能源短缺和环境问题对内燃机高效燃烧技术的发展提出了更高的要求。近几十年均质压燃、低温燃烧等多种先进的燃烧模式先后被提出,但这些研究大多是基于热力学第一定律,就系统产生有用功的潜能而言,热力学第一定律所能提供的信息有限。事实上燃烧过程是不可逆的,将损失约20-25%的燃料做功潜能,为了研究燃烧损失产生的机理,寻找降低不可逆损失的方法,进一步改善发动机的热效率,因而引入了第二定律的分析方法进行研究。本文作者根据内燃机燃烧过程中可用能损失分布的特征,创新性地设计了RM-HCCI(重整分子-均质充量压燃着火)新型燃烧原理的燃料重整系统。该重整系统通过燃料的直接裂解回收部分排气能量,将大分子燃料转化成小分子中间产物后喷入缸内燃烧,可以降低缸内燃烧过程可用能损失,提高热效率。通过以正庚烷为基础燃料,选用详细的正庚烷化学反应机理,采用化学动力学耦合平衡态热力学算法,研究了重整温度、氧浓度、压力等燃料重整边界条件的优化对重整过程中分子选择率和燃料化学可用能分布的影响,并以此为基础完成了对燃料重整效果的分析。研究表明,在高温无氧重整条件下,可以有效降低燃烧过程可用能损失,提高第二定律热效率。为验证该重整思想的可行性,根据RM-HCCI燃料重整原理,设计并搭建了重整反应流动实验台系统,该系统包括载气供给系统、燃料供给系统、可控加热系统、混合反应器总成和数据分析系统。通过实验结果与模拟结果的对比分析,验证了RM-HCCI燃料重整的可行性和重整边界的可控性。以该燃料重整实验台重整环境为参照,运用热力学第二定律对发动机中等负荷工况的重整过程进行收益分析,结果表明优化重整边界后重整的化学可用能收益可以达到3.5%以上。