通过燃料重整、改变燃料燃烧化学反应路径是提高热效率并降低有害排放的重要技术途径之一,具有很好的应用前景,是当今国际内燃机燃烧学研究的前沿课题。基于均质压燃、低温燃烧相关理论,本文首先提出了发动机可控燃烧化学反应路径高效清洁燃烧新概念,实现灵活缸重整燃烧（Flexible Cylinder Engine,FCE）模式。针对该模式下的燃料重整过程、冷却过程以及缸内燃烧过程开展了系统地数值模拟研究,并通过试验研究验证了燃料燃烧化学反应路径控制策略在发动机上应用的可行性。在FCE燃烧模式下,发动机由工作缸和灵活重整缸组成。重整缸可以根据发动机运行工况特点,对喷入的燃油浓混合气进行压缩加热实现低温重整,重整后的重整气经管路冷却后,导入到混合腔内与空气混合,再继续导入到工作缸中,与进入工作缸内的新鲜燃料混合再燃烧。发动机工作过程热力学模型研究的结果表明,对于四缸发动机,采用一个重整缸和三个工作缸（“一拖三”）时,FCE模式下发动机的进气均匀性系数为4.80%;而对于六缸发动机,在采用两个重整缸和四个工作缸（“一拖二”）时,进气的均匀性系数为2.06%。因此,六缸发动机采用“一拖二”方案更适合于FCE模式。燃料的重整研究结果表明,在重整过程中,初始进气温度和当量比对重整过程的影响要大于初始进气压力对重整过程的影响;燃料脱氢产生自由基,通过一次加氧-一次异构化-二次加氧-二次异构化分解是产生不同重整产物的关键步骤;随着重整温度升高,重整产物的生成由燃料典型的低温氧化路径,逐渐向低温氧化和热解耦合的路径转变。燃料重整产物冷却过程的研究结果表明,冷却初期（<0.01s）对低温重整产物的影响最大,而在冷却过程的后续阶段（>0.01）,重整产物的浓度基本趋于稳定;对于保温冷却、线性冷却和自然冷却三种冷却策略,低温重整关键物种浓度变化的量级有所差异,保温冷却策略对重整产物的影响最为明显,其次是线性冷却策略,而对重整产物影响效果最弱的是自然冷却策略,即按照冷却策略对重整产物影响强弱排序为:保温冷却>线性冷却>自然冷却。为揭示重整产物与燃料燃烧的作用机理,分别对正庚烷、PRF50和PRF90三种燃料的低温重整气与对应燃料混合的燃烧过程进行了研究。结果表明,在有重整产物参与的燃烧过程中,重整产物的加入会促进或抑制对缸内燃烧状态具有重要影响的OH生成。一般情况下,在燃料燃烧着火阶段,OH主要由典型的低温反应过程生成。但是随着重整产物加入后,提高了由短链烷烃、烯烃、炔烃（如CH₄、C₂H₂、C₂H₄等）,以及短链有机过氧化物（如CH₃O₂H、C₂H₄O₂H等）和醛酮类过氧化物KETs等小分子物质对OH生成的影响;并且当高活性的重整产物加入后,会在一定程度上提高燃料的层流燃烧速度;同时,与排放关系较为密切的相关物种C₂H₂、C₂H₄、C₃H₄、C₃H₆、1,3-C₄H₆、CH₂O和CH₃CHO等的摩尔分数也会随着重整产物的加入而有所降低。本文最后通过发动机台架试验研究了燃料燃烧化学反应路径控制策略在发动机上应用的可行性。研究结果表明,PRF50燃料在变温度重整策略下重整,当重整温度在较低的温度范围内时,随着温度升高,重整气活性逐渐升高,而当重整温度升高到一定数值后（本研究为600K）,随着重整温度继续升高,重整气活性反而下降。并且不同重整温度下的重整气在导入缸内后,CO和UHC排放最大降幅分别为17.02%和37.98%,同时发动机的指示热效率最高可以提高4%（绝对值）;当重整温度处于重整气高或低活性范围内时,重整时间越长,重整气活性越强或越弱,但该规律在重整温度处于重整气活性突变点附近时不适用,因为此时重整产物存在一个活性最强或最弱的重整时间,重整气活性的变化并不是随重整时间线性规律变化。在本文中所选的工况条件下,600K为重整产物活性改变点的重整温度,通过改变重整时间,循环波动系数可以下降到3%;当重整温度处于重整产物高活性范围内时,重整产物的活性随着重整比例升高呈现先增强后减弱的趋势,而当重整温度在重整产物低活性范围内时,重整产物的活性表现为随着重整比例升高而不断变弱的规律。通过控制重整比例,燃料燃烧效率可提高至98.5%。通过改变发动机转速研究重整产物与燃料的作用时间对后续燃烧的影响,研究结果表明,燃料重整策略对发动机低转速下燃料燃烧过程的影响较大,随着发动机转速提高,重整产物与燃料作用时间变短,重整产物对燃料燃烧相位的影响变小,对燃烧持续期变化范围的影响也变小。