在经济社会高速发展的今天,能源与环境问题逐渐成为人类所面临的两大重点课题,这给汽车行业未来的可持续发展带来了严峻的挑战。内燃机高效清洁的燃烧过程为未来汽车产业的发展指明了方向。本文基于定容燃烧弹试验平台,从燃料组分和热氛围两个角度出发,针对燃料-空气的均质混合气在理论当量比下燃烧的完全性问题,进行试验研究,以燃料燃烧效率作为燃烧完全性的评价指标,分析了燃料组分和热氛围协同作用对燃料燃烧完全性的影响,并结合燃料的排放特性,提出了旨在改善燃料燃烧完全性的燃料组分优化方案。首先进行燃料组分的筛选,此过程借鉴了国内外的研究成果,选取正庚烷、异辛烷、甲苯三组分体积掺混比例为1:1:1的TRF燃料为本试验研究过程的基础燃料,同时,选取甲苯、乙醇、ETBE、环戊酮、二异丁烯、呋喃六种不同族系的燃料为添加燃料,按10%的体积添加比,掺混至基础燃料中,得到本试验研究的优化燃料组分,最终的试验燃料包括基础燃料TRF及六种优化燃料组分。在试验边界条件的确定上,本研究选择发动机燃料燃烧完全性较差的小负荷区域作为优化对象,针对不同燃料组分和燃烧热氛围的情况,对此小负荷工况的不完全燃烧情况进行优化。因此,本试验研究选择1.6MPa为初始进气压力,50℃为初始进气温度,应用理论当量比下的均质混合气,在温度为50℃、80℃、110℃、140℃、170℃、200℃六组均匀稳定的热氛围环境下进行燃烧反应试验。在试验过程中,记录燃烧弹内燃烧过程的压力和温度变化,以及燃烧尾气中CO、HC、NO_X等气相排放物和颗粒物的排放情况。接着,在获得试验数据后,为计算燃料组分的燃烧效率,以便完成燃料燃烧完全性的分析,本文对燃烧效率的计算方法进行了探讨,提出了基于能量平衡的燃烧效率计算方法,并通过混合气在燃烧室内燃烧实际过程的分析,建立计算模型,对此方法进行了完整的数学描述,获得了基于能量平衡的燃烧效率计算方法的数学表达式。进一步,根据试验数据,将基于能量平衡的燃烧效率计算方法与基于排放物分析的燃烧效率计算方法进行对比和分析,讨论其应用效果,确定了更为准确可靠的燃烧效率计算方法,为后续燃料燃烧特性的分析提供理论支持。最后,应用前面确定的燃烧效率计算方法对试验数据进行分析,探讨燃料组分和热氛围协同作用对燃料燃烧完全性的影响,并结合燃烧过程CO、HC、NO_X和颗粒物的排放情况,筛选能够在较宽温度区间内燃烧完全性好且排放特性优的燃料组分,提出了旨在改善燃料燃烧完全性的燃料组分优化方案。研究结果表明:(1)燃料燃烧的完全性受燃烧热氛围的影响。温度的升高可以促进燃料的氧化,使得燃料具有较高的燃烧效率,燃料燃烧完全性得到明显改善。在170℃-200℃温度范围内,燃料的燃烧效率基本都达到85%以上,尤其在200℃时,几种燃料组分的燃烧效率都接近或超过了90%。(2)燃料燃烧的完全性也取决于燃料组分的差异。基础燃料中,甲苯和二异丁烯的等体积添加,使得燃烧效率得以改善,在不同温度的燃烧热氛围下,均表现出好的改善效果。在温度为80℃时,两种燃料的添加使得燃烧效率由75.9%分别升高到82.7%和84%,而在温度为170℃时,同样的燃料组分变化使得燃烧效率由87.9%分别升高到89.9%和93.4%。体现了甲苯和二异丁烯两种燃料在促进燃料完全燃烧方面对不同温度的热氛围适应性较好,两种燃料可以在较宽温度区间内保持较好的燃烧完全性。(3)针对燃料燃烧的完全性问题,甲苯和二异丁烯的等体积添加,使得燃料的燃烧效率得以明显改善,且在不同温度的燃烧热氛围下,均表现出较好的改善效果,因此,其可以在较宽温度区间内保持较好的燃烧完全性。但添加甲苯的燃料组分在排放方面表现不佳,其在不同燃烧热氛围下的NOx和颗粒物排放均高于其他燃料组分,使得其难以成为理想的燃料添加组分。而燃料二异丁烯的添加,使得燃料在CO、HC和NOx的排放方面具有较好的表现,且其添加对颗粒物的生成产生了抑制作用,在不同的燃烧热氛围下,颗粒物排放的质量浓度始终维持在了一个相对较低的范围。因此,可以认为,在本研究过程选取的几种添加燃料中,二异丁烯是改善燃料燃烧完全性问题较为理想的燃料组分,这为未来燃料组分的优化提供了参考。