基于台架试验，对利用辅助功率单元（APU）动态协调控制策略的发动机工况切换进行研究，并分析了发动机在起动过程、加速加载切换过程、减速减载切换过程的转速超调量和转矩超调量。提出了基于转矩模型的动态协调控制策略，能够保证发动机在工况切换时基本沿着最佳等效燃油消耗线运行，具有切换用时短、转速超调量和转矩超调量低的优点。工况点之间切换用时最低为0.6s；整个过程中最大转速超调量约为150r/min，与最大转速之比为5.4%；最大转矩超调量约为35N·m，与最大转矩之比为15.7%。试验结果表明：通过提高发动机怠速转速，可以加速暖机过程，并且不会造成发动机起动过慢的问题；在发动机起动初期，适当降低喷油量甚至断油，不影响发动机的起动性能，可实现油耗降低。

通过对一台增压汽油直喷（gasoline direct injection，GDI）发动机活塞和凸轮型线的重新设计实现了高压缩比米勒循环，并在此基础上引入了废气再循环（EGR），研究了不同压缩比米勒循环和EGR综合作用对发动机的性能影响。结果表明：增大压缩比和采用米勒循环技术对爆震影响存在取舍（trade-off）关系，低速全负荷下高压缩比米勒循环相比原机油耗略有上升；而低压冷EGR技术由于缸内稀释冷却作用可以优化燃烧相位，对外特性工况有效燃油消耗率有明显的改善作用；在部分负荷工况下，压缩比的增加和米勒燃烧循环可使油耗较原机下降6.3%，在整合低压冷EGR技术后，油耗进一步下降3.1%。可以得出结论，采用合理的增加压缩比，采用米勒循环技术并匹配低压冷EGR技术，可以大幅改善发动机的经济性。

在快速压缩-膨胀机上进行试验，模拟液压自由活塞发动机（hydraulic free piston engine, HFPE）在不同缸内初始压力下的单次燃烧做功过程，并利用OpenFOAM和CONVERGE三维计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD）仿真平台进行增压仿真研究。结果表明：液压自由活塞发动机随着缸内初始压力的增大，相同压缩比下发动机循环周期缩短，活塞在上止点附近停留时间缩短，爆震极限压缩比增大，抗爆能力增强。适当提高缸内初始压力有利于提高指示效率，当缸内初始压力提高至0.15 MPa时，发动机指示效率由0.30提高至0.31，但当初始压力达到0.20 MPa后，指示效率又降至0.30。针对缸内初始压力进一步增大后出现的效率降低问题，在仿真研究中发现采用多火花塞点火方案，即使在初始压力0.80 MPa的条件下也能得到较高的指示效率而不发生爆震。

为提高某3缸汽油机起动工况的快速起动性及满足峰值转速要求，基于最优拉丁超立方设计方法和椭球基神经网络（ellipsoid-based neural network model，EBFNN）模型建立起动油压阀值、起动喷油加浓因子、起动点火提前角偏移及起动平均指示压力偏移等起动控制参数与起动时间、起动峰值转速的关系，并用20组样本数据验证EBFNN模型的准确性；结合带精英策略的非支配排序的遗传算法（non-dominated sorting genetic algorithm II，NSGA-II）对起动时间和起动峰值转速进行优化。优化结果表明：起动时间缩短20.29%；起动峰值转速提高1.93%，大于目标息速300~500r/min。优化后全碳氢、CO、颗粒数排放增加量少于10%，NOx排放降低3.2%，油耗降低16.60%，能很好地满足开发要求。

通过一台缸内直喷增压汽油机，对燃用不同比例正丙醇/TRF 混合燃料的燃烧及排放特性进行了详细研究．结果表明：随着混合燃料中正丙醇比例增大，最大缸内压力及燃烧最高温度增大；火焰发展期和快速燃烧期均不断缩短．排放方面，随着正丙醇比例增大，CO、总碳氢(THC)、烷烃类物质、乙炔和芳香烃浓度降低，烯烃类和醛类物质在正丙醇比例为30%时最高．颗粒物几何平均直径和积聚态颗粒物比例随着正丙醇比例的增大而减小．发动机有效热效率随着混合燃料中正丙醇比例的增大而不断提高，中等负荷(0.6 MPa)时混合燃料PRTRF50 的有效热效率最高，为33.1%．

