Abstract Biobutanol is a promising alternative fuel, but it is accompanied by a fuel consumption penalty. To mitigate the fuel penalty, air dilution was investigated in a turbocharged gasoline direct injection engine fueled with isobutanol-gasoline (B73). To overcome issues of NOx emissions during air dilution operation, exhaust gas recirculation (EGR) and the combination of EGR and air dilution (EGR-Air) were investigated to reduce NOx emissions and enhance engine performance. The effects of these applications on particulate emissions (PM) were also assessed. Compared to EGR, there was more pronounced improvement in brake thermal efficiency (BTE) for butanol-gasoline engine under EGR-Air. The combustion stability under EGR-Air was acceptable but slightly decreased relative to that under EGR. Lower exhaust gas temperature was observed under EGR-Air with respective to EGR. EGR-Air exhibited similar effective inhibition of NOx emissions, as with EGR, which was more pronounced in reducing NOx emissions at high EGR rate, while EGR-Air reduced NOx by up to 90%. CO emissions were clearly reduced under EGR-Air conditions, which realized a better balance between BTE and NOx emissions with very low NOx concentrations. For a butanol-gasoline engine, the PM emissions under EGR-Air were further lowered compared to EGR, which showed a bimodal size distribution, and the particle sizes corresponding to the particle number peak was in the range of 10–30 nm. The observed particle diameters under EGR-Air were smaller than that with and without EGR.

中文翻译：

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EGR 和稀混合气在轻载下改善燃料消耗和减少高比例丁醇-汽油发动机排放的潜力

摘要 生物丁醇是一种很有前景的替代燃料，但伴随着燃料消耗的增加。为了减轻燃料损失，在以异丁醇-汽油 (B73) 为燃料的涡轮增压汽油直喷发动机中研究了空气稀释。为了克服空气稀释操作期间的 NOx 排放问题，研究了废气再循环 (EGR) 以及 EGR 和空气稀释的组合 (EGR-Air)，以减少 NOx 排放并提高发动机性能。还评估了这些应用对颗粒物排放 (PM) 的影响。与EGR相比，EGR-Air下丁醇汽油发动机的制动热效率（BTE）有更明显的提高。EGR-Air下的燃烧稳定性是可以接受的，但相对于EGR下的燃烧稳定性略有下降。相对于 EGR，在 EGR-Air 下观察到较低的废气温度。EGR-Air 表现出类似的有效抑制 NOx 排放，与 EGR 类似，在高 EGR 率下在减少 NOx 排放方面更为显着，而 EGR-Air 减少了高达 90% 的 NOx。在 EGR-Air 条件下，CO 排放明显减少，在非常低的 NOx 浓度下实现了 BTE 和 NOx 排放之间的更好平衡。对于丁醇汽油发动机，与 EGR 相比，EGR-Air 下的 PM 排放进一步降低，呈现双峰尺寸分布，对应于颗粒数峰值的颗粒尺寸在 10-30 nm 范围内。在 EGR-Air 下观察到的粒径小于有和没有 EGR 的粒径。这在降低高 EGR 率下的 NOx 排放方面更为显着，而 EGR-Air 减少了高达 90% 的 NOx。在 EGR-Air 条件下，CO 排放明显减少，在非常低的 NOx 浓度下实现了 BTE 和 NOx 排放之间的更好平衡。对于丁醇-汽油发动机，与 EGR 相比，EGR-Air 下的 PM 排放进一步降低，呈现双峰尺寸分布，对应于颗粒数峰值的颗粒尺寸在 10-30 nm 范围内。在 EGR-Air 下观察到的粒径小于有和没有 EGR 的粒径。这在降低高 EGR 率下的 NOx 排放方面更为显着，而 EGR-Air 减少了高达 90% 的 NOx。在 EGR-Air 条件下，CO 排放明显减少，在非常低的 NOx 浓度下实现了 BTE 和 NOx 排放之间的更好平衡。对于丁醇-汽油发动机，与 EGR 相比，EGR-Air 下的 PM 排放进一步降低，呈现双峰尺寸分布，对应于颗粒数峰值的颗粒尺寸在 10-30 nm 范围内。在 EGR-Air 下观察到的粒径小于有和没有 EGR 的粒径。对于丁醇-汽油发动机，与 EGR 相比，EGR-Air 下的 PM 排放进一步降低，呈现双峰尺寸分布，对应于颗粒数峰值的颗粒尺寸在 10-30 nm 范围内。在 EGR-Air 下观察到的粒径小于有和没有 EGR 的粒径。对于丁醇-汽油发动机，与 EGR 相比，EGR-Air 下的 PM 排放进一步降低，呈现双峰尺寸分布，对应于颗粒数峰值的颗粒尺寸在 10-30 nm 范围内。在 EGR-Air 下观察到的粒径小于有和没有 EGR 的粒径。