乙酰丙酸酯类燃料柴油机燃烧和排放机制研究

Lignocellulosic biomass based liquid fuels are the main development direction of vehicle fuel. Levulinate esters are component parts of biomass based liquid fuels, and the enhancement of the study on levulinate esters in diesel engine will be beneficial to use biomass resource rationally in large-scale. At present, there are many research of biomass based liquid fuels such as biodiesel abroad and domestic, but the research of levulinate esters as liquid fuels is very limited. In the proposed project, physical properties of levulinate esters-diesel blends will be investigated on the base of fuel characteristics of levulinate esters. Effect law of physical properties of blends to power, emission and economy will be analyzed. Combustion mechanism of levulinate esters in diesel engine will be researched in the test bench to explore spray characteristics and fuels coupling law of levulinate esters-diesel blends. Emission mechanism of levulinate esters in diesel engine will be studied, and the combustion synergistic effect and emission reduction of levulinate esters-diesel blends will be analyzed. Internal relation model of different emissions will be set up to find out the law of integrated emission characteristics.

木质纤维素生物质液体燃料是车用燃料的重要发展方向之一，乙酰丙酸酯类燃料是生物质液体燃料的组成部分，其柴油机研究水平的提升将有利于生物质资源的合理化、规模化利用。目前国内外对生物柴油等生物质液体燃料的研究较多，但对乙酰丙酸酯类燃料作为车用燃料研究还十分有限。本项目围绕乙酰丙酸类燃料的特点，进行乙酰丙酸酯类燃料-柴油混合燃料物性研究，分析混合燃料物性对柴油机动力、排放和燃油经济性的影响规律；基于试验台架，对乙酰丙酸酯类燃料的柴油机燃烧机制进行研究，探索乙酰丙酸酯类燃料-柴油混合燃料的喷雾特性、燃料混合耦合规律；进行乙酰丙酸酯类燃料的柴油机排放机制研究，分析乙酰丙酸酯类燃料-柴油混合燃料的燃烧协同作用及对有害气体排放减少特性，建立不同排放之间的内在关联模型，找到综合排放特性规律。

木质纤维素生物质液体燃料是车用燃料的重要发展方向之一，乙酰丙酸酯类燃料是生物质液体燃料的组成部分之一，其柴油机研究水平的提升将有利于生物质资源的合理化、规模化利用。针对乙酰丙酸酯类燃料燃烧排放机制不明晰等问题，本项目开展了乙酰丙酸酯类燃料-柴油混合燃料的理化特性、柴油机动力排放特性和燃油经济性研究，探索了混合燃料的喷雾特性、燃料混合耦合规律，并进行了全生命周期能耗和环境排放评价。. 研究对比了乙酰丙酸乙酯-生物柴油-柴油和正丁醇-生物柴油-柴油的理化特性、燃烧和排放特性；调配了EL5-B10-D85（5%vol乙酰丙酸乙酯，10%vol生物柴油，85%vol柴油），EL10-B15-D75，nB5-B10-D85和nB10-B15-D75等混合燃料，在单缸四冲程的柴油机上进行了性能试验，研究并得到了乙酰丙酸酯类燃料-柴油混合燃料物性变化及其对柴油机动力、经济和排放的影响。建立了发动机三维数值模型，分析了燃料在气缸内雾化、燃烧和温度场强分布等微观过程。开展了乙酰丙酸乙酯作为柴油添加燃料的全生命周期能耗、温室气体和环境标准排放评价研究，厘清了生物质酯类燃料的全生命周期能耗分布和环境排放影响。为生物质基车用燃料研究和使用提供新的参考。. 本项目执行过程中，申请国家发明专利8项（已授权5项），申请并授权实用新型专利5项；在国内外发表学术期刊9篇，其中SCI收录6篇；参加学术国际学术交流11次，共计27人次；相关研究结果是“农业废弃物清洁水解制备柴油代用燃料联产化学品关键技术”和“生物质基液体燃料与柴油复配清洁车用燃料及应用”的重要组成部分，分别获得2016年河南省科技进步一等奖和2017年河南省科学院科技成果一等奖。