汽油机在中小负荷及怠速条件下存在热效率低、排放高的问题,改善混合气在低速、低负荷工况下的着火与燃烧特性对于实现汽油机的高效、清洁燃烧具有重要意义。二甲醚具有较高的十六烷值,向汽油机中掺入二甲醚并根据工况特点调整其掺混比例能够实现对混合气十六烷值和辛烷值的控制,从而通过对混合气着火与燃烧特性的改善提高汽油机不同工况下的燃烧与排放特性。目前针对在点燃式汽油机上燃料与二甲醚混合气燃烧过程的研究开展偏少。本文首先利用了二甲醚/异辛烷混合燃料机理开展了化学反应动力学模拟研究,从微观方面探究了二甲醚对异辛烷燃烧的促进作用。然后在气道喷射式汽油机中开展二甲醚与汽油预混燃烧,通过不同掺混比例调整燃料辛烷值探究缸内点火与燃烧特性的影响。此外,建立内燃机三维模型,探究了二甲醚的掺混对汽油机缸内混合气流动与燃烧过程的影响。最后,通过点火与喷射策略的耦合,优化缸内混合气的形成,从而在不同工况下提升二甲醚/汽油复合喷射内燃机的性能。基于二甲醚/异辛烷混合燃料预混层流火焰模型,分析了二甲醚/异辛烷混合燃料预混层流火焰特性随二甲醚摩尔分数增加的变化规律。结果表明,随着二甲醚摩尔分数的增加,火焰中大分子的分解速率及H、O和OH自由基浓度均有所提高,进而使混合气的层流火焰速度与绝热火焰温度增加。然后,在气道喷射式汽油机上开展了不同工况下二甲醚/汽油双燃料预混燃烧过程的试验研究。结果表明,纯二甲醚内燃机在低圧缩比条件下,同样存在明显的低温氧化放热过程,这使得纯二甲醚内燃机在稀燃条件下可以获得较纯汽油机更高的燃烧温度、更高的热效率及更快的放热速率。而气道预混二甲醚能够提高燃油经济性,增强缸内混合燃料的燃烧,从而降低循环波动,拓宽了其稳定的燃烧范围,HC与NOx排放得到有效控制。此外,点火时刻的合理选择能够使得燃烧相位缩短,有效热效率升高,排放降低。利用计算流体动力学软件建立了进气道/缸内复合喷射内燃机仿真模型。通过数值模拟的方式探究了二甲醚/汽油复合喷射内燃机缸内流体湍动能、速度场、火焰前锋面及缸内平均燃烧温度随着曲轴转角的变化过程的微观作用机制。结果表明,掺入二甲醚可以使缸内混合气流动过程的湍动能提升,缸内冷态流体速度场增强,缸内湍流火焰传播速率与平均燃烧温度升高。在上述研究基础之上,通过直喷机台架试验研究了不同喷射与点火策略对二甲醚/汽油复合喷射内燃机稀燃特性的影响。原机燃油喷射时刻较早,导致点火不稳定,燃烧循环波动较高,放热速率较慢,从而产生较低的有效热效率。采用合理的二次喷射能够组织好缸内混合气的分布,缩短燃烧相位,从而提高了内燃机的有效热效率,降低了缸内的循环波动与HC排放。而调整两次燃油喷射比例,使火花塞周围的燃油浓度分布较为合理,保证了火焰内核燃烧稳定可靠,使得缸内燃烧更加充分,从而提高有效热效率并降低排放。当喷射策略不变时,优化点火时刻能够改善燃烧,降低缸内循环波动,从而降低排放,有利于二甲醚/汽油复合喷射内燃机获得最佳的有效热效率。汽油机在稀薄燃烧条件下采取合理的喷油与点火策略对缸内混合气形成过程有所改善,但是由于缸内温度较低,燃烧较为缓慢,导致排放较差。而气道喷射二甲醚能够通过提高燃烧氧化反应速率进而提升汽油直喷的燃烧特性。随着二甲醚能量分数的增加,二甲醚/汽油复合喷射内燃机的有效热效率上升,燃烧相位更加合理,HC与颗粒物排放均降低。此外,通过不同负荷的对比试验结果可以看出,在低负荷条件下的缸内燃烧缓慢,循环波动较大,排放较高。随着负荷的逐渐升高,缩短燃烧持续期,减小循环波动,增加内燃机有效热效率,降低CO与HC浓度。而且,二甲醚的掺混能够进一步提升汽油机动力性与经济性,并降低排放。