低温燃烧作为一种新型燃烧方式,在实现极低NOx和颗粒物的同时可获得较高热效率,但小负荷工况下会导致较高HC和CO排放以及较低燃烧效率,高辛烷值燃料甚至会出现“失火”现象。可变气门技术是改善低温燃烧小负荷工况燃烧稳定性,提高燃烧效率,降低HC和CO的重要技术途径。本文基于可变气门技术,对柴油和汽油燃料低温压燃小负荷工况燃烧控制策略进行了系统研究。本文自主研发了无凸轮电液可变气门系统,并对提高系统响应和可靠性的控制方案进行了研究。结果表明,采用多脉冲控制策略能够实现较低落座速度,但所对应发动机转速也显著下降;利用一开关电磁阀与单向节流阀并联控制,可以有效缩短缓冲距离,同时降低落座速度。在此基础上设计了基于凸轮的进气门晚关机构,能够进一步提高系统工作频率,满足发动机更高转速需求。基于所开发的可变气门机构,首先针对柴油燃料的小负荷低温燃烧进行了研究。研究表明,通过高废气再循环(EGR)率控制都可以实现超低NOx排放,其中外部中冷EGR特别是与进气门晚关结合更可以有效降低碳烟,但在小负荷工况下将导致HC和CO排放急剧上升;进气门或排气门两次开启的内部EGR策略可以获得低排放和高排气温度,但随着负荷增加,滞燃期明显缩短,碳烟排放急剧上升;进气门两次开启的混合气均匀程度与温度分布特性介于排气门两次开启和只采用外部中冷EGR策略之间,因此其有害排放量也介于两者之间;采用高喷油压力可以降低内部EGR的碳烟排放,而采用低喷油压力可以降低中冷EGR的HC和CO排放;在内外EGR耦合控制策略中,提高内部EGR比例可以降低HC和CO排放,但改善效果逐渐减弱,同时为了抑制碳烟排放,需要结合更高喷油压力,而提高外部EGR比例可以获得较高热效率。针对汽油燃料低温压燃在小负荷工况燃烧稳定性差的问题,基于排气门两次开启策略进行了研究。结果表明,采用两次喷油策略可以获得更理想的混合气浓度和热分层,有助于改善燃烧,但随着负荷降低,混合气过稀不利于稳定燃烧的实现;近上止点附近单次喷射结合较高内部EGR率可以获得较低NOx、较高热效率与较好的燃烧稳定性,但在更低负荷工况下过低的氧含量对燃烧反应起到抑制作用;提高进气压力是向更小负荷、甚至怠速工况扩展的有效手段。本文通过采用提高进气压力、增大内部EGR率以及上止点附近单次喷油策略,使汽油燃料低温压燃最小运行工况扩展至怠速工况(平均指示压力1.5 bar)。对汽油燃料低温压燃中等负荷工况控制策略的研究表明,随着负荷升高,采用晚喷策略难以同时兼顾NOx与碳烟排放,提高喷油压力和进气压力对性能和排放的改善作用有限;采用早喷策略可以同时获得较低NOx与碳烟排放,但CO和HC排放急剧增加,热效率明显下降,此时提高喷油压力可以降低对内部EGR率以及喷油正时的要求,显著提高热效率,结合进气增压可以获得碳烟和热效率的进一步改善,但由于燃烧速率过快导致NOx排放迅速增大;采用中冷EGR逐步替代内部EGR可以使汽油压燃低温燃烧在更高的运行工况范围内实现高效清洁燃烧。