DMF-柴油混合燃料低温燃烧基础理论研究

结合发动机台架试验、数值模拟和光学诊断，研究二甲基呋喃(DMF)-柴油混合燃料低温燃烧基础理论。主要研究内容包括：不同比例的DMF-柴油混合燃料理化特性的评价，混合气特性和燃料特性分析，在此基础上系统地研究混合燃料的喷雾特性，定量研究缸内混合气汽/液相浓度分布特性、当量比分布特性以及喷雾体内的温度分布特性；低温燃烧中间产物和自由基的演化历程，混合燃料碳烟生成机理和缸内分布特性，并从动力学角度研究DMF对混合燃料燃烧反应动力学机理的影响；采用独立的高压共轨燃油喷射系统和可调的进气增压系统，系统研究DMF-柴油混合燃料的低温燃烧特性和排放特性，提出适合于低温燃烧的DMF比例，探索DMF-柴油混合燃料实现高效清洁燃烧的控制策略。这些研究对发展柴油机低温燃烧技术有重要的理论意义，对推动DMF在发动机上的应用和缓解能源危机有重要的战略意义和经济意义。

虽然DMF理化特性与汽油相似，且之前的研究者研究表明在点燃发动机上其性能与汽油差异较小，但本项目研究结果表明，在压燃发动机上其燃烧和排放特性与汽油差异较大，主要为滞燃期的影响。DMF-柴油混合燃料可大幅降低碳烟排放，当DMF比例达到40%（D40）时，可在整个EGR率区实现无烟燃烧，Soot-Bump区消失，解决了NOx和碳烟之间的矛盾关系，且经济性和其它排放性能没有恶化。碳烟的大幅降低和混合燃料滞燃期延长有直接关系，滞燃期的延长导致燃烧噪声变大，即出现的碳烟和燃烧噪声之间的矛盾。在混合燃料中加入十六烷值添加剂硝酸异辛脂（EHN）后，燃烧噪声大幅降低。在D40燃料中，当EHN比例达到2%时，燃烧噪声达到了纯柴油的水平，但和纯柴油相比，碳烟排放降低85%以上，即EHN的添加解决了碳烟和燃烧噪声之间的矛盾关系，这也为低温燃烧模式中燃料的改进提供了一种思路。随EGR率变大，NO所占比例先降低后升高，NO2所占比例先升高后降低，DMF的加入在整个EGR率区内都会增加NO2所占比例，但其可降低CH4和HCHO比例。在燃烧和排放性能上，相同比例的DMF-柴油与正戊醇-柴油混合燃料差异都较小，但比正丁醇-柴油混合燃料降低碳烟的效果明显。通过光学诊断表明，含氧燃料的添加降低了燃烧火焰温度和火焰面积，减少了燃烧过程中的碳烟排放。