امروزه بحران کاهش منابع انرژی فسیلی، افزایش قیمت و انحصاری بودن آنها از یک سو و همچنین مشکلات آلودگی محیط زیست و افزایش انتشار گازهای گلخانه ای و گازهای آلاینده محیط زیست، به ویژه از سوی وسایل نقلیه جاده ای، از سوی دیگر، نوع بشر را وادار به ارائه منابع جدید و تجدیدپذیر انرژی کرده است. در مسیر مطرح کردن یک منبع جدید انرژی که هم پاک و تجدیدپذیر باشد و هم استقلال و کاهش وابستگی به کشورهایی که دارای منابع انرژی فسیلی هستند را فراهم کند، به انواع سوخت های زیستی می رسیم که زیست دیزل یکی از انواع آن است. متفاوت بودن منشأ تولید زیست-سوخت ها موجب تفاوت های ساختاری در آنها نسبت به سوخت های فسیلی می شود. به دلیل این تفاوت های ساختاری، رفتار خواص ترموفیزیکی زیست سوخت ها متفاوت از سوخت های فسیلی است. این تفاوت ها فرآیند های قطره سازی و به تبع آن تبخیر و احتراق را به شدت متأثر می سازد. تأثیر پدیده احتراق نیز بر روی پارامترهای عملکردی موتور و انتشار آلاینده های خروجی نمایان می شود. در این پژوهش به دلیل تأثیر مستقیم فرآیند تبخیر قطرات سوخت بر روی پدیده احتراق ابتدا رفتار تبخیری قطرات سوخت های فسیلی و زیستی مدلسازی و مقایسه شده است. علاوه بر این، با توجه به تأثیرپذیری رفتار تبخیری قطرات سوخت از اندازه قطر قطرات و همچنین دما و فشار محیط، تأثیر این عوامل مورد مطالعه قرار گرفته است. در ادامه با توجه به لزوم دانستن نحوه تغییرات دمایی خواص ترموفیزیکی سوخت ها به ویژه برای سوخت های زیستی، روابطی که هم گستره وسیعی از زیست-سوخت ها و هم تغییرات دمایی را در بر می گیرد برای سه سوخت زیستی مختلف به عنوان نمونه آورده شده اند. علاوه بر این، با توجه به نبود اطلاعات کافی برای برخی خواص فاز بخار زیست سوخت ها و لزوم مشخص بودن نحوه تغییرات دمایی این خواص همچون خواص دیگر در مدلسازی فرآیند تبخیر، راهکاری ساده و موثر به منظور تخمین این خواص ارائه و صحت آن بررسی شده است. در ادامه با توجه به تأثیر مستقیم پدیده احتراق روی عملکرد و انتشار آلاینده های خروجی، یک سیکل موتوردیزل، شامل مرحله تراکم و تولید قدرت، مدلسازی و تأثیر استفاده از زیست دیزل به جای سوخت دیزل معمولی بر عملکرد و انتشار آلاینده های خروجی بررسی شده است. در کنار مزیت های بیشمار زیست سوخت ها نسبت به سوخت های فسیلی، لزجت بالای آنها از بزرگترین مشکلات در استفاده مستقیم آنها در موتور بوده است. در این پژوهش دو راهکار به منظور رفع مشکل بالای لزجت زیست سوخت ها مورد ارزیابی قرار گرفته است، یکی پیش گرمایش سوخت، که مستقیما مشکل بالا بودن لزجت زیست سوخت ها را تا حدی مرتفع می کند، و دیگری افزایش فشار پاشش سوخت که فرآیند قطره سازی سوخت را بهبود می بخشد و با افزایش بازده احتراق، عملکرد موتور در شرایط کارکردی یکسان را ارتقا می دهد.