随着石油资源的减少和气候变暖成为主要的环境问题,寻求替代燃料迫在眉睫。甲醇由于具有含氧量高燃烧充分、辛烷值高抗爆性好、制取方法多样等优点受到广泛关注,被认为是将来汽车发动机最有前途的代替燃料之一。本文以一台由柴油机改造而成的发动机为原型建立了高压缩比甲醇发动机一维和三维仿真模型,分析了EGR、火核大小、当量比和压缩比对高压缩比火花点火式甲醇发动机燃烧过程和排放的影响。结合详细的化学反应动力学机理分析了EGR对高压缩比火花点火式甲醇发动机的爆震燃烧的影响,并对比研究了常见高辛烷值替代燃料甲醇、乙醇和甲烷的抗爆震性能。仿真结果显示,随着EGR率的增大,发动机性能变差,缸内燃烧恶化,NOx排放明显下降,HC和CO排放增多。随着初始火核半径的增大,发动机性能略有下降,燃烧得到优化。低负荷时,NOx和CO的排放随着初始火核半径的增大而减小,而高负荷时,结果相反。随着当量比的增大,发动机动力性变好,经济性恶化,缸内峰值压力增大,峰值放热率增大,NO_X的排放降低,HC、CO的排放增加。随着压缩比的增大,发动机动力性略微下降,峰值缸压增大,峰值放热率增大,缸内峰值温度降低,点火延迟期变短,燃烧持续时间变长,NO_X和CO的排放降低,HC和CO₂的排放增加。在燃烧室中引入EGR能够降低爆震强度,延缓爆震开始时间。没有EGR时,燃烧室的进气侧易发生爆震。随着EGR率的增大,燃烧室的排气侧最易发生爆震。OH自由基能够看作缸内温度的指标,H₂O₂可以看作传播火焰前锋的指标。OH可表示爆震持续时间,HCO可表示爆震开始时间。爆震燃烧过程中,CH₂O、H₂O₂、CO和OH的反应强度均高于别的组分,反应速率越大,爆震强度越大。随着当量比的增大,以甲醇、乙醇和甲烷为燃料的发动机的爆震强度增大,爆震时间提前。甲烷的爆震强度明显弱于甲醇和乙醇,甲醇的爆震比乙醇剧烈,当量比低于0.9时,甲烷爆震燃烧消失。