由于丁醇的性质与汽油相似,作为发动机优良的代用燃料已有很多的研究。丁醇作为含氧燃料,能够有效降低发动机尾气中CO和HC的排放量,但是丁醇不完全燃烧会产生醛类等非常规排放,对人体产生较大的危害。与汽油相比,丁醇的汽化潜热较大,饱和蒸气压极低,因此丁醇作为发动机代用燃料时,其蒸发雾化性能较差,尤其是在起动工况下,发动机壁面温度较低,丁醇的蒸发性能进一步受到影响,从而导致丁醇发动机的起动困难。针对丁醇点燃式发动机起动过程中存在的一系列问题,本文采用掺混氢气的方式来解决。由于氢气的点火能量低,火焰传播速度快,在起动工况下,随着火花塞跳火,缸内氢气迅速着火燃烧,并放出大量的热,提高缸内的温度,改善缸内燃烧状态,从而保证了起动工况的燃烧稳定性,同时降低污染物排放。本文结合CONVERGE软件对一款进气道-缸内复合喷射发动机进行建模,并结合台架试验结果验证模型的正确性。之后利用数值模拟的方式探究掺氢分别对丁醇发动机起动及怠速性能的影响。首先对丁醇发动机的起动性能进行了探索性研究:改变初始条件和边界条件模拟环境温度的改变,探究环境温度对发动机燃烧以及排放的影响,之后交叉改变掺氢条件与环境温度,探究掺氢以及环境温度对缸内燃烧和排放的影响,在上述研究基础之上,进行怠速性能的研究,将掺氢条件细化,进一步研究了不同掺氢比以及不同点火正时对燃烧及排放的影响,尤其对类醛基的生成规律进行了深入讨论。本文的研究结论如下:1)对于纯丁醇模式而言,环境温度对起动工况缸内燃烧和排放状况影响显著。当环境温度从10℃提升到25℃时,燃料蒸发雾化性能得到改善,缸内混合气数量增多,混合气燃烧速度加快,缸压和缸温峰值有较大的提升,且峰值位置提前。由于缸内燃烧状况得以改善,燃料燃烧更加完全,从而使得CO和HC排放降低。对于醛类排放而言,类醛基的生成及氧化依赖于缸内温度分布状态,因此缸内温度提升有效降低了类甲醛基团和类乙醛基团的浓度。2)起动工况下,掺氢比为10%的燃料供给模式相比于纯丁醇模式,缸内燃烧状况以及污染物的排放均有突破性的改善。氢气的加入使得缸内混合气燃烧速度加快,火花塞跳火后缸压和缸温迅速提升,缸压和缸温峰值都有较大的提高,且峰值位置大幅提前,混合气燃烧速度明显加快,CO和HC排放以及类醛基浓度均有明显降低,这一结论在10℃和25℃两种环境温度下均适用。3)纯丁醇起动工况掺氢能够有效削弱环境温度对缸内燃烧及排放的影响,即在掺氢比为10%的丁醇掺氢燃料供给模式下,环境温度变化对缸内燃烧及排放的影响程度降低。4)在怠速工况下研究0%,5%,10%和15%四组掺氢比对缸内燃烧及污染物排放的影响。探究发现,随掺氢比的增大,缸压和缸温峰值随之提高,且峰值位置提前,当掺氢比为5%时,缸内燃烧状况的提升效果最为显著,当掺氢比由5%提升到15%时,缸内燃烧状况虽有持续改善,但提升幅度放缓。对于污染物排放而言,随着掺氢比的增大,HC和CO排放随之降低,类醛基浓度也在持续降低,另外,在研究过程中发现,掺氢对类乙醛基团的改善效果比类甲醛基团更为显著。5)在掺氢比为5%的怠速工况下,随点火正时的提前,缸压和缸温都随之增大,且三者的峰值位置也随之提前。对于污染物排放而言,HC排放对点火正时的变化十分敏感,在掺氢比为5%的工况下,随点火的推迟,HC排放逐渐降低。而CO随点火正时的变化很小,当点火正时从5°CA BTDC提前到25°CA BTDC时,CO排放摩尔浓度均保持在1.7%附近波动,未呈现出明显规律性。对于醛类排放而言,随点火正时的提前,类甲醛基团和类乙醛基团摩尔浓度都随之降低。6)探究醛类排放生成机理的过程中发现,在所研究工况点下,排气门开启时刻类乙醛基团浓度高于类甲醛基团,且类醛基浓度受反应时间和缸内温度两个方面因素影响,其中缸内温度的影响相对较大,在温度为800K~900K的区域内,类醛基大量生成,其中,类乙醛基团的生成温度略低于类甲醛基团;而随着缸内温度进一步升高,在温度为1200K以上的区域类醛基的氧化消耗反应剧烈,类醛基浓度会迅速降低。