近年来,我国的汽车产量和保有量大幅度增长,随之而来的能源和环境问题也越来越引起人们的注意。随着石油价格的上涨,全球变暖以及其他环境问题日益突出,必须对汽车结构、油品等进行改造来满足节能和环保的要求。使用添加剂和替代燃料是改善汽油品质的两种行之有效的途径。本研究利用先进的研究手段,从燃烧学角度结合化学分析、光学测量的方法系统地对目前最常用的汽油添加剂甲基叔丁醚和广为使用的替代燃料乙醇的燃烧特性及其对汽油特性的影响进行了研究。比较原位光谱诊断法,取样分析法等国内外常用燃烧诊断技术的优势和不足。引入同步辐射单光子电离技术,结合分子束取样和飞行时间质谱技术,介绍其原理,发展历程和特点,并将其与国内外燃烧领域所使用的其他燃烧诊断方法相比较。利用同步辐射单光子电离结合分子束取样技术测量了标准汽油、含MTBE汽油和乙醇汽油在氧气中燃烧的质谱图,并比较了这三种火焰中的燃烧中间产物的差异和温度变化规律。通过比较加剂前后火焰中成分的差异以及燃烧中间产物的空间分布规律变化情况,分析了MTBE和乙醇对汽油性能的影响机理。实验表明,MTBE和乙醇可以抑制在低温反应时汽油中烷烃的裂解,同时减缓火焰中芳香烃的氧化速度。为了印证同步辐射燃烧实验的一些结论,我们设计了一种定容燃烧弹试验装置,用于对加剂后汽油的预混火焰特性进行有关的基础研究。全面地介绍了该试验装置的定容燃烧弹,混合气配制系统,加热系统,点火系统,燃烧压力测量系统,高速摄像系统以及数据采集系统等子系统的工作原理、结构及其特点。通过对比燃烧火焰照片和压力曲线,分析了三种燃料的滞燃期和火焰传播速度的差异,并将得到的结论与同步辐射实验的结论相印证。