汽油压燃（CI）模式是内燃机研究的前沿和热点问题，相比汽油点燃（SI）模式具有较大的节能减排潜力。本文针对汽油部分预混压燃（PPCI）模式存在的压力升高率和燃烧噪声偏高，以及降低NOx排放依赖高比例EGR等问题，提出了汽油多段预混压燃（MPCI）模式。汽油MPCI模式在压缩上止点前后按照“喷油－燃烧－喷油－燃烧”的顺序组织低温－高温两阶段预混合压燃，以控制燃烧放热速率不至于过快，降低燃烧峰值温度，实现放热率可控的高效清洁燃烧过程。常规汽油压燃模式存在冷起动困难和小负荷运行不稳定的问题。本文将具有低辛烷值的调和汽油、直馏石脑油等汽油类燃料用于MPCI模式，实现了部分负荷的稳定运行，而且在中、高负荷也取得了良好的节能减排效果。针对汽油MPCI模式第二段预混压燃这一技术难点，本文提出了采用高压燃油喷射以及分时分区组织混合气形成和燃烧的方法，以实现第二次喷入汽油的预混合燃烧，并通过光学可视化研究和数值模拟分析验证了这种方法的可行性。在一台压缩比为18.5的高压共轨直喷压燃式发动机上，低辛烷值调和汽油（G70H30）分别在上止点前50°CA和上止点进行两次喷油，能够实现较为理想的MPCI模式。同0号柴油单次喷射压燃模式相比，G70H30燃料MPCI模式的指示比油耗低1%，NOx排放低47%，Soot排放低90%，CO排放低11%，最大压力升高率低37%，但THC排放高81%。MPCI模式还能够同时降低NOx和Soot排放，使得两者之间此消彼长（trade-off）的关系不明显。此外，在不使用进气增压和EGR的情况下，G70H30燃料MPCI模式具有与PPCI模式相当的燃油经济性，但NOx排放低70%左右，最大压力升高率低40%左右。定容燃烧弹可视化研究发现，直馏石脑油和G70H30燃料在100MPa轨压下能够实现理想的两阶段预混合燃烧，而相同条件下0号柴油只能实现两段扩散燃烧。单缸光学发动机试验发现，直馏石脑油和G70H30燃料第一段预混压燃的滞燃期随喷油压力的升高而变长，这与0号柴油的滞燃期随喷油压力的变化规律恰好相反。数值解析表明，MPCI模式的第一段压燃发生在燃烧室凹坑外围，属于由局部浓区触发的整体低温预混燃烧；第二段压燃发生在燃烧室凹坑中部，属于受局部湍流控制的高温预混燃烧。MPCI模式具有时间分段、空间分区的混合气形成和燃烧特征，既有利于降低发动机的传热损失，提高燃油经济性，又有利于降低最高燃烧温度，加速混合气形成，减少NOx和Soot排放。