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自上个世纪末以来，节能与减排已经成为内燃机业界的主题。可控自燃（CAI）燃烧模式由于高热效率、低油耗以及低排放等特性，受到了国内外学者的广泛关注。但CAI燃烧始点及燃烧过程难以控制，同时还受到负荷范围的限制，因此利用高温废气的加热和稀释作用控制CAI燃烧始点，采用不同气门正时策略探索CAI燃烧实现区域及区域内CAI燃烧参数性能分布规律具有很重要的理论意义和现实意义。本文利用改造后的时风ZS1105单缸直喷柴油机作为基础样机，装配了自主研发的无凸轮轴电液全可变配气机构，成功搭建了CAI发动机试验平台。与此同时，根据试验样机参数，利用CHEMKIN、GT-Power与MatLab软件耦合，建立了CAI燃烧一维模拟仿真计算平台。采用发动机试验与仿真模拟双重手段，对废气再吸入策略CAI燃烧参数变化趋势，CAI燃烧实现区域进行了详实全面的研究。针对再吸入高温废气进入气缸的早晚，将废气再吸入策略分成早期废气再吸入策略及晚期废气再吸入策略两种情况，同时根据所采用气门组合规律的不同，将晚期废气再吸入策略分成排气门二次开启模式一（SEVO模式一）和排气门二次开启模式二（SEVO模式二）两种模式。在所搭建的发动机试验平台上，固定发动机转速n=1000r/min、过量空气系数λ=1，对不同CAI燃烧模式进行了实验研究，得到相关结论如下：早期废气再吸入策略CAI实验研究表明：第一，随着排气门关闭角度的延迟，缸内EGR率逐渐上升，CAI燃烧峰值压力、最大压力升高率、最大放热率、IMEP、BMEP、有效热效率及NOx比排放随之下降。但由于缸内EGR的双重作用，CAI燃烧始点却呈现出先提前再滞后的趋势；第二，随着进气门开启角度的延迟，缸内EGR率逐渐上升，CAI燃烧峰值压力、最大压力升高率、最大放热率、IMEP、BMEP、有效热效率及NOx比排放都呈下降趋势。同时由于新鲜工质与高温废气累计加热时间延长，CAI燃烧始点也随之迟后；第三，早期废气再吸入策略CAI燃烧可实现区域为IVO=18.5~61.5°CAATDC，EVC=121~236°CAATDC范围内。在CAI可实现区域内，EGR率分布呈双曲线分布规律，IVO和EVC越大，则EGR率越大。在EGR率的影响下，CAI燃烧的IMEP、BMEP、燃烧放热率，有效热效率、NOx比排放等性能均呈类似双曲线分布规律，但数值变化趋势与EGR率正好相反。SEVO模式一CAI燃烧试验表明：第一，延迟进气门开启角度，缸内EGR率呈逐渐上升的趋势，CAI燃烧CA10及CA50滞后，燃烧持续期延长，CAI燃烧峰值压力及压力升高率下降，有效热效率、最大放热率、IMEP、BMEP及NOx比排放都呈逐渐下降的趋势；第二，CAI燃烧性能随排气门二次开启角度变化不敏感，随着排气门二次开启角度的延迟，缸内EGR率逐渐下降，CA10、CA50稍有提前，燃烧持续期缩短，峰值压力、压力升高率、有效热效率、最大放热率、IMEP、BMEP及NOx比排放等参数都呈现略有增加的趋势；第三，SEVO模式一CAI燃烧实现区域为IVO=19~61.5°CA ATDC，SEVO=17.5~42.5°CA ATDC。在此燃烧区域范围内，CAI燃烧性能参数变化范围为：EGR=0.383~0.577、CA10=0~7°CA ATDC、燃烧持续期=7~17°CA、IMEP=0.302~0.532MPa、BMEP=0.227~0.416MPa、有效热效率=0.248~0.314、最大压升率=0.066~0.452MPa/°CA、最大放热率=55~173J/°CA、NOx比排放=0.065~1.69g/KW.h。SEVO模式二CAI燃烧试验表明：第一，延迟进气门关闭角度时，缸内EGR率下降，CAI燃烧峰值压力、压力升高率、放热率、有效热效率、IMEP、BMEP、及NOx均变化敏感，呈现逐渐上升的状态，燃烧始点提前，燃烧持续期缩短。第二，CAI燃烧性能参数对排气门二次开启角度变化不敏感，随着排气门二次开启角度延迟，缸内EGR率下降，CAI燃烧峰值压力、压力升高率、放热率、有效热效率、IMEP、BMEP、及NOx均略有上升，同时CA10提前，燃烧持续期略有延长。第三，SEVO模式二CAI燃烧实现区域为IVC=87-133.5°CAATDC，SEVO=17-127°CAATDC。在燃烧区域内，EGR率等高线呈类双曲线分布，CAI燃烧各参数变化范围为：缸内EGR率=0.349~0.59,、CA10=-5~15°CA ATDC、燃烧持续期=6~21°CA、最大压力升高率=0.1~0.56MPa/°CA、最大放热率=50~200J/°CA、IMEP=0.3~0.554MPa、BMEP=0.176~0.430MPa、有效热效率=0.185~0.323、NOx比排放=0.1~1.6g/KW.h。。文中针对所获试验结果，结合课题组前期科研成果，分析了不同废气再吸入策略与废气截留法CAI燃烧性能的异同，对比了不同模式CAI燃烧负荷范围，对于深层次了解CAI燃烧及其负荷拓展具有一定得意义。最后本文利用所建立的一维仿真模拟平台预测了不同废气再吸入策略CAI燃烧区域及区域内燃烧性能，研究表明，模拟仿真CAI燃烧区域与试验区域吻合较好，燃烧区域内CAI燃烧性能随气门变化规律基本一致，只是由于换气过程中气流交互作用，使缸内EGR率产生偏差，因此各性能参数在数值上略有不同，但作为CAI燃烧性能预测及定性研究，该模型表现出良好的性能和潜力。本文利用试验与模拟手段，在国内首次详尽研究了废气再吸入CAI燃烧区域及区域性能，对比了废气再吸入策略与废气截留法CAI燃烧性能的不同，同时提出氧稀释度的概念，并以此对CAI燃烧性能变化规律予以分析，对CAI的理论研究及产品化提供了理论依据和指导意义。