随着我国社会与经济的高速发展，汽车保有量逐年大幅增加，给能源和环境带来了巨大的压力和挑战。节能和减排成为不可回避的问题。为此，寻找切实可行的石油代用燃料成为解决问题的根本所在。多年研究表明，在众多的替代燃料中，甲醇是最具有应用前景的燃料之一。液态甲醇直接作为点火式发动机燃料存在消耗量大，不易启动，燃烧效率低，排放差等问题。为解决上述问题，有学者提出了甲醇新型燃烧方式：利用发动机废气余热以及催化剂的催化，裂解甲醇成为甲醇裂解混合气，然后送入发动机气缸内作为发动机的燃料。这种方式由于利用了发动机废气余热，大幅度提高甲醇燃料的经济性，但是该方法自提出后，研究工作基本上都是在化油器式发动机上，或者采用裂解气和汽油混合掺烧方式进行。为了了解甲醇裂解气在现在广泛应用的电喷发动机上应用，本研究采用废气余热裂解甲醇，产生裂解气后直接作为发动机燃料。具体做法是，首先采用纯汽油启动，等待废气能够产生足够的甲醇裂解气后再转换成完全甲醇裂解气模式。以上工作在前期研究中获得很好的结果。为了深入了解废气余热对甲醇的裂解规律，本研究在前期工作基础上，进一步系统研究了不同催化剂及催化器结构对甲醇裂解气作为发动机燃料应用的效果。另外还对甲醇受热裂解的基本规律开展了深入的研究。研究中采用铜基/钯基两种不同催化剂在高温下催化甲醇，将其裂解成为混合气体。该气体主要成分为氢气和未裂解的甲醇蒸汽，其成分比例随着温度的变化而改变。为了能够深入了解裂解气成分比例随温度变化的特性，本研究搭建了甲醇裂解成分测试台架并且采用气相色谱仪对成分进行了检测与分析。研究结果显示：甲醇裂解混合气主要含有氢气和未裂解的甲醇气体，此外还存在部分一氧化碳、甲烷、水等化合物。铜基催化剂和钯基催化剂两种不同类型的催化剂对裂解混合气成分以及各成分含量有着较大的影响。在铜基催化剂催化作用下，H2体积分数峰值出现在环境温度较高区域；CO和CH4的体积分数在所有测试工况下都处于一较低水平，其数值均小于3.0%；在环境温度为250℃时水蒸气体积分数最高，随着温度的升高，水蒸气体积分数急剧减少，大部分试验研究测试点测得的体积分数均低于5%；甲醇蒸汽体积分数在环境温度在400～450℃出现最小值，最小值接近4%。而在钯基催化剂催化作用下，H2体积分数峰值明显有两个区域，分别是300℃和500℃的温度区域；CO和CH4的体积分数也都比较低；水蒸气体积分数峰值出现在350℃；甲醇蒸汽体积分数在环境温度300℃和450～500℃时出现极小值。在上述实验成果基础之上，采用铜基/钯基两种不同催化剂裂解气作为燃料在点火式发动机上进行了发动机动力性、经济性、缸内燃烧特性以及排放性能等性能研究。研究结果显示：铜基/钯基裂解气应用于点火式发动机上的动力性能够达到原汽油机的95%以上；甲醇裂解气发动机的当量燃料消耗率明显好于原汽油机，下降了24%左右；铜基、钯基催化剂裂解气缸内最大燃烧压力分别增加为6.2%-14.3%和10.5%-21.5%。同时，裂解气放热率也高于汽油，钯基催化剂裂解气的放热率最高。裂解气的循环变动率较之汽油略有增加。裂解气的快速燃期较汽油缩短，铜基和钯基催化剂裂解气缩短幅度分别高达4.8%和7.1%；在仅用前级后处理催化转化器条件下，裂解气发动机HC和CO排放仅为原机10%左右，NOX排放为20%左右。与铜基催化剂相比，钯基催化剂裂解气发动机的性能更好，而且其催化裂解效率、可靠性、催化剂附着性等方面均优于前者。本研究通过对甲醇裂解气成分随着温度变化而变化的特性研究以及甲醇裂解气作为点火式发动机燃料的发动机性能研究，为甲醇在内燃机上高效清洁燃烧提供了清晰的技术路线和良好的技术支持。