本文在国家973项目、国家自然科学基金和西安交通大学博士论文基金的资助下,系统地开展了柴油-含氧化合物混合燃料的燃烧理论和排放控制方面的研究。发现了燃用不同柴油-含氧化合物混合燃料时发动机燃烧和排放的共性特征与个性特征,阐明了共性特征与混合燃料含氧量和含氧化合物种类之间的关系。通过系统的研究,得到了燃烧和排放参数与混合燃料含氧量的定量关系,将研究工作由定性研究发展为定量研究,为高效低污染发动机燃料设计与开发提供了理论依据和方法途径。本文的特色与创新之处反映在:(1)通过系统地开展柴油-二甲氧基甲烷混合燃料、柴油-二乙二醇二甲醚混合燃料、柴油-碳酸二甲酯混合燃料、柴油-碳酸二乙酯混合燃料、柴油-己二酸二乙酯混合燃料、柴油-乙醇混合燃料等多种柴油-含氧化合物混合燃料的燃烧与排放研究,阐明了燃用不同柴油-含氧化合物混合燃料时,发动机燃烧规律和排放生成机理,发现了在不同供油提前角、转速、负荷等发动机运转参数下,发动机燃用柴油-含氧化合物时燃烧和排放的变化规律,得到了混合燃料含氧量与燃烧时间、有效热效率、有效燃油消耗率、碳烟、NOx、CO和HC等参数的定量关系。研究结果表明:发动机燃烧规律随混合燃料中含氧量的改变而改变。随着混合燃料含氧量的增加,扩散燃烧过程中局部缺氧状况得到改善,扩散燃烧期和总燃烧期缩短,燃烧过程紧凑,混合燃料燃烧放热率曲线型心向上止点移动,燃烧等容性提高,有效热效率提高。研究发现,燃用柴油-含氧化合物混合燃料时,发动机碳烟的下降与混合燃料含氧量密切相关,而受含氧化合物种类的影响很小。随着混合燃料含氧量的增加,碳烟排放明显降低但降低的速度减缓,同时NOx排放没有随含氧量的增加而升高,碳烟和NOx之间呈现一条平坦的trade-off曲线。联合应用柴油-含氧化合物混合燃料和推迟供油,可以实现碳烟和NOx的同时下降。此外,含氧燃料的添加可以降低CO排放和HC排放。本研究的特色与创新之处在于通过系统而深入的研究,将发动机燃用柴油-含氧化合物混合燃料燃烧和排放的研究由个例研究和定性研究上升为系统研究和定量研究,为柴油-含氧化合物混合燃料的开发与应用提供了理论和试验依据。(2)开展了柴油-二甲氧基甲烷混合燃料着火滞燃期的研究,发展了着火滞燃期预测关系式,得到了适合于柴油-二甲氧基甲烷混合燃料着火滞燃期的预测关系式,解决了现有着火滞燃期预测关系式无法有效地预测含氧混合燃料着火滞燃期的问题。研究表明:由于没有考虑到含氧量对着火滞燃期的影响,现有的着火滞燃期预测公式无法有效的预测柴油-二甲氧基甲烷混合燃料的着火滞燃期。经过发展的预测关系式考虑了混合燃料含氧量的变化和十六烷值的变化对着火滞燃期的影响,从而能够较好的预测柴油-二甲氧基甲烷混合燃料着火滞燃期。本研究的特色和创新之处在于分析了以往着火滞燃期预测关系式无法有效预测柴油-含氧化合物混合燃料着火滞燃期的原因,发展得到了适合于柴油-含氧化合物混合燃料着火滞燃期预测的关系式形式。(3)利用高速摄影纹影系统,在高压定容燃烧弹内完成了柴油-二甲氧基甲烷和柴油-乙醇混合燃料的瞬态喷雾特性研究,并利用Fire软件模拟了柴油-乙醇混合燃料在高压高温环境下的喷雾过程。研究阐明了混合燃料喷雾嘴角和贯穿距离与混合燃料中二甲氧基甲烷添加比例、环境压力以及喷嘴直径之间的关系。通过数值模拟得到了高压高温下柴油-乙醇混合燃料的喷雾特性与乙醇添加量的关系。研究结果表明:随着混合燃料中二甲氧基甲烷含量的增加,喷雾锥角增大贯穿距离减小。在非破碎段区间内各种燃料喷雾的贯穿距离与时间均成正比关系,在破碎段区间内贯穿距离与时间呈现s∝tn关系。随着环境压力的增加,燃油喷雾锥角增大,贯穿距离缩短,而喷雾锥角与环境压力成θ∝Pa0.15关系。随着喷嘴直径增加,喷雾锥角增加,贯穿距离增长。本研究特色和创新之处在于阐明了二甲氧基甲烷的添加对混合燃料喷雾特性的影响,在非破碎段区间和破碎段区间内油束贯穿距离与时间的关系,喷雾锥角与环境压力的关系。(4)开展了柴油-二甲氧基甲烷混合燃料、柴油-二乙二醇二甲醚混合燃料、柴油-碳酸二甲酯混合燃料、柴油-碳酸二乙酯混合燃料、柴油-己二酸二乙酯混合燃料热物性的系统性研究。阐明了含氧化合物的添加对混合燃料密度、表面张力、粘度等热物性的影响,测量得到了不同组份、不同掺混比例时混合燃料热物性的试验数值,并根据试验数值拟合得到了各混合燃料的过余热物性计算公式。研究中发现通常采用的通过质量比例差值法计算得到的混合燃料物性如密度、表面张力和粘度等,均大于试验测量值。其中,混合燃料密度的计算值与试验测量值差距较小,而表面张力和粘度的计算值与测量值差距较大。本研究的特色和创新点在于通过多种混合燃料热物性的研究,阐明了柴油-含氧化合物混合燃料热物性与含氧化合物添加比例之间的关系。