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传统化石能源的过度开采以及环保压力的日益上升,燃用清洁替代燃料成为柴油机节能减排的有效手段之一。我国第六阶段污染物排放法规对氮氧化物(NO_x)、一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)和颗粒物(PM)等污染物提出了更严格的要求。混合燃料有利于降低柴油机污染物排放以及促进能源高效利用。与柴油相比,生物柴油的十六烷值和粘度大,正丁醇的十六烷值和粘度小,两者作为可再生含氧燃料可与柴油任意比例互溶,掺混使用可以实现燃料性能互补,提升燃料品质。本文制备了生物柴油/正丁醇/柴油混合燃料,分析了生物柴油和正丁醇不同的掺混比例对柴油机燃烧性能、排放性能和经济性的影响,研究了混合燃料燃烧颗粒物的微观结构和氧化活性,为优化燃烧和降低颗粒物排放提供一定的理论依据。本文制备了B5N5、B5N10和B5N15(生物柴油体积分数为5%,正丁醇体积分数分别为5%、10%和15%,柴油体积分数分别为90%、85%和80%)三种混合燃料。开展了生物柴油/正丁醇/柴油混合燃料的互溶性试验,测量和计算了混合燃料的主要理化特性。结果表明,混合燃料在常温下静置60天后仍然呈现澄清透明的稳定体系,并无明显的分层现象。随着生物柴油添加以及正丁醇掺混比例升高,混合燃料的汽化潜热值和氧含量增加,十六烷值、低热值、密度和粘度降低。通过台架试验在全负荷工况,最大转矩转速2700r/min和标定转速3600r/min下研究了生物柴油/正丁醇/柴油混合燃料的燃烧特性,同时在两种转速,10%、25%、50%、75%和100%负荷下,分析了混合燃料的排放特性和经济性。结果表明,随着生物柴油添加以及正丁醇掺混比例升高,混合燃料的缸内最大爆发压力、最大压力升高率和瞬时放热率峰值较柴油均得到提高,且其峰值相位出现推迟。在低负荷(10%和25%负荷)工况下,与柴油相比,混合燃料的NO_x排放降低,CO排放增加;而在高负荷(75%和100%负荷)工况下,混合燃料的NO_x排放升高,CO排放降低。在所有工况下,混合燃料的碳烟排放均降低,其中,在100%负荷工况时降幅最大;B5N5和B5N10混合燃料的HC排放降低,B5N15混合燃料的HC排放升高;混合燃料的有效燃油消耗率和有效热效率上升。利用高倍透射电镜(HRTEM)和激光拉曼光谱仪(RS)分析了颗粒物微观形貌和结构参数的变化规律。结果表明,与柴油相比,B5N5、B5N10和B5N15混合燃料的燃烧颗粒堆叠更加紧凑,平均粒径减小,颗粒物的分形维数增加。碳粒子的平均层面间距增加,平均微晶尺寸减小,平均微晶曲率增加。颗粒物的化学异相性增强,石墨化程度降低,无定形碳含量增加。采用热重分析法(TGA)研究了颗粒物氧化活性的变化规律。结果表明,随着生物柴油添加以及正丁醇掺混比例的升高,与柴油相比,混合燃料的热重和微商热重曲线整体向低温方向偏移。颗粒的起始氧化温度、低温失重速率峰值温度、高温失重速率峰值温度和燃尽温度均降低,对应的低温失重速率峰值和高温失重速率峰值增加。混合燃料颗粒物中的挥发性物质增加,干碳烟和无机盐含量减少,颗粒的活化能降低,氧化活性增加。