进行了20%天然气掺氢（HCNG）发动机试验，根据空气和燃气的混合气流量、进气歧管压力、转速、节气门开度等参数间的拟合关系，提出了预测混合气流量和进气歧管压力的经验公式，并得出在相同发动机转速条件下，进气歧管压力与有效效率之积（Pmanηn）和进气歧管压力与转速之积（Pman n）呈近似线性关系。建立了20%HCNG发动机平均值模型，分别进行了稳态工况和瞬态工况仿真验证，仿真数据与试验数据吻合较好

为降低内燃机燃烧过程燃料可用能损失，提出了高温无氧燃料重整的方法．通过主动流动式高温定压流动反应试验系统对正庚烷和汽油表征组分两种燃料的重整可行性进行了验证．使用气相色谱仪(GC)测量了重整产物的摩尔浓度，并与详细动力学机理计算结果进行了对比．模拟计算了重整燃料分子的化学可用能增益与分布、燃料燃烧过程可用能损失．结果表明：试验测得的重整产物摩尔浓度与计算结果一致．重整时间一定时，燃料重整存在一个最佳重整温度区．在 1050～1150K 温度下重整 100～400ms，正庚烷化学可用能可提升约 3%，汽油表征组分化学可用能可提升约 1.5%．经过重整，燃料燃烧过程可用能损失明显降低．

天然气双燃料模式与火花点火模式相比，可以获得更高的热效率，但存在小负荷工况下总碳氢化合物(THC)、CO 排放较高，大负荷工况下燃烧粗暴、天然气替代率不足等问题．聚甲氧基二甲醚(PODEn)是一种高十六烷值、高含氧质量分数的煤基燃料，笔者尝试用其替代柴油引燃天然气，以改善柴油引燃天然气燃烧不完全的问题．结果表明：PODEn 引燃天然气可以使 THC、CO 排放明显降低，获得较高的热效率，同时可以获得较低的颗粒物(PM)和 NOx 排放，证明 PODEn 是一种更加适用于天然气双燃料燃烧模式的引燃燃料．

通过一台单缸汽油机，采用进气道喷射(PFI)和缸内直喷(DI)实现燃油分层，结合火花点火实现分层火焰引燃(SFI)混合燃烧，探索了点火时刻、直喷比例和直喷时刻对 SFI 混合燃烧特性的影响．结果表明：点火时刻直接影响前期火焰传播放热过程，进而实现对后期放热过程的有效控制，而直喷比例和直喷时刻则直接影响缸内燃油分布，进而影响 SFI 燃烧特性．点火时刻提前，使火焰传播阶段的平均放热速率增加，自燃始点提前；直喷比例增加，可以提升前期火焰传播阶段的平均放热速率，但是后期自燃阶段的平均放热速率呈先增加后减小趋势；直喷时刻为上止点前 60°CA 时，火焰传播阶段和自燃阶段的平均放热速率都达到最高，但此时的传热损失也最大．通过优化直喷比例和直喷时刻，可以实燃油经济性的提升，在转速为 1500r/min、平均指示压力(IMEP)约为 0.7MPa 工况下，优化后的 SFI 混合燃烧相比于纯均质混合气稀释燃烧，指示热效率可以提升 7.4%．

通过一台电控单体泵柴油机进行定转速瞬态加载和定负荷瞬态加速试验，分析不同废气再循环(EGR)阀开度下柴油机重要性能参数在瞬态工况时的变化趋势．结果表明：在瞬态加载过程中，由于增压器响应滞后以及进/排气的相互影响，进气滞后现象严重，空燃比下降且碳烟(soot)排放值升高；在瞬态加速过程中，进气流量滞后现象不明显，由于油量超调引起过量空气系数减小，使得 soot 排放量增多；在整个瞬态试验过程中，氮氧化物(NOx)排放变化趋势与进气氧体积分数变化趋势的相关程度高于 EGR 率．在瞬态工况下，由于进气状态发生变化，传统的基于EGR 率的 EGR 控制方法已不适用，需要研究新的柴油机瞬态控制策略．

