如何突破传统的火花点火式发动机以及缸内直喷压缩着火式发动机的排放极限和能量利用率极限，探索新的组织燃烧过程的途径一直是内燃机研究领域的核心科学问题。由于燃料化学特性对化学反应动力学的决定性影响，因此在新一代燃烧模式的研究过程中，燃料设计是控制新型燃烧模式着火与燃烧速率的一个重要手段。提出了内燃机燃料设计理论，揭示了燃料特性和喷射管理对着火与放热模式的影响机理，初步构建了燃料理化特性、混合气制备策略、燃烧边界条件协同控制规律的理论框架。提出了利用柴油类燃料低温和高温反应所释放的热量与活性基来触发和控制汽油类燃料着火与燃烧的双燃料顺序燃烧模式，发现了高辛烷值燃料在活化热氛围下的三种着火机制，探明了这一新型燃烧模式实现无烟-超低氮氧化物排放的机理。随着近零排放和超低效率的迫切要求，燃料设计朝着实用化、精细化、多元化方向发展，将面临理论上和实验上的重大挑战。