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当前,随环境污染、石化能源危机与温室效应日趋严重,寻求多元化高效清洁汽车发动机替代燃料备受重视。我国地区间海拔差异大,高原占地面积广。基于燃料改性出发,采用含氧燃料能够有效削弱海拔升高(大气压力与氧浓度降低)对发动机热效率与颗粒物排放的不利影响。因此,本文针对不同海拔环境,进行现代共轨柴油机燃料特性设计,研究了其对发动机燃烧过程与有害排放物生成的影响与作用机理。该项研究将对高原柴油发动机实现高效与清洁燃烧、满足未来超低排放法规提供重要理论依据,具有工程指导意义。本文以D19高压共轨柴油机为研究机型,针对高原特殊大气环境进行燃料设计,提出石化柴油与不同特性含氧燃料(生物柴油、正丁醇)掺混的燃料组合。研究中首先构建了定容燃烧弹三维CFD模型,对不同特性燃料进行喷雾特性模拟研究。研究表明,纯生物柴油(B100)的雾化效果差于纯柴油(B0),但向B100中掺混正丁醇可以有效改善燃油的雾化质量。随环境背压的增加或采用较小喷孔直径喷油器时,B100和B70N30(体积掺混比70%生物柴油+30%正丁醇)燃油雾化效果与B0的差距逐渐缩小。在高原大气环境下(海拔1890米),对比试验研究了D19柴油机燃用不同种类B100(小桐子、橡胶子和地沟油)的性能、燃烧与排放特性。研究表明,在低转速全负荷时,B100与B0功率输出与实测油耗基本相当,有效热效率高于B0。但随发动机转速增加,B100外特性功率输出相比B0逐渐降低,实测油耗升高,有效热效率与B0逐渐接近；不同种类B100对发动机性能影响的差异较小,相同功率时不同种类B100的燃烧特性和NOx排放相当,但小桐子降低烟度的能力最高,橡胶籽次之,地沟油最低。在试验研究基础上,进一步建立了发动机三维CFD模型。针对不同海拔环境(0-4000米),开展了B0、B100和B70N30三种燃料燃烧机理的模拟研究。研究表明：随大气中氧体积浓度的降低,柴油机燃用不同特性燃料均会导致碳烟和CO同时升高。相对于B0和B100,B70N30缸内当量比降低,活性自由基(OH、O)增加,Soot生成量峰值减小,同时Soot和CO排放终值随大气氧浓度降低越加低于B100。对于B70N30,随EGR率增大,NOx大幅度降低,CO显著升高,Soot相比无EGR时因滞燃期延长而稍有增加；此外,随喷油器喷孔直径增大,B100燃烧消耗速率低于B0。相同喷孔直径时,NO随着生物柴油掺混比增大总体升高,B100碳烟生成低于B0,而B10的碳烟随喷孔直径增大稍高于B0。且掺混正丁醇能有效降低生物柴油碳烟的排放,其效果随喷孔直径的增加越加明显。