内燃机行业的发展受到了能源短缺和环境恶化的双重困扰,节能与环保成为了现代内燃机发展的主题。稀薄燃烧技术有助于改善汽油机的燃油经济性与排放特性,高能点火是实现稀薄燃烧的关键技术,但使得现有点火系统可靠性降低。激光诱导火花点火能够精确控制点火时间和点火位置,可以减少点火时的传热损失、增大稀燃界限,并具有多点点火的潜力,可加快稀混合气的燃烧速率。因此,激光点火日益受到人们的关注,激光点火系统有望取代现有的内燃机点火系统,成为新的点火装置。本文搭建了激光诱导火花点火试验平台及中心电极电火花点火试验平台,研究了汽油-空气混合气激光诱导火花点火特性,包括点火能量、激光点火过程及压力变规律,并与中心电极电火花点火进行了对比。第一,利用激光系统,多视窗容弹,纹影成像系统、同步系统和数据采集系统等组成了激光诱导火花点火试验平台。在此基础上,将容弹左右两侧的石英玻璃换成金属圆盘,在圆盘上安装中心电极并配上相应的电压、电流传感器即可进行中心电极电火花点火试验。第二,进行了汽油-空气混合气激光点火能量的研究。着火概率随着激光入射能量的上升而上升,在当量比0.8～1.6内着火概率可达到100%。根据实验数据计算得到两种波长条件下所需的激光强度(数量级1012W/cm2)均低于多光子电离产生初始电子所需激光强度(数量级1014W/cm2),证明了激光诱导火花点火中的初始种子电子不是多光子电离产生的,而是来自于混合气中的杂质。最小激光点火能量随当量比呈“U”字形分布,532nm和1064nm波长条件下,最小点火能量都在当量比1处达到最小值,分别为13.5和9.5mJ;当量比偏离1,则导致最小点火能量增加。第三,利用纹影系统及高速摄像机研究了激光点火过程。等离子体吸收的激光能量沿激光传播方向呈指数衰减使等离子体呈椭球状,随后在稀疏波的作用下等离子体长轴发生正交变换。等离子体前后两端形成了流速与形状各不相同的涡流,由此产生了沿激光方向并指向激光源的气体流动,随后便出现了第三瓣。纹影图像显示尽管第三瓣出现在化学反应阶段前,但其对火核的形成与发展有着重要影响。第四,研究了激光点火时容弹内的压力变化规律。532和1064nm波长下的压力峰值和压力升高率都随着当量先上升后下降,并都在当量比1.6处达到最大值。第五,中心电极电火花点火能量和激光诱导火花点火能量对比研究。最小电火花点火能量也随当量比呈“U”型分布,最小点火能量在当量比1.6处达到最小值3.76mJ；最小电火花点火能量值小于最小激光点火能量值。激光点火在当量比0.6处的最大点火概率532nm和1064nm波长条件下分别为65%和70%,而在电火花点火在当量比0.6处都未能成功点燃混合气,激光点火有利于增大稀燃界限。