发动机燃烧性能是直接影响发动机动力性、经济性和排放性能的重要因素。本文通过进气充量的空气氧氮组分燃烧分析,目的是实现燃烧和排放的优化控制,利用燃烧前处理氧氮组合重整,改善发动机性能。本文基于化学反应动力学,利用机理分析和模型数值计算,对不同氧氮组分发动机性能进行了系统比较与研究。在深入探索燃烧演变过程基本特征的同时,利用燃烧中间重要产物基团变化分析,研究富氮燃烧过程的阻燃抑制特性。结合准维燃烧模型中的湍流火焰传播模型,从不同进气氧浓度对火焰传播速度影响的角度,分析了化学计量空燃比下富氧进气对汽油机基本燃烧特征和发动机性能的影响。结合热力学能量分析,探索了不同进气氧浓度下汽油机工作过程综合用能和能量利用效率,指出基于能质观点的发动机富氧进气燃烧可行性。研制开发设计了发动机用小型可变进气组分分离膜实验装置,在建立正压和负压实验系统中,系统研究富氧气流和富氮气流的分离特性,以及空气分离过程氧氮气流的流变性能;利用膜分离理想度分析,研究理想分离系数、渗透系数和进气量等对富氧、富氮气流的影响关系,利于发动机应用与匹配控制。在所建立的发动机启动、怠速分析实验平台,开展发动机启动初始阶段瞬态过程燃烧与排放特性研究。结合光电测试多种手段,探究变进气组分燃烧中的基本特性和特征。针对发动机选择性富氧、富氮进气,研究点燃发动机启动初始段动态过程燃烧与排放特性,为该技术的发展奠定基础。