在内燃机研究领域,节能减排是目前的主要发展方向。缸内直喷汽油机凭借其出色的性能得到了乘用车市场的认可,但是其微粒排放过高,对人体健康和环境有很大影响。微粒的主要成分是碳烟,对于碳烟形成原因及相关控制策略的研究,很大程度上依赖于对火焰内部碳烟的实时观测。近年来,以激光诱导炽光法为代表的激光诊断技术,作为一种非介入式的光学手段,可以在不干扰燃烧的情况下测量火焰中瞬态碳烟分布。本文采用基于双色法的激光诱导炽光法（2C-LII）作为测量手段对GDI汽油机缸内的碳烟浓度分布情况进行探究。相关研究表明,醇类等替代燃料的内部含氧特性对改善微粒排放有着积极作用,为此本文选取乙醇为研究对象,详细探究乙醇掺混比对GDI汽油机缸内碳烟浓度分布及微粒排放特性的影响。本文基于能量守恒和质量守恒定律建立了激光诱导炽光法测量碳烟颗粒参数的模型,对激光加热过程中碳烟颗粒的温度变化进行仿真计算,包括碳烟颗粒吸收激光能量引起的内能增加过程,以及高温颗粒与周围环境气体之间发生的热传导、升华、热辐射等热损失过程。然后将建立的模型与已发展的K-R模型、Liu模型和Michelsen模型进行对比分析。不同模型的差异主要集中在热损失机理的子模型上。本文建立了层流乙烯-空气扩散火焰LII测试系统,利用2C-LII测试方法测量层流乙烯-空气扩散火焰的碳烟分布。将测量结果与参考文献数据进行对比,发现本文的测量结果在火焰左右两边碳烟最浓区域处碳烟分布不是十分对称,经过试验验证发现激光片光在穿过火焰的过程中被碳烟颗粒吸收了一部分能量,造成了能量的衰减。本文测得的实验结果和参考文献数据在碳烟体积分数数量级和二维分布上都保持了良好的一致性,验证了测试方法的准确性。本文建立了GDI光学发动机LII测试系统,以E0、E20、E40、E60为燃料,利用LII测试方法测量四种燃料在两个工况条件下GDI光学发动机缸内碳烟浓度分布随曲轴转角的变化关系,根据实验数据进行定量分析,选取距离缸套顶部往下5mm、10mm两个平面进行测量。研究结果表明:1)在测量平面上,碳烟分布不均匀趋势明显,在靠近进气门的一侧碳烟较多。2)平面上的碳烟浓度由碳烟生成和氧化共同决定,因此燃用不同燃料时碳烟最浓时刻略有波动。3)在工况1条件下,E0燃料、E20燃料、E40燃料和E60燃料在5mm平面的平均碳烟体积分数最大值分别为2.01×10^-8,2.06×10^-8,1.62×10^-8,8.44×10^-9;在10mm平面的平均碳烟体积分数最大值分别为4.72×10^-8,5.35×10^-8,2.97×10^-8,3.01×10^-8;在工况2条件下,四种燃料在5mm平面的平均碳烟体积分数最大值依次为1.76×10^-8,3.91×10^-8,1.16×10^-8,1.01×10^-8;在10mm平面的平均碳烟体积分数最大值依次为4.96×10^-8,3.04×10^-8,1.38×10^-8,1.25×10^-8。整体来看:相同工况条件下,同种燃料在10mm平面的平均碳烟体积分数最大值大于5mm平面;在相同平面上,同种燃料在工况1条件下的平均碳烟体积分数最大值大于工况2;在相同工况的相同平面上,随着乙醇掺混比例的增加,平均碳烟体积分数最大值逐渐减小。利用DMS500快速颗粒分析仪分别测量了光学发动机使用不同燃料的微粒排放数量浓度和粒径分布,结果表明,随着乙醇掺混比例的增加,微粒总的数量浓度逐渐减小。