爆震是限制火花点燃式发动机进一步提高压缩比，降低燃油消耗的最主要因素，一直以来都是内燃机工作者力求攻克的技术难题。为了达到研究爆震机理的目的，研制了一台基于液压工作原理的光学快速压缩-膨胀机。首先介绍了快速压缩-膨胀机的设计思想，工作原理以及总体结构，详细介绍了液压驱动系统，燃烧室和加热系统和混合气制备系统的作用和工作原理，该快速压缩-膨胀机具有光学视场开阔，高压缩比且可调，结构紧凑，压缩时间短的特点。然后在Amesim中建立快速压缩-膨胀机的一维仿真模型，提出了爆震发生期和等效转速的概念，分析了单向阻尼阀孔径，可调阻尼阀升程和阻尼孔径，液压源压力，活塞质量和点火位置五个关键因素对活塞运动规律的影响，根据各因素的影响规律，获得了爆震发生期最大和等效转速最低的参数匹配方案。仿真结果表明：减小单向阻尼阀阻尼孔孔径可以增加膨胀过程上止点附近的时间，增大阻尼孔径可以削弱活塞在上止点的波动；通过调节可调阻尼阀升程和阻尼孔径，在达到上止点的情况下采用尽量低的液压源压力，使活塞在理论上止点的速度尽量小，可以获得较长的爆震发生期，即降低等效转速；燃烧和点火相位对活塞压缩过程基本没有影响，但会增大膨胀速度和膨胀量。通过一维仿真优化参数后，对自行设计开发的快速压缩-膨胀机进行试验，考察和验证了快速压缩-膨胀机的性能。试验结果表明：仿真结果能预测快速压缩-膨胀机缸压的变化趋势，但缸压峰值有差异；压缩终点最高压力达到6MPa，数据重复性较好，最大压力波动率7.5%，调整可调阻尼阀升程和阻尼孔径可以调整阻尼作用，阻尼作用越大，缸内压力越低，压缩比越低，压缩终点压力越低；在不同空燃当量比条件下，使用乙醚进行HCCI燃烧实验，缸压高频波动频率达到11kHz，类似于爆震，说明该快速压缩-膨胀机具备燃烧研究的能力。仿真和实验结果为进一步研究爆震和HCCI燃烧提供了有力的支撑。