本文基于全参数可控定容燃烧弹系统，研究了燃料类型、燃料反应性和混合气浓度对几种高低活性混合燃 料燃烧和排放特性的影响，为内燃机燃烧效率的提高和有害排放物的抑制提供了参考方向。燃料类型的选择包括正庚烷-乙醇、PODE-乙醇和正庚烷-PODE-乙醇三种，通过控制每种燃料类型中各组分混合比例的不同，构建不同的燃料反应活性梯度。

在一台改造的光学发动机上，利用高速摄影技术获取缸内燃烧火焰形态，应用双色法计算火焰温度和表征碳烟浓度的KL因子的时空分布，试验研究煤基合成燃料(CTL)及其与含氧燃料的混合燃料对发动机燃烧过程及碳烟生成历程的影响。研究表明，在CTL中加入含氧燃料后，着火时刻推迟，滞燃期延长、着火持续期缩短，火焰面积及火焰亮度明显减小。对于CTL与碳酸二甲酯(DMC)的混合燃料，随着DMC掺混比例的增加缸内燃烧温度降低且温度梯度减小，KL因子也随之减小，有利于抑制碳烟的生成。对比相同含氧量的CTL与DMC以及CTL与正丁醇混合燃料，正丁醇混合燃料的温度分布出现双峰现象，预混合燃烧与扩散燃烧边界明显，平均温度更低， 有利于实现低温燃烧，且在CTL中掺混正丁醇对于KL因子的降低效果优于掺混DMC。

2016年，国际海事组织(IMO)将强制实施更加严格的氮氧化物(NOx)排放标准，废气再循环(EGR)技术是实现IMO TierⅢ标准的有效途径。本文选取某型船舶二冲程柴油机为研究对象，针对其工作特点，模拟建立高压EGR系统和低压EGR系统，分析了EGR率对柴油机性能及排放的影响。并利用模糊综合评估模型对高压EGR系统和低压EGR统方案进行了评价，以期为船舶二冲程柴油机EGR系统的设计提供理论参考。

随着我国汽车保有量的增加及环境和能源问题的日益突出，迫切需要寻求一种内燃机替代清洁燃料。氢气 作为可再生清洁能源，是一种理想的内燃机替代燃料。本文利用CONVERGE软件模拟了氢内燃机正常燃烧和爆震燃烧，从热力学、爆震频率以及中间产物三个方面比较分析了其燃烧特点，为进一步探索氢内燃机爆震发生机理奠定基础。

本文采用一种二维平行光消光法实验系统，以乙醇体积分数为20%的乙醇汽油作为研究对象，选择层流扩散燃烧作为燃烧方式，对燃烧产生的碳烟体积分数进行测试。结果表明，在0～70mm火焰高度范围内，碳烟体积分数为0；在70～320mm内，其呈现先急剧上升后趋于平缓再急剧下降的规律。碳烟体积分数在166mm处有最大值为14.6×10e-6。同时结合火焰图像重新定义了层流扩散火焰的结构，在火焰中部沿径向0～15mm分布范围内，碳烟体积分数基本不发生变化，约为0.7×10e-6，属于碳烟凝聚成形区域；在15～40mm范围内，碳烟体积分数先急剧上升后急剧下降直至完全氧化，属于碳烟生成氧化过渡区域。

为解决内燃机预混合压缩着火相位的控制难题，已提出了高压空气射流控制压缩着火的新方式。基于复合热力循环，该燃烧方式在以内燃—空气动力混合工作的复合发动机中实现。本文利用三维CFD程序耦合简化正庚烷化学反应机理，建立了复合发动机包含控制高压空气喷射的单向阀的动力缸模型，并对不同高压空气射流持续期对缸内预混合气压缩着火工作过程进行模拟分析。研究结果表明：在相同高压空气射流正时和温度下，除6°CA持续期外，不同射流持续期对着火相位几乎没有影响；随射流量的增加，缸内混合气前期燃烧速率加快，CA50则不断提前；6°CA持续期燃烧效率最高，12°CA持续期燃烧持续期最短。

本文主要研究了发动机爆震边界的影响因素，包括空燃比、点火提前角和压缩比。基于GT-power仿真软件搭建了6170单一气体燃料发动机的仿真模型。通过模型仿真研究空燃比对发动机爆震性能的影响，并得出该机型随着过量空气系数从0.6递增至2.2发动机平均有效压力的变化规律，得到发动机在输出高功率的同时不发生爆震的运行区域。研究了发动机的点火提前角和压缩比对发动机爆震现象的影响，对发动机的设计具有指导意义。

通过GT-power软件建立了柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter,DPF)的热再生模型，模拟计算了不同环境氧浓度下再生过程的气体流动分布和碳烟密度分布，同时分析了氧浓度和加热温度在热再生过程中的协同作用。结果表明：沿DPF径向位置中心偏下处流速较大，边缘流速较小。沿DPF轴向入口通道流速逐渐减小，出口通道流速逐渐增加；富氧环境下的再生有助于实现DPF通道内气体的均匀流动，也会使相同时刻下的壁面渗流速度更小；再生过程中DPF中心轴线处的碳烟最先被氧化，碳烟密度更低，富氧环境下的碳烟氧化程度更为彻底； 在一定范围内，适当增加加热温度和氧浓度有助于提高DPF的再生速率；当氧浓度超过21%后，富氧环境对再生的促进作用有所减弱。

活塞环-缸套系统是内燃机的关键摩擦组件之一，研究缸套组件的减摩对于提高内燃机的机械效率具有重大意义。通过引入缸套表面动态变形，本文建立了活塞环 缸套组件的改进润滑模型，仿真预测了缸套振动减摩现象。基于单缸摩擦试验机和高频激振设备搭建了内燃机倒拖试验台架，开展了高频激振下的缸套振动减摩试验， 研究了振动参数与减摩效果之间的对应关系。结果表明，合理施加振动能够有效降低活塞环和缸套间的摩擦力。

为研究柴油低比例掺混聚甲氧基二甲醚时的燃烧、排放特性及供油提前角对NOx和碳烟trade off关系的改善情况，本文在云内动力2102QB型发动机上对柴油和添加了10%、20%、30%PODE的掺混燃料进行了试验研究，试验转速为1500r/min和2000r/min，负荷为10%～100%，并采用了三种供油提前角进行NOx和碳烟排放的对比实验，分别为-25°CA、-22°CA和-18°CA。结果表明，加入PODE后，P30可使发动机基本实现无烟燃烧，HC和CO排放分别降低37.3%和57.9%，NOx排放略有增加。缸内燃烧情况变化不大，燃烧始点提前，最高压力有所升高。供油提前角推迟后，P30的NOx排放降低了33%，实现了NOx排放和碳烟排放均保持在较低水平。