由于 2-甲基呋喃(MF)的喷雾与燃烧特点与汽油类似，其作为替代燃料的潜力受到广泛重视．利用光学发动机和高速摄影技术，结合热力学分析，对 MF 以及其与异辛烷掺混燃料的湍流火焰传播特性进行了研究．结果表明：与异辛烷相比，MF 有更高的燃烧爆发压力和较短的滞燃期，同时其火焰面积扩展速率也高于异辛烷．研究发现火焰传播面积与已燃质量分数(MFB)的 2/3 次方呈线性关系．MF 的湍流火焰传播速度明显大于异辛烷，二者的差别比这两种燃料层流火焰传播速度的差异更加明显．混合气的物理化学特性是影响湍流火焰传播速度的最大因素．

以柴油机后燃期颗粒的初期碰撞凝并过程为研究对象，在 KF 模型基础上，通过结合矩方法和颗粒尺寸分布模型，建立了柴油机颗粒碰撞凝并数学模型．探讨了柴油机燃烧过程中，自由分子区中的初级颗粒碰撞频率、凝并速率和剩余表面积的变化规律以及对颗粒尺寸生长的影响作用．结果表明：随着滞留时间增长，初级颗粒的碰撞频率逐渐降低；颗粒粒径分散性的增加能够提高碰撞频率；在同一粒径下，随着凝并特征时间增加，凝并速率明显降低；当粒径小于 12.6nm 时，凝并速率对凝并特征时间变化的敏感性较高；初始凝并特征时间越大，表面积减小越慢；颗粒表面积随着滞留时间的增加而减小．

在可视化缸内直喷(GDI)汽油机台架上，通过进气道入口处翻板和进气道内挡板改变缸内滚流比，使用粒子图像测速技术(PIV)研究了可变滚流对低速条件下喷雾过程的影响，得到喷雾油束的速度场及其对应的剪切应变率和涡量场；进一步通过台架试验，研究可变滚流对燃烧和排放特性的影响．结果表明：翻板和挡板的组合可使缸内较早地形成高强度滚流，滚流比相对于原始状态提高近 2 倍；高滚流使剪切应变率最大值提高到 2400s-1，增强了油束内部的剪切作用，涡量最大值也增加到 6000s-1 左右，油束卷吸作用增强，油滴与空气接触面积增大，动量交换加剧，使得喷雾角加大、贯穿距缩短，燃油液滴破碎加剧、蒸发加快，增强缸内油气混合，燃烧放热率增加，燃油消耗率得到改善；高滚流下的 CO 排放降低，相比低滚流下最大降低 32.5%；但 HC 和 NOx 排放增加，相对于低滚 流比最大增加 54%和 91%．

分析了现有柴油机氮氧化物(NOx)排放的预测方法，针对选择性催化还原技术(SCR)的控制需求，选用神经网络偏最小二乘法(NNPLS)作为 NOx 排放预测模型建立的基础；该方法通过偏最小二乘法(PLS)提取成分，然后用神经网络(NN)拟合，具有 PLS 充分提取自变量中信息和 NN 非线性拟合性高的优点；并建立了某柴油机 NOx 排放预测模型，该模型预测精度高，训练误差均方根和测试误差均方根分别为 30×10^(-6) 和 62×10^(-6)．

采用电子显微镜、能谱分析仪研究了积碳分布区域、形貌特征和组成元素的基本特征；使用高速相机获得了喷孔出口区域燃油流动特性的图像，对影响积碳形成的湿壁现象和雾化特性进行了定性分析．结果表明：积碳在喷油器上可划分为 7 个分布区域，喷油器外表面的积碳程度较内表面严重，各喷孔堵塞不均匀；积碳有干燥粗糙、湿润光滑两种形貌特征；积碳固体颗粒中共检出 5 种非金属元素和 9 种金属元素，底座平面积碳的化学成分较丰富；喷油器壁面油膜和底座周围的高浓度混合气是不同区域积碳形成的主要物质来源．

