为了提高发动机动态转矩估计精度，提出了基于零维燃烧模型的增压柴油机转矩在线预测方法．首先从增压柴油机动态燃烧特性出发，分析了影响动态指示转矩的因素；通过稳态和动态试验获取燃烧放热率参数，并利用神经网络训练出工况参数与燃烧模型参数的关系式，得到能够预测燃烧放热规律的燃烧模型；然后在此基础上对缸内热力过程进行数值求解和算法简化，实现了在线指示转矩估计，具有良好的实时性．由于该方法解耦了工况参数与指示转矩之间的强非线性关系，获得了较高的预测精度，稳态平均相对误差为2%，动态平均相对误差为5%．

通过一台改装的6 缸增压直喷式柴油机，调整喷油正时实现燃烧相位的调节，在不同燃烧相位下开展了宽馏程燃油低温燃烧和排放特性的试验．结果表明：随初馏点的降低，燃料中汽油轻质馏分增加，燃料十六烷值降低，滞燃期延长，预混合气量增加，NOx 和碳烟排放均得到有效改善，但初馏点过低会导致HC 和CO 排放增加．随CA 50 的延后，碳烟和HC 排放增加，CO 和NOx排放降低．燃烧相位和宽馏程燃油特性相结合，可以在保证指示热效率的前提下，实现柴油机燃烧和排放的优化，达到同时降低NOx和碳烟排放的目的．

通过一台共轨柴油机，基于正庚烷/甲苯/正己烯混合物简化动力学机理耦合三维CFD 数值模型，模拟不同进气组分(O2、H2 和CO2)耦合喷油时刻对发动机工作过程的影响机理．研究表明：不同进气组分下，随喷油时刻提前，缸内活性自由基(OH、O)质量分数及其分布区域增大，NO 生成量增多．但随喷油时刻过度提前，燃烧始点反而推迟，燃烧放热速率、缸内燃烧压力与温度峰值降低，NO 也相应减少；相比其他进气组分，进气掺O2时缸内O自由基质量分数增大，碳烟(Soot)降低且喷油时刻对其影响较小；进气掺H2 时，缸内燃烧压力和温度峰值最高，OH 自由基质量分数及分布区域最大，Soot 随喷油定时提前大幅降低；进气掺CO2 时，缸内燃烧压力与温度峰值最低，OH 和O活性自由基最少，当喷油时刻提前超过24° CA BTDC时，燃油逐渐喷射到压缩余隙容积形成局部过浓区，C2H2和多环芳香烃芘(A4)生成量增多，Soot排放随喷油定时进一步提前明显升高．

利用详细化学动力学在绝热均质定容条件下对正丁醇燃烧过程进行了数值模拟，并通过非平衡态热力学熵平衡方程计算了燃烧过程的㶲损失．结果表明： 㶲损失率曲线主要有两个峰值，第1 个峰值由正丁醇转变为小分子燃料的反应(阶段1)和H2O2 loop 及支撑反应(阶段2)构成；第2 个峰值由CO、H 氧化为最终产物反应(阶段3)构成．提高燃烧初始温度或当量比，反应温度上升，阶段1 中高温反应路径取代低温反应路径，使㶲损失降低，阶段2 和阶段3 中主要反应㶲损失持续时间缩短，使㶲损失降低；然而燃烧温度过高致使离解反应发生，导致不完全燃烧．增加燃烧初始压力或降低氧体积分数都可抑制离解反应，减少不完全燃烧．若使用进气加热、增压、稀燃、提高压缩比和废气再循环等发动机技术，可改变燃烧初始条件，使㶲总损失从30.7% 减少至18.7% ．

对带有叶片前缘混合掠的跨音速离心压气机流场进行了数值模拟研究．结果表明：叶片前缘混合前掠能够有效提高压气机流通能力，拓展失速裕度，推迟压气机失稳，使压气机工作裕度得到明显提升，而叶片前缘混合后掠则减少失速裕度，使压气机工作裕度下降，易发生失稳；叶片前缘混合前掠可以有效减弱叶轮通道内部激波强度，而前缘混合后掠会使通道内激波强度增强，造成一定的激波损失；虽然二者均可以改善通道下游分流叶片两侧低能流团的分布情况，但叶片前缘混合前掠改善作用更好；叶片前缘混合掠对压气机内部二次流的影响主要集中在叶片前缘附近，对叶轮出口附近二次流影响不大．通过对不同前缘混合掠结果对比分析，叶片前缘混合前掠在提高压气机流通能力、工作裕度以及改善内部气流流动情况具有明显的优势．

