汽油机超临界/跨临界喷射燃烧的研究离不开可靠的燃油物理性质，在较大温度范围内评估了12 种汽油替代混合物在预测汽油的临界温度、临界压力、密度、动力黏度和定压比热方面的能力．采用8 种关联式估算出汽油的临界温度和临界压力，平均值分别为550.4 K 和3.092 MPa．替代混合物临界温度估算值为538.9 K(Sur 4)到586 K(Sur 5)之间，临界压力估算值在2.57MPa(Sur 1)到3.244 MPa(Sur 10)之间，其中Sur 8 的临界参数与汽油最接近．通过美国国家标准与技术研究院开发的物性计算软件SUPERTRAPP 计算汽油替代混合物的密度、动力黏度和定压比热值并与测试结果对比，结果显示：预测密度、比热和黏度准确性最高的分别是Sur 8(平均绝对偏差AAAD为7.292% )、Sur 2(AAAD为8.929% )和Sur 10(AAAD为10.976% )，综合平均绝对偏差最小的为Sur 4(13.149% )．

基于低压和高压喷雾碰壁后液滴运动形态的差异，分析了现有喷雾碰壁模型在模拟高压喷雾时的不足，提出了针对高压喷雾碰壁模拟的数值模型．该模型基于柴油喷雾碰壁的试验数据，并引入了壁面射流理论来估计靠近壁面的气相速度．针对高压喷雾碰壁后壁面喷雾的运动特点，增加了液滴升力的计算．通过与柴油喷雾碰壁试验进行对比，结果表明：新模型对高压喷雾碰壁液滴运动轨迹的计算更准确，并成功地再现了壁面喷雾前端的涡旋．此外，新模型的网格依赖性也被极大地降低．与传统喷雾碰壁模型相比，新模型更适合直喷发动机中的喷雾碰壁模拟，具有很强的工程实用价值．

为了探明添加正丁醇对柴油蒸发特性的影响，采用石英丝挂滴技术研究了不同温度下正丁醇、柴油及其混合燃料的蒸发特性，并利用高速摄像技术记录了液滴蒸发过程中直径和形态的变化．研究表明：与柴油两阶段蒸发特性相比，正丁醇瞬态加热阶段较短，正丁醇比柴油蒸发快，且提高环境温度可以降低正丁醇与柴油蒸发特性的差异性．正丁醇/柴油混合燃料比柴油蒸发快，正丁醇添加主要影响柴油蒸发过程的前阶段．高温下，与柴油相比，正丁醇/柴油混合燃料的蒸发特性发生根本变化，其蒸发过程呈现三阶段蒸发特性，液滴出现气泡生成、膨胀和喷气现象，液滴直径波动剧烈，这是由于正丁醇/柴油混合燃料沸点差异性导致的．

为了解高压共轨喷嘴结构对喷雾的影响，试验采用三维相位多普勒粒子分析仪(PDPA)，在高喷射压力条件下研究了不同的喷嘴结构的喷雾粒径空间分布情况. 结果表明：高压燃油喷雾的粒径分布呈现轴线大、两边小的趋势，并在喷雾边缘稍微增加；同时随着喷射压力的增加，喷雾索特平均直径(SMD)的分布呈现粒径减小的趋势，小粒径区域逐渐向喷嘴顶端靠近，喷雾雾化效果随喷射压力增加而改善. 随着喷孔直径的减小，喷雾总体SMD 呈减小趋势；当喷孔直径减小到一定程度时，进一步减小喷孔直径对喷雾雾化效果的影响逐渐减弱. 孔径为0.18mm 的喷嘴，喷雾SMD 随着长径比(L/D 为3.89～5.00)的增加而增大；孔径为0.13mm 的喷嘴，喷雾SMD 随着长径比(L/D为5.38～7.69)的增加而降低．

通过试验研究了燃油组分对进气道喷射(PFI)和缸内直喷(GDI)汽油机颗粒物及可挥发性有机物(VOCs)排放的影响．结果表明：燃油中的芳烃、烯烃和硫含量越高，颗粒排放也越高；通过添加少量甲基茂基三羰基锰能够保证不降低辛烷值的同时减少燃油芳香烃与烯烃含量从而使颗粒物排放降低；往燃油中添加10%乙醇对颗粒物排放影响不大．PFI 发动机排放的颗粒物成分主要由有机物(OM)组成，无机离子与元素碳(EC)含量较少．而GDI 发动机排放的颗粒物主要以EC、OM 为主，无机离子成分很少．燃油中芳烃含量越高，其颗粒物中多环芳烃(PAHs)的排放也越高，毒性也更强；燃油中烯烃含量的上升对颗粒物中PAHs 的排放影响不大，但是其排放颗粒物中PAHs 的毒性变强．检测到汽油机排放的VOCs 由70 余个物种组成，主要是烷烃、烯烃、芳烃、含氧挥发性有机物和炔烃．燃用高芳烃含量燃油，VOCs中芳烃比例有所上升．

