近些年来，能源危机的不断加剧以及大气污染的日趋严重，制约着世界各国的经济发展。因此，提高能源利用率并寻找绿色、清洁的可再生能源的工作已经刻不容缓。汽车产业的不断发展在提高人们生活品质的同时，也增加了人类对化石燃料的依赖，并对环境造成了不可逆转的影响。提高内燃机热效率、减少排放以及开发新能源已经成为众多科研人员关注的焦点。氢气作为一种可再生的替代燃料，在一定程度上可以缓解人类对化石燃料的依赖。与汽油和柴油相比，氢气具有优良的理化特性。例如：点火能量低；火焰传播速度快；焠熄距离短等。然而，氢气的体积能量密度比汽油和柴油低得多，纯氢内燃机并不能保证足够的动力输出。而以氢气作为化石燃料添加剂，在内燃机中实现掺氢燃烧不但可降低能源消耗和排放，还能够在部分负荷工况下保证足够的输出功率。但氢气加注基础设施匮乏，而且氢气不易存储和运输，还会带来安全隐患。因此，掺氢内燃机至今没有得到广泛应用。与氢气相比，乙醇作为一种可再生能源，可以由生物质直接获取。另外，乙醇方便运输、低毒，并可以生物降解。利用安全系数较高的乙醇代替氢气随车携带，通过燃料重整制氢反应，在线制取重整气（富氢气体）与汽油混合燃烧，不但保证了氢气的供应，解决了氢气的存储和运输问题，而且保证了部分负荷工况下足够的动力输出。另外，在线燃料重整制氢技术可充分回收尾气中的余热，在催化剂的作用下，将反应原料催化生成重整气。之后，重整气与汽油一起进入汽缸，实现汽油掺混重整气燃烧，从而改善汽油在缸内的燃烧状况，提高内燃机的热效率。本研究首先进行燃料重整制氢的基础试验，采用多种重整原料：甲醇、乙醇、正庚烷、异辛烷；两种不同类型的催化剂：贵金属催化剂Pt/CeZrO₂/Al₂O₃以及非贵金属催化剂Cu-Zn/Al₂O₃-ZrO₂；两种重整制氢方法：水蒸汽重整和催化裂解。通过对比，找到适用于车载燃料重整制氢的最佳试验条件组合：包括反应温度、水/原料摩尔比、空速以及原料流量，得出最佳的车载应用方案。然后，根据传热学和化工设计的相关知识设计重整反应器。重整反应器是实现车载重整在线制氢的必要条件，它的设计原则包括两方面：一方面重整反应器要最大限度的回收尾气中的热量，并将一部分热量传递给重整原料，使液态的重整原料迅速汽化。另一部分热量传递给催化剂，使催化剂在一定的温度条件下具有较高活性，高效制取重整气。另一方面，重整反应器要设计得尽可能紧凑合理，与内燃机良好匹配。最后，进行基于内燃机尾气余热利用的汽油掺混重整气相关试验。在当量比条件下，探究掺混乙醇水蒸汽重整气对汽油机性能的影响。试验结果表明：通过回收内燃机的尾气余热，乙醇水蒸汽重整的效果显著。乙醇的转化率和氢气的浓度随着尾气温度的升高而提高。进气中掺混重整气后，内燃机的指示热效率升高。在稀燃条件下，随着重整气掺混分数的增大，最大缸内压力有所增加，内燃机的做工能力有所增强。而且，掺混重整气可以使缸内燃烧更加稳定，并降低了平均指示压力的循环变动系数。另外，与汽油相比，重整气中氢气和一氧化碳的火焰传播速度快。混入重整气之后，火焰发展期和火焰传播期均被缩短。在冷起动条件下，通过回收发动机的尾气余热制备并储存重整气，并探究掺混乙醇水蒸汽重整气对汽油机冷起动性能的影响。试验结果表明：由于重整气中氢气和一氧化碳的点火能量低，掺混重整气可以提升内燃机的平均指示压力和转速。此外，重整气中的氢气和一氧化碳具有较宽的火焰极限和较高的火焰扩散速度，使得缸内燃烧得到优化，并最终降低了内燃机的有害排放。