气门间隙异常是柴油机常见机械故障之一，对其进行准确的诊断对提高柴油机的使用寿命具有积极的作用．针对柴油机气门间隙异常的问题，在某直列6 缸柴油机上模拟了不同气门故障，提出了基于双谱估计、图像处理以及分形理论相结合的故障诊断方法．该方法首先利用双谱估计对非线性、非高斯信号的敏感性质，分析了不同故障状态下振动信号中非高斯成分及二次相位耦合特性，然后通过图像处理技术将双谱图表示为以像素位置及对应颜色强度构成的三维空间曲面，最后利用分形理论提取该曲面的分形盒维数作为故障特征．结果表明：不同状态下柴油机振动信号的双谱及其图像分形维数明显可分，正常状态下的双谱峰值分布最为复杂、分形维数最大，故障状态下的分形维数分别处在不同的范围．因此，以振动信号的分形维数作为特征值可实现柴油机气门故障诊断．

利用高速摄像的方法，在狭缝间距为2 mm 的圆盘状微型定容燃烧装置中考察了常温常压、当量比φ为1.0～1.6 静止丙烷/空气预混气中心点火后向外传播的火焰传播特性．结果表明：微型定容燃烧腔内形成的火焰面有光滑、褶皱和断裂3 种形态；光滑火焰面的火焰传播速度低于常规尺度下的火焰传播速度；火焰传播速度随着当量比的增加先增大后减小；在点火能量影响范围外，火焰传播速度随半径增大而减小；随当量比的增加火焰锋面容易出现褶皱和断裂现象．

利用高速摄影和粒子图像分析技术(PDIA)研究了生物柴油、B 20(80% 生物柴油和20% 正丁醇)、P 20(80% 生物柴油和20% 正丙醇)和E 20(80% 生物柴油和20% 乙醇)的喷雾宏观和微观特性，主要对喷雾贯穿距离、喷雾锥角、索特平均直径(SMD)和液滴尺寸分布等喷雾特性参数进行了分析．结果表明：生物柴油、B 20、P 20和E 20的喷雾贯穿距离依次减小，平均锥角依次增大．随喷射压力和环境压力的增加，燃料的影响逐渐削弱，喷雾贯穿距离和锥角主要受喷射压力和环境压力的影响．喷射压力的升高使生物柴油和醇类-生物柴油混合燃料的SMD 减小，小粒径液滴所占的比例有所上升．喷射压力为80 MPa、环境压力为1 MPa 时，轴向距离为50 mm 处，醇类-生物柴油混合燃料相对生物柴油SMD 平均减小1.6 μm(5.7% )，不同醇类-生物柴油混合燃料间SMD 也依次减小，但幅度略小．醇类与生物柴油掺混可以提高喷雾质量．

利用进气行程排气门二次开启实现排气回流，并通过排气门行为参数和滚流强度的改变对回流废气的缸内分层分布进行主动控制．为探究不同影响因素下回流废气缸内分布的规律性，在一台滚流气道单缸光学发动机上应用平面激光诱导荧光法测量了不同排气门二次开启规律、不同进/排气压差以及增强滚流等条件下回流废气在不同曲轴转角的分布状态．结果表明：排气门二次开启时刻在进气行程中后期时，回流废气会随着缸内已形成滚流运动沿燃烧室外围产生旋转运动，在近点火时刻保持回流废气与新鲜空气的分层分布状态；排气门二次开启时刻在进气行程前期时，由于缸内未形成有效的滚流运动，回流废气过早进入气缸基本形成均匀混合气；进气行程中后期较高的排气门二次开启升程仍能形成良好的EGR 分层状态，并且还能起到减缓滚流旋转运动的作用；进/排气压差过大时，回流废气量较大，废气气流运动也较强，不易于产生EGR 分层；较强的滚流运动可以加快回流废气缸内旋转速度，相同的曲轴转角内产生更大的转移幅度．

直喷式汽油机的混合气形成质量依赖于缸内复杂湍流场．对缸内湍流场特性的全面认识和合理的控制有利于实现发动机的高效清洁燃烧．首先采用大涡模拟数值计算和粒子图像测速相结合的方式对缸内流场展开研究，获取了缸内瞬态涡量场信息，发现缸内大尺度涡团主要由进气射流和缸内原有流场的相互剪切作用产生，同时在不同周期之间，涡量场存在着明显的循环变动．然后应用本征正交分解方法对所获得的流场数据库进行深加工，更加科学和全面研究了缸内流场单一周期内的演变和多周期间的循环变动．同时还可以证明本征正交分解方法可以用来作为验证发动机缸内湍流场数值模拟结果准确性的有效工具．