基于高压可视化定容燃烧弹试验台，利用高速摄影技术和激光粒度仪对柴油/PODE3-4 混合燃料喷雾特性进行研究，分析了燃料物性、喷射压力和喷孔直径对混合燃料宏观与微观特性的影响．结果表明：混合燃料的喷雾贯穿距离大于纯柴油，并呈现先增大后趋于稳定的趋势；在高喷射压力下，相比纯柴油，混合燃料的喷雾贯穿距离增幅较为明显，但平均喷雾锥角增长幅度较小；增大喷孔直径，混合燃料与纯柴油的喷雾锥角和喷雾贯穿距离都增大；喷射压力升高，混合燃料的索特平均直径(SMD)都下降，柴油下降幅度最小，Dv90 降幅较为明显，说明在喷射压力影响下，大液滴更容易破碎成小液滴；随着喷孔直径增大，混合燃料的SMD、Dv10、Dv50 和Dv90 都呈上升趋势，说明较大的喷孔直径不利于混合燃料喷雾特性的改善．

建立了高温高压环境下双组分单液滴的一维非稳态蒸发模型．该模型可描述气/液两相质量及能量平衡、液相传热传质和相变过程．使用所建立的液滴蒸发模型，以正二十四烷(C24H50)和正三十烷(C30H62)作为机油的表征组分，分析了双组分机油液滴蒸发过程中液滴温度和组分摩尔分数分布的变化趋势，并对比了相同环境条件下机油与异辛烷液滴的不同蒸发特性．在此基础上，研究了环境压力、环境温度和液滴初始半径对机油液滴寿命、液滴蒸发百分数、液滴温度和组分摩尔分数等的影响．结果表明：在高温高压环境下，机油液滴能够留存较长时间，形成缸内高温早燃源的可能性较大．

利用三维计算流体动力学(CFD)软件CONVERGE，通过数值模拟的方法，对燃油预混比例、汽油喷射时刻、柴油喷射时刻和柴油喷射量4 个参数进行优化，系统研究了缸内直喷汽油对高比例预混燃烧(HPCC)大负荷工况的影响．结果表明：汽油采用进气道结合缸内直喷的混合喷射策略可以增强缸内的混合气浓度分层；采用该喷油策略计算得到的平均指示有效压力(IMEP)和压力升高率分别为1.350MPa、0.520MPa/(°)CA，相比于基准工况的1.346MPa 和0.893MPa/(°)CA，在保证IMEP 不变的前提下，压力升高率和NOx排放分别降低了41%和46%，soot排放略有升高．采用汽油混合喷射结合柴油缸内直喷是控制压力升高率和拓展HPCC 运行负荷上限的有效措施之一.

基于AVL FIRE 软件建立柴油喷雾及碰壁仿真计算模型，以定容燃烧弹中喷雾碰壁试验得出的数据为基础对模型进行标定与校核，然后对不同壁面温度条件下的喷雾碰壁特性进行仿真计算，得出了不同壁面温度时燃油的气相、液相和附壁油膜质量随时间的变化规律．结果表明：喷雾碰壁之前，液相质量随时间的增加而增加，碰壁之后，液相质量随时间的增加而减少；壁面温度对空间液相质量的分布及其随时间的变化规律影响不大；随着壁面温度升高，喷油结束之前气相质量随时间增加的速率稍有增加，而喷油结束之后气相质量随时间增加的速率明显增加，附壁油膜达到最大质量的变化速率降低，达到最大质量后，附壁油膜随时间减小的速率增加．

利用Matlab/Simulink 软件，建立了压电驱动器非线性动力学模型，同时耦合其他机-液部分，建立了完整的压电喷油器电-机-液模型，并试验验证了模型的准确性．系统分析了驱动器预紧力、进/出油孔直径、旁通油孔直径、控制腔容积、控制活塞直径和针阀弹簧预紧力等参数对喷油特性和针阀响应特性的影响，并建立了结构参数灵敏度量化指标，对各部件结构参数进行灵敏度量化分析．结果表明：该喷油器特有的旁通油道可有效地减少针阀关闭延迟，下降时间缩短了0.2 ms，有利于喷油器快速断油；适当增大进/出油孔的孔径比可提高针阀开启速度、缩短针阀下降时间；在各结构参数的许可范围内，针阀控制活塞直径和进/出油孔直径在喷油器喷油量以及针阀响应过程的各个时期影响权重最大，旁通油孔直径和控制腔容积主要影响针阀的回位阶段，喷孔直径对针阀上升和下降过程影响较小，但更大程度上改变了循环喷油量．