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均质充量压缩自燃(HCCI)作为一种“均质、低温、稀薄、压燃”的燃烧方式,因为燃烧过程高效清洁而受到人们的广泛关注,但是HCCI燃烧过程控制始终是制约HCCI进一步实际应用的障碍。HCCI燃烧过程的不可控主要体现在:着火时刻控制、燃烧放热速率控制和工况范围的拓展。本文通过结合火花点火和电热塞两种助燃手段实现了一种两级助燃均质压燃(Two-stage Assisted Compression Ignition,简称TACI)燃烧模式。利用电热塞的热效应使得其周围的稀混合气活性增强,电火花就容易将其点燃,再通过局部热混合气着火释放的能量来引燃外围空间的“冷”混合气,当火焰发展到使缸内温度和压力达到外围混合气自燃的条件,此时就激发了HCCI燃烧。这种两级助燃的方式能够通过火花点火直接控制燃烧相位,同时在高效燃烧的前提下利用双阶段放热有效控制放热速率并拓展工况范围。本文在一台液压自由活塞发动机上实现了TACI燃烧模式,研究了控制参数(点火相位、电热塞功率)和运行参数(缸内初始温度、压缩比和当量比)对TACI燃烧过程的影响。研究结果表明:甲醇燃料的TACI燃烧模式在低压缩比下表现为典型的火花点火(Spark Ignition,简称SI)燃烧特性,在较高压缩比下呈现出先缓后急的两阶段放热特性。相比火花助燃HCCI(Spark Assisted Compression Ignition,简称SACI),实现TACI的压缩比更低,许用压缩比范围更宽;相比电热塞助燃HCCI(Glow-plug Assisted Compression Ignition,简称GACI),TACI的电热塞电功率更低,燃烧相位的控制更加稳定、直接和灵活。在本研究的实验条件下(Φ=0.7,CR=16),随着点火相位提前以及电热塞功率的增加,TACI燃烧的指示热效率提高,进一步提前点火或提高电热塞功率,则进入爆震发生区域,效率下降。适合TACI燃烧模式的甲醇混合气浓度范围是:0.6<Φ<0.8。当混合气较浓(Φ>0.8)时,可采用SI的方式,当混合气很稀(Φ<0.6)时,可采用GACI的方式。为了进一步揭示TACI燃烧过程的机理,通过CONVERGE软件构建TACI的三维仿真模型,进一步对比了SI、TACI和GACI三种燃烧方式的缸内火焰扩展的过程,仿真计算结果表明:相比SI燃烧,TACI因为电热塞的热效应有助于加速前期的火焰扩展,前期的放热会进一步促进外围混合气发生自燃着火。本研究提出了一种优化控制HCCI燃烧过程的新的思路,在清洁高效液压自由活塞发动机的开发方面,具有一定的理论和工程应用价值。