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发动机先进低温燃烧（LTC）模式结合替代燃料是改善发动机燃烧和排放性能的两个最主要的途径。同时利用可再生的“碳中性”替代燃料也是实现发动机零碳排放的根本途径。作为一种“碳中性”燃料,聚甲氧基二甲醚（PODEn）在改善发动机性能方面表现出了巨大的潜力。同时,与传统柴油燃烧相比,发动机先进低温燃烧模式,例如均质充量压燃（HCCI）、部分燃油分层（PFS）、部分预混燃烧（PPC）、反应活性控制压燃（RCCI）等,在降低氮氧化物（NOx）和碳烟排放方面具有明显的优势。然而,如何实现PODEn和这些先进低温燃烧模式的有效结合,从而充分发挥PODEn在改善发动机性能方面的潜力,目前还不清楚。因此,本文基于一台单缸轻载荷柴油机,针对汽油和PODEn,对发动机低温燃烧模式的燃烧和排放性能进行了详细的研究。为了达到研究目的,本文首先基于CompactRIO和CompactDAQ平台搭建了一套完整的发动机实验测试系统。然后利用这套测试系统对HCCI、PFS和RCCI三种燃烧模式的燃烧稳定性和主导因素进行了详细的探究。除此之外,为了克服当前燃烧模式在改善本研究所用轻载荷柴油机性能方面的局限性,本文又基于PODEn,提出了逆向反应活性分层控制压燃（R-RCCI）的概念,并且在中低负荷下探究了燃油特性、预混比（PR）和喷油时刻（SOI）对R-RCCI性能的影响。除此之外,还与PPC和RCCI进行了对比,研究了三种燃烧模式在混合气组织、燃烧过程等方面的差别。（1）基于PODEn对HCCI、PFS和RCCI三种燃烧模式的燃烧稳定性进行了探究。结果表明,与柴油相比,PODEn的活性更高、挥发性更好,因此当利用它作为RCCI的直喷（DI）高活性燃油时,可以有效降低RCCI的循环变动。通过对比RCCI的燃烧持续期（BD）、压力峰值（PP）和指示平均有效压力（IMEP）的循环变动,发现这三者的循环变动趋势基本一致,并且后两者的循环变动受燃烧持续期影响很大。在这三种燃烧模式中,PFS表现出了最佳的燃烧稳定性。这主要是由两方面的原因引起的。一方面,PFS进气温度（Tin）和HCCI相差不大,但是明显高于RCCI,较高的进气温度有效降低了着火和燃烧过程对进气条件的敏感性,从而使得燃烧更稳定;另一方面,与HCCI相比,PFS较高的局部燃油浓度可以有效改善着火稳定性,从而使得循环变动降低。（2）基于汽油和PODEn在低负荷工况下探究了影响HCCI、PFS和RCCI三种燃烧模式燃烧过程的主导因素。结果表明,在当前测试工况下,针对汽油和P20G80（体积分数分别为80%和20%的汽油和PODEn的混合燃油）两种燃油,与燃油活性相比,进气温度对HCCI的燃烧过程起了主导作用。因此,P20G80的低进气温度使得它的放热率峰值和NOx排放低于汽油,但是同时也导致它的燃烧效率和燃油经济性变差。与HCCI不同,在相同工况下,PFS的燃烧过程主要受燃油活性主导。因此P20G80的燃烧速率比汽油快。但是较快的燃烧速率并没有使得P20G80的燃烧温度明显升高,因此它的燃烧效率和NOx排放都低于汽油。这是因为P20G80的高当量比敏感性（φsensitivity）有效减缓了放热速率,从而限制了燃烧温度的升高。与汽油PFS和汽油/P20G80 RCCI明显不同的是,在汽油/PODEn RCCI中,PODEn的高当量比敏感性和低进气温度发挥了关键作用,有效减缓了放热率,使得它的敲缸界限更加接近上止点,从而有效改善了热效率。同时,在相同CA50（放热量达到总放热量的50%时对应的曲轴转角）下,汽油/PODEn RCCI的SOI最早,从而有效避免了局部过浓区的形成,使得NOx和碳烟排放降低。（3）虽然PODEn在RCCI中发挥出了较好的潜力,有效改善了发动机性能。但是基于本研究所用发动机,在当前测试工况下,RCCI的指示热效率也只有37%左右,因此当前的发动机配置可能并不适合RCCI模式。为此本文基于PODEn提出了 R-RCCI的概念,并且在相同工况下探究了 R-RCCI的性能。结果发现,当调节SOI时,R-RCCI可以有效打破燃烧效率和NOx排放之间的“此消彼长”关系,从而在改善热效率的同时也使得NOx排放降低。这是因为R-RCCI的燃烧效率主要受燃油喷射位置主导,而不是CA50。通过对比PODEn/汽油R-RCCI和PODEn/P20G80 R-RCCI,发现后者的最高热效率明显高于前者。这主要是因为P20G80的活性较高,从而有效降低了 CA50对SOI的敏感性,因此可以通过推迟SOI来改善燃烧效率,从而提高热效率。在当前测试工况下,R-RCCI的热效率可以达到43%,明显高于RCCI。（4）在中低负荷下通过与PPC和RCCI进行对比,从而更加深入地挖掘R-RCCI的潜力。结果发现,从PPC到R-RCCI再到RCCI,由于缸内局部燃油浓度逐渐降低,使得它们的燃烧速率逐渐降低,从而导致燃烧效率降低,同时燃烧稳定性也变差。随着进气压力的升高,燃烧温度降低,从而导致这三种燃烧模式的燃烧稳定性变差,不完全燃烧损失明显增加。但是进气压力对这三种燃烧模式的燃烧效率和燃烧稳定性的影响是不同的。预混燃烧程度越高,进气压力对燃烧稳定性和燃烧效率的影响越明显。在这三种燃烧模式中,R-RCCI具有最佳的CA50和燃烧速率,因此它的燃油经济性最好,而且它的NOx和碳烟排放也都明显低于PPC。RCCI在低负荷下的碳烟排放最低,但是由于它的碳烟排放对直喷燃油的挥发性和燃油量非常敏感,导致它在中负荷下的碳烟排放明显升高,超过了欧Ⅵ排放法规。然而与RCCI相比,R-RCCI可以更好地平衡预混燃烧程度和燃烧温度的关系,因此它在中低负荷下的碳烟排放都非常低。