柴油发动机因具有良好的动力性和经济性仍占据着重要地位,广泛应用于乘用车、商用车、工程机械、农用机械、船舶等运输工具。面对日益严苛的排放法规,柴油发动机必须解决NO_X和碳烟排放较高的问题。向柴油中添加含氧燃料,对探索新型清洁能源和实现柴油发动机高效清洁燃烧具有重要意义。在众多以木质纤维素为原料生产的第二代生物燃料中,环戊醇作为一种前景广阔、环境友好的汽车替代生物燃料具有巨大的潜力。本文在柴油中分别添加10%和20%体积比例的环戊醇(记为D90CP10和D80CP20);首先,研究了环戊醇/柴油混合燃料的理化特性;其次,选择三种喷射压力(100、120和140MPa)和四个喷射正时(曲轴转角分别为-6,-9,-12和-15°CA ATDC),利用定容燃烧弹和光学发动机来研究添加环戊醇对柴油喷雾和燃烧特性的影响。使用双色法处理高速摄影法拍摄的容弹喷雾和燃烧过程图像和光学发动机缸内燃烧图像,对比试验结果,得到如下结论:(1)随着柴油中环戊醇添加比例的增加,混合燃料的粘度、密度、表面张力和汽化潜热逐渐升高,十六烷值和低热值逐渐降低。(2)容弹喷雾特性试验结果表明,在所有喷射压力条件下,环戊醇-柴油混合物的喷雾锥角均小于柴油,D80CP20均能提供最长的喷雾贯穿距。喷雾面积表明了在所有喷射压力条件下添加环戊醇可以改善空气和燃料的混合。(3)容弹燃烧特性试验结果表明,对于同种燃料,增加喷射压力可以降低发光强度INFL和KL因子。此外,在所有喷射压力下,燃料的INFL和KL随环戊醇掺混比增加而降低,D90CP10和D80CP20的碳烟与D100相比分别减少了12.7-58%和36.9-89.2%,这是由于环戊醇对空气燃料混合的物理作用以及对碳烟形成和氧化的化学作用;发光强度和火焰浮起长度结果分析表明,环戊醇的加入能有效地加速燃烧过程,同时,低喷射压力条件有利于抑制低环戊醇低热值和低燃烧速度对燃烧过程的不利影响,在高压喷射条件下,环戊醇的加入将增加不完全燃烧损失。(4)光学发动机燃烧分析表明,增加喷射压力和提前喷油时刻可以减弱环戊醇对热力学燃烧结果的不利影响,并增强环戊醇在促进放热方面的积极作用。添加环戊醇有利于改善指示热效率。对于放热和做功,D90CP10是比D80CP20更好的替代燃料,特别是在-12°CA ATDC喷油时刻,140MPa喷射压力下。(5)光学发动机燃烧图像研究发现,与柴油相比,环戊醇-柴油混合燃料在整个燃烧过程中形成的碳烟排放量降低,这是添加环戊醇后喷雾和雾化质量改善,氧化作用加强,燃烧温度提高和碳烟形成受到抑制的共同结果。此外,喷射压力增加或喷油时刻提前能促使燃料空气更好的混合,抑制了碳烟的形成,但同时也减弱了添加环戊醇对降低碳烟的积极影响。D90CP10与D80CP20相比,在喷射压力和喷油时刻的优化方面具有更多优势。