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从汽车诞生以来,全球的汽车行业保持高速发展,越来越多的新技术如雨后春笋一般出现,但目前来讲对于汽车行业最值得重视的课题,是怎样才能找到解决能源危机的方法。在中国石油资源紧缺的环境下,除了不断创新和从发动机技术层面解决能源问题,更加具有可行性的途径是寻找可替代燃料。而在各种各样的生物燃料中,醇类燃料成为制取方法成熟、可提高发动机性能、减少污染物排放的佼佼者。其中正丁醇性质和汽油接近,能量密度远超过甲醇、乙醇,但从实际应用的角度,由于正丁醇生产成本较高,提纯难度大,因此若传统生物发酵方式制取丁醇的中间产物丙酮-丁醇-乙醇（ABE）可以直接应用于发动机燃烧,则可以除去提纯正丁醇的成本,也节约了大量的资源。已有科研人员证明ABE的喷雾及燃烧特性均与正丁醇十分相似,同样既可以维持发动机的动力性,也能够高效减少排放。而本文将ABE作为主要燃料,通过双喷射发动机向缸内掺入氢气助燃,目的是改善ABE发动机的燃烧性能,并减少排放。本实验主要探究的是氢气直喷时,改变掺混比对ABE发动机燃烧特性与排放特性的影响,为了探究少量掺氢比例时ABE燃烧和排放的变化规律,设置五个掺氢比作为实验的最主要变量以追求能够进行全面的研究分析,掺混比包括0%、5%、10%、15%、20%,分别代表了未掺氢、小比例掺氢和大比例掺氢。其它实验参数包括改变过量空气系数、点火时刻、转速、负荷。通过相关仪器设备测量发动机燃烧参数、性能参数、气体排放参数、微粒排放参数来探究氢气直喷对于ABE发动机性能的影响。具体结论如下:1)向缸内喷入少量氢气可使其在火花塞周围富集,并向外逐步变稀、分层。5%的掺氢比即可使缸内压力得到显著提高,并令缸压峰值转角有所提前。在过量空气系数增大,如λ=1.2时,可适当增加掺氢比到10%,能够使缸内压力得到有效提升。掺氢后燃烧速度加快,为获得较高的平均指示压力（IMEP）,点火提前角应当适量减小,最佳点火时刻由15°CA BTDC推迟至5°CA BTDC左右。5%的掺氢比即可使IMEP获得较大提升,且在稀燃情况下提升更加明显。最大放热率随着过量空气系数的增加而逐渐减小,而在掺氢后,氢气的加入明显地改善了缸内混合气的燃烧速度,随着氢气体积分数增加,氢气火焰传播速度快的特点可以令混合燃料燃烧的放热集中,过量空气系数越大,氢气的改善能力越强,能有效优化燃烧。最大放热率随转速的上升而有所下降,掺氢可以提高最大放热率,低转速1000r/min时氢气对燃烧速度的影响较大,随转速升高掺氢对最大放热率提升变得不明显,因此可以说明低转速工况下适量的增加掺氢比例可以提高最大放热率。2)CO排放随掺氢比例增大先增加,后降低。少量掺氢时,点火时缸内混合气呈现分层状态,火花塞附近燃烧温度高,燃烧速度快,使得高温停留时间缩短,低温停留时间增长,ABE汽化潜热大,混合气形成不佳,氢气和氧气结合能力强,从而导致部分CO不易被氧化为CO2,在掺氢比较小时CO反而升高。而掺氢比超过10%后,混合气相对均匀,且ABE燃料所占比例减少,C燃料所占比例减少,因此CO有所下降。为取得较低的CO排放,可选定在15°CA BTDC点火,转速控制在1500r/min左右。3)HC的排放随掺氢比的增加呈下降趋势,5%的掺氢比即可改善HC排放量,过多的氢气并不会有更进一步的改善,且在稀燃情况下改善效果减弱。在15°CA BTDC时刻点火时HC相对较少,并且由于转速升高时,气流运动增强,HC排放大量降低。随着负荷增大,HC排放有着明显的增多且掺氢可改善HC排放。4)小掺氢比（5%10%）在改善动力性的同时也会抑制NOX的生成,这是由于少量掺氢会使缸内混合气分层,火花塞附近混合气燃烧速度快,缩短了燃烧时间,燃烧温度升高,但由于ABE汽化潜热大,混合气形成不好,局部缺氧和高温下的停留时间缩短,导致NOX排放降低。在小负荷下,适当掺氢会使NOX排放降低到极低的水平。5)绝大多数工况下微粒的粒径分布呈双峰分布,随点火时刻的提前,积聚态微粒及微粒总数先降低后上升,在稀燃条件下,微粒数量极低。少量掺氢时,积聚态微粒会明显增多,而随着掺氢比进一步增加,微粒总数会整体减少,这说明掺氢促进了混合气的充分燃烧,使未燃碳烟得到氧化。