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柴油机的排放污染物是造成大气污染的主要原因之一。采用清洁替代燃料、机内净化、废气再循环（Exhaust Gas Recirculation,EGR）、排气后处理等技术,可以有效地降低柴油机的排放污染物。费托合成柴油（Fischer-Tropsch,F-T柴油）是由煤通过间接液化合成法制备的液体燃料。F-T柴油不含芳香烃和硫,在柴油机中燃烧F-T柴油,可以降低颗粒排放污染物。采用EGR技术,可以有效降低柴油机的氮氧化合物（NOx）排放。论文以柴油机应用EGR技术、燃烧F-T柴油为研究对象,采用仿真计算和试验相结合的方法,开展了针对柴油机燃烧过程和颗粒物特征及形成过程的研究,分析了EGR率和废气组分对F-T柴油燃烧过程和颗粒物形成的影响规律。搭建了单缸柴油机试验台架,测量了柴油机不同负荷、不同EGR率的示功图和气体排放物,分析了EGR对柴油机燃烧F-T柴油燃烧过程和排放的影响规律。根据EGR控制策略,试验选择转速为2700 r/min,负荷为25%、50%和75%,EGR率为0%、15%和30%。结果表明,柴油机燃用F-T柴油,转速不变、负荷一定时,随着EGR率逐渐增加,缸内最高爆发压力、最大压力升高率和瞬时放热率峰值逐渐降低,滞燃期逐渐延长,燃烧重心逐渐后移,燃烧持续期无明显变化。75%负荷时,与不采用EGR相比,EGR率为30%,缸内最高爆发压力、最大压力升高率和瞬时放热率峰值分别降低6.5%、26.7%和5.7%,缸内最高燃烧温度降低200K。滞燃期延长15.4%,燃烧重心后移2.4°CA。EGR率从0提高到30%时,NOx最大降幅为61.6%,HC和CO最大增幅分别为13.2%和13.3%。对不同EGR率和废气组分（CO2、N2）浓度时燃烧F-T柴油生成的颗粒进行了试验研究,分析了不同EGR率和废气组分对颗粒粒径分布、微观形貌、元素组成和氧化特性等特征参数的影响规律。采用颗粒物粒径谱仪进行了颗粒物粒径和数密度的测量试验,试验结果表明,F-T柴油燃烧颗粒的粒径呈单峰对数正态分布。转速不变,25%负荷时,随着EGR率增加,燃烧颗粒的峰值粒径逐渐前移,介于5 nm50 nm的核态颗粒数密度逐渐增加;50%和75%负荷时颗粒的峰值粒径逐渐后移,介于50 nm1000 nm的聚集态颗粒数密度逐渐增加。转速不变,50%负荷、EGR率为15%时,废气组分中N2的浓度增加,使颗粒的峰值粒径后移,核态颗粒数密度减小,聚集态颗粒数密度增加;废气组分中CO2的浓度增加,使颗粒的峰值粒径前移,核态颗粒数密度增加,聚集态颗粒数密度减小。采用高分辨扫描电镜和X-射线能谱仪进行了颗粒微观形貌和元素组成的研究,采用计盒维数计算了颗粒群结构致密度,结果表明,随着EGR率的增加,25%负荷时聚集态颗粒中链状颗粒数目逐渐增加,计盒维数逐渐减小,颗粒中碳（C）元素含量减少,氧元素（O）元素含量增加;50%和75%负荷时聚集态颗粒中团簇状颗粒粒径变大,计盒维数逐渐增大,颗粒中C元素含量增加,O元素含量减少。相同EGR率时,废气组分中N2浓度的增加使颗粒中C元素含量增加,使O元素含量减小;废气组分中CO2浓度的增加使颗粒中C元素含量减小,使O元素含量增加。采用热重分析仪测量了颗粒随温度升高的失重曲线,分析了不同EGR率和EGR组分对颗粒氧化特性的影响规律。结果表明,25%负荷时,随着EGR率增加,颗粒中可溶性有机物（SOF）含量逐渐增加,固态碳烟（soot）含量逐渐减小,50%和75%负荷时,随着EGR率增加,颗粒中SOF含量逐渐减少,soot含量逐渐增加。转速不变、负荷一定时,EGR率从0提高到30%,颗粒中SOF始燃温度TSOF、soot的着火温度Ti和燃尽温度Th均逐渐降低,颗粒的燃烧特性指数S、燃尽特性指数Cb逐渐增加,活化能E逐渐减小,说明随着EGR率的增加,颗粒的氧化活性增加。转速不变,负荷一定时,EGR率为15%,废气组分中N2浓度的增大使颗粒的TSOF、Ti和Th有所升高,S和Cb降低,活化能增加;废气组分中CO2浓度的增大使颗粒的TSOF、Ti和Th有所下降,S和Cb上升,活化能减小。在F-T柴油表征燃料机理的基础上,添加了多环芳香烃（PAHs）的生成与氧化机理。运用CHEMKIN软件的激波管反应器,验证了机理的准确性,分析了不同EGR率和EGR组分对F-T柴油的燃烧颗粒前驱体的影响规律。研究结果表明:苯基、萘基、菲基、萘基的加氢反应是F-T柴油苯、萘、菲、芘的主要生成反应,苯、萘、菲、芘的氧化脱氢反应是F-T柴油PAHs的主要消耗反应。相同EGR率,废气组分中N2浓度的增加,促进了苯基、萘基、菲基和芘基的加氢反应,PAHs摩尔分数峰值有所增加;废气中CO2浓度的增加,促进了OH自由基对苯、萘、菲和芘与的氧化,PAHs摩尔分数峰值有所降低。研究工作为柴油机应用F-T柴油,降低柴油机NOx和颗粒排放污染物提供了参考依据。