随着大气污染与能源危机的日渐严重,寻求多元化高效清洁发动机替代燃料备受重视。甲醇燃料是驱动非道路能源利用行业脱碳最有前途的替代方案之一,并最终有助于应对气候变化。当甲醇燃料应用于道路用(即车用)发动机时,车用发动机的工况经常处在中低负荷,且工况较为复杂,使甲醇的低热值对车用发动机的性能影响很明显,同时车用发动机的瞬态负荷变化快,而甲醇发动机瞬态响应速度却较低。但是,非道路用发动机(如发电机)却长期稳定在高负荷至全负荷工作,这就极大地规避了甲醇燃料由于含氧导致的热值低对发动机在中低负荷工作时性能的影响,有效地规避了甲醇燃料热值低的弱点。本文以玉柴YC6M系列重载直喷式点火发动机和相应的发动机台架试验数据为基础,采用数值模拟方法对甲醇及甲醇与柴油混合燃料的性能、燃烧和排放特性进行了预测和分析。研究了甲醇在甲醇/柴油混合燃油中的作用,并且发现随着甲醇掺入比例的增加,有效地减少了碳烟(Soot)的排放,因此提出了甲醇发动机在非道路用发动机方面的应用。此外,对甲醇发动机的NOx排放控制策略进行了分析和优化,本文经研究发现,较大负荷时,混合燃料的甲醇质量分数适合控制在40%以内。此时发动机的NOx排放下降了约为12%,soot的排放下降了约95%。而当发动机随着海拔高度的增加时,每循环进入气缸的空气量和空气温度降低,使非道路用发动机的动力性和排放直接受到影响,发动机的燃油经济性、功率和排放性能在高原环境下发生大幅度恶化。本文利用数值模拟阐明了含氧的甲醇作为燃料对发动机在高海拔条件下性能的影响。结果表明,甲醇质量分数约为40%时,由于甲醇引入的氧,使在高海拔地区的发动机功率降低率相较于柴油发动机的功率降低率要更加地缓慢。而且,当甲醇质量分数低于40%时,随着海拔高度的增加,甲醇发动机的NOx排放量呈下降趋势,甲醇发动机在海拔为4000m时的NOx排放相比在海平面上的NOx排放下降了约4%。