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燃料特性优化是实现柴油机高效清洁燃烧的重要技术途径之一。聚甲氧基二甲醚(PODE)是一种高十六烷值、高含氧量、挥发性好和无碳碳键的新型清洁替代燃料,其生产原料来源广泛,能显著改善柴油机燃烧和排放性能,近年来受到国内外的高度重视。本文采用发动机台架试验、定容燃烧弹试验、化学动力学分析和三维数值模拟等手段相结合的方法,开展柴油和汽油掺混PODE压燃燃烧和排放特性以及燃烧反应动力学机理的研究。柴油掺混PODE的喷雾试验结果表明,在非蒸发态条件下,掺混PODE使柴油的喷雾贯穿距和喷雾锥角增加,喷雾轴向和径向当量比降低,对液滴索特平均直径(SMD)影响较小;在蒸发态条件下,掺混PODE使喷雾贯穿距和喷雾锥角变小,混合燃料气相比例增多。发动机台架试验结果表明,柴油掺混PODE对滞燃期影响较小,预混放热率峰值降低,喷油持续期和燃烧持续期延长,热效率降低,但在大负荷高EGR率工况,热效率显著改善。掺混PODE有利于提高后期燃烧速率,降低了由于喷油持续长而造成的燃烧定容度损失。掺混PODE使中小负荷工况NOx排放降低,对大负荷工况NOx排放影响较小,而HC、CO和碳烟排放显著降低。汽油掺混PODE的喷雾试验结果表明,在非蒸发态条件下,掺混PODE使汽油的喷雾贯穿距和喷雾锥角增大,喷雾轴向和径向当量比降低,液滴的SMD增加。在蒸发态条件下,由于PODE的挥发性较汽油差,掺混PODE使汽油的液相贯穿距增加。发动机台架试验结果表明,汽油掺混20%的PODE使汽油压燃大负荷工况(BMEP=1.60 MPa)的碳烟排放和压力升高率分别降低94%和47%,中等负荷工况(BMEP=0.95 MPa)燃烧敏感性降低,与柴油燃烧可控性相当,小负荷工况(BMEP=0.30 MPa)循环波动系数从6.5%降至2.7%,燃烧稳定性显著提高,燃烧效率从85.1%提高至99.6%,HC和CO排放显著降低。进一步针对汽油/PODE混合燃料压燃大负荷工况开展多次喷射策略研究。结果表明,汽油掺混20%的PODE可降低碳烟排放对预喷和后喷参数的敏感性,采用三次喷射策略、30%EGR率和140 MPa喷油压力,NOx排放降至1.3 g/kWh,碳烟排放为0.007g/kWh,BSFC为199.67 g/kWh,最大压力升高率仅为0.45 MPa/°CA。上述结果表明,掺混PODE是拓宽汽油压燃运行工况范围、改善性能和排放的有效途径。为揭示掺混PODE对颗粒排放影响的机理,本文在多缸重型柴油机上开展了掺混PODE对传统柴油机和汽油压燃PAHs排放特性以及颗粒物微观形态的影响研究。结果表明,柴油掺混PODE使大负荷和中等负荷工况总PAHs排放和毒性降低,小负荷工况二者略微增加。随负荷降低,汽油和G80P20的气相PAHs增加,但汽油的PAHs毒性显著增加,G80P20的PAHs毒性略微增加;在中小负荷工况,汽油掺混PODE可显著降低总PAHs排放和毒性。在颗粒物微观形态方面,燃用柴油和D80P20时的基本碳粒子直径主要分布在15～37 nm和13～34nm之间。汽油和G80P20的基本碳粒子粒径主要分布在15～35 nm之间。提高喷油压力有利于降低基本碳粒子的平均粒径,且基本碳粒子粒径分布总体向小粒径方向变化。增加EGR使碳烟的氧化能力减弱,基本碳粒子平均粒径增加。柴油/PODE和汽油/PODE掺混燃料的基本碳粒子纳观结构呈现出典型的核壳结构,即由无序结构的内核和石墨微晶结构的外壳组成。本文最后构建了包含151个物种和654步反应的TRF-PODE-PAH简化机理,与CFD软件耦合可预测燃用柴油/PODE和汽油/PODE混合燃料时的燃烧和排放性能。模拟结果表明,掺混PODE使OH浓度增加,燃烧反应速率加快,缸内温度增加,在高温和OH的作用下,有利于HC和CO氧化,提高燃烧效率。汽油在低当量比和低温条件下的着火滞燃期对初始当量比和温度变化敏感,掺混PODE使滞燃期缩短,混合燃料着火前温度和当量比增加,燃烧敏感性降低。掺混PODE既可抑制碳烟生成又可促进碳烟氧化,其作用机制包括:首先,PODE的高含氧量及无碳碳键的分子结构使其在燃烧过程中不产生PAH前驱物,稀释作用是降低碳烟排放原因之一;其二,掺混PODE可减少局部过浓区,从而抑制碳烟生成;其三,掺混PODE提高了燃烧过程中的OH自由基浓度,促进PAH和碳烟的氧化;最后,掺混PODE使燃烧后期缸内温度增加,提高了碳烟后期氧化速率。