日益严重的环境问题和能源问题对发动机的燃烧性能和排放性能提出了更高的要求,而内燃机燃烧过程的优化离不开计算机模拟仿真,也必须要在模型燃料的基础上构建准确并且足够简化的化学动力学模型。而近年来,利用模拟仿真,或在快压机、激波管、流式反应器等基础设备上进行汽油模型燃料构建和认证的研究非常多,而将汽油模型燃料应用在实际汽油机台架上的研究却很少。在详细分析了95#汽油的成分后,本文使用异辛烷、正庚烷、甲苯、环己烷和二异丁烯五种成分构建了三种汽油模型燃料,分别为TRF(三组分),CTRF(四组分),CDTRF(五组分)。在一台GDI(Gasoline Direct Injection)发动机上研究了模型燃料在不同负荷,当量比,直喷正时,喷射压力和点火时刻下的燃烧参数和排放水平,并与95#汽油的试验结果进行了详细对比。本文首先首先对三组分汽油模型燃料TRF的燃烧过程和排放特性进行了详细的研究,发现由于TRF的理化性质如火焰传播速度,热值,粘度,H/C比以及组分的化学种类,比例与汽油存在一定的差异性,导致TRF虽然能够大致反映出汽油的燃烧和排放特性,但是在化学反应速率,燃烧相位,缸内压力,温度以及各类排放尤其是NOx,甲烷,异戊烷,异丁烯,芳香烃,甲醛排放等方面存在不小的差异。在此基础上,本文研究了四组分汽油模型燃料CTRF和五组分汽油模型燃料CDTRF的燃烧和排放特性,并进一步研究了不同燃烧控制参数(点火时刻,当量比)和喷油控制策略(喷射压力,直喷正时)对模型燃料燃烧和排放的影响。结果显示,模型燃料的火焰传播速度,热值,粘度会影响缸内燃料浓度,雾化程度和反应速率,进而影响燃烧相位、滞燃期、燃烧持续期;模型燃料的H/C比对排放的影响很大,一方面,可以直接对CO和颗粒物排放产生影响,另一方面,H/C比对缸内温度有一定的影响,进而对排放产生影响。由于三种模型燃料和汽油之间的火焰传播速度,粘度,H/C比以及热值等参数不同,导致汽油的缸内雾化效果最好,然后依次是CTRF、CDTRF、TRF。这使得不同试验条件下(负荷、点火策略和喷油策略)的缸内最高压力、放热率峰值和缸内最大压力升高率保持为汽油>CTRF>CDTRF>TRF。燃烧时刻CA10和CA50也按照汽油、CTRF、CDTRF、TRF依次推迟。综合全文的研究,本文构建的三种模型燃料中,CTRF在理化性质方面最接近汽油,而CDTRF在化学组分的种类上最接近汽油,这使得CTRF和CDTRF的各类排放都比TRF更为接近汽油。综合来看,在NOx,甲烷,乙烯,丙烯,异丁烯和颗粒物排放方面,CTRF与汽油更为接近。而在THC,乙炔,1,3-丁二烯和芳香烃排放方面,CDTRF与汽油更为接近。