为了应对日益剧增的石油需求,寻找可以用于内燃机使用的新型燃料十分必要。丁醇的热值比甲醇和乙醇高,腐蚀性小,运输方便,既能够单独作为燃料使用,也能够与柴油和汽油混合使用,可作为未来代替部分石油使用的新型燃料,研究丁醇燃料在发动机中燃烧具有积极的意义。本文采用台架试验与三维数值模拟结合的研究方式对丁醇燃料进行研究。在一台四缸涡轮增压缸内直喷汽油(GDI)发动机上进行台架试验,试验中使用四种不同比例的汽油/正丁醇混合燃料,正丁醇的体积分数分别为0、15%、30%和50%,分别用Bu00、Bu15、Bu30和Bu50表示。发动机在低、中等和大负荷工况时,转速保持在2000r/min;通过改变点火时刻,研究不同的点火时刻对发动机使用不同汽油/正丁醇混合燃料时的燃烧过程、燃油经济性、排放以及爆震的影响。试验结果表明:点火时刻提前,缸内气体压力峰值和温度峰值增加,燃烧持续期缩短。在小负荷时,点火时刻延迟,Bu30和Bu50的有效热效率(BTE)增加,但Bu00和Bu15的BTE先增加后下降;在中等负荷和大负荷工况时,BTE随点火时刻延后而下降。同时,点火时刻延后,CO的排放变化不大,但NOx和HC的排放下降,发动机的爆震倾向也随点火时刻延后下降。另一方面,混合燃料中正丁醇的含量增加,NOx的排放减少,但HC和CO的排放增加。此外,试验燃料中正丁醇的含量增加,能够提高GDI发动机的BTE,但是爆震倾向增加。使用三维CFD软件Converge模拟中等负荷工况时发动机的燃烧过程,仿真研究了直喷汽油机燃烧Bu30燃料的热效率。仿真结果表明,将GDI发动机压缩比从11提高至13,GDI发动机的指示热效率提高了4.5%,NOx的排放增加了11.3%,且会带来爆震倾向急剧增加;为了降低爆震倾向,采用进气门延迟关闭方案,结果表明,GDI发动机的指示热效率下降了1.7%,而NOx的排放下降27%,发动机的爆震倾向显著减少。上述研究对改善汽油机燃油经济性提供了参考。