随着全球汽车保有量的增加,石油紧缺、大气污染的问题越来越严重,寻找合适的车用替代燃料已经成了当务之急。相比醇类燃料、二甲醚、生物柴油,天然气具有低排放、高辛烷值、抗爆性好等优势,而天然气的主要成分是甲烷,因此研究甲烷的燃烧特性对未来天然气发动机优化设计具有重要意义。定容燃烧弹作为一种常用的模拟试验装置是揭示内燃机缸内燃烧过程机理的有效手段,它可以有选择地控制该过程的某些主要条件,简化试验工作,便于找出燃烧过程某些参数之间的内在联系。本文首先介绍了自主开发的定容燃烧试验系统。本系统主要有定容燃烧弹本体、进排气系统、温度控制系统、点火系统、火焰图片采集系统、压力采集系统、同步控制系统等7个子系统组成,其中使用ANSYS软件结合理论力学对定容燃烧弹本体进行了加载强度校核。该系统可以控制可燃混合气的初始温度和初始压力,采集燃烧过程的瞬态压力和火焰扩散图片,用于内燃机各种气体代用燃料的燃烧特性研究。然后在已搭建好的定容燃烧试验系统上进行了甲烷及甲烷掺氢燃料的燃烧实验。通过改变混合气的初始温度、初始压力、当量比和掺氢比,采集燃烧压力曲线和火焰纹影图片,经过对比分析得到了各初始条件对甲烷的燃烧速率、最大燃烧压力、最大压力升高率、火焰发展期、燃烧持续期和燃烧稳定性的影响规律。最后在带隔板的定容燃烧弹上进行了自燃的现象研究,对照燃烧压力和火焰传播纹影图像提出了下燃烧室发生自燃现象的判断方法。研究了初始压力、初始温度、当量比、掺氢比、隔板的位置、隔板孔径、隔板孔数等参数对自燃发生及燃烧压力的影响。实验结果表明,燃烧室内安装横隔板后可以实现甲烷的快速燃烧。