汽油组分对发动机性能有着至关重要的影响,目前汽车行业多集中于汽油组分对发动机排放的影响研究,尚缺少对动力性及经济性的研究,且炼油厂与发动机之间存在互相割裂的问题。因此本文从高功率发动机动力及经济性提升的角度探索符合我国实际需求与生产的汽油构型,搭建汽油组分与发动机间的关联性,同时为后续燃油标准的制定提供参考。本文主要内容集中在如下两部分:一、在一台自行搭建的2.0T增压直喷汽油机上对汽油中芳香烃及环烷烃展开研究。首先对芳烃进行定性与定量研究:1.细化芳烃分子结构—对不同碳原子数芳烃及不同甲基数芳烃单体分别进行单因素试验研究;2.研究芳烃(三甲苯)含量对发动机性能的影响。再者探讨环烷烃表征物环己烷对发动机性能影响并与芳烃表征单体三甲苯予以对比,研究“以环代芳”的可能,减少苯及多环芳烃的排放,为进一步优化燃油构型提供依据。结论如下:(1)研究了不同碳原子数C9~+、C8、C7芳烃对发动机性能影响。结果表明:随着芳烃碳原子数减少,缸压峰值及放热率峰值略有升高,发动机外特性转矩有所提高。C7芳烃转矩高出C9~+约5N·m。低转速中低负荷区随着碳原子数减少,燃油消耗率减少,C7较C8芳烃平均节油率约1.49%。(2)研究不同甲基数的甲苯、二甲苯、三甲苯芳烃单体对发动机性能影响。甲苯外特性转矩最高,较基准油提升约4%-5%;三甲苯在中低速极限转矩提升率达5.6%;二甲苯转矩平均比基础油略高2N·m,略有提升。燃油经济性:均在低速小负荷存在节油区间,二甲苯在三种芳烃中燃油消耗率稍高,甲苯较二甲苯油耗率降低约为4.01%-4.32%,三甲苯较二甲苯平均降低约3.84%-5.2%。(3)研究了芳烃(三甲苯)含量对发动机性能影响。结果表明:全负荷时随着三甲苯比例增加,缸内最高爆发压力及放热率峰值有所下降,外特性转矩有所下降;燃油消耗率随着三甲苯比例的增加有所上升,但程度较小。小负荷下三甲苯比例升高可使燃烧始点提前,缩短燃烧持续期,提高燃烧定容度。(4)环己烷对发动机性能的影响及与三甲苯对比分析。结果表明:全负荷下环己烷转矩高于三甲苯约2.5%。小负荷下环己烷放热率峰值及缸内最高爆发压力均高于三甲苯,燃烧持续期变短,改善了燃油经济性;大负荷下由发动机ECU自身调节的爆震反馈控制系统决定的点火提前角推迟,导致燃烧相位推后,燃烧定容度、缸内最大爆发压力及放热率峰值较三甲苯有所下降。二、基于试验结论及数据分析方法进一步提出面向提升高功率发动机动力性及常用工况区(转速<2400r/min,负荷≤100N·m)下的经济性目标。结论如下:(1)基于相关算法提高上述数据拟合精度,以便更精确分析燃油组分与发动机间的关联性。以样条函数拟合各燃油外特性转矩数据;以遗传算法改进后的BP神经网络拟合各工况点的燃油消耗率,拟合相关系数R值高于0.99,验证了拟合方法的可靠性。基于此拟合结果利用单因素敏感性分析研究不同芳烃因素对发动机动力性、经济性敏感程度,并得出结论:a.动力性敏感性大小:芳烃单体>芳烃(三甲苯)比例>芳烃碳原子数。b.燃油经济性:芳烃单体>芳烃碳原子数>芳烃(三甲苯)比例,但敏感度差异性较小。(2)基于试验所得结论及敏感因素分析考虑多因素协同优化,优选所研究组分中燃烧速度快且分子量较小的组分与其他组分联合,进一步优化燃油构型:提高动力性为主导的甲苯+高烯烃燃油;优化芳烃自身结构的甲苯+二甲苯+三甲苯混合芳烃燃油;环烷烃取代部分芳烃的甲苯+高环烷烃燃油,并进行试验验证。动力性:三种燃油动力性均高于市售汽油。中低速下甲苯+高烯烃转矩平均提高3.6%-4%,全工况平均提升约2.96%;甲苯+高环烷烃全工况提升约1.93%;混合芳烃中低转速极限提高约5%,整体提升约1.025%。燃油经济性:低速小负荷区,甲苯+高烯烃平均节油率约2.06%;甲苯+高环烷烃燃油极限节油率可达3.2%,中低负荷平均节油率约1.26%;混合芳烃在40%负荷率内节油率为1.08%。全工况内,三者节油率在0.9%-1.2%之间,综上可得,三种燃油均在低速小负荷下对燃油经济性有较大提升。