化石燃料在可预见的未来仍将在运输能源中占据支配性地位。我国即将实行国六b阶段排放标准和乘用车平均油耗低于5 L/100 km的第四阶段油耗标准,内燃机节能减排面临前所未有的机遇和挑战。基于均质压燃思想的新型燃烧模式具有同时实现高热效率和超低排放的潜力,被视为先进内燃机的发展方向。在新型燃烧模式下,燃料自着火主要由其自身反应动力学特性控制,因此自着火控制是先进燃烧模式能否成功应用于发动机的核心问题。面对目前柴油和大分子量碳氢化合物中低温自着火研究的不足,本论文将加热型快速压缩机引入自着火研究,率先开展了宽工况下的三种大分子量单组分碳氢化合物、两种国产商用柴油以及两种多组分柴油模型燃料的中低温气态自着火试验和反应动力学研究。这些研究深入揭示了燃料的自着火特性,验证和发展了反应动力学机理,为先进燃烧模式内燃机中的自着火控制提供了基础理论支撑。针对构成柴油的主要碳氢化合物类,本论文第三至五章分别选取正十六烷、七甲基壬烷和十氢萘三种典型大分子量碳氢燃料开展宽工况下的快速压缩机试验,系统揭示了它们的中低温自着火特性以及压力、当量比和氧气摩尔分数等因素对自着火的影响规律。选取正十六烷作为直链烷烃的代表,本论文试验确认了正十六烷的两阶段着火特性和着火延迟的负温度系数(NTC)现象。此外,本论文首次对LLNL机理和CRECK机理开展了低温自着火试验验证,并对动力学机理的优化提出了建议。选取七甲基壬烷作为支链烷烃的代表,试验研究确认了七甲基壬烷低温反应路径的存在,发现了其“早且弱”的第一阶段着火特性和总着火延迟的“低温NTC”现象。论文对七甲基壬烷自着火的特殊现象进行了解释,并对现有的七甲基壬烷机理进行了验证和分析。选取十氢萘作为环烷烃的代表,试验研究获得了十氢萘总着火延迟在750–860 K之间的完整的NTC现象。论文通过对现有十氢萘动力学机理的合理修正,大大提高了机理对十氢萘低温自着火的预测能力。基于单组分碳氢化合物自着火的研究基础,本论文第六章研究了发动机相近工况下的两种国产商用柴油(国V和国VI)的中低温自着火。试验结果表明,国产柴油具有与单组分碳氢化合物相似的低温反应活性和NTC特性。通过对比国V和国VI柴油的组分构成和着火延迟,论文重点研究了组分差异对柴油自着火的影响规律。研究表明,环烷烃的含量高会延长柴油的第一阶段着火延迟,并推迟NTC现象的发生。本论文第七章介绍了以第三至五章中的三种单组分燃料为主要组分的两种柴油模型燃料的中低温自着火和氧化研究。试验结果表明,三组分模型燃料的着火延迟与国V柴油匹配较好,而五组分模型燃料的着火延迟与国VI柴油匹配较好。两种模型燃料着火延迟的对比可以恰当反映国V和国VI柴油的中低温自着火差异。模拟研究表明,POLIM机理能够在宽工况范围内很好地预测三组分模型燃料的自着火特性和氧化特性,但对第一阶段着火预测方面还有待提升。研究发现,十氢萘的引入是五组分模型燃料相比于三组分模型燃料第一阶段着火延迟变长的主要原因。此外,论文通过动力学分析揭示了各碳氢燃料组分在模型燃料自着火中的作用。