直喷汽油机颗粒排放质量轻、粒径小,这一特性使得其颗粒数量（PN）排放成为今后直喷汽油机排放控制面临的首要问题和技术难点。本文针对这一问题,采用汽油掺混丁醇的方式来改善直喷汽油机的PN排放。主要研究内容及结果包含以下三个方面:首先,考虑到仲丁醇、异丁醇、叔丁醇相比于正丁醇在燃料理化特性以及潜在产能上的优势,研究了四种丁醇同分异构体对直喷汽油机颗粒排放特性的影响。汽油掺混丁醇同分异构体后,PN排放表现出以下规律:仲丁醇/汽油＜正丁醇/汽油＜异丁醇/汽油＜叔丁醇/汽油＜汽油。此规律在不同掺混比例、负荷、喷油时刻、点火时刻、过量空气系数、EGR率等条件下均保持一致。在相同工况和掺混比例下,丁醇同分异构体对颗粒数量排放的影响主要与其碳烟生成倾向以及油气混合状态有关。虽然仲丁醇的理论碳烟生成倾向略高于正丁醇,但其较低的表面张力和汽化潜热有助于改善油气混合,反而在发动机台架试验中表现出较低的颗粒数量排放。其次,鉴于现行排放法规无法反映出燃料组分以及燃烧条件对颗粒物毒性的影响,进一步研究了EGR氛围下丁醇同分异构体对PAHs浓度以及当量毒性的影响。PAHs的总量受到燃料碳烟生成倾向、油气混合状态以及燃烧温度三方面的影响。故PAHs总浓度呈如下规律:正丁醇/汽油＜仲丁醇/汽油＜异丁醇/汽油＜叔丁醇/汽油＜汽油。EGR的冷却效应不利于PAHs在燃烧过程中的消耗,同样会导致PAHs浓度增大。当量苯并[a]芘含量（μg/m~3）的趋势与PAHs总浓度的趋势基本一致,掺混正丁醇能够保证较低的PAHs排放量以及较低的PAHs毒性。单位质量PAHs的毒性,即当量苯并[a]芘含量（%）,则与五环和六环PAHs所占比例有关,故汽油掺混叔丁醇、推迟喷油、EGR等措施均有利于降低单位质量PAHs的毒性。最后,考虑到汽油颗粒捕集器（GPF）的再生需求,针对直喷汽油机排气中氧浓度低以及富氧工况排气温度低的问题,研究了丁醇同分异构体对碳烟氧化活性的影响,结果表明:较低的燃烧温度下更容易生成有结构有序性差、石墨化程度低的碳烟基本粒子。虽然燃烧温度较低时容易导致碳烟分形维数增大,但本文中分形维数与碳烟活化能之间并没有表现出明显的相关性,碳烟基本粒子的结构参数对碳烟活化能的作用更显著。故碳烟氧化活性表现出以下规律:汽油＜正丁醇/汽油＜异丁醇/汽油＜仲丁醇/汽油＜叔丁醇/汽油。综合上述研究结果可以看出,丁醇同分异构体主要从碳烟生成倾向、燃烧温度以及物性参数三方面影响直喷汽油机颗粒排放理化特:在四种丁醇同分异构体中,正丁醇相对较弱的碳烟生成倾向有助于抑制碳烟前驱体（包括PAHs）的生成;其相对较高的燃烧温度有利于碳烟及其前驱体的氧化,二者使正丁醇具有较低的PN排放和PAHs浓度,但具有较高的当量苯并[a]芘含量（%）、较高的碳烟石墨化程度以及较弱的碳烟氧化活性。此外,正丁醇具有较高的汽化潜热和最高的表面张力,前者不利于燃油湿壁时壁面油膜的蒸发,后者不利于油束的雾化,导致正丁醇的油气混合状态较差。又由于仲丁醇的碳烟生成倾向与正丁醇接近,使得仲丁醇的PN排放低于正丁醇。PAHs排放、碳烟结构及氧化活性等对燃烧温度更为敏感,丁醇同分异构体物性参数的影响并未对其表现出明显的影响。综上,由于仲丁醇在显著降低PN排放和PAHs浓度的同时,还可以保持较低的PAHs毒性（单位质量颗粒所含PAHs毒性）并且能够提高碳烟的氧化活性,在四种丁醇同分异构体中具有最佳的综合排放控制效果。在优化的喷油时刻下,通过汽油掺混仲丁醇结合EGR,还可以在满足法规限值的同时,进一步提高燃油经济性以及后处理设备的耐久性,对于直喷汽油机实现高效清洁燃烧具有较大的潜力。