2,5-二甲基呋喃发动机非常规排放物生成机理及控制研究

Being of the similar energy density and combustion characteristics with the gasoline,the 2,5-Dimethylfuran(DMF) has been considered as a new bio-fuel candidate for the SI engines. This project focus on the researches for the effects of the combustion boundary conditions on the combustion process and emissioms of the DMF/diesel hybrid-fuel in the HCCI engine and the cooperative control mechanisms and methods for the chemical kinetics process and combustion boundary conditions.By the use of the CHEMKIN software coupling with the CFD software,it builds the detail reaction kinetics model of the unregulated emissions(formaldehyde,acetaldehyde and benzene series compounds) for the DMF combustion and researchs the effects of the diesel ratio,pressure ratio,EGR ratio and the combustion parameters on the engine emission and hopes to explore the optimal match theory of the engine parameters for the less engine emissions.On the basis of the gas chromatography,mass spectrometry and fourier transform infrared spectroscopy,it explores the unregulated emission separation and detection methods and the evolution process in the engine exhaust pipe for suppling the theoretical guidance to the DMF clean and efficient combustion.

2，5－二甲基呋喃（DMF）具有与汽油类似的能量密度、燃烧性能而成为汽油的有效替代生物质能源。本项目在柴油机上采用新一代DMF/柴油双燃料的准均质压缩低温燃烧技术，通过台架实验和模拟计算相结合的方法，研究燃烧边界条件对缸内DMF燃烧始点、燃烧放热过程及有害排放物生成的影响，探索燃烧边界条件与燃烧化学反应动力学过程协同控制的机理及方法:采用CHEMKIN与CFD软件相耦合的计算方法，建立DMF/柴油混合燃烧时非常规排放物（甲醛、乙醛、苯系物）详细化学反应生成机理模型;研究喷油比例、增压比、EGR率及燃烧系统结构参数对发动机有害排放物的影响，从着重控制发动机大气污染物排放出发，探索出发动机的参数优化匹配理论；以气相色谱、质谱及傅立叶变换红外光谱法为基础，开展车载条件下DMF/柴油发动机非常规排放物分离及检测方法研究；研究排气管中非常规排放物的氧化演变过程，为DMF的清洁、高效燃烧提供理论指导。

我国已成为世界上最大的汽车销售市场。汽车运行时产生的排放污染物给我国大气环境造成了严重的污染。与此同时，大量原油的消耗使我国成为了世界最大的原油进口国，能源安全问题已经变得越来越尖锐。为此，在汽车发动机上采用生物质能源取代部分化石燃料就成为了一种节能减排的重要措施。. 目前车用发动机上生物质能源的使用主要包括乙醇、生物柴油。这些生物质能源的生产需要大量的耕地，在我国不适宜推广。在此背景下一种新的生物质能源——2,5－二甲基呋喃(DMF)进入了人们的研究领域。2,5－二甲基呋喃（DMF）具有高的能量密度、较好的燃烧性能以及广泛的原料来源成为新的具有前途的生物质能源。. 本项目《2,5-二甲基呋喃发动机非常规排放物生成机理及控制研究》主要通过发动机台架试验及计算分析的方法，研究了柴油中添加一定比例的DMF后，对发动机燃烧及排放特性的影响。通过试验研究发现，柴油中添加DMF后使发动机的着火延迟期增长，燃烧迅速，放热率峰值增大，热效率提高；但在中小负荷下，DMF的加入会降低缸压峰值，过大比例的DMF会使混合燃料燃烧困难，热效率下降。混合燃料中DMF比例超过30%将使燃烧最高爆发压力下降、热效率下降，排放上升，且出现燃烧不稳定的情况。. 从排放来看，常规排放方面，在高负荷下，随着混合燃料中DMF的加入，NOX的排放会增加，且DMF比例越大，NOX的增加会越多，HC及CO的排放却与柴油差不多；在低负荷下，随着混合燃料中DMF的加入，NOX排放明显降低，HC排放也下降，但CO的排却升高；从颗粒物的排放来看，DMF的添加可以显著降低柴油机的碳烟颗粒排放物，使颗粒排放物的总质量下降，颗粒尺寸变小。. 从非常规排放物来看，随着混合燃料中DMF的加入，乙醛的排放比纯柴油燃烧时排放要高，且混合燃料中DMF比例越高，排放越多；1,3-丁二烯的排放则比纯柴油燃烧时低，且DMF比例越高，排放越低；苯的排放也是比纯柴油燃烧时低，且DMF比例越高，苯的排放越低。