柴油机由于其稀薄燃烧和较高的指示热效率而广泛应用于汽车领域和重型机械等领域。然而,柴油机遇到氮氧化物和颗粒物排放高,化石燃料资源的快速消耗,环境污染越来越严重以及排放法规的越来越严格,这使得科研工作者们正在开发替代策略来解决氮氧化物和颗粒物之间的trade-off关系并建立内燃机燃料的可持续化。低温燃烧(LTC)是同时减少氮氧化物和颗粒物质排放最有前途技术之一。低温燃烧模式包含有均质充量压燃技术(HCCI),预混合充量压燃(PCCI)技术,反应性控制压燃技术(RCCI)和汽油压燃技术(GCI)。其中,汽油压燃模式使用汽油代替柴油来实现低温燃烧,且在着火控制性方面要优于其它低温燃烧模式。但其低负荷下着火困难和高负荷燃烧粗暴是GCI燃烧模式所面临的主要问题。为解决上述难题,将加氢催化生物柴油与汽油以不同比例的掺混,在定容燃烧弹中开展了混合燃油喷雾、燃烧及碳烟生成特性研究,为汽油/加氢催化生物柴油在发动机中的应用提供掺混比例参考和理论基础。随后,在一台压燃式发动机上开展了不同掺混比例混合燃油的燃烧和排放特性研究,获得了不同掺混比例、不同喷油策略下的混合燃油的燃烧和排放特性。本文主要研究内容和研究成果如下:通过一步加氢脱氧脱硫催化获得了加氢催化生物柴油,在定容燃烧弹中同步测量了加氢催化生物柴油与柴油在燃烧条件下的喷雾液相长度,着火延迟期和火焰浮起长度。对比喷雾液相长度发现加氢催化生物柴油可以大比例掺混与混合燃油中而不发生喷雾撞壁现象和具有较好雾化效果,但加氢催化生物柴油着火延迟期和火焰浮起长度更短,容易发生爆燃和生成更多的碳烟,这说明加氢催化生物柴油不能过高比例的掺混于混合燃油中。在定容燃烧弹上开展了不同掺混比例汽油/加氢催化生物柴油混合燃油的喷雾燃烧特性研究。随着混合燃油中加氢催化生物柴油掺混比例增加,着火延迟期和火焰浮起长度变短,着火性能得到改善。对比混合燃油与柴油发现,混合燃油的着火延迟期较长,火焰浮起长度与喷雾液相长度差值较大,火焰与喷雾液相存在一定的油气混合空间,这有利于形成稀混合气,降低混合气燃油当量比,从而降低碳烟的生成。采用高频背景光消光法研究了混合燃油和柴油的碳烟生成特性,G50H50的碳烟生成量与柴油接近,在高温和无EGR的环境下甚至高于柴油,从碳烟生成量分析,汽油中掺混加氢催化生物柴油的比例不应多于50%。在一台重型柴油机上开展了G60H40,G70H30和G80H20三种混合燃油在不同负荷、不同喷油时刻和不同预喷比条件下的GCI燃烧模式的试验研究。研究发现三种混合燃油在低负荷条件下都能实现稳定燃烧且不需要其它辅助措施和进气加温。在单次喷油试验中发现,综合考虑三种混合燃油的燃烧和排放特性,G70H30最具有应用潜力。为了控制最大压力升高率和燃烧相位,开展了多次喷油策略的研究,通过改变预喷比和预喷时间来进行试验优化。随着预喷比增加,燃烧相位提前,最大压力升高率增加,氮氧化物和碳氢化合物排放提高,颗粒排放降低。而预喷时刻推迟会减少CO和HC排放,但增加了颗粒排放。