guó)內(nèi)外噴射系統(tǒng)最先進(jìn)的研究仍然僅限于在傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行不多于兩種類型燃料的混合使用。而智能燃料噴射系統(tǒng)是一款適用于多種燃料的噴射系統(tǒng)，它突破了傳統(tǒng)燃料范疇的限制，使多元燃料發(fā)動(dòng)機(jī)（Smart Engine）適用于多元燃料的設(shè)想成為了可能。 5．本作品利用CFD流體分析軟件Fire對(duì)噴霧特性進(jìn)行模擬研究，并在實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行高壓燃料泵壓力變化速率、調(diào)節(jié)范圍以及噴射器的燃料霧化特性的測(cè)試，為后續(xù)研究提供寶貴的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)也為Smart Engine的研發(fā)做出積極有益的探索。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 面向多元燃料車用發(fā)動(dòng)機(jī)智能噴射系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)科技查新報(bào)告，查新結(jié)論證實(shí)本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)概念為國(guó)內(nèi)外首次提出。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使發(fā)動(dòng)機(jī)變?yōu)檎嬲饬x上的“雜食者”，避免針對(duì)不同燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的大筆研發(fā)費(fèi)用，提高了汽車的機(jī)動(dòng)性和靈活性，還可以解決在特殊情況下無(wú)法獲得單一能源的問(wèn)題。使用可再生的生物質(zhì)燃料，極大地降低了溫室效應(yīng)氣體的排放。通過(guò)車輛與加油站之間的藍(lán)牙通訊提供加注燃料信息；改進(jìn)現(xiàn)有燃料加壓泵，實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同燃料特性迅速加壓和卸壓；噴射器能根據(jù)不同燃料理化特性調(diào)節(jié)噴射規(guī)律。 “十一五”以來(lái)，國(guó)家投入新能源汽車項(xiàng)目的預(yù)算為11億元，結(jié)合地方政府和企業(yè)的投資，預(yù)計(jì)總投入將超30億元。替代能源在中國(guó)的使用率還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)際水平。2007年我國(guó)替代燃料發(fā)動(dòng)機(jī)銷量?jī)H占總銷量的0.04%，預(yù)計(jì)到2020年，這一比例將達(dá)到39%。替代能源的廣闊前景為智能噴射系統(tǒng)的推廣創(chuàng)造了有利條件。 得益于中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展和替代能源的需求的大幅提高，智能噴射系統(tǒng)將擁有廣闊的市場(chǎng)前景?，F(xiàn)有的新能源汽車研發(fā)及生產(chǎn)成本十分高昂，如果集中力量和資金開(kāi)發(fā)一種發(fā)動(dòng)機(jī)而免去其他各種發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)，可以為企業(yè)節(jié)省巨額研發(fā)成本。
同類課題研究水平概述
- Smart Engine，即能使用多元燃料的車用發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)前只是內(nèi)燃機(jī)學(xué)界極少數(shù)科學(xué)家在概念上提出，對(duì)其所具備的功能尚未形成具體、完善、統(tǒng)一的描述，基本沒(méi)有現(xiàn)成文獻(xiàn)可參考。但是基于未來(lái)多元燃料發(fā)展的必然趨勢(shì)，Smart Engine的技術(shù)研究具有非常重大的意義。而智能噴射系統(tǒng)作為Smart Engine運(yùn)行的關(guān)鍵部件系統(tǒng)之一，在本文中的全新概念及其功能結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的提出是世界首次。 目前國(guó)內(nèi)外噴射系統(tǒng)最先進(jìn)的研究仍然僅限于在傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行不多于兩種類型燃料的混合使用如：汽油機(jī)上實(shí)現(xiàn)汽油或乙醇汽油混合燃料使用，傳統(tǒng)汽油機(jī)改造為氫氣/天然氣(CNG)/石油液化氣(LPG)和汽油的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，乙醚或生物柴油與柴油混合在柴油機(jī)上使用等。而我們合理大膽地提出了科學(xué)的設(shè)想來(lái)設(shè)計(jì)一款適用于多種燃料的噴射系統(tǒng)。 智能燃料噴射系統(tǒng)作為Smart Engine的核心功能部件之一，在設(shè)計(jì)上面臨巨大的挑戰(zhàn)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)該方面的研究大多沿用現(xiàn)有噴射系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行燃料噴射試驗(yàn)，而沒(méi)有專門設(shè)計(jì)出能夠使用多種燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)噴射系統(tǒng)。為此，我們?cè)谌剂蠂娚湎到y(tǒng)各部分均進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改造與創(chuàng)新，使其能更好地滿足Smart Engine的性能要求。首先，燃料加注系統(tǒng)能有效使車輛獲知所加注的燃料種類及混合比例，并創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)使用了雙燃料箱，解決了不同燃料的加注、存儲(chǔ)問(wèn)題。然后，改造了現(xiàn)有高壓燃料泵，它性能好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠、響應(yīng)迅速。最后，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)新穎、可根據(jù)燃料理化特性調(diào)節(jié)燃料噴射規(guī)律的智能燃料噴射器。
