面对日益严峻的能源危机和逐渐加剧的环境污染问题,寻找高效清洁的替代燃料成为缓解石油能源压力和减少发动机污染物排放的重要途径之一。生物柴油作为清洁可再生的替代燃料,可以与化石柴油以任意比例掺混在柴油机上直接应用,并且能够明显降低柴油机颗粒物排放,已成为内燃机领域研究的热点。因此,本文基于课题组自行开发的柴油机颗粒物取样分析系统,针对生物柴油分子结构间的差异对燃烧过程、颗粒物数量浓度、微观形态以及基本碳粒子微观结构的影响规律进行了研究。取得的主要研究成果如下:1.随着碳链长度增加,滞燃期缩短,燃烧开始时刻提前,燃烧持续期增长,预混燃烧比例减小。双键的增加会造成滞燃期增长,燃烧开始时刻推迟,燃烧持续期缩短,预混燃烧比例以及最大缸内压力增加。与油酸甲酯相比,燃用油酸乙酯滞燃期较长,最大缸内压力较低。此外,随着负荷的增加,燃用六种燃料的预混燃烧比例均逐渐减小,扩散燃烧比例均逐渐增大。2.随着碳链长度的增加,核态颗粒物和总颗粒物数量浓度在中低负荷时逐渐降低,在高负荷时呈现先增加后降低的变化趋势;聚集态颗粒物数量浓度整体上呈现先增加后降低的趋势。随着双键的增加,核态颗粒物和总颗粒物数量浓度均增加,聚集态颗粒物数量浓度降低。与油酸甲酯相比,燃用油酸乙酯核态颗粒物和总颗粒物数量浓度较低,而聚集态颗粒物数量明显增加。3.柴油机排放颗粒物主要由准球形的基本碳粒子团聚而成,呈现出不规则的几何形状,具有分形特性。随着碳链长度的增加,分形维数先减小后增加;双键的增加会降低颗粒物的分形维数;与油酸甲酯相比,燃用油酸乙酯所生成的颗粒物分形维数更大。此外,随着负荷的增加,燃用六种燃料所排放颗粒物的分形维数均呈现先减小后增加的变化趋势。4.燃用生物柴油生成颗粒物的基本碳粒子多数为内核-外壳的洋葱状微晶碳结构,燃料分子中的双键会改变基本碳粒子的内核结构。随着碳链长度增加,基本碳粒子平均粒径逐渐增加;双键的增加会降低基本碳粒子平均粒径;与油酸甲酯相比,燃用油酸乙酯生成颗粒物基本碳粒子平均粒径较大。此外,随着碳链长度增加,基本碳粒子的微晶层间距和曲率先减小后增加,微晶尺寸的变化趋势则正相反。双键的增加会导致基本碳粒子层间距和微晶曲率增大,微晶尺寸减小。与油酸甲酯相比,油酸乙酯微粒的层间距和曲率较小,而微晶尺寸较大。