用对反应过程中燃烧路径的控制来描述对混合气的温度和当量比变化历程的控制。面对日益严格的排放法规，解决传统柴油机碳烟和NO_X排放量大的问题势在必行。从燃烧路径的角度分析，要想降低传统柴油机碳烟和NO_X的排放，必须改变其燃烧路径，使燃烧路径尽量避开碳烟和NO_X的生成区，从而实现柴油机的清洁燃烧。

为了有效降低碳烟排放，首先想到燃用均质预混合气来降低碳烟排放，因此，早期很多研究者就试图在柴油机上燃用均质混合气，即柴油机的均质压燃（HCCI），如美国西南研究院提出的气道喷射柴油HCCI燃烧。利用低压喷射的方式将柴油喷入进气道，同时采用进气加热促进柴油与空气的混合以保证均匀混合气的形成。研究结果表明NO_X排放可以减少98%以上，PM排放相对原机降低了27%。但是，由于柴油燃料汽化温度较高，气道喷射需要对进气加热；另一方面，柴油的自燃温度比较低，气道加热很容易产生爆震燃烧，柴油HCCI燃烧所能够实现的工况范围很小。此外，HC和CO排放较高。因此，该方案只是早期用于HCCI原理性研究，实用性很差。

为此，人们提出通过缸内早喷方式实现预混合压缩燃烧（Premixed Charge Compression IgIlition; PCCI），如丰田公司提出的PCCI和UNIBUS燃烧系统。最初的UNIBUS燃烧是通过提前喷油时刻、提高喷油压力、缩短喷油脉冲以及使用EGR来形成均质的混合气。在随后的研究中，UNIBUS燃烧模式采用了两次喷射的策略。通过控制首次喷射时刻、喷射量、进气温度以及进气压力，燃油可以开始低温化学反应但是不会燃烧：而在上止点附近的第2次喷射，则是引发燃烧的关键因素。通过改变第2次喷油时刻，燃烧相位可以得到控制；日本尼桑公司则提出了一个通过晚喷实现的预混合压缩燃烧MK燃烧方式，它通过降低缸内温度，在不增加油耗的情况下，可以同时降低NO_X和碳烟排放。这种燃烧概念从本质上来说是低温、预混燃烧，因为NO_X生成主要取决于缸内温度，通过大量EGR降低燃烧温度，从而降低NO_X排放。而采用EGR后，氧浓度降低，会造成烟度排放升高，通过晚喷（上止点后喷油）等措施来延长滞燃期，使燃料在燃烧之前喷射完毕，从而使燃油与空气混合更加充分等方法，来降低碳烟排放。

降低柴油机有害排放产物的实质是柴油机燃烧路径的控制，即控制燃烧过程Phi-T发展历程，避开有害排放产物生成区域。而改变Phi-T历程的主要调控手段：一是加速燃油与空气的混合，使缸内混合气避免过浓区，从而避免碳烟的生成；二是降低燃烧温度，避免缸内燃烧高温区域，从而避免NO_X的生成。当氧浓度降到15%时，就同时避开了soot和NO_X生成区。

加速燃油与空气混合的措施包括：提高燃油喷射压力、多次喷油和延长滞燃期；降低燃烧温度最有效的手段是采用大比例的废气再循环（EGR）。为了保证柴油机功率密度高的优点，燃用很稀的混合气是不现实的，同时，受爆震燃烧的限制，完全的均质压燃也很难实现。因此，人们对未来柴油机高效清洁燃烧技术也越来越清晰，即是大比例预混合的低温燃烧过程。

有几种新型的燃烧概念，如稀扩散燃烧（LDC）、预混充量压燃燃烧（PCCI）和均质充量压燃燃烧(HCCI)。当采用稀扩散燃烧时，由于采用了特殊的技术手段使燃油的混合过程得到增强，以至于缸内着火时混合气的当量比已经下降到1.8左右。因此，着火后的燃烧路径避开了碳烟的生成区。另外由于改善了油气混合效果，缸内的高温燃烧区域减少，最高燃烧温度降低，使得燃烧路径在未达到NO_X生成区之前就开始返回低温区。预混充量压燃燃烧时，燃料在压缩冲程的早期就喷入缸内，这样早喷的燃油在着火前有很充足的时间实现均匀的混合。在着火之前缸内的当量比降到了1以下，着火后其燃烧路径远离碳烟的生成区。另外由于此时缸内是稀燃，使得燃烧温度减低，最高燃烧温度远未达到NO_X的生成区。均质充量压燃燃烧时，通过采用先进技术和喷油策略使缸着火前缸内形成均质的、当量比小于1的稀燃混合气，实现了柴油机的低温燃烧，其燃烧路径远离碳烟和NO_X的生成区域。