内燃机高强化是实现汽车节能减排和提高热效率的主要技术方向,而爆震现象是高强化内燃机突破热效率极限的瓶颈所在。由于爆震对发动机具有极强的破坏性,目前对于高强化内燃机爆震及其燃烧模态转变机理尚不十分清楚。本文基于一台可视化快速压缩机,开展了高强化内燃机工作条件下的爆震特性及其关键影响因素研究。研究结果可以完善爆震燃烧理论,为高强化发动机的爆震调控提供重要指导。首先,研究了初始热力学条件和壁面温度对爆震燃烧特性的影响研究。研究表明:随着初始温度、初始压力的提高或当量比趋近于1,自燃时刻提前,爆震强度不断增强。基于有效能量密度量化了不同初始热力学条件对爆震的影响权重,发现爆震强度和有效能量密度存在很强的相关性。对比了压燃和点燃条件下的爆震特性,发现主火焰传播可以显著提高末端混合气的温度和压力,促进局部自燃;同时热力学状态的升高也促进了二次自燃和DDT的产生。此外,壁面温度的升高同样可以使自燃时刻提前,爆震强度升高;但是对于不同燃料来说,壁面温度与能量密度相互作用对爆震强度的影响效果存在差异。其次,研究了燃料特性对自燃和爆震特性的影响,重点关注了低温化学反应控制的NTC现象和混合气化学反应活性的重要作用。研究表明:对于异辛烷,增加进气压力可以加快自燃反应波的传播并增强爆震;而对于甲烷,即使热力学条件更高,燃烧相位仍然延迟,其末端气体自燃始终表现为亚声速爆燃且不引起压力振荡。基于热力学状态和化学反应活性的分析表明,虽然异辛烷在自燃时刻的热力学状态相比甲烷更低,但具有更强的化学反应活性。相同反应流场条件下,化学反应活性较高的异辛烷倾向于诱发超声速爆燃和爆轰。最后,初步探索了层流与湍流工况下爆震燃烧特性的差异。研究表明,湍流扰动促进近壁冷流与缸内热混合气混合,降低了混合气整体温度,降低混合气的化学反应活性,点火延迟期增加,进而有效抑制爆震的产生。相比于层流工况,湍流工况自燃反应波速度远低于层流工况。较低热力学条件下,二次自燃并不会引发DDT,而是由较慢的多点自燃完成燃烧过程。随着热力学条件的增加,混合气反应活性提高,导致强烈的二次自燃并促进燃烧模态的转变,爆震强度增强。