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宽馏分燃料(WDF)指馏程范围覆盖汽油初馏点到柴油终馏点的石油基燃料。宽馏分燃料能够实现传统汽油和柴油理化特性的互补,降低压燃式发动机排放,提升石油基燃料的总体能量利用效率。本文以实现压燃式发动机全负荷范围高效清洁燃烧为目标,利用台架试验对宽馏分燃料的预混低温燃烧进行了燃料设计和燃烧模式优化,利用数值模拟解析了其燃烧过程和排放物生成机理。首先,在原理性单缸柴油机上研究了用市售汽油和柴油混合得到的汽柴宽馏分燃料在预混低温燃烧时的燃烧和排放特性。发现提高燃料十六烷值能显著提高低负荷燃烧稳定性,高负荷碳烟(soot)排放随十六烷值和中均沸点的降低而降低。以兼顾低负荷燃烧稳定性和高负荷排放为目标,获得了十六烷值为39-48,中均沸点为155-180°C,20°C时燃料的粘度为1.2-2.0 mm~2/s的汽柴宽馏分燃料主要设计原则。基于该原则提出了添加十六烷值改进剂和直接生产全馏分燃油两套燃料制备方法。为了进一步改善宽馏分燃料预混低温燃烧的排放性能,提出了利用聚甲氧基二甲醚(PODE)高十六烷值高含氧的特性调质汽柴宽馏分燃料配制成含氧宽馏分燃料(GDP)的方案。相比于汽柴宽馏分燃料,GDP燃料低负荷工况下有更好的燃烧稳定性和燃油经济性,高负荷工况下能够改善NO_x与soot的两率相悖的关系。将GDP燃料与多段分区预混压燃燃烧相结合,进一步改善了预混压燃中存在的放热过于集中的问题,相同压升率条件下可节油5-10%。为解析宽馏分燃料的燃烧机理,用Converge软件耦合表征燃料简化化学反应机理构建了汽柴宽馏分燃料的三维燃烧数值模型。分析发现:低负荷工况宽馏分燃料较长滞燃期使挤流区域中存在大量过稀混合气是其燃烧质量差的原因;而高负荷工况宽馏分燃料soot排放低的原因是,高挥发性使喷雾下游燃空当量比下降,同时,喷油在着火前结束避免了过浓混合气直接喷入高温已燃区域。应用Joback法估算了PODE的临界参数,基于估算的临界参数,采用基团贡献法估算了PODE的物性数据,建立了PODE物性数据库。在原理性单缸发动机上,研究了不同燃空当量比和废气再循环比例下的PODE均质预混压燃(HCCI)燃烧放热特性。类比烷烃化学反应动力学的构建过程,开发了PODE化学反应动力学机理。利用PODE HCCI燃烧的试验结果对该机理的可靠性进行了验证。