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本文以简化动力学模型耦合三维CFD（KIVA3v-r2）数值模拟为主要手段，结合试验研究，对柴油燃料替代混合物低温燃烧（LTC）的燃烧机理进行了系统研究，揭示了不同进气氧浓度条件下低温燃烧过程和主要排放物生成、氧化机理以及喷油策略对燃烧与排放的影响。本文首先使用不同柴油替代混合物与真实柴油进行燃烧试验研究，其进气氧浓度从21%变化到10%，详细对比了柴油及其不同替代混合物在不同氧浓度条件下的滞燃期及主要排放物。结果表明：进气氧浓度越低，甲苯推迟着火时刻的作用越明显。不同柴油替代物对燃烧及排放的影响在低氧浓度下的差别更大，TRF20/正己烯（95/5vv）在不同氧浓度条件下其燃烧放热规律及有害排放物与柴油都非常接近，可以作为柴油替代混合物。以TRF20/正己烯（95/5vv）为对象，研究了柴油替代物燃烧反应动力学机理，结果表明，其低温反应阶段庚烷基的两次加氧产物分解生成羟基，甲苯则将非常有活性的自由基（OH·或H·）消耗，生成了活性非常弱的苄基（C6H5CH2·），推迟反应速率，正己烯的裂解反应增加了乙烯、乙炔的生成路径，高温反应阶段主要是CO的生成与氧化过程，在此基础上构建并验证了一个新的由67种物质，135个反应组成的，包括NOx及PAHs的TRF/正己烯燃烧简化动力学模型。本文应用该简化动力学机理与三维CFD耦合模型，以进气氧浓度11%为例分析了LTC燃烧机理，结合试验研究对不同进气氧浓度下的柴油机燃烧过程及排放进行计算分析，着重分析了PAHs生成机理及其碳烟排放。结果表明：随着进气氧浓度的降低，NO和NO2都有所降低，但NO的降低幅度大于NO2的降低幅度，NO在NOx中所占的比例随进气氧浓度的降低而减小；碳烟最终排放呈现先上升后下降的趋势，先上升主要是由于碳烟氧化量的降低，而后下降是由于生成量的大量减少。芘（A4）具有和碳烟相同的变化趋势，选用A4为碳烟前驱物时，在不同进气氧浓度下都能比较准确地描述碳烟的生成规律。最后，本文应用该耦合模型研究了喷油策略对燃烧及排放的影响。结果表明：低温燃烧下随着喷油压力的增加或喷油时刻的提前碳烟排放明显降低，NOx排放有所增加。在后喷参数优化策略中，存在一个最佳的后喷油量和后喷时刻区间。在保持循环喷油量不变的情况下，随着后喷油量增加或主后喷间隔增加，碳烟呈现出先降低后升高的趋势。后喷燃油也会产生碳烟，但同时使得缸内温度升高，缸内湍动能增加，这更有助于碳烟的氧化，更重要的是合理的后喷参数使燃烧区OH基的浓度大量增加，而OH对碳烟的氧化有很重要的作用，即后喷燃油降低碳烟的主要原因是加速了燃烧过程产生的碳烟的氧化。