柴油机具有热效率高、可靠性好,以及适用性强等优势,同时也面临着柴油日益枯竭和环境污染突出的问题。发展适用的代用燃料是延续柴油机作为工业、农业和交通运输业主要动力源的重要保障。在诸多的燃料中,甲醇凭借高汽化潜热、产量丰富、经济性好,以及常温常压保持液态等优势,成为一种最有前景的柴油机代用燃料。甲醇的自燃温度高且十六烷值低,导致其作为单一燃料难以在柴油机上直接压燃,为此文中研究了柴油机掺烧甲醇的柴油替代方案。该方案在柴油机进气道内喷射甲醇使其与新鲜空气混合,在气缸内喷射柴油引燃可燃混合气,从而实现甲醇、柴油两种燃料的协同燃烧,在发动机轴端共同输出动力。论文首先基于某款重型柴油机进行了掺烧甲醇改制,然后研究了柴油替代率(任一工况下,柴油节省的质量流量与纯柴油燃烧模式下的质量流量之比)对发动机性能的影响,提炼出制约柴油替代率提升的主要因素,进而确定了最高的柴油替代率和机内排放基线,最后研究了氧化催化器(diesel oxidation catalyst,DOC)、颗粒物氧化催化器(particulate oxidation catalyst,POC)和选择性催化还原(selective catalyst reduction,SCR)的组合降低掺醇发动机污染物排放的效果,并提出了适用于掺醇发动机的排气污染物后处理方案。研究结果表明:柴油机掺烧甲醇能够显著降低发动机的燃料成本,缸内最高爆发压力和燃烧噪声为限制柴油替代率提升的最为主要的因素;柴油机掺烧甲醇后颗粒排放显著降低,NOx排放总量变化不明显,但NO2所占比例显著升高,发动机排气中出现高体积浓度的CO、HC、甲醛和未燃甲醇;采用DOC+SCR+DOC技术方案,掺醇发动机的常规排放物、非常规排放物均可得到有效控制,排放结果能够满足第五阶段的排放限值要求。