点燃-压燃模式与窄工况运行的混合动力专用汽油机相结合能实现超高压缩比下无爆震燃烧,同时汽油添加乙醇能进一步提高火焰速度,增强燃料的中高温活性,优化点燃-压燃模式的燃烧相位,符合能源低碳化趋势。本文基于可视化快速压缩机、热力学发动机与数值模拟研究了含乙醇燃料的自燃与火焰传播特性,研发了专用燃烧系统并进行油机协同优化,在中高负荷实现了点燃-压燃模式的高效节能。将燃料辛烷值和敏感度解耦,在快速压缩机中研究了11种乙醇汽油表征燃料的自燃特性,重点关注稀燃高压缩比工况中乙醇汽油表征燃料的活性变化、自燃临界热力学状态、爆震特征和废气稀释容忍度。结果表明自燃是压力振荡的必要非充分条件,乙醇与甲苯具有自燃协同效应,基于乙醇调配的中等辛烷值与敏感度燃料能够兼顾高火焰速度与低自燃强度要求,与温度-乙醇活性的强依赖关系相适应。火焰特性研究方面在均质混合气中证明了乙醇具有比异辛烷、甲苯更强的火焰速度压力相关性。对于低温放热（LTHR）强的异辛烷,H自由基和关键反应对于火焰速度的促进作用分别在负温度系数（NTC）区内外侧决定火焰速度压力相关性,而对于无NTC效应的甲苯,除上述两因素外,三体链终止反应速率具有重要影响。此外,基于数值模拟证明了发动机工况条件下混合气分层程度与火焰速度正相关,提升温度与压力能拓展强分层环境的稀燃极限。为验证乙醇掺混的作用,在多缸量产汽油机中利用直接混合与控制辛烷值混合两种方法评估了乙醇汽油对点燃-压燃燃烧与排放的影响。结果表明在实机运行工况条件下乙醇与单苯环芳烃的自燃协同效应仍存在。随着乙醇比例提高,燃烧等容度增加,最高热效率提高,颗粒物数量浓度降低,但过高乙醇比例会增加核态颗粒物排放的恶化风险。在试验用的多缸机压缩终点热力学状态下乙醇化学活性低,限制了乙醇汽油进一步提升点燃-压燃模式经济性和降低排放的可能。基于乙醇自燃与火焰特性并结合多缸机试验结果,利用三维数值模拟设计点燃-压燃专用燃烧系统,从流动、喷雾与燃烧三方面优化了进气道和燃烧室结构设计并进行油机匹配,所获得的优化燃烧系统在中高负荷、过量空气系数大于1.6时实现了“初始火焰-快火焰-温和自燃”三阶段放热和大于45%的指示热效率。此外,提出了无缸压信号条件下的偶发性早燃与自燃相位检测方法,并在不同工况完成有效性验证,降低了点燃-压燃模式的应用成本。