近些年来,全世界的汽车行业持续迅猛发展,许多的新技术层出不穷,但对于整个汽车行业来说,最值得关注的问题始终在于如何找到能源危机的解决办法。在当前的整体大环境下,除了创新和提高发动机的技术来解决该问题以外,另一个值得关注的途径是寻找可替代燃料。公众越来越关注将含氧燃料作为一种燃料添加剂,加入到汽油或其他的化石燃料中以解决当前的燃料经济性和环境问题。在各种第二代生物燃料中,醇类在提高发动机性能和减少污染物排放上有巨大潜力,目前在汽油机领域已被广泛研究的醇类生物燃料包括丁醇,乙醇等。其中正丁醇的优势极为突出,因其性质和汽油十分相似,包括正丁醇便于通过管道运输,自身含有疏水性,空燃比和汽油的空燃比十分接近,能量密度比乙醇要高将近30%等。但正丁醇被用于发动机中存在着生产成本问题,从ABE混合物中回收和脱水丁醇的高成本和低生产效率已禁止工业规模生产丁醇[1],而丙酮-丁醇-乙醇(ABE)则是由生产生物丁醇的过程中衍生出的中间产物,如果可以直接使用ABE作为汽油的替代燃料直接参与清洁燃烧,则可以省去分离生物丁醇的步骤,从而大大降低成本并提高效率。ABE的成分体积百分比约为丙酮22-33%,丁醇62-74%,乙醇1-6%(约为3:6:1),其喷雾与燃烧特性和正丁醇极为相似,其可以在保证发动机动力性的前提下有效的减少排放,作为汽油的替代燃料十分具有潜力。本文将ABE和汽油混合作为掺混燃料,在实验前将丙酮-丁醇-乙醇按天然生物发酵的体积比3:6:1混合,作为整体的ABE溶液,随后再将其与汽油预混合成为ABE/汽油掺混燃料,通过改变掺混燃料中ABE的体积比来作为主要实验变量,其他实验参数包括过量空气系数,点火时刻以及转速负荷等,在不同工况下探究通过改变ABE/汽油掺混燃料中ABE的体积比对直喷汽油机燃烧特性和排放特性的影响规律。本文得出的结论包括以下几点:(1)研究了在不同过量空气系数下,ABE/汽油掺混比对缸内燃烧状况,气体排放和微粒排放的影响规律。发现ABE100%的滞燃期比其他掺混比例的滞燃期长,在向ABE中添加小比例汽油即可有效改善这一现象。随ABE掺混比例增加,主燃期缩短,缸压峰值和最大放热率逐渐上升。因ABE燃料性质不同,使喷油量产生差异,导致了进气状态发生改变,进气效率得到提升,同时由于ABE层流火焰速度快,使IMEP呈上升趋势。随ABE掺混比的增加,CO整体排放量减少,未燃HC排放下降,NOx的排放先下降后上升。微粒数量会随ABE的添加而迅速减少,积聚态微粒下降速度大于核态微粒下降速度,ABE自身携氧可有效将积聚态微粒氧化为核态微粒。(2)研究了在不同点火时刻下,ABE/汽油掺混比对缸内燃烧状况,气体排放和微粒排放的影响规律。在定点火时刻条件下ABE100%的缸压峰值和最大放热率明显小于ABE0%-ABE75%,由于ABE100%滞燃期较长,推迟点火使其在做功行程燃烧,损失了膨胀功。ABE0%-ABE75%在15°CA BTDC左右获得最佳点火提前角,ABE100%的最佳点火时刻约为20°CA BTDC。ABE100%在稀燃模式下对点火时刻的变化很敏感。随ABE掺混比的增加,IMEP逐渐升高,CO排放降低,NOx排放先降低后升高,HC排放对点火时刻的敏感度降低。ABE的掺混比增加时,额外增加的氧含量在小粒径微粒转化为积聚态微粒的过程中也不断将其氧化,使其维持在了核态微粒。在各点火时刻下,微粒总数量浓度都随ABE的增加而显著降低。在ABE50%的掺混比下,微粒总数量浓度随点火时刻的变化出现了波动,分析是ABE蒸发吸热与ABE携氧相互作用造成的。(3)研究了在不同转速下,ABE/汽油掺混比对缸内燃烧状况,气体排放和微粒排放的影响规律。不同ABE的掺混比下的缸压峰值,最大放热率和IMEP对转速的变化并不敏感。随ABE比例的增加,CO排放下降,NOx排放先下降后上升。HC排放随转速变化受缸内温度,缸内气流运动和曲轴转角时间的综合作用。1200r/min转速下微粒的粒径呈三峰分布,随着掺混比的增加,微粒数量整体下降,积聚态微粒下降速度大于核态微粒下降速度,微粒整体数量浓度随转速的提高呈先上升后下降的趋势,在2100r/min处达到最低值。(4)研究了在不同负荷下,ABE/汽油掺混比对缸内燃烧状况,气体排放和微粒排放的影响规律。随ABE掺混比增大,中小负荷下缸压峰值逐渐上升,大负荷下缸压峰值先上升后下降,IMEP和最大放热率上升,CO和HC排放出现下降趋势,NOx排放先下降后上升。在掺混ABE后,纳米级的微粒数量随负荷增加而急剧增加,在各负荷下,微粒的总数量浓度随ABE的添加而显著降低。