[00657189]特殊用途液氧固碳闭式循环内燃机关键技术研究及应用

中国工程施工的机械化程度不断提高，对其主要动力源内燃机的要求越来越高，特别是对空气流通不畅（如隧道、矿井）和水下作业等特殊用途内燃机的需求日趋增多。特殊用途内燃机大多由国外进口，诸多方面受限，且其性能已难以满足中国工程建设需要，自主研发特殊用途内燃机迫在眉睫。特殊用途内燃机设计加工制造难度大，安全性要求高，尤其是其尾气净化、再利用和稳定运行等问题是制约其研制及应用的主要瓶颈。 该项目针对特殊用途内燃机的若干关键技术问题开展研究工作，开发了具有自主知识产权的关键技术，主要技术创新如下： 1.发明了液氧固碳新式内燃机闭式循环。 针对内燃机尾气中CO<,2>，用液态O<,2>汽化吸热来固化成干冰，未固化的CO<,2>与汽化的O<,2>组成混合进气，使燃油在O<,2>/CO<,2>协同作用下进行燃烧。和同功率内燃机相比较，PM降低了99％，CO和HC降低了97％，NOx降低了95％。 2.发现了燃油在O<,2>/CO<,2>氛围下的燃烧规律。 针对燃油在O<,2>/CO<,2>协同作用下的燃烧，创建了新的燃烧模型，发现了燃油在O<,2>/CO<,2>氛围下的燃烧规律，研制了定容燃烧弹试验系统，对多工况计算所得着火延迟时间、燃烧压力等表示燃烧特征的参量和着火云图等进行了分析，模拟计算与试验的相对最小误差不超过5％，相对最大误差不超过10％。 3.发明了液氧固碳闭式循环内燃机废气再循环（EGR-Exhaust Gas Recirculation）新技术。 针对液氧固碳闭式循环内燃机EGR系统，发明了内燃机分层进气EGR新技术，研制了一套独特的分层EGR可变滚流进气系统，获得了最优EGR率，实现了燃油在O<,2>/CO<,2>协同作用下的稳定燃烧，使内燃机功率上升5％，比油耗下降3％。 4.发明了液氧捕捉内燃机CO<,2>的新系统。 针对闭式循环内燃机的液氧固碳捕集系统，发明设计多套CO<,2>捕捉系统方案，进行了整机集成与效果验证，向经过冷却的内燃机尾气中通入27～231克液氧，持续通入1～10分钟，可得到32～345克的干冰。 该项目在国家高技术研究发展计划暨863计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、天津市科技计划、住房和城乡建设部科技计划等项目持续支持下，历经十余年的工作积累完成，授权发明专利10项，发表论文93篇（SCI收录34篇，EI收录36篇），专著1部。近三年来，该科技成果在市政工程和隧道建设等众多大型工程建设项目中得到了广泛应用，创造直接经济价值约1.5亿元，环保效益尤为显著。成果的推广应用对于推动中国特殊用途内燃机的发展，提升中国军民融合多领域特殊用途内燃机的性能具有重要意义。