通过台架试验研究了乙醇的添加对柴油机燃烧和排放的影响，尤其对排气中颗粒物尺寸分布进行了深入探讨．结果表明：随着混合燃料中乙醇质量分数的增加，滞燃期增长，燃烧持续期缩短，同时发动机的等效燃油消耗率降低，热效率略有增加；在颗粒物(PM)排放方面，乙醇的添加使得积聚态颗粒数量减少，核态颗粒数量明显增加，尺寸分布的峰值向小粒径方向移动；颗粒的总数量浓度呈上升趋势，但颗粒物的总质量浓度减少．此外，乙醇的添加会增加氮氧化物(NOx)排放．

颗粒物外在形貌与内在含碳属性的表征已成为大气颗粒物源解析的重要手段．应用分形理论及热光碳分析法，研究高、低负荷工况下不同粒径级柴油机颗粒物形貌的盒维数及其碳组分特性．结果表明：颗粒物粒径级越小，其吸附的可溶性有机物(SOF)越多，由分形理论计算得到的盒维数数值增大．低负荷工况下的颗粒物聚集现象严重，从而导致其分形盒维数比高负荷的高；在较小粒径级或低负荷工况时，因细颗粒物的吸附效应，最易挥发的OC1 组分增多．低负荷工况下，元素碳(EC)中的 EC1(char-EC)大量生成，其 m(OC)/m(EC)值大于 10；而高负荷工况下，EC 几乎主要由 EC2(soot-EC)组成，其 m(OC)/m(EC)值小于 1．此外，颗粒物形貌的盒维数与其有机碳与无机碳组分含量具有一定的关联，颗粒物的 m(OC)/m(EC)比值越大，其对应形貌图的盒维数越大，反之亦然．

柴油机喷嘴内的空化流动很大程度上影响燃油的雾化效果，继而影响整机的排放特性．笔者基于高速摄影技术和长工作距离显微成像技术，通过高压共轨试验系统研究原型喷嘴内的流动特性和喷雾特性．针对空化的发展进行了不同压力下的对比试验，结果表明：喷射压力越高，空化出现的时间越早，还存在喷油初期的气泡“释放”以及喷油末期的气泡“倒吸”现象；同时还观察到特殊的空化现象—线空化，并且发现线空化的出现与针阀的位置有很大关联，总结了两种不同形态的线空化发生规律．

针对发动机概念设计一维性能仿真优化阶段爆震约束问题，使用末端混合气自着火延迟期积分法，提出一个同时考虑温度、压力、EGR 率和空燃比影响的爆震预测模型．通过一台带冷却废气再循环(EGR)系统的增压汽油机进行爆震试验，使用滤波法和图像处理方法提取爆震特征．采用绝热压缩求解每个爆震循环末端混合气温度，并探讨比热比的影响以及比热比求解方法对末端混合气绝热压缩温度的影响．结合多岛遗传算法对爆震模型系数进行标定，并对比改进后的新模型与 Hoepke 模型的预测性能．结果表明：升高进气温度或加浓混合气都会减小混合气比热比，而引入冷却 EGR 则会增加混合气比热比．采用定值比热比得出的末端混合气温度会大幅高于变比热比得出的末端混合气温度，Hoepke 模型在非理论空燃比下预测误差偏大，重新优化后的误差仍然较大．改进后的考虑多参数影响的爆震模型预测性能较好，在不同发动机之间能保持较好的适应性．

建立臭氧(O3)与微粒(PM)的化学反应动力学模型，探究微粒层分布、微粒层最小厚度和微粒加载量对微粒捕集器(DPF)再生过程的影响，并对再生模型进行验证．结果表明：DPF 内部微粒层的均匀分布可有效避免 O3 穿透现象，提高 O3 利用率，增大 DPF 再生速度，缩短 DPF 实现再生所用的时间；当微粒加载量一定时，微粒层最小厚度越大，微粒层分布越趋于均匀，DPF 壁面峰值温度和再生速度越大，DPF 实现完全再生时间越短．O3/N2 氛围下，DPF 离线再生的壁面峰值温度较低，可显著降低对 DPF 载体造成的热损坏；增加微粒加载量，可提高微粒的氧化速率和 O3 利用率；可在不严重影响发动机工作性能的前提下，尽可能增加 DPF 的微粒加载量，提高再生经济性．