Abstract As federal programs require increasingly stringent engine emissions and fuel economy standards, these ambitions can only be met if next-generation combustion technology is developed focusing on high-efficiency and low-emissions engines. Recent research has indicated the need to operate engines at higher compression ratios and with low temperature combustion (LTC) to achieve the needed gains in engine efficiency and reductions in emissions. Because there is a lack of understanding of the chemistry of diesel fuel components and their mixtures at these LTC conditions, this limits the ability to develop predictive chemical kinetic models that can be used to optimize engine combustion. The current study aims to fill in gaps in fundamental combustion data on surrogate fuel mixtures relevant to diesel fuels. Specifically, four multicomponent diesel surrogates formulated by the Coordinating Research Council (CRC) to emulate an ultra-low-sulfur research-grade #2 certification diesel fuel (CFA), namely V0a (4 components), V0b (5 components), V1 (8 components), and V2 (9 components), have been investigated in a rapid compression machine (RCM) through determination of total and first-stage ignition delay times. Autoignition characteristics of lean to rich fuel/O2/N2 mixtures, for the four CRC surrogates and CFA, have been measured using an RCM at LTC relevant pressures and temperatures, in the ranges of 10–20 bar and 650–1000 K, respectively. The equivalence ratios have been varied by independently changing the oxygen mole fraction and the fuel mole fraction in the test mixtures, thereby illustrating the individual effects of oxygen concentration and fuel loading on diesel autoignition. Autoignition results of these four CRC surrogates are compared among them and with those of CFA. Some degree of agreement in autoignition response between each CRC surrogate and CFA is observed, while discrepancies are also identified and discussed. In addition, a detailed chemical kinetic model for diesel surrogates has been developed and validated against these newly-acquired RCM data. This model shows reasonable agreement with the overall ignition delay time results of the current RCM experiments. Chemical kinetic analyses of the developed model were further conducted to help identify the reactions controlling the autoignition processes and the consumption of fuel components in CRC surrogates.

中文翻译：

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低温燃烧条件下 CRC 柴油替代品的自燃：快速压缩机实验和建模

摘要 由于联邦计划要求越来越严格的发动机排放和燃油经济性标准，只有开发专注于高效低排放发动机的下一代燃烧技术才能满足这些雄心。最近的研究表明，需要以更高的压缩比和低温燃烧 (LTC) 运行发动机，以实现发动机效率和排放减少所需的增益。由于缺乏对柴油燃料组分及其混合物在这些 LTC 条件下的化学性质的了解，这限制了开发可用于优化发动机燃烧的预测化学动力学模型的能力。目前的研究旨在填补与柴油燃料相关的替代燃料混合物的基本燃烧数据中的空白。具体来说，由协调研究委员会 (CRC) 制定的四种多组分柴油替代品，用于模拟超低硫研究级 #2 认证柴油燃料 (CFA)，即 V0a（4 个组分）、V0b（5 个组分）、V1（8 个组分） ) 和 V2（9 个分量），已经通过确定总和第一级点火延迟时间在快速压缩机 (RCM) 中进行了研究。已使用 RCM 在 LTC 相关压力和温度下分别在 10–20 bar 和 650–1000 K 范围内测量了稀到富燃料/O2/N2 混合物的自燃特性，对于四种 CRC 替代物和 CFA。当量比通过独立改变测试混合物中的氧摩尔分数和燃料摩尔分数而改变，从而说明氧气浓度和燃料负荷对柴油自燃的个别影响。将这四种 CRC 替代品的自燃结果进行比较，并与 CFA 进行比较。观察到每个 CRC 替代物和 CFA 之间在自燃响应方面有一定程度的一致性，同时还确定和讨论了差异。此外，还针对这些新获得的 RCM 数据开发并验证了柴油替代品的详细化学动力学模型。该模型与当前 RCM 实验的整体点火延迟时间结果显示出合理的一致性。进一步对开发的模型进行化学动力学分析，以帮助确定控制自燃过程和 CRC 替代品中燃料成分消耗的反应。将这四种 CRC 替代品的自燃结果进行比较，并与 CFA 进行比较。观察到每个 CRC 替代物和 CFA 之间在自燃响应方面有一定程度的一致性，同时还确定和讨论了差异。此外，还针对这些新获得的 RCM 数据开发并验证了柴油替代品的详细化学动力学模型。该模型与当前 RCM 实验的整体点火延迟时间结果显示出合理的一致性。进一步对开发的模型进行化学动力学分析，以帮助确定控制自燃过程和 CRC 替代品中燃料成分消耗的反应。将这四种 CRC 替代品的自燃结果进行比较，并与 CFA 进行比较。观察到每个 CRC 替代物和 CFA 之间在自燃响应方面有一定程度的一致性，同时还确定和讨论了差异。此外，还针对这些新获得的 RCM 数据开发并验证了柴油替代品的详细化学动力学模型。该模型与当前 RCM 实验的整体点火延迟时间结果显示出合理的一致性。进一步对开发的模型进行化学动力学分析，以帮助确定控制自燃过程和 CRC 替代品中燃料成分消耗的反应。观察到每个 CRC 替代物和 CFA 之间在自燃响应方面有一定程度的一致性，同时还确定和讨论了差异。此外，还针对这些新获得的 RCM 数据开发并验证了柴油替代品的详细化学动力学模型。该模型与当前 RCM 实验的整体点火延迟时间结果显示出合理的一致性。进一步对开发的模型进行化学动力学分析，以帮助确定控制自燃过程和 CRC 替代品中燃料成分消耗的反应。观察到每个 CRC 替代物和 CFA 之间在自燃响应方面有一定程度的一致性，同时还确定和讨论了差异。此外，还针对这些新获得的 RCM 数据开发并验证了柴油替代品的详细化学动力学模型。该模型与当前 RCM 实验的整体点火延迟时间结果显示出合理的一致性。进一步对开发的模型进行化学动力学分析，以帮助确定控制自燃过程和 CRC 替代品中燃料成分消耗的反应。该模型与当前 RCM 实验的整体点火延迟时间结果显示出合理的一致性。进一步对开发的模型进行化学动力学分析，以帮助确定控制自燃过程和 CRC 替代品中燃料成分消耗的反应。该模型与当前 RCM 实验的整体点火延迟时间结果显示出合理的一致性。进一步对开发的模型进行化学动力学分析，以帮助确定控制自燃过程和 CRC 替代品中燃料成分消耗的反应。