能源危机及环境污染是当今世界面临的两大直接威胁人类生存的全球性问题,汽车工业的健康快速发展也面临这两个问题所提出的技术挑战。内燃机自诞生以来就作为世界范围内的移动车辆的主要动力来源,但是随着各国对新生产机动车辆排放限值的逐步降低,内燃机的发展也面临着极其严峻的考验。为探寻实现压燃式内燃机高效清洁燃烧的技术途径,本文从燃料特性及边界条件协同控制的角度,试验研究了不同分子结构的丁醇/柴油混合燃料对于压燃式发动机燃烧及排放特性的影响规律,揭示了燃料含氧量及键合形式对于燃烧及颗粒物排放的影响程度。本文基于一台车用轻型压燃式发动机搭建了适用于内燃机缸内燃烧分析及排气污染物监测的测控系统,采用正丁醇与柴油配置了不同含氧量的试验燃料,采用正丁醇、仲丁醇和异丁醇分别与柴油进行掺混得到相同含氧量、不同分子结构的丁醇/柴油混合燃料,通过对进气参数及喷油参数等边界条件的主动控制,开展丁醇/柴油混合燃料燃烧及排气污染物生成规律的试验研究工作,试验结果表明:柴油中掺混一定比例的正丁醇对压燃式内燃机缸内燃烧及污染物排放产生较为显著的影响。燃用正丁醇/柴油混合燃料,有利于提高压燃式发动机预混合燃烧比例,随正丁醇添加比例增加,燃烧滞燃期延长,燃烧持续期缩短,碳烟及颗粒物排放降低,中小负荷工况排气核态微粒比例增加,大负荷工况排气核态微粒比例减小,而NOx排放变化不大。中等负荷下通过优化燃烧相位及喷油压力,可进一步在保证较高热效率的同时降低发动机排放,本研究中,中等负荷下正丁醇/柴油混合燃料最适宜的CA50为5°CA ATDC,最优的喷油压力为100MPa,此时指示热效率最高,排气消光烟度值相对较低,CO及NOx排放同时处于较低水平,且排气微粒中核态微粒比例小;另外,燃用正丁醇/柴油混合燃料有利于降低对于柴油机高喷射压力的要求,过高的喷油压力不但对碳烟排放降低作用减弱,还会进一步造成NOx排放增加,同时核态微粒比例增大。通过引入EGR进一步降低进气氧浓度,有利于在的碳烟排放增加不明显的同时,大幅降低正丁醇/柴油含氧混合燃料的NOx排放,且大负荷工况下,适当增大丁醇/柴油混合燃料的含氧量可提高对EGR的耐受度,加大丁醇的添加比例并降低进气氧浓度有利于同时改善排气烟度及NOx排放。直链结构的正丁醇相对仲丁醇及异丁醇更有利于活化燃烧的进行,且具有更佳的降烟效果,不同负荷下,正丁醇/柴油混合燃料的排气烟度最小,三种同分异构体的NOx排放差别不大,中大负荷下排气总微粒数量浓度随正丁醇-柴油、仲丁醇-柴油、异丁醇-柴油顺序小幅减小,核态微粒比例则按此顺序小幅升高。另外,进气氧浓度对丁醇同分异构体/柴油混合燃料的燃烧、排放及排气颗粒物特性有较大影响,且正丁醇对进气氧浓度的敏感性更大。随进气氧浓度降低,三种丁醇同分异构体-柴油混合燃料的NOx排放明显下降,且大负荷工况,异构丁醇-柴油混合燃料的排放烟度升高幅度较正丁醇-柴油混合燃料高出20%-40%,同时直链结构的正丁醇的排气微粒数量浓度峰值在大负荷工况更易受EGR的作用而向大粒径偏移。