随着石油资源的日益紧张，利用高增压以及缸内直喷等技术对火花点火发动机小型强化已经成为必然的发展趋势。当平均有效压力上升至2.5MPa甚至是3MPa时，高辛烷值燃料在火花点火之前，缸内较高的温度、压力条件下出现了异常的自燃现象，被称为早燃。早燃现象将引起缸内燃料的迅速燃烧，形成具有破坏性的压力波。早燃引起的问题已经成为目前限制内燃机性能提高的一个重要障碍，深入了解该现象的本质、揭示其原理，对于避免早燃发生，以实现内燃机进一步的节能减排具有重要意义。本研究利用高压缩比压燃式发动机实现高辛烷值燃料自燃，对其产生的压力波特性进行了试验研究。然后，根据热点自燃及爆轰理论对发动机燃烧室热力状态下热点引发周边混合气爆轰的边界条件进行了探讨。最后，利用数值模拟手段，构造了燃烧室简化模型，对缸内爆轰波及激波的传播规律以及不同发动机运行条件对压力、温度场的影响进行了详细分析。研究结果表明，1）高辛烷值燃料的自燃概率随着浓度的上升呈明显的增大趋势，且这种异常的自燃现象发生都具有间歇发生的特点；2）在发生自燃的循环中，伴随着混合气浓度上升，自燃着火时刻有所延迟，进而使其产生的压力振荡幅值和频率都有明显增加；3）当混合气浓度一致的情况下，活塞上行阶段自燃造成的最高燃烧压力、最大压力振荡幅度以及最大压力升高率较活塞下行时更大；4）由线性相关分析得，以质量燃烧分数为10%对应的曲轴转角（MBF10）评价这类高辛烷值燃料早燃引起的超级爆震强度最为合适。通过热点自燃理论及数值模拟得出，1）在合适的温度梯度下，热点内部自燃速度与压力波速度接近，能够使二者产生耦合效应，迅速增强成爆轰波，且这种趋势随着发动机平均有效压力的上升而增大；2）CFD软件能够准确捕捉到缸内爆轰波及激波形成的强间断，符合爆轰波ZND模型。缸内的爆轰波、及激波将在燃烧室的几何中心及尖角处产生极高的压力与温度峰值。当过量空气系数为0.9左右时，缸内爆轰波及激波产生的压力、温度峰值最高，而偏离此值越远，压力、温度峰值越小；3）引入EGR也能够有效降低机体危险点处的压力、温度峰值，且随着EGR量的增加，降幅越大；4）消除几何尖角能够明显缓解缸内爆轰波及激波的聚集效应，进而大幅减小机体被破坏的风险。