能源短缺和环境污染已成为全球关注的焦点，尽管新型清洁燃料汽车有了较大发展，但在未来相当长的一段时期内，传统汽油和柴油汽车仍是发展的主流。柴油发动机压缩比高，绝热损失及泵气损失小，具有良好的动力性和经济性，广泛应用于汽车、交通、农业及工程机械等领域。但是，由于柴油粘度大，挥发性较差，混合气形成困难，导致传统柴油机燃烧过程中不可避免的存在局部高温、过浓区，使柴油机的NOx与碳烟排放较高，且存在此消彼长的竞争关系，制约了柴油机的发展。近年来，大量新技术的应用虽然使得柴油机微粒质量排放大幅度降低，但却导致燃烧生成的微粒超细化程度更高，数量相应增多，排气微粒成分更为复杂，对环境及人体的危害更大。同时，未来的排放法规不仅对微粒的质量排放进行了限制还对微粒的粒数加以限制。因此，柴油机超细微粒排放特性研究同样具有重要意义。近年来，新一代燃烧理论得到了飞速发展，已有研究表明通过采用预混合化的燃烧模式可在保证内燃机热效率的同时降低尾气排放。传统柴油预混合燃烧过程中由于受到燃料挥发性的限制，为达到更高比例的预混合燃烧，必须采用较大的喷油提前角，带来了低负荷HC及CO排放高，高效清洁燃烧运行负荷工况范围窄的问题。与柴油相比，汽油挥发性较好，更易于形成较为均匀的混合气，有利于解决柴油机混合气分布不均的问题。因此，如何结合汽油机混合气均匀和柴油机高效率、着火性好的优点，同时降低二者的污染物排放，实现汽油机/柴油机统一化的新型燃烧模式，同样是当今内燃机研究的热点问题。为深入探究燃料特性及燃烧边界条件对燃烧及排放的影响规律，阐明燃料化学动力学及燃烧边界条件协同控制对缸内活化氛围及热氛围的作用机理，本研究基于高压共轨增压中冷柴油机搭建了部分预混压燃试验平台，自行设计开发了排气微粒稀释采样系统，满足试验研究的需要；同时，采用商业软件AVL-Fire搭建了模拟仿真研究平台，对关键燃烧边界条件进行了模拟计算研究，揭示了燃烧边界条件对缸内活化氛围及热氛围的影响机理。为揭示基础燃料特性对微粒排放粒度分布的影响规律，研究中首先采用直馏柴油、加氢柴油以及煤油作为基础燃料，按一定比例配比制取了不同着火性、挥发性及硫含量的石化燃料，试验研究了石化燃料理化特性对柴油机超细微粒排放的影响规律。研究结果表明：高压共轨柴油机微粒排放以核态微粒为主，不同运转条件下核态微粒所占比例均在72%以上，小于100nm的超细微粒所占比例在94%以上。外特性工况中低转速时随着转速升高，核态微粒数量略有增加，积聚态微粒数量变化不大。转速继续增大，核态微粒及积聚态微粒数量浓度迅速上升，导致总微粒数量浓度随之迅速增加。随负荷增大，核态微粒及总微粒数量显著增加，积聚态微粒数量变化不大。燃料含硫量是影响发动机微粒排放粒度分布的重要因素，其对核态微粒数量排放的影响较为显著，对积聚态微粒数量影响不明显，随硫含量增加超细微粒及总微粒排放数量浓度明显增加。此外，硫含量对柴油机微粒数量排放的影响在大负荷工况下更为显著。适当提高燃料十六烷值，将使燃烧的滞燃期缩短，预混合燃烧量减少，扩散燃烧的比例增大，有助于减少核态微粒的排放数量。但十六烷值过大，会导致燃油燃烧过程中易裂解，反而会引起核态微粒排放增多，微粒总数上升。同时，当十六烷值大于50后，随着十六烷值的增大，微粒中DS（Dry Soot，干碳烟）的比例上升，SOF（Soluble Organic Fraction，可溶性有机物）的比例下降。因此，实际应用中将燃料十六烷值控制在55-60之间比较合适。通过针对燃料挥发性的研究可以发现，改善燃料挥发性有助于提高燃油与空气混合，使油气混合气浓度更为均匀，可降低大负荷工况下微粒排放数量及质量排放，但在中小负荷工况下将导致核态微粒和超细微粒排放数量浓度增加，而积聚态微粒排放数量浓度基本不变。为深入研究燃料特性及燃烧边界条件耦合控制对燃烧及排放的影响规律，本文针对喷油参数及EGR（Exhaust Gas Recirculation，废气再循环）对缸内活化氛围及热氛围的影响进行了试验及模拟研究，阐明了燃烧边界条件对缸内燃油雾化、蒸发及油气混合的影响规律，深入揭示了燃烧边界条件对缸内活化氛围及热氛围的作用机理。在此基础上，为研究燃料特性与燃烧边界协同控制对燃烧及排放的影响，研究中将汽油与柴油按一定比例进行混合获得着火性、挥发性及馏程范围介于现有汽油与柴油之间的宽馏程燃料，通过对燃油喷射参数及进气参数灵活控制，探索实现汽油/柴油混合燃料部分预混压燃模式的控制方法及技术途径，并深入研究预混压燃发动机燃烧及超细微粒排放规律。研究结果表明：当燃用纯柴油燃料时，随主喷时刻提前，滞燃期延长，有利于实现大比例的预混合燃烧，但会导致NOx排放增加。同时，对于碳烟排放和燃油经济性来说，存在最优的喷油提前角。此外，小负荷工况下主喷时刻提前各模态微粒的数量浓度有小幅下降，中等负荷工况下，改变主喷时刻对微粒数量浓度分布的影响较小。通过采用预喷策略，能够使得在主喷燃油着火前形成一定量的预混合气，进一步增大预混合量，且预喷时刻及预喷比例对燃烧及排放均有一定的影响。通过合理控制预喷时刻以及预喷量，能较好的兼顾预混合燃烧量、排放及经济性。小负荷工况下增加小比例的预喷，能够降低积聚态微粒的数量浓度。提高喷油压力有利于降低碳烟排放，但NOx及各模态微粒数量排放增加。对于汽油/柴油混合燃料，随汽油掺入比例增加，滞燃期延长，燃烧持续期相应缩短，有利于增大预混合燃烧量，降低排气烟度，并改善燃烧定容性。但过大的汽油掺入比例会导致不完全燃烧产物增加，燃烧效率降低，进而引起热效率下降。同时，在中等负荷工况下燃用宽馏程燃料能够明显降低核态微粒和积聚态微粒的数量浓度，研究结果表明，燃用G30燃料，耦合喷油规律及EGR等燃烧边界条件能够同时降低压燃式发动机核态微粒、积聚态微粒及总微粒的数量排放。因此，为保证热效率，应合理选取适宜的汽油掺入比例。通过燃料特性与燃烧边界条件协同控制研究可以发现，选取适宜的汽油掺入比例，合理控制燃烧相位，可在一定范围内保证较高的燃烧效率及较好的燃油经济性。同时，利用燃烧相位与EGR的协同控制策略，可在不影响热效率的情况下，进一步改善宽馏程燃料预混压燃排放特性，同时降低NOx及微粒排放。