短链醇被认为是最具潜力的内燃机替代清洁燃料,近年来成为内燃机研究的热点之一。醇类作为替代燃料一般是部分替代的形式,即与汽油、柴油组成混合燃料或采用双燃料的形式。然而目前的研究中,醇类对内燃机燃烧与排放的影响机理尚不明确,不同醇类作为替代燃料对发动机性能影响的差异也较少涉及。本文针对直链醇类(乙醇、正丙醇、正丁醇和正戊醇)碳链长度、混合燃料含氧量和丁醇异构体(正丁醇、异丁醇、叔丁醇、仲丁醇)分子结构三个方面,研究了醇类对柴油快速压缩机着火延迟和发动机燃烧和排放性能的影响。本文首先进行了柴油掺混醇类的快速压缩机实验。实验上止点压力10 bar,当量比为1,温度范围约为670~850 K。醇类的掺混会导致柴油着火延迟显著增加。在相同掺混比例时,其对柴油着火延迟的推迟作用乙醇≈正丙醇>正丁醇>正戊醇,异丁醇≈仲丁醇>正丁醇>叔丁醇。醇类对柴油着火延迟的提升作用一方面是稀释作用,另一方面是其低温反应与柴油争夺OH基。叔丁醇具有相对较明显的低温反应,对柴油着火延迟的提升作用最弱。之后在一台单缸的柴油机上不同燃料的发动机负荷特性。研究发现,各种醇类均可以明显推迟柴油机燃烧相位,延长滞燃期,其作用与快速压缩机实验结果基本一致。滞燃期的延长引起燃烧持续期的缩短,缸内最高温度和最高压力均有所上升。在主要气体排放方面,掺混醇类会使柴油机CO排放在小负荷下明显上升,在大负荷下略有降低;NOx排放略高于柴油,不同燃料的NOx排放差别不大;HC排放相比柴油略有上升;掺混醇类颗粒物排放数量高于柴油,但平均几何粒径降低。研究了甲醛、乙醛和乙烯三种非常规排放的特性,并通过反应路径分析,发现由于异丁醇甲醛的生成路径更加丰富,且异丁醇脱氢后可以直接被氧化为甲醛,其甲醛排放最高。对比不同的醇类,正戊醇和叔丁醇在效率、排放等方面与其他醇类相比更有优势。最后,本文研究了柴油掺混丁醇异构体在EGR和PCCI两种低温燃烧模式下的燃烧和排放性能。发现随着EGR率的增加,各种燃料的燃烧相位差别更加显著。当EGR率超过40%时,缸内燃烧情况明显恶化,排放明显上升。在PCCI燃烧模式下,CO排放明显高于原机,NOx排放略有下降,HC排放略有上升,颗粒物排放降低十分显著,甲醛、乙醛、乙烯、甲烷等非常规排放有所增加。在PCCI燃烧模式下,需要对发动机喷射策略、EGR策略进行进一步的优化,以达到最佳的发动机性能。