为减轻对石化柴油的过度依赖,以及解决传统柴油机氮氧化物（Nitrogen Oxides,NOx）和soot排放难以同时降低的问题,本文基于含氧燃料特性和新型燃烧模式协同控制的思想,深入研究了含氧燃料燃烧的化学反应机理及预混压燃（Premixed Charge Compression Ignition,PCCI）燃烧过程的特点和作用因素。本文基于课题组前期试验,采用预喷-预喷-主喷多段喷射策略耦合高废气再循环（Exhaust Gas Re-circulation,EGR）率以实现PCCI燃烧模式,调节含氧燃料混和比例以控制PCCI柴油机着火时刻及燃烧活性,实现含氧燃料PCCI燃烧模式的高效清洁燃烧。一方面构建了碳酸二甲酯（Dimethyl Carbonate,DMC）-柴油混合燃料替代机理,利用所构建及选用的替代机理,从化学动力学的角度深入分析了DMC-柴油和生物柴油-柴油混合燃料交叉反应对燃料低温、高温氧化、自由基消耗所产生的影响;另一方面通过化学反应动力学和三维模拟仿真的手段,从宏观和微观两个方面研究了两种混合燃料相同质量分数和相同含氧量情况下对PCCI燃烧系统活性和排放作用机理的影响。主要研究成果如下:（1）构建了新的DMC简化机理及DMC-柴油混合燃料替代机理。DMC简化机理包含53种组分243个基元反应,该DMC简化机理在不同的初始条件下能够较为准确地预测DMC燃料着火延迟期以及对冲燃烧火焰主要组分浓度。将DMC简化机理加入到正庚烷机理中,得到一个包含73种组分330个基元反应的DMC-柴油替代机理。DMC-柴油替代机理可以很好地预测着火延迟期及预混火焰浓度。（2）基于CHEMKIN-PRO软件,在定容均质反应器内模拟DMC-柴油和生物柴油-柴油混合燃料燃烧过程中燃烧特征和主要活性组分变化。模拟结果表明,D10燃料（DMC掺混质量比为10%）的着火时刻以及OH和H2O2的生成时刻较柴油迟而比DMC早,其混合燃料体系中柴油消耗速率相比于纯柴油降低,DMC消耗速率在低温放热阶段稍有加快;D50燃料（DMC掺混质量比为50%）的着火时刻以及OH和H2O2的生成时刻则较D10燃料迟而比DMC早,H2O2生成量较D10燃料增多,其存在时间较D10燃料长,但OH生成量减少;B10燃料（生物柴油掺混质量比为10%）的着火时刻以及OH和H2O2的生成时刻较柴油迟而比生物柴油早,混合燃料体系中柴油消耗速率较纯柴油降低而生物柴油消耗速率加快;B50燃料的着火时刻以及OH和H2O2的生成时刻较B10燃料迟而比生物柴油早,相比于B10燃料,B50燃料（生物柴油掺混质量比为50%）体系中柴油消耗速率降低而生物柴油消耗速率增大。（3）基于CHEMKIN-PRO软件,模拟分析DMC-柴油和生物柴油-柴油替代机理中的交叉反应流。模拟结果表明,低温下和高温下D10燃料体系中OH均从DMC流向柴油,有利于反应体系活性的升高,而D50燃料体系中DMC和柴油的脱氢启动反应则共同竞争OH,OH生成量减少,反应体系活性降低,因而不宜在柴油中大比例添加DMC;B10燃料中生物柴油和柴油的脱氢启动反应共同竞争OH,并不利于该混合燃料的燃烧启动,但后续C7H14O2HO2裂解为n C7KET和OH生成大量OH,增加了混合燃料反应系统活性,B50燃料中生物柴油掺混比例较大,整个反应系统OH贡献率均增加,混合燃料体系活性较B10燃料增强。结合低温和高温下DMC-柴油和生物柴油-柴油混合燃料交叉反应流可以发现,CH2O→HCO→CO这条反应路径具有重要地位,CH2O为混合燃料体系中含氧燃料和柴油重要的交叉反应桥梁。（4）基于Converge软件,耦合DMC-柴油和生物柴油-柴油混合机理,模拟计算掺混DMC和生物柴油两种酯类燃料的PCCI柴油机燃烧过程。模拟结果表明,相比于柴油,DMC-柴油和生物柴油-柴油两种混合燃料的反应系统活性均增加,添加10%DMC对反应系统活性的增加作用体现在整个反应系统中,油气扩散情况较好,燃空当量比浓区减少,着火到CA10时刻缩短,燃烧持续期也随之变短,放热中心CA50前移,缸压和瞬时放热率的主峰值均较柴油升高;添加10%生物柴油则仅体现在局部区域中,燃空当量比浓区及局部高温区域增加,但可燃混合气区域缩小,缸压和瞬时放热率的主峰值均较柴油降低,放热中心CA50后移,且随掺混48%生物柴油后愈加明显。添加含氧燃料后NOx排放均有少量增加,主要集中在高温但当量比较低的区域。D10燃料NOx排放生成量比B10燃料高。添加含氧燃料后soot排放均下降,主要分布在高温且当量比较高的区域,碳烟前驱物C2H2和C6H6分布区域和soot一致。在掺混质量分数相同的情况下,DMC降低soot排放的效果要优于生物柴油。