随着汽车保有量的增加,能源短缺和环境污染已成为制约内燃机发展的两大问题,寻找石油替代燃料来缓解能源危机,降低污染物排放成为当务之急。而粗放型的煤炭燃烧被认为是造成雾霾等污染问题的主要原因,大力发展煤炭清洁化利用,将煤炭的清洁化利用与内燃机替代燃料的开发工作相结合,对促进煤炭企业转型、缓解能源危机和污染从源头到终端的防治有着重要的可持续发展意义。结合山西煤炭大省的能源优势和煤化工产业的发展优势,将煤间接液化得到的F-T柴油应用于柴油机中,因其具有较高的十六烷值,能够显著降低NOX排放,但其过高的十六烷值使得扩散燃烧的比重增加,存在碳烟排放增加的趋势,而醇类燃料是一种应用广泛的含氧燃料,能够降低碳烟排放,因此本文在F-T柴油中掺烧低碳醇类混合燃料以实现NOX与碳烟的同步降低。由于F-T柴油与醇类燃料不能互溶,为了解决混合燃料的稳定性问题,本文首先以F-T柴油与甲醇为例来研究F-T柴油与醇类燃料的互溶性,选出助溶效果最好的正癸醇作为混合燃料的助溶剂,配制10%体积比的煤基甲醇、乙醇、丁醇混合燃料分别记为M10、E10、N10,通过测试和计算得到混合燃料的理化特性:相对于0#柴油,混合燃料的十六烷值、c(H)/c(C)和含氧量增加,硫含量、动力粘度与密度降低,体积热值降低。这些理化特性对于发动机性能产生直接影响。通过发动机台架试验,研究了混合燃料的理化特性对燃烧、动力经济性、常规与非常规排放以及振动特性的影响规律。混合燃料的高十六烷值特性使得其滞燃期与预混合燃烧期小于0#柴油大于F-T柴油,而扩散燃烧期却恰好相反;缸压峰值、燃烧放热率峰值相对于0#柴油都有所降低,缸压峰值相位推迟,燃烧放热率峰值相位提前,燃烧放热中心累计放热量达50%时对应的曲轴转角CA50有所推迟。醇类燃料较低的体积热值使混合燃料的动力性能相比于0#柴油平均降低10%左右,混合燃料的质量热值决定了其有效燃油消耗率上升,有效热效率下降;混合燃料的高十六烷值含氧特性实现了碳烟与NOX的同时降低,解决了NOX与碳烟排放的此消彼长的关系;醇类燃料的高汽化潜热值使得HC排放有所升高,混合燃料的高c(H)/c(C)及含氧特性使得CO排放明显降低;混合燃料的醇类排放主要来源于混合气中的未燃醇,得益于混合燃料以F-T柴油为基础燃料,甲醛排放有大幅度的降低。0#柴油的喷油泵振动幅值最小,混合燃料的振动幅值增加;柴油机缸盖振动信号中,由燃烧激励导致的缸盖振动加速度幅值最大,进气门开启时气体冲击导致的振动加速度幅值最小,气门开启时的气体截流冲击小于气门关闭时的气门落座冲击;0#柴油的有量纲特征参数值最大,F-T柴油的最小,混合燃料缸盖振动程度介于两者之间;而对应的无量纲特征参数值恰好相反。综合对三种混合燃料的配制以及试验分析,混合燃料能够同时降低柴油机的碳烟与NOX排放,其中M10燃料的降低效果更明显,同时表现出燃烧柔和的特点,改善了柴油机振动特性。