为改善柴油机的喷雾特性，提出了交叉孔喷油嘴的结构，其特征是每个喷孔都由两个子喷孔交叉汇聚而形成．为探索交叉孔喷油嘴的内部流动特性，采用双流体模型，对一种圆孔喷油嘴和两种交叉孔喷油嘴在不同条件下的内部多相流动进行了三维 CFD 模拟．结果表明：交叉孔喷油嘴与常规圆孔喷油嘴内部流场结构有明显的差异，在圆孔喷油嘴中，压力在喷孔入口附近急剧下降，速度急剧上升；而在交叉孔喷油嘴中从喷孔入口到喷孔出口，压力逐渐下降，速度逐渐上升；圆孔喷嘴在空穴数较小的条件下会出现空穴，空穴区可从喷孔入口延伸到喷孔出口，而交叉孔喷油嘴内即使空穴数很小也不产生或只产生微量空穴，后者只在带盲孔扰动区的交叉孔喷油嘴发生；交叉孔喷油嘴的流量系数比圆孔喷嘴的高 23%~32%．此外，交叉孔喷油嘴的特殊喷孔结构使其内部燃油产生冲击扰动，在喷孔出口产生了更大范围的高湍动能区，有利于促进射流雾化．

基于 X 射线 CT 成像技术获取了柴油喷油嘴喷孔几何结构，采用喷雾可视化技术研究了带毛刺喷孔喷雾特性．结果表明：与无毛刺喷孔相比，启喷阶段，带毛刺喷孔出口处近场喷雾湍流脉动有所增强；稳定阶段，带毛刺喷孔改变了喷雾对称结构，首先喷孔内毛刺能够从喷雾射流表面剥离出部分燃油，该部分燃油经过初次破碎后形成较为分散的液丝，其次带毛刺喷孔远场喷雾二次雾化后液滴扩散范围增大；带毛刺喷孔喷雾发展过程中出现分叉现象．

对柴油机选择性催化还原(SCR)系统气液两相流进行了准一维建模，并开发了模拟计算程序．用欧拉方法求解气相流动，其中压力速度耦合问题采用 Simple 算法求解．用拉格朗日方法求解液滴的蒸发、热解、运动和碰壁等过程，气液两相耦合通过在气相方程中附加源项的方式实现．模拟计算结果表明：随着排气平均温度的升高和排气流量的降低，尿素分解效率都会逐渐升高；尿素水溶液喷射速率对尿素分解效率影响不大；总体上液滴初始直径的减小能够促进尿素的分解，在不产生壁膜的前提下，合理组织尿素水溶液喷雾碰壁，可以促进大直径喷雾(50μm 以上)的尿素分解；增大排气管直径能够显著提高尿素分解效率，降低压力损失，是优化 SCR 系统性能的有效方法．

利用低温等离子体(NTP)喷射系统，对自行设计的分段型废气再循环(EGR)冷却器进行了 NTP 喷射再生试验．试验采用 4 种不同的喷射策略，控制活性气体总流量均为 10L/min，改变各进气口流量大小．通过测量内部轴向温度及反应物中 CO 和 CO2 的体积分数，分析了不同策略对再生的影响．结果表明：分段喷射改变了 EGR 冷却器内部轴向温度场变化规律，使得后半段温升 ΔT 较高．不同策略中 CO 和 CO2 体积分数的变化趋势总体保持一致，均为先升后降，但 CO 体积分数比 CO2 的低．运用分段喷射策略可以提高 NTP 活性气体的利用率，故分段喷射再生效果均优于未分段再生．其中，策略 4 采用各进气口逐级递减的流量配比，积碳去除量最多，为 2.42g，是未分段喷射再生的两倍，再生效果最好．

利用国际标准化组织的生命周期评价(LCA)标准，确定了城市垃圾厌氧发酵车用沼气燃料的生命周期评价的边界和清单分析参数，提出了生命周期清单分析(LCI)的计算方法，对垃圾厌氧发酵车用沼气燃料进行了生命周期评价．结果表明：在车用沼气燃料生命周期中，改善厌氧发酵过程是减少能源消耗的主要途径；沼气车辆运行阶段是影响环境污染物排放的关键；全球变暖对环境影响负荷贡献最大．城市垃圾厌氧发酵为城市垃圾的处理找到了可持续发展的途径．