微波辅助点火技术（MAI）是一种能够在稀薄或高EGR率条件下提升发动机点火性能的新型技术。发动机台架试验研究表明,MAI能够显著改善发动机稀燃条件下的循环波动问题,并能有效拓展发动机的稀燃极限。定容燃烧弹试验研究表明,MAI能明显加速早期火焰的发展速度,从而强化点火过程。但同时研究也发现,MAI对点火的增强作用会随着环境压力的增大而逐步减小,这无疑限制了MAI技术在内燃机高负荷工况下的实际应用。此外,无论是基于发动机台架或定容燃烧弹的试验,以往关于MAI的研究都广泛采用集成式火花塞。由于集成式火花塞头部的遮挡以及热损失不利于对早期火焰发展特征的观测,目前关于MAI作用机制的研究还不够深入,如火花等离子体对微波能量的吸收机制等仍不明晰,使得提升MAI性能的策略仍旧缺乏。基于以上问题,本文首先设计搭建了全新的微波辅助点火可视化试验平台,并基于自主设计的微波天线,创新性地将微波天线与火花塞分立,构建针-针型微波辅助点火电极配置,利用球形火焰的发展特征来反映微波辅助点火的效果。在此基础上,广泛地开展了不同环境条件下的微波辅助点火试验,探究了微波脉冲频率、峰值功率等参数对MAI性能的影响。并结合实验现象与诊断数据,深入地讨论了微波辅助点火过程中微波与火花等离子体的耦合机制。甲烷或乙炔为燃料的点火试验表明,相较于传统火花点火（SI）模式,MAI能够显著加快稀燃或富燃条件下火焰核心的发展过程。但当混合气的当量比接近理论当量比时,微波的加入对火焰核心发展的增强效果将减弱。这一现象的主要潜在原因是,随着当量比接近理论当量比,火焰速度随之增大,导致火焰锋面过早地远离了微波电场强区,使得火焰锋面中的带电粒子没有足够的时间与微波相互作用,从而使微波增强效果减弱。此外,微波脉冲对火焰核心发展的增强效果在低环境压力条件下更明显,随着环境压力提升,微波增强作用减弱。导致这一现象的一个关键原因是,环境压力的增大使得约化场强减小,使得电子对反应动力学的增强效果减弱。提高微波脉冲峰值功率或微波脉冲重复频率,能够提升火花等离子体对微波能量的吸收效率,从而有助于提升高环境压力下MAI的点火性能。整体上看,微波对点火过程的增强作用主要体现在火焰核心发展的早期,一旦火焰发展进入自维持传播阶段,燃烧反应释放的热量将主导火焰传播,早期馈入的微波能量对火焰发展将不再具有显著增强作用。CO2稀释条件下的MAI试验表明,微波能诱导产生等离子体射流,能将活性粒子、热量以及动量传递到火焰锋面,从而加速局部火焰的发展。当火焰锋面与微波诱导的等离子体射流脱离接触后,微波的作用效能将大打折扣。高CO2稀释率下的MAI试验还显示,微波诱导的等离子体射流方向能决定可燃混合气的点火成功率。Ar、N2或CO2载气条件下的MAI试验表明,微波脉冲与火花等离子体的相互作用存在一个窗口期。在窗口期内,火核能吸收微波能量,并在电极中心处产生亮斑或等离子体。一旦窗口期截止,随后馈入的微波能量将不会被吸收。相比于N2或CO2,Ar作载气更有利于延长窗口期。本文还基于双温度充分混合反应器模型,进行了不同载气条件的微波辅助点火动力学模拟。模拟结果显示,Ar或N2载气的条件下微波脉冲的加入能明显减缓体系中电子数的衰减速度,但在CO2载气的条件下微波的这一效果不明显。此外,在着火时刻之前馈入的微波能量越快或越多,越有助于缩短着火延迟。在相同微波能量馈入的条件下,微波脉冲重复频率的提升有助于减缓体系中电子数衰减的速度。