1.课题研究的背景和意义

近年来，我国石油需求量逐年上升，数据表明，2000年我国石油消耗量中有1/3来自机动车；2014年中国进口原油进口量达3.1亿吨，占全球总消费量的12.3%，原油进口与石油消费量皆仅次于美国，位居世界第二；2015年，中国石油消费持续中低速增长，对外依存度首次突破60%^[1]。中国海关总署公布的数据显示,2017年全年中国原油进口量为4.2亿吨,同比增长10.1%,创出历史记录新高。专家预测，预计到2020，中国油气需求量将达6亿吨，进口量将达4亿吨，对外依存度将达67%。这将对国家的稳定和持续稳定发展产生影响^[1]。在这种情况下，更加清洁高效的燃油技术特别是废气再循环技术（EGR），适应了时代的需求，拥有巨大的发展前景。废气再循环系统（EGR）能够有效降低汽车尾气中NO_X的含量，改善内燃机的尾气排放。双燃料内燃机与传统普通柴油机相比，排放的尾气中含有的氢氧化物等有害物质较少，对环境污染更小，生物柴油在传统化石燃料日渐枯竭的今天，可以很好地替代柴油。本课题以汽油/生物柴油双燃料内燃机为研究对象，基于KIVA-CHEMKIN数值模拟程序，研究废气再循环(EGR)技术对内燃机燃烧及排放特性的影响，实现其高预混汽油比例下的稳定工作。

2.生物柴油的特性与废气再循环系统介绍

2.1生物柴油特性

生物柴油是指以动、植物油油脂作为原料油，通过酯化或酯交换工艺制成的脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯，属于可再生能源，是理想的柴油替代燃料生物柴油是使用量仅次于燃料乙醇的可再生液体生物燃料，生物柴油的理化性质和特点与石化柴油近似，在某些方面甚至优于石化柴油。生物柴油有较好的低温启动性能并且其润滑性、安全性都比较好，在环保性和可再生性方面有石化柴油无可比拟的优越性^[2,3,4]。生物柴油的生产原料来源广泛，包括多种的油料作物、油料林木的果实、水生油料植物和各种废弃油脂。生产生物柴油的方法主要有酯交换反应、氢化裂解、不使用催化剂的超临界方法、e-柴油、高温分解、微乳状液等方法。而最普遍的制备方式是酯交换反应。但目前存在的问题是价格依然比较高，使用的规模比较受限制^[5,6,7]。

2.2废气再循环系统介绍

柴油机在使用过程中不可避免的会产生尾气，而尾气中含有一氧化碳、氮氧化物（NO_X）等对环境有害的物质，由于1983年我国制定第一批汽车污染物排放标准以来，我国对汽车污染物排放的标准越来越严格，因此相关的研究也大量展开，废气再循环技术可以大幅度减少尾气中氮氧化物的排放。氮氧化物中对环境造成污染主要是NO和NO₂，相关研究表明，柴油机尾气中氮氧化物的形成主要有富氧、高温和高温滞留时间三个因素，改变其中任何任何因素都可以实现减少氮氧化物排放的目的^[8]。柴油机中氮氧化物的形成是不可避免的。但是,在燃烧过程中可以通过控制燃烧温度、过量的空气量和在高温中停留的时间来限制氮氧化物的生成量。控制柴油机氮氧化物排放的措施很多,主要可以分为前处理净化、机内净化和机外净化三个方面。EGR技术属于机内净化，即通过改变燃烧室内温度和氧浓度来改善尾气成分。柴油机的燃烧类型属于扩散燃烧,化学反应比混和速率高得多,燃烧速率受到混和过程的控制,产生于高温和富氧区。废气再循环将发动机部分废气引入进气歧管,提高混和气中的废气成分,从氧浓度和温度两个方面影响了的生成^[9]。由于EGR系统效果显著，而且对原有发动机改动较少，因此受到很多关注。

3.国内外研究现状

本课题主要包含两项技术：废气再循环技术（EGR）、双燃料内燃机技术，以下对这两项研究的进展分别进行介绍。