采用可视化实验的方法，对预混合气参数对点火室射流点火特性的影响进行了研究。 研究结果表明，加浓点火室内的预混合气可增大点火能量，加快点火响应，扩展稀燃极限；增加主燃室初始压力可使主燃室若火时刻提前，主燃室最大压力升高，有利于拓展稀燃极限；提高初始温度会导致主燃室内着火时刻延迟，最高压力降低，压升率减小，温度过高时甚至无法引燃预混合气。

为研究GDI喷油器喷雾入射液滴与反射液滴相互作用所产生的影响。运用近场微观高速拍摄系统以及相位多普勒激光测试(Phase Doppler Anemometry, PDA)系统对汽油喷雾撞击千湿壁面的破碎过程微观形态以及喷雾撞壁后的粒径粒速分布分别进行试验研究，并根据理论模型对撞壁后的飞溅比例进行预测。结果表明，液滴间的相互作用有两种：相邻液滴铺展后相互挤压与后一液滴撞击前一液滴形成的油膜。喷雾撞壁中的飞溅多发生在燃料本身形成的油膜之上，多液滴的相互作用是前期造成飞溅的主要原因。撞击汽油油膜使得飞溅破碎特别剧烈，产生的皇冠状飞溅面积相比干壁面大得多。喷雾内部不同位置液滴运动状态差别较大，燃料撞壁后飞溅比例各不相同，在靠近喷雾边缘处更容易产生撞壁飞溅。千湿壁面产生最大飞溅比例的位置各不相同，且湿壁面飞溅比例大于干壁面。

通过大气压力模拟系统，研究了不同大气下(100 kPa、90kPa和80kPa )可变喷嘴涡轮增压器(VNT)开度和排气再循环(EGR)率对柴油机燃烧特性、性能和排放的影响及其变化规律。 结果表明：不同大气压力下，随着VNT开度和EGR率的增大，空燃比降低；高海拔（低气压）时减小VNT开度能有效提高柴油机空燃比，从而提高EGR容忍度，为同时降低柴油机高原氮氧化合物(NOx)和颗粒物(PM)提供条件；不同大气压力下，随着VNT开度和EGR率增大，平均指示压力、最大瞬时放热率、动力性、经济性降低，燃烧持续期延长，且大气压力越低，变化幅度越 大；NOx排放随EGR率增大呈直线下降趋势，而随VNT开度增大和大气压力降低只有略微下降；烟度随VNT开度和EGR率增大及大气压力降低明显增加。

本文分析了影响实际氩气循环发动机指示热效率的因素，通过热力学方法分析并计算了压缩比与比热容比对指示热效率的影响，并考虑燃烧不完全损失、实际传热损失及其他损失的作用。 结果表明，据奥托循环效率公式，氩气循环发动机在压缩比14. 5，比热容比1. 67的情况下，理论热力学循环效率可达83%。而已经实际获得的氩气循环发动机指示热效率仅约41%~44%。分析表明，压缩比过低是最大的影响因素，压缩比从14.5降至4.0~5.5时导致约19%的指示热效率损失；实际工质比热容比受混合气比例、化学反应与温度的影响，在氩气浓度为72%~88%时导致约10%的指示热效率损失。为避免压燃，以压缩比上限为9. 5且实现50%以上的指示热效率为条件，氢气浓度应不低于72%。在压缩比为 9. 5，氩气浓度为78%，有望实现51%的指示热效率。

本文通过定容燃烧弹实验平台对醇类燃料和轻类燃料缓慢加热测定其临界自燃温度，后利用CHEMKIN­PRO模拟醇类燃料和轻类燃料在定容燃烧弹内燃烧分析其自燃主导特性及参数敏感性。结果表明：甲醇在不同初始条件下临界自燃温度变化最高可达128°C, 正庚烧临界自燃温度在很大范围内均为 280°C, 最高变化仅为20°C。 甲醇临界自燃温度和正庚烧最高差值可达270°C,最小差值也能达到 170°C。甲醇完全反应需要5步，涉及6种组分，11个基元反应。正庚烧涉及超过20种自燃主要反应，反应路径繁杂，分支较多。反应路径的差异使两者临界自燃温度变化的差异性较大，使得通过“梯级自燃燃烧模式”得以实现，从而达到高效清洁燃烧。

