均质混合气引燃(HCII)燃烧,采用进气道喷射高辛烷值燃料形成均质混合气,缸内直喷高十六烷值燃料进行引燃的方式,较传统汽油火花点燃模式能够大幅度提高热效率,较传统柴油压燃模式能够降低NOx和Soot排放,是一种可控的车用重型发动机高效清洁燃烧技术。本文主要通过台架试验对HCII燃烧在全工况范围内的控制策略进行优化,通过模拟计算解析HCII的燃烧过程和排放物形成机理。在重型多缸柴油机上研究了汽油比例、柴油喷射时刻、废气再循环(EGR)率和柴油喷射压力等发动机主要控制参数对HCII燃烧和排放的影响规律。研究表明,HCII的燃烧相位和燃烧模式受柴油喷射时刻的直接控制;小负荷时适当增加汽油比例和EGR率能够获得超低的NOx和Soot排放以及更高的有效效率,中高负荷时汽油预混合气提前自燃导致粗暴燃烧,限制了汽油比例的继续提高。基于合理控制压缩比的思想,对HCII燃烧在全工况平面内进行了优化,提出了HCII燃烧在全工况范围内应用的高效清洁燃烧控制策略。研究表明,HCII燃烧在全工况范围内燃烧控制策略的分布主要与负荷有关。降低压缩比能够缓解中高负荷汽油粗暴燃烧的问题,拓展最高汽油比例,降低NOx和Soot排放。实现了在稳态循环中仅用简单后处理装置达标国5排放法规,油耗不恶化的目标。掺混含氧燃料的HCII试验研究结果表明:汽油掺混乙醇后,燃料的辛烷值上升,缸内均质预混合气的活性降低,中高负荷的粗暴燃烧程度得到缓解,10%乙醇是更为合适的掺混比例;柴油掺混聚甲氧基二甲醚(PODE_n)后燃料的十六烷值上升,Soot、THC和CO排放明显下降,但NOx排放稍有上升。为了深化对HCII燃烧过程的认识,构建了包含正庚烷、异辛烷、甲苯、乙醇、甲醇、正十烷、正十二烷、正十六烷、二异丁烯、环己烷和甲基环己烷共11种组分,同时适用于汽油和柴油馏程范围的多组分简化化学机理,包括178种反应物和758步反应。此外,通过迭代不同的机理简化方法构建了PODE_n简化机理,包含47种反应物和139步反应。采用滞燃期、层流火焰速度、反应物浓度和发动机HCCI试验等试验数据对多组分机理和PODE_n子机理进行了充分的验证。在此基础上,基于CONVERGE软件建立CFD三维数值模型,将多组分表征燃料应用于HCII燃烧的数值模拟研究,相对于简单表征燃料能够获得更为合理的预测结果。借此详细分析了HCII的燃烧过程和排放物生成机理,重点研究了HCII两阶段放热的控制参数(柴油预喷时刻、EGR率、进气温度和压缩比等)及其影响规律。最后围绕柴油掺混PODE_n对HCII燃烧和排放的影响进行模拟计算研究。