由于传统化石燃料的形成需要漫长的时间,而近年来化石能源的消耗量快速增加,化石能源正渐渐匮乏。同时由于化石燃料燃烧时会释放许多的温室气体以及污染性气体,对环境的破坏很大,因此寻找替代燃料是缓解能源危机和改善环境污染的有效方法。正戊醇作为第2代可以再生的生物燃料,其理化性质适合于柴油机的燃烧,可以使用木质纤维等原材料进行大量商业化生产。本文的实验是在一台四缸、水冷直喷式柴油机上进行。实验燃料采用生物柴油和正戊醇的混合燃料,正戊醇的掺混质量分数分别是0、10%、20%和30%,依次命名为NPB0、NPB10、NPB20和NPB30。本文首先研究负荷与喷油提前角的变化对混合燃料的燃烧及排放特性的影响;然后,在保持发动机的负荷及喷油正时不变时,探索发动机EGR率的变化对燃料燃烧以及排放规律产生的影响。另外,本文还基于所获得的实验数据进行了仿真研究,通过采用AVL-FIRE软件创建内燃机燃烧室模拟计算模型,研究正戊醇/生物柴油混合燃料的燃烧规律和碳烟、NO等的排放规律。通过对实验结果的分析,正戊醇的加入使得三种混合燃料的物理化学特性得到改善,提高了三种燃料的氧含量以及汽化潜热值,而且还降低了燃料的十六烷值、动力粘度以及表面张力,有利于正戊醇/生物柴油混合燃料的燃烧雾化特性的改善,使柴油机的预混燃烧阶段加强。正戊醇的掺混延长了试验燃料的滞燃期且缩短了试验燃料的燃烧持续期,当量燃油消耗率以及NOx污染物的排放量小幅度增加,乙醛和HC排放升高,污染物碳烟的排放量得到降低。含氧量的增加使CO、1,3-丁二烯和苯的排放下降;加入正戊醇燃料的压力升高率的峰值高于纯生物柴油,混合燃料的燃烧增强。负荷、EGR率以及喷油正时这三个参数都影响柴油发动机的燃烧以及排放特性。负荷增大,滞燃期缩短,当量燃油消耗率的变化趋势是先减小后增大,CO污染物的排放减少,污染物HC、苯和1,3-丁二烯排放先下降后上升,污染物NOx以及乙醛排放先增后降,但是碳烟排放上升。EGR率的增加导致燃料有更长的滞燃期和燃烧持续期,增多了CO和HC排放,而尾气中苯和1,3-丁二烯的变化较小,增幅不大,NOx排放出现减少,碳烟以及乙醛排放先降后增。其中喷油提前角引起的改变:喷油时刻过早或过迟都会影响燃烧,滞燃期和燃烧持续期的变化为前者延长后者缩短,喷油的延迟使CO、碳烟和HC排放均出现减少,NOx排放增多。通过AVL Fire软件进行模拟计算,结果表明当EGR率增加时,缸内燃烧的最大压力以及燃烧最高温度都出现了降低。从NPB20模拟结果中的缸内温度以及氧气浓度分布云图可以看出,预混合气形成比较充分,高比例的EGR率使缸内燃烧温度降低。后喷时刻不变时,当EGR率出现增加,NO和碳烟排放降低,且NO降低幅度较大,因此使传统发动机NO-碳烟排放两者此消彼长的关系得到改善,使得同时降低NO以及碳烟排放成为可能。