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本文针对液压自由活塞发动机(HFPE)、二甲醚燃料、HCCI燃烧过程三种技术的特点,提出将三者有机结合的方案,起到扬长避短的作用:利用HCCI燃烧速率高的优势,解决HFPE发动机活塞上死点停留时间短的缺陷,同时由于可以采用缸外低压喷射,回避了二甲醚技术高压密封和偶件磨损的难题;利用自由活塞发动机压缩比、活塞速度灵活可变的优势,解决HCCI燃烧过程中燃烧始点控制和燃烧速率控制的难题;同时发挥了二甲醚燃料高十六烷值,容易压燃的优势,实现发动机的可靠燃烧。上述技术的组合,有望开发出一种新型的清洁、高效的代用燃料发动机。本文采用AMESIM和FIRE软件,建立了发动机的一维动力学和三维燃烧过程仿真模型,并进行了发动机工作过程的仿真研究,对所提方案的可行性、关键性影响因素、作用机理进行了研究,取得如下主要结论:与相同排量、相同工作频率的曲柄连杆发动机相比,HFPE发动机的压缩冲程与膨胀冲程的运行时间、运行速度不对称,在上止点附近,HFPE发动机的活塞运行速度出现急速变化,在上死点附近停留时间较短。与传统的曲柄连杆发动机相比,在自由活塞发动机上应用HCCI燃烧方式,燃烧相位更接近上止点,负功减少,效率增加,并且爆震强度降低。EGR率、混合气的当量比,都可以影响燃烧相位,通过调整这两种参数,可以使发动机的效率和爆震强度都达到理想的水平。采用增压方案,可以补偿低当量比,高EGR率的情况下自由活塞发动机的功率,当量比为0.4且EGR率为0.4,增压度为2.6时,自由活塞发动机的平均有效压力可以达到6.72bar,液压输出功率达到26.64KW,热功转化效率达到了51.7%,爆震强度5.84WM/m2,低于爆震极限。当发动机控制于上述状态时,燃烧过程出现独特的三峰放热率结构,第三峰的放热中,没有二甲醚参与,放热的主要成分是CO,能量贡献率是38.7%。上述研究为HCCI自由活塞发动机样机的开发提供了理论依据。