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硕士学位论文

汽油/煤基合成柴油双燃料发动机燃烧优化研究

ResearchonCombustionOptimizationofGasline/Coalto

LiquidDieselDualFuelEngine

20235

汽油/煤基合成柴油双燃料发动机燃烧优化研究

随着能源安全和污染物排放等问题日益严重，汽车的节能减排成为全球关注

的焦点。根据我国能源结构缺油、少气、富煤的特点，发展内燃机的替代燃料可

以充分发掘我国资源多样性的潜力，因此清洁替代燃料在内燃机上的开发及应用

技术得到了广泛的关注。由于传统的内燃机燃烧模式很难实现燃料的高效清洁燃

RCCI

烧，近年来一些内燃机新型燃烧模式被陆续提出，其中反应活性控制压燃（）

燃烧技术由于具有热效率高、污染物排放低及工况范围宽的特点，得到国内外众

多研究学者的关注。近些年随着生产工艺改良煤基合成柴油（CTL）的发展愈发

受到关注，相较于传统石化柴油，煤基合成柴油由于具有优良的理化性质，其十

六烷值高着火特性好，适合作为内燃机的替代燃料且有利于促进煤炭的高效清洁

利用。本研究依托于国家自然科学基金以及吉林省自然科学基金，基于燃料理化

特性与燃烧边界条件协同控制的思想，针对煤基合成柴油在压燃式发动机上应用

的问题展开研究。采用进气道喷射汽油，缸内分别直喷煤基合成柴油和石化柴油

的方式，利用两种不同反应活性引燃燃料（煤基合成柴油和石化柴油）对RCCI

燃烧模式的影响进行了试验对比研究。主要研究内容如下：

1、针对RCCI燃烧模式在小负荷工况下热效率低的问题，采用高反应活性

燃料CTL作为引燃燃料，通过提高混合气反应活性增强燃烧稳定性，进而改善

小负荷下发动机性能，对比分析汽油比例对汽油/CTL和汽油/柴油RCCI燃烧模

式燃烧过程及污染物生成历程的影响规律。研究结果表明汽油/CTL和汽油柴油/

RCCI燃烧模式均存在低温和高温两阶段放热过程，其中汽油/CTL燃烧模式低温

放热比例较高，且低温反应始点相对于汽油石化柴油燃烧落后。同时，随着汽油/

比例增大，RCCI燃烧模式滞燃期延长从而导致燃烧放热重心不断滞后。汽油比

例为85%时得到最佳的燃烧及排放效果。不同汽油比例下，CTL作为直喷燃料

时指示热效率比柴油高3%且燃烧更加稳定，同时CO排放更低，但积聚态微粒

略高。

2、针对进气流量对缸内混合气当量比分层及活化氛围形成有着重要影响等

I

因素，开展进气流量对汽油/CTL和汽油/柴油RCCI燃烧模式燃烧过程及污染物

生成历程的影响研究。研究发现RCCI燃烧模式下增加进气流量有利于促进低温

反应的进行从而缩短滞燃期，同时大幅降低CO、HC和微粒排放。相较于进气

25kg/h0.5831kg/h0.47

流量为（全局当量比），在进气流量为（全局当量比）时，

汽油/CTLRCCI燃烧模式的指示热效率从52.4%提高到54.9%，微粒数量排放下

降60.4%。

3、进气温度的升高利于燃油液滴的快速雾化和蒸发、促进燃料氧化，对混

合气的放热规律有着重要影响，因此开展进气温度对汽油/CTL和汽油/柴油RCCI

燃烧模式燃烧过程及污染物生成历程的影响研究。试验结果表明，进气温度升高

会抑制低温反应的进行。当进气温度从25℃提高到85℃时，由于燃料的蒸发和

雾化效果得到改善，RCCI燃烧模式滞燃期缩短，放热重心提前进而热效率增加，

但NOx排放由于燃烧温度的增加有所上升。相较于柴油，CTL作为直喷燃料时

RCCI燃烧更加稳定，各工况点指示热效率均提高3%，同时进气温度对汽油/CTL

RCCI燃烧模式的热效率提升和微粒排放改善效果更明显。高反应活性直喷燃料

CTL存在最佳进气温度55℃,使得汽油/CTLRCCI