柴油机碳烟和氮氧化物等有害物排放是制约柴油机发展的重要因素。对于农用柴油机,从经济性考虑出发,不宜将车用柴油机排放控制后处理装置运用到农用柴油机上。本文从燃烧本质出发,通过燃油改质和燃烧室设计两种方案,进行农用柴油机清洁燃烧的燃烧排放性能试验研究。燃油改质方案拟通过柴油掺烧含氧燃料改善柴油机的燃烧排放。农用柴油机掺烧醇类燃料燃烧排放性能的对比试验研究结果表明,与纯柴油相比,正丁醇柴油和乙醇柴油的滞燃期较长,最大放热率峰值升高,最大爆发压力推迟。中等转速1500r/min时,正丁醇柴油和乙醇柴油的动力性优于纯柴油,高转速2000r/min时,正丁醇柴油和乙醇柴油与纯柴油动力相当。正丁醇柴油比乙醇柴油经济性要好。正丁醇柴油的NOx排放大多数工况下低于纯柴油且降低效果较乙醇柴油更为明显,而乙醇柴油在标定转速中高负荷工况时NOx排放高于纯柴油。醇类柴油的Soot排放比纯柴油降低,正丁醇柴油相对于乙醇柴油抑制碳烟生成的工况点更多,在标定点的Soot可降低60%。燃烧室设计方案拟通过直喷燃烧室主副燃烧室结构的设计使直喷燃烧室具有涡流燃烧室的优良排放。本文开展了新设计的B、C、D三种燃烧室与原机燃烧室A进行燃烧排放性能试验研究。在活塞顶部新设计燃烧室分为主室和圆弧副室,圆弧副室位于主室旁边,有缩口与主室相通。新燃烧室的压缩比、主副室体积比、缩口尺寸、圆弧副室布置的角度对燃烧有明显影响。D燃烧室压缩比过大,燃烧恶化,启动困难。B燃烧室圆弧副室中心线与喷油器喷射流的中心线不对正,主副室体积比较小,着火提前明显,压力升高率大,经济性差,Soot排放明显增加。C燃烧室设计的压缩比、主副室体积比、缩口尺寸、圆弧副室布置的角度匹配较好。在压缩行程时,压入圆弧副室的空气产生强烈的涡流运动,促使喷入圆弧副室中的燃油与空气混合并喷出到主室,加强主室油气混合,与原机相比较早满足着火条件,着火提前,膨胀行程由于圆弧副室缩口的作用使之继续产生强流场,扩散燃烧迅速,高温区域面增大,最高燃烧温度下降。这使得C燃烧室启动性能较好,在中小负荷工况能够稳定达到原机动力和经济水平,在标定转速工况下Soot排放降低显著。上述研究表明,采用燃油改质方案,与燃用纯柴油相比,各种运行工况下柴油掺烧小比例醇类燃料性能改善明显,而作为柴油机的醇类替代燃料,正丁醇柴油燃烧排放性能优于乙醇柴油。采用燃烧室设计方案,NOx与Soot存在Trade-off关系,在中小负荷工况动力稳定,与原机相比标定转速工况下Soot改善明显,如要全面提升新燃烧室的性能,燃烧系统需要进一步优化。本文的试验研究对于柴油清洁燃烧以达到节能减排目的有一定的指导意义。