能源危机和环境恶化使得人们越来越关注石油燃料的替代燃料的研究，乙醇和生物甲酯作为可再生、易降解的生物质清洁燃料受到了广泛关注。乙醇、生物甲酯掺混能显著改善柴油机碳烟排放，并有效减少CO和HC排放。本文首先在4100QBZL-2柴油机试验台架平台上，分别进行了不同掺混比例的乙醇及生物甲酯的NOx及微粒排放试验研究。结果表明：乙醇/柴油混合燃料会使柴油大负荷下的NOx排放升高，微粒总质量排放则大幅下降，微粒排放粒径分布发生了显著变化，积聚态微粒数目减少，而核态微粒数目会有所增加，微粒几何平均直径减小。而生物甲酯会使得柴油机在各工况下NOx略有升高，而微粒总质量排放、积聚态微粒数目、微粒几何平均直径、微粒表面积和体积浓度均明显减少。然后针对乙醇/柴油混合燃料对燃烧的影响，本研究构建了一个乙醇-正庚烷组合机理模型，利用柴油机三维CFD燃烧模型耦合乙醇-正庚烷化学反应动力学组合模型的方法对混合燃料中的乙醇在缸内燃烧过程、重要的反应及有害排放物生成的影响进行了分析。结果表明：醇化柴油会促进燃烧过程高温区重要反应的进行，促进了CO的生成，加快了PAH生成及氧化反应。由于直接模拟生物甲酯/柴油混合燃烧的计算要求太高，本文开展生物甲酯的化学结构对其燃烧过程及排放影响的研究。本文分别针对生物甲酯中C-C双键以及甲酯基两种结构进行了模拟计算。构建了包含PAH和NO生成反应机理的癸酸甲酯氧化反应模型，并应用该模型对生物甲酯中不饱和C-C双键对其燃烧及排放的影响进行了研究。结果表明：甲酯中的碳碳双键会使得最大放热率增加，燃烧始点提前；PAH生成和热NO生成因不饱和碳碳双键增加；生物甲酯中的碳碳双键会抑制CO生成，加速其氧化，与此同时，燃烧过程中甲醛的生成量会随着不饱和甲酯比例增加而减少，而燃烧过程中重要的活性基OH的生成量会随着不饱和甲酯比例增加而增加，促进高温反应的进行。然后为了研究生物甲酯中甲酯基对于燃烧过程及有害排放物的影响，分别建立了丁酸甲酯和正丁烷氧化化学动力学组合模型，并加入PAH及NOx生成反应机理。模拟计算的结果表明：生物甲酯中的甲酯基会改变其燃烧反应路径，使得其燃烧过程中产生更多的含氧生成物，如CO、CO₂、CH₂O等；甲酯基中的氧原子会使得生成PAH的碳原子数减少，相应减少PAH前驱物的生成；生物甲酯中的甲酯基会使得局部氧浓度增加，相应增加NO生成，而这与试验结果一致。