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均质充量压缩着火（HCCI）燃烧方式是提高传统汽油机中小负荷燃油经济性和降低NOX排放的有效方法之一。生物质燃料正丁醇是一种有发展前景的内燃机替代燃料。将正丁醇燃料应用到HCCI发动机中，在一定程度上能够缓解机动车对石油资源依赖，并能提高汽油机的能量利用率，因此，开展与此相关的发动机研究是必要的。本文在一台单缸发动机上试验研究了正丁醇-汽油混合燃料HCCI燃烧和排放特性、混合气稀释方式对HCCI燃烧的控制作用，并利用缸内气体取样和模拟相结合的方法研究了正丁醇和异辛烷HCCI发动机低温氧化历程和主要反应途径，得出如下结论：在相同进、排气门参数下，随着正丁醇含量的增加，正丁醇-汽油HCCI发动机着火时刻提前，燃烧持续期缩短，但平均指示压力（IMEP）下降，最大压升率增加。在理论空燃比混合气下，通过提前排气门关闭时刻，利用缸内残余废气稀释可以降低HCCI发动机的最大压升率，但其IMEP降低；增加过量空气系数也可以降低HCCI发动机的最大压升率，但HCCI发动机的IMEP降低的程度要比提前排气门关闭时刻时的小，而且它的指示热效率增加。利用增加过量空气系数和推迟排气门相位的协同控制策略，不但可以推迟正丁醇HCCI发动机的着火时刻，降低其最大压升率，而且在固定的IMEP下，还可以提高它的指示热效率。正丁醇和异辛烷分子结构的差异是导致HCCI发动机低温氧化特性和中间氧化产物不同的主要原因。在正丁醇低温氧化阶段，C2H4、C3H6和C2H2的生成和消耗时刻比异辛烷的早，与此相对应时刻的缸内温度比异辛烷的低。模拟结果表明，HO2和H2O2参与的反应对正丁醇和异辛烷低温氧化阶段有较大影响；其中正丁醇的脱氢反应路径，特别是α位脱氢反应，对正丁醇HCCI发动机着火时刻影响最大。在正丁醇低温氧化阶段，55.3%的C2H4来源于正丁醇α位C原子上的脱氢反应路径；而C3H6是异辛烷低温氧化阶段的主要中间组分，66.8%的C3H6来源于iC4H9的裂解产物。