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随着环境污染和能源危机的进一步加剧,人们对内燃机的排放和经济性提出了愈发严苛的要求。调整燃料特性是优化发动机燃烧排放性能的重要方式。燃料化学组分是决定燃料特性的根本因素,了解燃料重要组分影响发动机燃烧和排放的规律和机制对于燃料组分设计及发动机性能优化具有重要意义。实际汽油燃料成分复杂,为了简化研究,本文选用正构烷烃、异构烷烃、芳香烃、烯烃和环烷烃物质构建了九种汽油模型燃料。其中,选用正庚烷、异辛烷、甲苯、二异丁烯和环己烷调制基础五组分模型燃料CDTRF。在此基础上,分别通过变化异构烷烃、芳香烃、烯烃和环烷烃种类得到CDTRF-MB和CDTRF-MP、CDTRF-OX和CDTRF-EB、CDTRF-P和CDTRF-H以及CDTRF-MH和CDTRF-EH八种衍生五组分模型燃料。每种衍生模型燃料相对基础模型燃料有且只有一种组分种类不同,本文将衍生模型燃料相对基础模型燃料所特有的这种组分称为衍生模型燃料的特征组分。九种模型燃料的研究法辛烷值均通过调整正庚烷与目标特征组分的摩尔比例保持为95。上述试验燃料的转速特性与负荷特性试验在一台缸内燃油直喷（GDI:Gasoline Direct Injection）四缸汽油机上展开。本文首先对比研究了基于相同烃类不同特征组分的模型燃料与95#汽油在燃烧相位、排放特性和燃油经济性上的差异,之后综合分析了所有模型燃料与汽油在不同转速与负荷下的燃烧与排放特性。结果显示,在大多数工况,模型燃料的燃烧相位明显滞后于汽油,有着更长的火焰发展期。就排放特性而言,汽油的氮氧化物（NOx:Nitrogen Oxides）排放在所有测试工况均略高于模型燃料。中小负荷下,汽油的总碳氢（THC:Total Hydrocarbons）排放、可挥发性有机物（VOCs:Volatile Organic Compounds）排放及臭氧生成潜势（OFP:Ozone Formation Potential）均低于模型燃料,大负荷下则相反。所有模型燃料中,CDTRF的VOCs排放和OFP在所有测试工况都相对较大。模型燃料的颗粒物排放（PM:Particulate Matter）在中小负荷下明显高于汽油,大负荷下则相反。中等负荷下颗粒物指数（PMI:Particulate Matter Index）与PM排放的线性相关度低于小负荷和大负荷,即是中等负荷下燃料组分的理化性质对PM排放影响相对较小。在大负荷下,高PMI燃料的颗粒物排放大约是低PMI燃料的3倍。基于燃料反应动力学及理化特性的分析发现,在中等转速下,更多的短链烯烃一定程度上会加速燃料的燃烧放热;在高转速下,异构烷烃对燃烧相位的影响最大,更多的异构烷烃能使燃烧相位提前。研究还发现,对于异构烷烃、环烷烃和芳香烃,它们的碳链结构越短,相应模型燃料的火焰发展期越短,燃烧相位越提前;对于烯烃而言,烯烃化学结构中用于燃料初始分解反应的H原子和脱氢位点越多,对应模型燃料的火焰发展期越短,燃烧相位越提前。就试验燃料的排放特性而言,燃料中长碳链组分不利于整机THC排放,而烯烃、芳香烃和环烷烃组分则不利于NOx排放且易使得CO排放恶化。对于非常规排放,燃料组分中异构烷烃的碳链长度越短,其小分子非常规排放越高（比如乙烯、乙炔和甲醛）,C3以上的非常规排放越低（比如丙烯、异丁烯和异戊烯）。此外,除了醇类排放,其余非常规排放均随着燃料中烯烃碳链长度的增加而增加。由此表明,燃料燃烧过程中更多的初始反应路径既能加速反应的进行,同样也会增加小分子非常规排放。环己烷的支链结构有利于降低燃料燃烧的非常规排放,相对于乙基支链,甲基支链的作用更明显。苯的支链结构会有效抑制燃料的初始反应,减小除芳香烃类排放外其余小分子非常规排放物的产生。模型燃料中特征组分的分子结构对VOCs影响很大。特征组分的碳链结构越长、双键数量越多、环结构的支链结构越长,VOCs排放和OFP越高。另外,相对于烯烃与异构烷烃,芳香烃与环烷烃更加不利于整机VOCs排放。分析燃料颗粒物排放发现,在小负荷下,碳烟前驱物主要来自于带苯环自由基团的脱氢与脱支链反应。燃料组分中更多的环烷烃与芳香烃不利于整机的颗粒物排放。因此,CDTRF-OX（特征组分:邻二甲苯）和CDTRF-EB（特征组分:乙基苯）的PM排放相对较高。在大负荷下,燃料特征组分的双键当量比和质量占比对燃料的PM排放影响更大。由于汽油中大分子芳香烃和环烷烃组分（≥C9）更多,这些大分子组分的双键当量比和质量占比更大,反应产生的乙烯与乙炔等碳烟前驱物更多,故汽油的PM排放显著高于模型燃料。另外,在中小负荷下,相对于其他烃类,烯烃更加不利于PM排放;在大负荷下,则是芳香烃更易使得PM排放恶化。对于发动机燃油经济性,在大部分工况下,CDTRF-MB、CDTRFMP、CDTRF-P与CDTRF-H的有效热效率均高于汽油;相反地是,CDTRF-OX与CDTRF-EB的有效热效率低于汽油（高转速中等负荷下除外）。