冷启动困难、冷启动排放高、冷启动燃油燃烧效率低和燃料短缺是柴油机面临的困境。研究表明，当燃油温度升高后，喷雾和雾化效果会得到改善，燃烧会更充分，排放也会降低。化石燃料储量有限且燃烧后会产生温室气体。而温室气体会对地球的气候产生巨大的影响。由于生存压力，人类社会迫切地去寻找可持续的清洁替代燃料。而替代燃料在发动机中冷启动时的表现是其能否获得应用的重要因素。本文提出基于PTC(Positive temperature coefficient)的喷油器工作原理，通过快速升高冷启动时喷油器内燃油温度，以期解决长期困扰柴油机的冷启动困难、燃烧效率低和排放高三个难题。由于冷启动时通过喷油器提供的燃油量很小，加热燃油所需要的电能很少。PTC材料是正温度系数材料，当温度低于居里点时，材料的电阻很小，PTC材料在短时间内可将电能高效地转化为热能。当温度高于居里点时，PTC材料的电阻会急剧变大。通过选用不同居里点的PTC材料，可以为不同工况下、各类柴油机燃油配置相应的PTC-base喷油器（基于PTC的喷油器）用来控制喷油器中的燃油在想要的温度范围内。为了解决化石燃料短缺及其排放引起的环境问题，研究了生物柴油和混合燃料的相关物理化学属性。为后续的理论和实验研究做好准备工作。为了研究冷启动时各种燃料在PTC-base喷油器中的表现，建立了三个仿真模型，分别计算了不同燃料，不同转速下稳态和瞬态的燃油流动和传热，得到了不同燃料、不同工况下，PTC-base喷油器的流动和传热规律。喷射到气缸中的燃油应该是雾化良好的。若非如此，燃油将不能充分燃烧，造成燃料的浪费，排放也会随之升高。为此，我们建立了一个PTC-base喷油器的喷雾模型。并计算该模型在温度，压力，喷油角度，燃油成分变化的条件下燃油雾化的效果。为了验证PTC-base喷油器传热计算结果，本文设计了5个关联实验。分别是PTC材料物性实验、热电偶误差校核实验、喷油器入口压力测试实验、PTC-base喷油器温度测试实验和PTC-base喷油器喷雾测试实验。该系列实验同时也提供重要的压力边界条件。研究表明PTC-base喷油器能够有效解决燃油冷启动困难、排放高和燃烧效率低三个难题；生物柴油和新型混合可再生燃料适合配置了PTC-base喷油器的柴油机工作环境，有希望成为化石燃料的可持续替代能源。研究结果还表明，本文所提出的理论建模计算的研究方法是可靠的。