小型强化直喷汽油机在节能减排方面具有巨大潜力，但同时存在着爆震和颗粒物排放的问题。爆震限制了压缩比和增压比的提高，从而限制了发动机性能和热效率的进一步提升。随着人们对大气环境质量的关注，颗粒物排放法规也日趋严格。本文采用废气再循环（EGR）有效抑制了小型强化直喷汽油机的爆震倾向，且降低了颗粒物的数量和质量排放。然而EGR会导致燃烧进程过于缓慢，不利于燃烧效率的提高。从促进废气氛围下火焰传播速率的角度出发，本文采用提高滚流比和向汽油中掺混低比例乙醇、正丁醇等生物质燃料的方法，既发挥了EGR的优势，又促进了废气氛围下的燃烧速率。在一台小型强化直喷汽油机上，采用低压EGR系统和进气歧管可变滚流比机构，研究了EGR结合可变滚流比对直喷汽油机部分负荷工况燃油经济性、燃烧和排放特性的影响和作用机理。试验结果表明，在部分负荷工况下，引入EGR和提高滚流比对改善燃油经济性均有积极作用，两者共同作用可降低燃油消耗率约13.1~19.5%。原因在于EGR降低了泵气损失，而高滚流比提升了燃烧效率。随着EGR率的增加，火焰发展期（0-10%MFB）和快速燃烧期（10-90%MFB）均明显延长，不利于燃烧效率的提高；提高滚流比后，火焰发展期和快速燃烧期均明显缩短，在高EGR率（>20%）下的变化尤为显著。提高滚流比有利于促进废气稀释氛围下的火焰传播，降低燃烧循环变动，使EGR率界限得到拓展。随着EGR率的增加，NOx排放大幅降低；提高滚流比使燃烧温度升高，NOx排放有所上升；两者综合仍可降低NOx排放。提高EGR率和滚流比均使HC排放有所增加。随着EGR率的增加，不完全燃烧成为部分负荷下影响CO排放的主要因素，导致CO排放有所增加；提高滚流比有利于降低CO排放。在全负荷工况下，研究了EGR结合乙醇汽油、正丁醇汽油等混合燃料对直喷汽油机燃油经济性、燃烧、爆震和排放特性的影响。由于降低了燃烧温度和壁面传热损失，EGR在全负荷工况下同样能起到改善燃油经济性的作用，在20%EGR率处有效燃油消耗率降低约4.9~6.1%。将各混合燃料低热值折算成汽油低热值后，各燃料间的当量汽油有效燃油消耗率差别较小（2.9%）。燃料蒸发所带来的缸内充量的冷却效应（LH/LHV）由强到弱依次排列为：E20> E10>n-B20> n-B10>汽油。EGR及燃料蒸发均可造成燃烧温度的明显降低，且前者的影响更大一些。随着EGR率和燃料LH/LHV值的增加，火焰发展期均延长，同样是前者的影响更大。快速燃烧期与燃料的层流燃烧速率存在较强的关联，即层流燃烧速率越高，快速燃烧期越短。随着EGR率从0%增加到20%，火焰传播速率降低，混合燃料的快速燃烧期延长约25.5~38.9%，汽油的快速燃烧期延长约64.1%。混合燃料的快速燃烧期比汽油的增幅小，即醇类的添加缩短了快速燃烧期，原因在于混合燃料具有较高的层流燃烧速率。这表明乙醇或正丁醇的添加促进了废气氛围下的火焰传播。因此，EGR造成的燃烧过缓的问题可通过掺混乙醇或正丁醇来解决。随着EGR率的增加，最大燃烧压力的相位分布变得分散，燃烧稳定性变差；随着含醇量的增加，最大燃烧压力的相位分布重新变得集中，燃烧稳定性得到改善。相同含醇量下，乙醇汽油混合燃料的层流燃烧速率高于正丁醇汽油混合燃料，所以乙醇汽油混合燃料的燃烧稳定性更高。由燃料辛烷值和LH/LHV值的共同作用，乙醇汽油混合燃料的抗爆性最强，汽油的居中，正丁醇汽油混合燃料的最弱。引入EGR可明显降低爆震倾向。可通过引入EGR的方式降低正丁醇汽油混合燃料的爆震倾向。在全负荷工况，引入EGR和掺混乙醇、正丁醇均可降低直喷汽油机的颗粒数量排放。随着EGR率的增加，总数量浓度明显降低，核态颗粒数量浓度在总数量浓度中的比例增加，积聚态颗粒数量浓度在总数量浓度中的比例降低。对于汽油，颗粒排放以积聚态为主，随着含醇量的增加，总数量浓度和积聚态颗粒数量浓度明显降低。