为了融合均质充量压缩燃烧(Homogenous Charge Compression Ignition, HCCI)和缸内直喷压缩燃烧(Direct Injection Compression Ignition, DICI)方式的优点,既要有HCCI方式的高经济性低排放,又能够使发动机在全负荷范围内稳定运行,本文对分层充量压缩燃烧(Stratified Charge Compression Ignition, SCCI)方式进行了试验研究。在一台单缸发动机上,通过两阶段供油实现SCCI燃烧方式。进气道预喷部分燃料经进气压缩冲程与空气均匀混合,然后在压缩冲程上止点前直喷入缸内一定量燃料,促使缸内可燃混合气浓度、组分和温度的分层。高十六烷值燃料SCCI方式一般为三阶段放热过程,预喷燃料在压缩冲程上止点前发生低温(Low Temperature Reaction, LTR)和高温反应(High Temperature Reaction, HTR)两阶段放热过程,释放一定量的活性基团和热量,为直喷燃料的着火提供良好的热氛围,以触发和控制后续的第三阶段扩散燃烧过程。考虑到燃料设计方案对形成可燃混合气以及燃烧排放特性的影响,重点开展了两组试验:正庚烷(n-heptane)/柴油双燃料分层复合燃烧研究,及柴油/汽油混合燃料SCCI方式的研究。双燃料分层复合燃烧研究的方案为进气道预喷正庚烷/缸内直喷柴油的两阶段供油策略。预喷正庚烷形成均质混合气,在压缩冲程上止点前自发着火。然后在上止点前缸内直喷一定量的柴油进行热氛围影响下的扩散燃烧,实现缸内混合气浓度、组分和温度的分层。试验中改变预混合率rP值和总燃空当量比Φ值,并采用了0~40%范围的EGR措施,探索SCCI方式控制燃烧速率、拓展运行负荷和减少排放的潜力。柴油/汽油混合燃料SCCI方式研究的方案为混合燃料作为单一实际燃料用于进气道预喷/缸内直喷的两阶段供油。汽油具有低沸点和高辛烷值特性,挥发性好易雾化,适合用来形成均质混合气,但自发着火性差。柴油十六烷值高,具有良好的着火性和可燃性,但柴油挥发性差。期望这两种特性不同而又相互补充的燃料混合后能够达到一个折中的燃烧性能。研究了D70、D60和D50三种柴油/汽油混合燃料的分层复合燃烧特性,其柴油体积比例分别为70%、60%和50%。探讨了燃料物化特性、rP值和Φ值对复合燃烧特性与排放的影响。研究结果表明:1. SCCI燃烧可以扩展HCCI燃烧的最大负荷,且两阶段供油策略中直喷燃料的燃烧能保证小负荷工况无失火限制。2.采用复合燃烧方式后,燃烧开始时刻CA10(累积放热率达到10%)可大幅提前至上止点前。随预喷燃料增加,高温反应开始时刻提前,直喷燃料的滞燃期缩短,扩散燃烧时刻提前。上述规律说明SCCI方式能够有效控制燃烧相位。3.采用SCCI模式后,缸内温度和压力升高率(dp/dθ)值均大幅降低,温度升高时刻和dp/dθ曲线升高时刻提前,显示出SCCI方式控制燃烧速率的效果。4. SCCI方式缸内直喷燃料在上止点附近着火,使先前预混合燃烧阶段产生的不完全燃烧产物继续氧化,以降低CO和HC排放。由于复合燃烧方式采用部分燃料气道喷射,可实现分阶段及更为稀薄均质的燃烧,能够降低NOX排放,同时有较低的碳烟排放。5. EGR方式能够减缓燃烧速率,抑制预喷燃料的过早自燃。燃烧开始时刻CA10随EGR率增加而延后,燃烧持续期延长,可以看出EGR方式能有效改变燃烧相位。综合考虑可知,相比于HCCI和DICI燃烧模式,SCCI方式是较好的折中策略。本文对比分析了不同燃料设计方案、预混合率值和EGR率对燃烧和排放特性的影响,并提出了初步的优化控制策略,为下一步工作提供有价值的科学依据。