通过一台单缸增压直喷汽油机，对比了低速早燃和正常燃烧的循环特征、压力振荡强度和振荡频率，开展了不同喷油时刻和不同喷油压力对低速早燃频次及强度影响的试验．结果表明：低速早燃由于自燃时刻不同可以引发普通爆震和超级爆震，超级爆震发生时可能伴随有超声速的冲击波或爆轰波产生．推迟喷油时刻，低速早燃频次呈现先增加后降低的趋势．喷油时刻由300°CA BTDC 推迟到240°CA BTDC 时，低速早燃和超级爆震频次分别降低了96.0%和88.2%，超级爆震强度也显著降低．喷油压力从6MPa 提高到12MPa 会导致低速早燃频次增加，继续提高喷油压力，低速早燃和超级爆震频次均有所降低．喷油时刻及压力的改变会导致气缸壁机油稀释和碳烟颗粒物排放发生变化，因而推测上述两种物质均有可能导致低速早燃发生．

采用试验和数值模拟方法研究了中、小负荷下，喷油模式和喷油定时对柴油机预混燃烧和排放的影响．结果表明：小负荷(平均指示压力约为0.45MPa)、单次喷油模式及喷油定时为35°CA BTDC 时，油束的撞壁位置将形成的混合气分为燃烧室上方和活塞凹坑两部分，可充分利用整个气缸内的空气形成均质混合气，此时的NOx 排放最低．平均指示压力(IMEP)约为0.7MPa 时，采用单次喷油模式，喷油量增多，喷油持续期延长，混合时间缩短，碳烟、CO 和UHC 排放急剧升高；在混合时间和混合空间的共同作用下，喷油定时为35°CA BTDC 时获得最佳折中排放．IMEP 约为0.7MPa 时，与单次喷油模式相比，采用多次喷油模式，将喷油量分为4 个脉冲喷入缸内，增加了每个脉冲的混合时间，并且改善了燃氧混合空间，形成更均质的混合气，大幅降低了碳烟、CO 和UHC 排放；喷射定时为80、65、50 和35°CA BTDC时获得最佳排放．

利用激波管测量了2-甲基四氢呋喃(MTHF)在压力为0.12～1.00MPa、温度为1,050～1,800K、当量比为0.5～2.0 及燃料摩尔分数为0.25%～1.00%下的滞燃期，结果表明：MTHF 滞燃期随温度、压力和燃料摩尔分数的增大而减小，随当量比的增大而增加，并利用试验结果拟合出滞燃期随相关参数变化的阿累尼乌斯关系式；然后用两个机理(Kai 机理和Luc 机理)对滞燃期进行了模拟，其中Luc 机理对滞燃期的预测明显偏低，而Kai 机理与试验数据吻合较好，只是在低温浓混合气时预测值偏低，将其底层机理用NUI 机理替换后高、低温情况下模拟值与试验值都能较好地吻合．敏感性分析显示，高温时对滞燃期影响最大的反应为H＋O2＝O＋OH，当温度降低时，该反应影响减少，而燃料裂解与脱氢反应对滞燃期的影响增大．路径分析显示，高温下MTHF 的消耗以裂解反应为主，温度降低时，裂解反应对燃料消耗量的贡献率降低，而脱氢反应成为消耗燃料最主要的路径．

以一台高压共轨、增压中冷的重型柴油机为研究对象，研究了不同加载率、加载起始点以及加载持续时间对恒转速增转矩加载过程的影响．定义了“平均增量空燃比”和“空燃比平均减速度”两个参数，分别用于评价加载过程中供气相对于供油的响应速率和空燃比的降低速率．研究发现：加载率越大或者加载起始点负荷越小，供气滞后越严重，燃油消耗率、烟度以及CO 排放增加，但NOx排放降低．燃油消耗率和烟度排放的主要恶化区分别集中在加载过程的前期和后期；随着加载持续时间增大，供气响应性能虽有改善，但空燃比较稳态值仍明显降低，燃油消耗率、烟度和CO排放性能恶化．另外，加载持续时间对瞬态烟度和CO峰值排放存在拐点．

定义了放热率曲线的“时序系数”，以表征燃烧过程的时序特征．试验表明：引燃柴油量相同时，随着当量比增加，热效率先升高后降低；总碳氢(THC)排放降低；滞燃期延长；燃烧重心先接近上止点后远离上止点；第一放热率峰值先出现在燃烧始点附近，然后接近燃烧重心；第二放热率峰值逐渐与第一放热率峰值“合二为一”，且两者均先升高后降低；“时序系数”增加，时序特征愈加不明显．当量比相同时，随着引燃柴油量增加，热效率升高；燃烧相位前移；放热速率加快．另外，随着引燃柴油量增加，在较低当量比时 THC 明显降低，但在较高当量比时却没有明显变化．