汽车尾气排放是城市大气污染的主要来源,研究针对发动机结构、替代燃料、燃烧方式等改进方案以满足越来越严格的排放法规成为科研人员过去20年的研究方向。纳米级别的金属添加物以其更活跃的氧化还原能力、更大的比表面积、更好的热导性等特性,成为发动机混合燃料研发领域的新方向。本研究选用了金属铝粉末以碳包的形式作纳米组分掺混于柴油进行动力性、经济性和排放特性的研究。首先,通过电弧放电合成纳米金属碳包铝颗粒,然后将纳米组分与表面活性剂混合超声振荡15分钟,得到纳米组分-表面活性剂混合溶液,将该混合溶液再与柴油混合超声振荡30分钟,得到最终混合燃料。本文对两种纳米金属碳包颗粒(纳米碳包铝和纳米碳包镍)、.两种表面活性剂(无水乙醇和失水山梨醇油酸酯)进行了对比研究,在持续15天以上的观察后,结果发现,含量为30ppm的纳米铝颗粒与4%的无水乙醇制成的混合溶液,与柴油形成混合燃料的均匀分散效果最好。然后,本研究在一台重型高压共轨柴油机上对柴油(B0)、柴油+4%乙醇(B0E4)、柴油+4%乙醇+30ppm纳米铝(B0E4N30)三种混合燃料进行了负荷特性和欧洲稳态循环十三工况试(ESC)的燃烧和排放试验研究。试验结果表明,在ESC测试中,B0E4N30的有效燃油消耗量比B0E4降低了 7.83%;B0E4N30比B0E4的NOx比排放降低了 8.01%,HC的比排放降低了 16.63%,同时CO的比排放降低了 13.06%。最后,利用自制的的尾气颗粒采集装置采集纳米铝燃烧后的产物,并进行化学表征分析。基于光学显微镜的结果显示,B0E4N30未发现明显的形态结构变化及数量浓度的增加,即纳米铝对碳烟的排放无明显影响。基于X射线光电子能谱分析(XPS)得出结果表明,添加了纳米铝的混合燃料可检测出氧化铝(A1203)的存在,说明纳米铝参与了缸内的燃烧等化学反应。