随着中国汽车工业的飞速发展,国内的汽车普及率也在逐年上升。我国的石油对外依存度很高,因此而导致的能源安全问题成为了我国工业快速发展的一大阻碍。因此,对于车用替代燃料的研究成为了内燃机研究的重要方向之一。其中,甲醇是非常有潜力的一种替代燃料。甲醇可利用发动机排气能量裂解成甲醇裂解气,甲醇裂解气掺烧甲醇燃烧可以有效提高发动机整体经济性并且改善发动机排放。这是一种高效的发动机排气余能回收方式。本文将以一台四缸点燃式发动机为样机,建立CONVERGE仿真模型并使用发动机数据标定,计算分析甲醇裂解气掺烧比例在不同转速,不同过量空气系数和不同EGR率下对发动机性能的影响,并选型设计甲醇裂解气制备换热器。结果表明:1.当量比燃烧时,在不同发动机转速下,保持供给燃料总量不变,甲醇裂解气掺烧比例的增大导致了缸压峰值,放热率峰值,缸内平均温度峰值的提高,峰值对应曲轴转角的提前,火焰发展期和快速燃烧期的缩短,燃烧重心的前移,最佳点火提前角的推迟,最佳点火提前角下的压缩负功,膨胀正功,指示功和综合指示热效率的增大,NOx排放的上升和HC排放的下降,CO排放先上升后下降。在低转速高扭矩工况下,掺烧甲醇裂解气会增大发动机爆震倾向。2.稀燃条件下,掺烧甲醇裂解气对发动机性能的影响与当量比燃烧下基本相同。甲醇裂解气的掺烧可以拓展发动机稀燃极限。在本文选定的工况下,在同一甲醇裂解气掺烧比下,过量空气系数的升高会导致火焰发展期和快速燃烧期延长。在最佳点火提前角下,过量空气系数为1.7,甲醇裂解气掺烧比例为40%时发动机综合指示热效率最高。在最佳点火提前角下,过量空气系数为1.7,甲醇裂解气掺烧比例为10%时发动机燃料指示热效率最高。3.在同一EGR率下,甲醇裂解气掺烧比的增大也会导致缸压峰值,放热率峰值,缸内平均温度峰值的提高。在同一甲醇裂解气掺烧比下,加入EGR可以降低NOx排放物的排放。甲醇裂解气掺烧比例越大,加入EGR对NOx排放的降低越明显。加入EGR相对于稀燃,NOx排放降低明显。4.选择直管式管壳式换热器作为甲醇裂解气制备换热器。根据三维流体仿真软件计算结果并结合实际情况,选择换热管管距为1.25倍管径。对多种换热管排布方式进行仿真计算,对比冷流体出口温度并选型,最终选择了正方形排布和三角形排布混合排布的布置型式10。