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均质充量压缩燃烧(Homogeneous Charge Compression Ignition,HCCI),已经被公认为是一种具有广阔潜力的燃烧方式。尽管HCCI燃烧方式具有众多优点,但是最关键的挑战在于HCCI存在着火时刻不能准确控制和运行范围过于狭窄等主要难题。大量研究表明这主要是由于HCCI的燃烧过程主要受化学反应动力学控制,因此深入研究燃料特性及燃烧模式对于改善HCCI的燃烧十分必要。针对以上难点,通过进气道喷射(Pipe Injection,PI)与缸内直喷(Direct Injection,DI)相结合,并对直喷压力、直喷时刻、燃料物理和化学特性以及燃料组分比例等综合优化设计,进而改善HCCI的燃烧性能并拓展其运行范围。本课题的研究,一方面使复合HCCI的研究更加丰富和深入;另一方面,为HCCI发动机实现高效清洁的燃烧有着重要的指导意义和应用价值。本文首先以正戊醇为燃料,研究进气温度Tin、燃料当量比Φt、转速n对正戊醇PI HCCI燃烧特性、排放特性及发动机性能的影响。试验结果表明,随着进气温度的不断升高,峰值缸内压力、峰值放热率、峰值缸内温度都明显增大,它们对应的曲轴转角都有不同程度提前,同时燃烧时刻不断提前,发动机循环变动明显减小,HC和CO排放都呈现下降趋势,NOx整体处于很低的水平,指示热效率ηi和平均指示压力IMEP都得到明显提升。随着正戊醇当量比的不断增大,峰值压力和峰值放热率不断增大,其对应的曲轴转角也有不同程度的提前,缸内温度不断提升,燃烧持续期CD减小较明显,HC和CO排放都呈现下降趋势,ηi和IMEP得到明显提升;随着转速的不断增大,峰值缸内压力和峰值放热率都先增大之后略有降低,HC和CO排放呈现出先降低后升高的趋势,NOx排放很低。通过建立直喷系统,本文对正戊醇PI/正庚烷DI复合HCCI燃烧模式进行了深入研究,系统考察直喷压力Pin、预喷能量比Rp、直喷时刻φin、总当量比Φt、预混当量比Φp、直喷当量比Φd和进气温度Tin对发动机燃烧特性、排放特性及性能的影响。试验结果表明,直喷系统的加入(复合HCCI)对正戊醇PI HCCI的燃烧改善作用显著,可以在一定程度上增强对正戊醇PI HCCI燃烧相位的控制,并且对正戊醇PI HCCI的运行范围得到有效拓展,发动机的运行稳定性在一定范围内得到提升。在本文试验条件下,Pin=6MPa时,喷油器与燃烧室匹配最好,使得发动机的综合性能达到最佳。在一定条件下,随着预喷能量比Rp从0.45增大到0.65时,峰值压力、峰值放热率和缸内温度均不断升高,燃烧时刻不断提前,发动机循环变动逐渐减小,ηi和IMEP得到明显提升;然而Rp继续增大至0.77,燃烧恶化。在Φt=0.45,Rp=0.65等条件下,试验得到最优直喷时刻φin=340°CA;在一定条件下,随着总当量比的增大,峰值压力、峰值放热率和峰值缸内温度均逐渐增大,燃烧时刻不断滞后,燃烧持续期有所延长,ηi先增大后降低,HC和CO排放逐渐降低,NOx呈上升趋势;在一定条件下,存在相对较优预混当量比Φp和最优直喷当量比Φd使发动机的综合性能达到优化;随着进气温度的增加,燃烧循环变动显著降低,ηi和IMEP得到明显提升,HC和CO排放明显降低。本文还对正庚烷PI/正戊醇DI复合HCCI燃烧模式进行了研究,主要考察总当量比Φt、预喷能量比Rp、直喷时刻φin对发动机燃烧特性、排放特性及性能的影响。试验结果表明,此燃烧模式下主要分三阶段燃烧放热,分别为正庚烷的低温氧化放热、正庚烷的高温燃烧放热、正戊醇的燃烧放热。对正庚烷PI/正戊醇DI复合HCCI与正戊醇PI HCCI进行了对比研究,发现正庚烷能够促进正戊醇燃烧,降低燃烧循环变动,从而使发动机的运行更加平稳。复合模式下峰值缸内压力较高,其对应的时刻明显提前,并且复合模式下缸内温度峰值较大。在相同当量比下复合HCCI的燃烧始点CA10、燃烧中点CA50明显提前,燃烧持续期CD比进气道喷射HCCI模式下有所延长。复合模式在一定程度上使排放性能得到改善,HC排放明显降低,CO排放略有降低,NOx排放在两种模式下均处于很低的水平;更为重要的是,在当量比较小的情况下(Фt=0.40),复合HCCI模式下指示热效率ηi和平均指示压力IMEP都明显高于单独进气道喷射HCCI模式。对比正戊醇PI/正庚烷DI复合HCCI模式(简称模式一)与正庚烷PI/正戊醇DI复合HCCI模式(简称模式二)发现:在当量比相近的情况下,模式一的指示热效率均高于模式二,模式一的燃烧循环变动均低于模式二,模式一的HC和NOx排放普遍高于模式二,模式一的CO排放普遍低于模式二。但模式一需要较高的进气温度才能保证稳定运行。