摘要
面对严峻的能源危机和环境危机，积极寻找和合理使用替代燃料是缓解能源短缺和环境污染的主要途径之一。醇类燃料是具有前景的替代燃料，不仅来源广泛、清洁可再生、易于储存和运输，而且可以直接在柴油机缸内燃烧。甲醇是一种被誉为液体阳光的清洁燃料，甲醇具有高辛烷值、高汽化潜热值和良好的稀薄燃烧等特点，可以改善柴油机燃烧和排放特性。然而，甲醇和柴油的极性差异较大，互溶性较差，而正丁醇在柴油中的可溶性比甲醇好。因此以正丁醇作为柴油/甲醇混合燃料的助溶剂，形成三元混合燃料，对柴油/甲醇/正丁醇混合燃料柴油机燃烧、性能和排放特性进行实验与仿真研究，有助于为柴油机替代燃料的应用与推广提供理论基础和依据。本文的主要工作内容和结果如下： 首先，使用一维仿真软件AVL-BOOST，研究了不同混合比的柴油/甲醇混合燃料对柴油机燃烧特性、性能和排放的影响。结果表明，随着混合燃料中甲醇比例的增加，缸内压力升高，缸内燃烧温度降低；柴油机油耗增大，扭矩和功率下降，使柴油机动力特性变差。此外，由于甲醇含有氧元素，燃料燃烧充分，使得Soot、NOx和CO排放减少。然而由于缸内燃烧温度降低，增加了淬息效应，使得HC排放增加。 其次，使用三维仿真软件CONVERGE，研究了正丁醇掺混对柴油/甲醇混合燃料柴油机的喷雾、燃烧和排放特性的影响。结果表明，与柴油相比，柴油/甲醇/正丁醇混合燃料改善了柴油机的燃烧特性，提高了缸压，降低了缸内燃烧温度。然而，会使得油耗增加，功率降低，柴油机经济特性变差。此外，使用甲醇和正丁醇作为柴油的替代燃料，可以使得柴油机中的NOx、CO、Soot和HC排放减少。通过对结果的分析得出混合燃料的最佳混合比例为70%柴油+20%甲醇+10%正丁醇（D70M20B10）。 最后，以最佳混合比D70M20B10混合燃料为燃料，研究了预喷射策略对柴油机燃烧、性能和排放的影响。结果表明，柴油机缸压增加了约9.8%~14.57%。然而，预喷射策略的使用，降低了缸内燃烧温度，缩短了点火延迟和燃烧持续时间。此外，采用预喷射策略可以减少柴油机污染物排放，其中NOx排放减少了约46.43%~87.18%，HC排放减少了约24.05%~38.03%，但是会使得油耗增加。通过正交试验设计优化获得最佳预喷射正时和预喷射燃料质量比为-45℃A和0.3。此时缸压峰值为8.83MPa，油耗为304.46g/(kW·h)，NOx排放为168.74ppm。
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