本文采用一台满足国Ⅳ排放标准的代表性柴油机，研究了不同工况下，颗粒物中颗粒物中可溶性有机物(Soluble Organic Fraction, SOF）和固相多环芳香烃（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs）在排气过程中的变化规律。 研究结果表明：随柴油机排气输运距离增加，颗粒物中 SOF 含量逐渐增加，而随排气输运距离增加，排气温度降低，气相PAHs 冷凝吸附在颗粒物表面成为固相PAHs，导致颗粒物中固相 PAHs比排放量呈逐渐增加趋势。 此外，颗粒物中SOF含量随转速增加呈增加趋势，而随负荷的增加却呈相反变化趋势。 颗粒物中固相 PAHs总比排放量随负荷和转速的变化趋势与 SOF 含量一致。

丁醇作为新一代生物质含氧燃料得到了广泛研究。本文在一台商压共轨增压中冷四缸柴油机上试验研究了不同工况下、不同掺混比例的丁醇／柴油混合燃料对发动机燃烧及微粒排放特征的影响，研究确定了掺混比例、 EGR以及燃烧相位等核心边界条件对燃烧过程及污染物生成的影响程度及作用范围。结果表明：随着丁醇掺混比的增加，滞燃期延长，预混合燃烧量增加，燃烧相位滞后，且小负荷工况下的影响更为明显。丁醇／柴油混合燃料可在不增加NOx排放的前提下显著降低排气烟度及微粒排放，但指示热效率较纯柴油略有降低。合理匹配EGR及燃烧相位能够在保持整体排放水平较低的情况下提高发动机的指示热效率。发动机燃用丁醇／柴油混合燃料的微粒排放绝大多数为超细微粒，比例超过99%，随着丁醇比例增加，发动机各粒径段微粒数量浓度均有所下降，大 负荷工况更为明显。

正丁醇作为一种可再生含氧燃料，具有与柴油互溶性好，挥发性好，辛烧值高等特点，为了探究其与柴油混合引燃天然气对双燃料发动机性能的影响，本文通过调整喷油时刻，使燃烧相位固定在6° CA ATDC处，对比分析了天然气替代率为70%，柴油／正丁醇体积比分别为100/0(B0）、90/10(B10）、80/20(B10）和70/30(B10）时缸内的 燃烧和排放参数。研究结果表明：随着正丁醇比例提高，滞燃期延长，燃烧持续期缩短，缸压峰值升高，放热率峰值先升高后降低，B10的放热率峰值最高。 此外，指示热效率提高，CO、THC和soot排放降低，而NOx排放略有增加。

本文使用高速摄影方法研究了甲醇/氧气/氩气混合气在快速压气机内的自燃和爆震特性。结果表明，当压缩终点温度较低时，理论化学当量比的甲醇混合气难以压燃，但易发生异常着火。进一步用氩气稀释混合物，提高压缩终点温度后，可发生自燃，并能观察到低压条件下激波反射引起的爆轰，高压时可观察到超音速爆燃。当火花塞点火时，甲醇混合物的自燃位置靠近点燃火焰表面。低压条件下，混合气自燃类似于热爆炸，而在高压下则表现为爆轰。

为探究航空煤油在压燃式发动机上运用的可行性，本文采用航空煤油和柴油两种燃料，采用直接高速摄影法和阴影法，在喷雾燃烧可视化实验平台上，在不同的喷射条件和环境条件下进行了喷雾实验。 结果表明：提高燃油喷射压力，两种燃料喷雾的气相投影面积均增加，在相同条件下，航空煤油液相贯穿距和投影面积均明显小于柴油；提高环境压力，两种燃料的贯穿距和投影面积均减小，航空煤油的气相投影面积略大于柴油，液相投影面积明显小于柴油；环境介质密度相同情况下，提高环境温度和压力对航空煤油雾化蒸发的促进作用更大，700 K 以上时航空煤油的雾化蒸发效果明显优于柴油。