近年来,代用燃料在车辆上的使用因可以降低排放、缓解能源压力而备受关注。丙酮-丁醇-乙醇(ABE)混合液是发酵生产生物丁醇的中间产物,可以被直接用作车用代用燃料以避免丁醇生产过程中产生的高昂的分离和提纯成本,但ABE中的丙酮腐蚀性大、闪点极低,不适合作为燃料使用。利用生物发酵技术,ABE可以被转化为由异丙醇、丁醇及乙醇(IBE)组成的混合液。与ABE相比,IBE更适合被用作车用代用燃料。大多情况下,代用燃料的使用可以使碳烟排放降低,但NOx排放升高。低温燃烧是一种可以有效降低车用发动机排放的机内净化技术,具有同时降低碳烟和NOx排放的潜力。当前对其开展的研究大多以发动机台架实验为主,很少涉及具体的喷雾与火焰发展过程,而关于IBE/柴油混合燃料喷雾燃烧的研究更少。为研究车用IBE/柴油混合燃料的喷雾燃烧过程,本文构建了一台预混加热式定容燃烧弹,研究了IBE/柴油混合燃料和纯柴油的差异;IBE中各组分的比例、IBE与柴油混合比;正丁醇、IBE及ABE的差异等对燃料喷雾燃烧的影响。试验过程中,定容燃烧弹的环境温度变化范围为800K-1200K、环境氧浓度的变化范围为13%-21%,覆盖了低温燃烧、常规燃烧和有无EGR下柴油机的缸内环境参数。此外,本文还对柴油机燃用IBE/柴油混合燃料时的性能、燃烧及排放进行了研究,以验证定容燃烧弹所得结果。不同环境温度和氧浓度条件下的容弹试验结果表明,随环境温度或氧浓度降低,所有测试燃料的喷雾、燃烧及火焰发展过程呈现出一些一般性规律,即液态贯穿距离和喷雾面积均增大,最大燃烧压力和峰值放热率均升高或均降低,滞燃期延长,燃烧持续期缩短或延长,燃烧相位推迟,火焰举升高度和油气混合区域均增大。所有测试燃料的火焰自然发光强度随环境温度或800K和1000K温度下的氧浓度降低依然表现出相似的规律,即降低。但在1200K高温下,随着氧浓度降低却呈现出一些差异,即对于柴油和小混合比的燃料,其火焰自然发光强度降低,而对于纯正丁醇、IBE、ABE及IBE80,其火焰自然发光强度升高。不同燃料的容弹试验结果表明,燃料理化特性对喷雾、燃烧及火焰发展过程的影响在低温下较明显,但高温下不太显著。添加IBE到柴油中,可以改善燃料的喷雾特性,使液态贯穿距离缩短、喷雾面积减小;混合比越大,改善效果越明显,但燃烧压力和放热率降低,不利于发动机热效率的保持;与柴油相比,IBE/柴油混合燃料火焰举升高度较长,油气混合区域较大,火焰自然发光强度较低。对比不同组分的IBE/柴油混合燃料,可以发现,随着IBE中异丙醇含量的增多,被测燃料的液态贯穿距离缩短,喷雾面积减小,火焰举升高度略微延长,自然发光强度显著降低。此结果表明,增加IBE组分中异丙醇的比例有利于改善喷雾特性,降低碳烟排放。正丁醇、IBE及ABE的喷雾特性总体上较为相近,只有在800K低温工况下表现出差异,具体表现为ABE的液态贯穿距离和喷雾面积最小,IBE次之,正丁醇较大。与IBE和ABE相比,正丁醇的自然发光强度最大。在1000K温度下,ABE的自然发光强度略大于IBE,而1200K温度下明显大。由柴油机台架试验结果可知,柴油中掺混IBE可以有效降低碳烟排放,但NOx排放升高。随着进气道氧浓度的降低,NOx排放明显降低,碳烟排放升高。但对于混合比为30%的IBE/柴油混合燃料,碳烟排放随进气道氧浓度降低而升高的程度很小。这表明配合适当比率的EGR,缸内直喷IBE/柴油混合燃料可以同时降低NOx和碳烟排放。