随着微机电系统的大力发展,其对自身动力源的要求也越来越苛刻,如果以微型动力装置作为其核心动力装置则相比于现有的电池技术存在诸多优势。然而在动力装置微型化过程中,也存在诸多挑战,其中微型燃烧室内燃料较高的燃烧温度（最高可达3500 K）而导致其材料受限就是挑战之一。为解决此问题,本文针对可控燃烧、结构简单紧凑的微型HCCI（Homogeneous Charge Compression Ignition）自由活塞动力装置内燃料的燃烧过程,通过试验与数值模拟相结合的方法,研究了装置内可以实现低温燃烧的方式,即通过燃料掺混CO₂、EGR（Exhaust Gas Recirculation）、催化燃烧、燃料添加臭氧以及燃料掺氢等手段,以求降低燃烧温度高对燃烧室材料的限制,为实现装置内低温燃烧及装置内燃料稳定着火与可靠燃烧提供理论依据。本文对微型HCCI自由活塞动力装置进行了结构设计,所提出的两种设计方案对微型自由活塞动力装置内提高能量利用率、降低装置压燃着火条件以及实现低温燃烧的研究存在积极的意义,同时对研究对象构建了试验系统。试验研究发现甲烷掺混CO₂后,混合气的燃烧受到抑制,混合气的着火时刻延后;而甲烷掺氢则能够拓展混合气的压燃着火界限并使混合气着火时刻提前;两者均能够降低装置内甲烷燃烧时的最高温度以及平均温度,但均以损失装置做功能力为代价。本文建立了能够满足计算要求的微型HCCI自由活塞动力装置低温燃烧过程的数值模型,并通过所建立的模型分析了燃料掺混CO₂、EGR、催化燃烧燃料添加臭氧以及燃料掺氢对混合气HCCI燃烧特性、装置做功能力的影响以及它们对实现低温燃烧的效果评价。数值模拟研究表明甲烷掺混CO₂,使甲烷HCCI着火延迟,装置的做功能力减弱;当CO₂掺混比例达到58%时,装置内甲烷无法压燃;同时CO₂的掺混对降低装置内平均温度效果明显。EGR对甲烷HCCI着火特性及对装置的做功能力的影响与燃料掺混CO₂的影响一样,但对降低装置内的平均温度效果更显著。催化燃烧能够降低装置内燃料压燃着火的条件,对装置的做功能力的影响不大,但是能够降低装置内混合气燃烧时的最高温度。燃料中臭氧的添加,对甲烷HCCI着火时刻存在较大的影响,会使装置的指示功增加,同时也会导致微燃烧室内最高温度降低,这对实现装置内的低温燃烧有利。氢气的掺混可以拓宽混合燃料的压燃着火界限,并可改善其着火性能,提高混合气着火的可靠性与稳定性,对降低装置内的平均温度效果明显。本文的研究工作对微型HCCI自由活塞动力装置内实现低温燃烧提供了理论依据,对微型HCCI自由活塞动力装置的研究与发展存在促进作用,同时也对其它微型动力装置的研究提供了一定的参考依据。