均质充量压缩自燃(HCCI)是一种高效低排放的燃烧方式,但其燃烧相位和放热速率可控性差,可控范围窄,是HCCI应用中面临的主要问题。本文尝试通过利用液压自由活塞发动机(HFPE)灵活可变的活塞运动规律,配合电热塞热面助燃技术,实现一种热面助燃HCCI燃烧过程,在继承HCCI燃烧模式稀薄、快速及高效燃烧优点的前提下,解决HCCI中燃烧相位控制和燃烧速率控制的难题,从而实现工况拓展的目的。本文首先利用电热塞的热面局部加热效应,在一台液压自由活塞发动机上,实现了热面助燃HCCI(Hot-Surface Assisted Compression Ignition,简称HACI)燃烧过程。实验发现:HACI燃烧具有两阶段放热特性--放热缓慢的第一阶段和放热急速的第二阶段。HACI与HCCI相比,最大压力升高率降低,爆震倾向较低,可以使运行工况向大负荷拓展,IMEP可以达到0.74 MPa;与SI燃烧相比,HACI可以实现稀薄、高压缩比、快速燃烧,具有较高的热功转化效率;与火花助燃HCCI相比,热面点火能量高,可以在较低的压缩比下,不借助进气加热实现HCCI燃烧过程,从而减少了爆震区域,拓展了工况范围。样机实验表明:电热塞加热功率、发动机压缩比及混合气当量比浓度的增大,都可以使HACI燃烧相位前移,燃烧持续期变短,放热速率增大,但是上述参数过大会引起指示热效率下降,甚至引发爆震。混合气浓度、电热塞加热功率和压缩比之间存在最佳匹配关系,当量比0.6条件下,最佳压缩比为14-16、最佳电热塞加热功率为30-34W,此时HACI燃烧运行于高效状态。通过一维仿真和样机实验两种手段,发现了HFPE活塞运动规律与燃烧过程之间存在独特的自适应关系:当燃烧相位提前或累计放热量增大时,压缩比能主动降低,避免爆震发生;当燃烧相位推迟,或者累计放热量降低时,压缩比能主动增大,避免后燃和熄火现象的发生。这种自适应特性,可有效地避免爆震和失火现象的发生,保证HACI模式在液压自由活塞发动机中高效稳定运行。