正丁醚高压着火及其发动机低温燃烧的基础研究

Di-n-butyl ether, which could be produced from lignocellulosic biomass, is a promising novel alternative oxygenated biofuel. Based on experimental and simulation methodologies, this proposal aims to conduct fundamental study on the auto-ignition processes of di-n-butyl ether (DBE) at engine-like conditions, and on the combustion and emissions characteristics of novel engine combustion strategies fuelled with DBE. Through a systematic study, the high pressure auto-ignition characteristics and mechanisms of DBE at homogeneous and chemical-transport coupling conditions are to be illustrated, the physical and chemical ignition delay times in the DBE spray ignition processes at high pressure conditions will be decoupled, and the effects of the diluent and active components in exhaust gas recirculation on DBE spray ignition will be revealed. Further, the ignition, heat release and emissions characteristics of DBE engine under premixed low-temperature combustion modes are to be studied, with an operational strategy simultaneously considering engine efficiency and emissions to be proposed. Finally, this study will provide reliable evidences for DBE combustion chemical mechanism development, and provide theoretical and technical support for the combustion optimization and emissions control in DBE engines.

含氧生物燃料正丁醚可通过木质素制备，是一种极具前景的新型替代燃料。本项目通过试验和仿真手段，针对正丁醚在近发动机工作条件下的着火过程，以及其在发动机新型燃烧模式下的燃烧和排放特性开展系统研究。进而阐明正丁醚在高压条件下的均质气相及输运/化学耦合作用的着火特性及机理，解析正丁醚高压直喷着火过程中的物理/化学着火延迟及其与运行参数间的关联，明确废气再循环中稀释/活性成分对正丁醚直喷着火特性的影响规律和作用机制，揭示正丁醚发动机在低温预混合燃烧模式下的着火、放热和排放特性，并提出效率和排放兼顾的正丁醚低温燃烧发动机清洁高效的运行策略；最终为发展正丁醚的燃烧化学机理提供可靠依据，为正丁醚发动机的燃烧优化和排放控制提供理论和技术支撑。

含氧生物燃料正丁醚可通过木质素制备，是一种极具潜力的新型替代燃料。目前正丁醚的燃烧特性和反应动力学研究多局限于常压条件，而接近于发动机工作条件的正丁醚燃烧研究尚不充分。本项目通过实验和模拟结合的方式，开展了近发动机工作条件下正丁醚着火机理和燃烧控制研究。首先，利用快速压缩机平台开展了近发动机工作条件下的正丁醚气相着火特性研究，进一步发展和完善了正丁醚的燃烧反应动力学机理，阐明了在高压、低温和稀燃等典型发动机运行条件下的正丁醚着火化学动力学机制，完善后的正丁醚动力学机理能够较好地复现文献中报道的实验数据。其次，开展了升压条件下正丁醚的非预混着火特性研究，获得了压力、氧化剂浓度和驻留时间对非预混着火温度的影响变化规律，分析了输运和化学因素对正丁醚非预混着火过程的影响机制。第三，利用定容喷雾着火装置开展了高压条件下正丁醚和柴油混合燃料的直喷着火特性研究，获得了环境温度、氧气浓度和稀释气体成分等热力参数对燃料燃烧压力变化和放热影响。最后，利用单缸共轨柴油机开展了正丁醚/柴油混合燃料的燃烧与排放特性研究，揭示了废气再循环和喷油正时等参数变化对不同运行负荷下发动机的着火、放热和排放的影响规律，提出了兼顾发动机效率和排放特性的正丁醚发动机清洁高效的运行策略。项目执行期间共发表国际SCI期刊论文42篇，申请国家发明专利2项，参加国内外学术会议7人次，培养了1名博士研究生和6名硕士研究生。