文档介绍：2,5-二甲基呋喃-柴油混合燃料的燃烧及排
放性能试验研究

Experimental study of the effects of
2,5-dimethylfuran addition bustion
and emissions in a diesel engine

学科专业:动力机械及工程
研究生:徐佳
指导教师:尧命发研究员

天津大学机械工程学院
二零一二年十二月
独创性声明

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摘要

面对化石燃料的不断消耗以及由此带来的温室效应问题,人们开始日益重视
具有可再生以及碳中性等特点的生物质替代燃料。2,5-二甲基呋喃(DMF)作为
新型生物质燃料具有广泛的原料来源和适于发动机应用的理化特性,是一种极具
潜力的内燃机替代燃料。DMF 具有低十六烷值、含氧、低沸点等理化特性,理
论上有助于改善柴油机低温燃烧的燃烧特性和排放性能,但目前 DMF 在柴油机
上的研究还鲜有报道。
本研究在一台电控高压共轨柴油机上进行。首先在中高比例 EGR 低温燃烧
条件下,对柴油掺混不同比例 DMF 燃料对发动机的燃烧、性能、常规及非常规
排放进行了研究。结果表明:随着 DMF 掺混比例提高,混合燃料燃烧放热速率
增大,缸内最大爆发压力以及最大压升率增大。在相同的燃烧相位下研究表明,
DMF 的加入使指示热效率在低 EGR 率时略有降低,而在大 EGR 率时略有升高;
DMF 比例的增大使 NOx 排放中的 NO2 比例增大,使 THC 排放中 CH4 比例减小,
HCHO 比例增大。对于 40%比例 DMF 燃料,其在 Soot-Bump 区内的碳烟排放几
乎为零;适当推迟 CA50 放热时刻可有效降低最大压升率和 NOx 排放,同时能保
证超低的碳烟排放以及较理想的热效率,但 THC 和 CO 排放将增大。
本文通过设计几种掺混燃料进行对比,分析了 DMF 的十六烷值、含氧特性、
挥发性和粘度等燃料理化特性在不同 EGR 率下对柴油机燃烧与排放特性的影
响。结果表明:DMF 的十六烷值是影响燃烧特性最主要的因素;随着 EGR 率的
增大,DMF 对碳烟排放的降低作用越明显,特别是对 Soot-Bump 区的碳烟降低
显著。在本试验工况下,DMF 比例为 20%时,DMF 降低碳烟最主要原因是由于
燃料的低十六烷值增加了燃烧前的预混合过程,其次是燃料中含氧的作用,而挥
发性和粘度以及燃料稀释作用影响小;DMF 的加入使 NOx 排放升高,而这一影
响随着 EGR 率的增大而减小;在整个 EGR 率范围内,柴油-DMF 混合燃料与纯
柴油的 THC 排放与 CO 排放基本相当;在十六烷值越低、EGR 率越高的条件下,
十六烷值的变化对柴油机燃烧与排放的影响更大。

关键词: 2,5-二甲基呋喃;燃料特性;废气再循环;低温燃烧;排放
ABSTRACT

Facing the increasing significant energy issues and global warming caused by the
consuming of the fossil fuel, people begin pay more and more attention to the biofuels
which is renewable and carbon-neutral. As the second generation of biofuels,
2,5-dimethylfuran (DMF) have extensive