在当今社会对于能源问题以及环境问题愈发重视的背景下,加速了汽车行业对于新型燃料的研究与开发。甲醇作为一种能够制取简单,燃烧清洁的燃料,很快成为新兴替代能源,其中甲醇燃料特性决定其在高压缩比稀薄燃烧的工况下具有更优秀的动力性、经济性以及排放性,而改变燃烧室结构对高压缩比甲醇发动机稀薄燃烧特性有明显影响,因此对其进行深入的研究是非常有必要的。本文利用将已有直列四缸汽油机改装为甲醇发动机,并建立该发动机的三维仿真模型,并对燃烧室结构进行重新设计。通过三维CFD仿真,在过量空气系数为1.5,25%负荷的工况点下,分别研究了四种不同燃烧室结构参数变化对该发动机稀薄燃烧的影响。研究表明,适当增加凸台高度可以有效改变燃烧室内混合气分布状态有改善甲醇发动机燃烧速度,提高发动机动力性;增加凹坑深度可以增强气流引导能力,改善甲醇燃料分层状态,提高燃烧速度;适当缩小凹坑外径可以改善壁面对甲醇喷雾的引导效果,有利于改善甲醇燃料分层效果;适当将凹坑位置向进气门侧偏移,可提高燃烧室内湍动能强度,令着火初期火焰扩散速度增加,燃烧重心前移着火延迟期减小,有利于改善甲醇发动机动力性。本文对顶部燃烧室结构的凸台高度、凹坑深度以及凹坑位置三结构参数协同变化进行了正交仿真,在得到最优结构后进行了优化后燃烧室结构与原机结构的多过量空气系数的仿真计算。计算结果表明:在多变量情况下,凹坑位置对于燃烧室内湍动能变化影响权重最大,并且在协同变化中凸台高度增加可以令凹坑深度减小的同时令气流引导效果保持不变;凹坑位置对于甲醇发动机滚流分布位置影响权重最大,同时凸台高度增加可以改善增加凹坑深度造成的甲醇燃烧不完全造成的HC、CO排放量增加的问题。通过对比发现优化后燃烧室结构对稀燃的容忍度提高,稀燃极限增加,相同工况点优化燃烧室甲醇分层更为合理且燃烧速度增加,缸内最大压力与平均温度上升,使得发动机动力性提高。