为了在能源和环境方面实现更好的可持续发展,寻找新的替代能源一直受到世界各国的关注。在众多替代能源中,丁醇由于其较为出色的理化性质和较为经济的工业制取方法而受到了广泛的重视。使用丁醇作为汽油的替代燃料对传统内燃机实现节能减排,缓解能源危机有巨大的作用。但丁醇也具有汽化潜热大、饱和蒸汽压低、粘度大等缺点,将丁醇直接用于发动机上进行燃烧,也会存在冷启动困难,未燃HC排放较高,动力性下降,以及燃烧不稳定等问题。氢气具有火焰传播速率快,着火界限宽,稀燃能力强和可再生等优点,向丁醇中掺混氢气可以提高混合气火焰传播速率,改善燃烧状况,从而提高发动机的动力性、热效率和降低排放,而掺入氢气后NOx排放的升高可通过引入EGR来降低。本文通过研究掺氢和EGR对丁醇发动机的协同作用,发挥各自的优势,使发动机在保持较好的动力性和燃烧稳定性的同时实现低排放。本试验完成了发动机测控平台的搭建,包括低压EGR管路的设计和装接、基于Matlab/Simulink的EGR阀的控制模型的搭建和EGR测量系统的构建。首先研究了没有EGR的条件下,点火提前角、掺氢比在不同过量空气系数时对丁醇发动机燃烧、排放、平均指示压力和循环变动的影响,然后进一步研究了在固定的点火提前角下,掺氢和EGR协同作用在不同的过量空气系数下对丁醇发动机燃烧、排放、平均指示压力和循环变动的影响。本文工作及所得结论如下:(1)随着点火提前角的增加,发动机的扭矩先增大后减小,并且随着过量空气系数的增大,最大扭矩对应的点火提前角更大。发动机燃烧循环变动随着点火提前角的增加先减小后增大,最小的循环变动系数对应的点火提前角随着过量空气系数的增大也更加提前。点火提前角对NOx排放影响较大,呈现出点火越提前。NOx排放越高的趋势,但点火提前角对HC和CO排放影响较小。(2)掺氢后丁醇发动机的缸压、压力升高率、缸内燃烧温度、温度升高率明显升高,缸压峰值和缸内燃烧温度峰值对应曲轴转角提前,并且在较小的掺氢比下变化更明显。随着掺氢比的增加,丁醇燃烧对氢气的不敏感度增加,缸压和燃烧温度提高相对较小。过量空气系数越大,氢气对缸压和缸内燃烧温度影响越明显。掺氢后丁醇发动机的平均指示压力的平均值上升,在较大的过量空气系数下和较小的掺氢比下上升更明显,平均指示压力的分布更加集中,也就是循环变动随着掺氢比的增加呈现减小的趋势,这说明氢气的加入可以降低丁醇发动机的燃烧循环变动。(3)掺氢后丁醇燃烧的NOx排放显著上升,当掺氢比较小时,较小的过量空气系数工况下的NOx排放较高,当掺氢比例较大时,较大过量空气系数对应的NOx排放较高。在较小的掺氢比例下HC排放降低较多,随着掺氢比例的增加,HC降低不明显,HC的降低主要是因为掺氢改善燃烧所导致的。在较大的过量空气系数下,丁醇燃烧的CO排放很少,因此掺氢后改善也较小,在较小的过量空气系数下,掺氢可以相对明显地降低CO排放,CO排放减少主要原因也是因为氢气改善了丁醇的燃烧。(4)随着EGR率的增加,丁醇发动机的缸压峰值降低,缸压峰值对应曲轴转角增大,在较大的过量空气系数下变化更明显,掺氢会降低EGR对缸压峰值的影响程度,使燃烧过程整体的缸压峰值提高,并且在较大过量空气系数工况下的效果更明显,这说明掺氢可以增加丁醇燃烧对EGR的耐受度,并在较稀的混合气的工况下改善更明显。随着EGR率的增加,丁醇燃烧的火焰发展期和快速燃烧期均增加,并且在较大的过量空气系数下增加更明显,掺氢后由于燃烧得以改善并增加了燃烧对EGR的耐受度,使得掺氢后整体的火焰发展期和快速燃烧期都缩短,并且降低了二者随着EGR率上升而增加的程度,同样也是在较大的过量空气系数下掺氢的效果更明显。(5)加入EGR后,丁醇发动机的平均指示压力降低,平均指示压力的分布变得更宽更不集中,这说明加入EGR后由于燃烧状况的恶化,会导致丁醇发动机动力性下降和循环变动上升的问题,但在过量空气系数为1.0和1.2时,在掺氢比和EGR率均为5%的工况下,平均指示压力比纯丁醇燃烧工况的大,而循环变动也比纯丁醇燃烧工况的小,这说明较小的掺氢和配合较小的EGR率,可以起到同时提高动力性和降低循环变动的效果。(6)EGR率对丁醇发动机NOx排放影响较大,纯丁醇燃烧时的NOx排放相对较少,但掺氢后由于燃烧温度的上升NOx排放急剧上升,在过量空气系数较大的工况下上升更多。随着EGR率的上升,NOx排放有明显降低,并且在富氧燃烧的工况下表现得更明显。较大的掺氢比配合较大的EGR率可以将NOx排放降低到较低的水平,此时的HC排放处于中等水平,CO排放处于较低水平;较大的掺氢比配合较小的EGR率时NOx排放仍然较高,此时的HC排放处于中等水平,CO排放处于较低水平;较小的掺氢比配合较大的EGR率时可以将NOx排放降低到很小,但此时的HC排放较高,CO排放相对较高;较小的EGR率配合较小的掺氢比可以将NOx排放降低到较低水平,此时HC排出处于中等水平,CO排放相对较高。