摘要
燃料的理化性质改变了缸内混合气形成过程，对发动机的燃烧排放以及颗粒物理化性质有重要影响，同时常规排放污染物得到了有效的监管控制，非常规污染物因其危害大越来越受到人们的关注。本文基于一台电控单体泵风冷直喷式柴油机，配制不同体积比的RP-3航空煤油与柴油混合成柴油/RP-3混合燃料，通过试验的方法，研究RP-3掺混比对柴油机排放特性以及颗粒物理化特性影响规律，以期为航空煤油/柴油混合燃料在柴油机应用时，为相对应DPF设计、捕集器效率、再生控制策略确定、延长再生周期以及相对应的降低非常规排放技术提供理论依据。主要结论如下： （1）利用缸压传感器、电荷放大器和燃烧分析仪对发动机燃用不同混合燃料燃烧过程进行采集，获取了不同工况、不同RP-3掺混比下滞燃期、燃烧持续期、缸内燃烧压力与温度变化规律。在同一工况下，随着RP-3掺混比增加，滞燃期延长，燃烧持续期缩短，缸内燃烧峰值压力变化不大，其所对应的曲轴转角推迟，缸内最高燃烧温度略有增加。对于同种燃料，随着负荷增加，滞燃期缩短，燃烧持续期延长，缸内最高燃烧温度与压力增加。 （2）利用SESAM-FTIR傅里叶变换红外光谱多组分分析仪对发动机燃用不同混合燃料常规以及非常规排放污染物进行测量和分析，获取了不同工况、不同RP-3掺混比常规排放（CO、THC、Soot、NOx）以及非常规排放（C2H4、C3H6、CH4、AHC、HCHO、MECHO）特性。常规排放物特性表明：在同一工况下，柴油机掺烧RP-3航空煤油后，能在NOx升高较少的情况下，大幅度降低soot排放，改善NOx与soot折中关系，但THC排放整体呈上升趋势，CO在大负荷降低，在中小负荷升高。非常规排放物特性表明：对于同一工况，随着RP-3掺混比增加，C2H4、C3H6、CH4、AHC排放升高，HCHO、MECHO排放在大负荷呈现降低趋势，在中小负荷整体升高。对于同种燃料，C2H4、C3H6、CH4、AHC、HCHO、MECHO排放随负荷增加而降低。 （3）基于不同工况、不同RP-3掺混比透射电镜图与拉曼光谱，通过分形维数法与五带拟合法，结合MATLAB与ImageJ软件，分析了颗粒物整体微观形貌、团聚程度、初级碳粒子平均直径以及有序程度。对于同一工况，随着RP-3掺混比的增加，颗粒物的形状没有太大变化，整体呈现链状、团状；颗粒物计盒维数整体在1.59~1.98，略有增加，颗粒微观结构更加紧凑；初级碳粒子平均直径降低，整体在24.67~34.71nm间；颗粒物的石墨化程度提高，无定形碳含量降低，颗粒物的碳排列结构更加有序。对于同种燃料，随着负荷增加，计盒维数增加，颗粒物堆叠程度提高，石墨化程度升高，无定碳成分降低。 （4）通过热重分析仪对不同工况、不同RP-3掺混比颗粒物热解，获取颗粒物热重特性曲线TG与微商热重特性曲线DTG，分析颗粒物氧化特征温度与表观活化能变化规律。不同工况、不同掺混比颗粒物氧化区间温度为500~720℃，氧化所需能量在98.8~150.6kJ·mol-1间。对于同一工况，柴油机掺烧RP-3航空煤油后，起燃温度（Ti）、失重速率峰值温度（Tp）与燃尽温度（Te）升高，表观活化能增加，颗粒物氧化活性降低，颗粒更难氧化。对于同种燃料，氧化特征温度与表观活化能随负荷的增加而增加，氧化所需要能量的增加。
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