车用石油系燃料主要组分燃烧特性的基础研究

新一代内燃机燃烧理论与技术的发展使得柴油机和汽油机的技术愈来愈接近，混合燃料（或称"灵活"燃料）将成为未来发动机使用的主要燃料形式，发动机可以跟据混合燃料成分的变化来组织不同的燃烧方式，因此必须充分认识各种混合燃料的燃烧特性。本研究以原油中馏程为40~255 C、40~300 C、40~345 C和40~390 C的馏出物的主要组分为研究对象，综合采用PLIEF浓度定量测试技术、化学发光法测试技术和发动机台架测试技术，研究它们的喷雾、蒸发和混合机理，以及各组分气液相浓度分布；通过改变边界条件研究各组分的着火特性、压燃条件及控制方法；在发动机上研究它们对燃烧和排放特性的影响。在此基础上，建立混合燃料多组分蒸发模型和化学反应动力学简化模型，并与三维CFD模型耦合，研究车用石油系混合燃料实现高效清洁燃烧的控制策略。这一研究将丰富和发展车用石油系燃料的燃烧理论，为设计混合燃料发动机提供理论依据。

新一代内燃机燃烧理论与技术的发展使得柴油机和汽油机的技术愈来愈接近，混合燃料（亦称“灵活”燃料）有可能成为未来发动机使用的主要燃料，发动机跟据混合燃料成分的变化来组织不同的燃烧方式，因此，必须充分认识各种混合燃料的燃烧特性。本项目以原油中馏程为40~240°C（240号燃料）、40~270°C（270号燃料）、40~300°C（300号燃料）和40~390°C（12号燃料）的馏出混和物为研究对象，综合采用PLIEF浓度定量测试技术和发动机台架测试技术，研究它们的喷雾和燃烧特性，获得的主要结论有：.1）在蒸发环境下，燃料的挥发性越高，喷雾前锋贯穿距离越长，近、远场喷雾锥角越大；燃料的粘度越高，喷雾前锋贯穿距离越短；燃料密度越高，喷雾前锋贯穿距离变短；燃料的挥发性是影响喷雾特性的主要因素。在喷雾发展过程中，近场锥角呈现出先减小再保持在一个相对稳定的数值的趋势；远场喷雾锥角呈现先减小然后保持不变之后再增大的趋势，但是全程远场喷雾锥角的变化不大。环境空气密度强烈影响混合燃料的喷雾特性，环境空气密度越高，喷雾前锋贯穿距离越短，近、远场喷雾锥角越大。随着环境空气密度的提高，燃料挥发性对混合燃料喷雾前锋贯穿距离和近、远场喷雾锥角的影响逐步减小。.2）在相同的喷射压力下，混合燃料的挥发性越高，喷雾前锋贯穿距离、喷雾锥角（远场和近场）越大。随着喷射压力的提高，喷雾锥角增加，喷雾前锋贯穿距离呈现出一定程度的线性增长，但是，混合燃料挥发性对喷雾前锋贯穿距离的影响有所减小。在相同喷孔直径下，混合燃料的挥发性越高，喷雾前锋贯穿距离越长，喷雾锥角越大，但是喷孔直径从0.18mm缩小到0.10mm时，挥发性对喷雾锥角增长率的影响略有减小。随着喷孔直径的增大，喷雾前锋贯穿距离呈现出一定程度的线性增长。喷孔直径对远场喷雾锥角的影响大于对近场喷雾锥角的影响。.3）300号、270号和240号燃料着火时刻较柴油滞后，在喷油定时为0°CA~7°CA BTDC时，12号燃料的着火时刻比柴油略微提前。CO排放量随着喷油定时提前而明显下降，但NOx排放量呈明显上升趋势。喷油定时和喷油量一定时，柴油和12号燃料的功率、扭矩和缸内最高平均温度随发动机转速的增加而增加，300号和270号燃料随发动机转速的增加而减小。.上述研究成果丰富和发展了车用石油系燃料的燃烧理论，为设计混合燃料发动机提供理论依据。