在预燃室式天然气发动机中，预燃室喷孔的几何结构对于发动机燃烧和性能具有重要影响。为探索胜动12V190型天然气发动机预燃室喷孔的最优结构设计，本文通过三维数值模拟计算，分析了5个不同的预燃室喷孔直径和6种不同的预燃室喷孔长径比设计下的缸内燃烧过程，对比了各方案下所得的缸内压力、温度场、热效率和NOx排放。计算结果表明，预燃室喷孔直径过小易导致火焰淬熄，而过大的喷孔直径将导致火焰湍流射流强度减弱，针对本文研究的机型，较优的喷孔直径为2.5mm；在该喷孔直径下，较小的喷孔长径比有利于缸内燃烧更快地进行，使发动机获得更高的热效率。

通过在圆柱形定容燃烧弹中顶置点火产生挤流火焰。利用纹影技术和CFD仿真模拟，通过分析在壁面约束条件下挤流火焰的位置、形态、发展过程，探究了挤流火焰的生成机理。研究结果表明：在火焰传播过程中，形成了与火焰传播方向相反的压力梯度，使火焰前锋各处未燃气的流动速度降低最终导致楔形空间内的未燃气流动速度大于其他区域，形成楔形空间特有的挤流运动；由楔形区域内的挤流运动导致的壁面湍流和火焰不稳定性的共同作用是挤流火焰的形成机理。

基于GDI发动机常用工况点缸内温度压力，本文研究了高温汽油燃料喷入高温高压环境下的射流特性。结果表明：从低亚临界过渡到超临界时，单孔射流外形轮廓经历了边缘气团凸起及消失的转变，而多孔射流的中心轮廓区则有明显塌陷和射流前锋面凸起的变化过程；射流内部湍流及中心高速低压区影响着射流的贯穿距，射流中心塌陷的发生使得多孔贯穿距变化趋势异于单孔；射流出口膨胀及闪急沸腾对射流宽度影响显著，射流锥角的大小则因闪急沸腾微爆效应及射流中心高速低压流动卷吸作用而变化；内部湍流、中心低压区塌陷及高温环境气动阻力作用的综合影响，使得射流轮廓结构复杂，单孔和多孔射流的投影面积及轮廓周长变化不一。

为了更好地理解GDI汽油的燃油撞壁现象，本文采用激光诱导荧光(LIF)试验方法进行了燃油液滴撞击机油油膜的基础研究。探究了不同入射韦伯数、油膜厚度、油膜黏度对撞击后油膜形态的影响。研究表明，液滴撞击后油膜可分为稳定冠状、飞溅冠状、剧烈飞溅冠状三种状态。入射液滴韦伯数越大，油膜越容易飞溅，形态变化越剧烈。相同的韦伯数下，油膜黏度越低，油膜厚度越小，其飞溅现象越为剧烈。根据试验数据拟合出了各油膜厚度下，不同油膜形态临界韦伯数公式。

利用超临界平台和定容燃烧弹系统，将不同状态的汽油，喷入到超临界环境中，并依托纹影系统，得到低亚临界态、亚临界态和超临界态汽油喷入超临界环境中的喷雾特性，并对比了常温常压环境与超临界环境的喷雾特性。 研究结果表明：同一喷射时刻，单孔喷油器的喷雾贯穿距先增加，后平稳下降，但在超临界态一直攀升；喷雾面积先上升，在亚临界态初段达到峰值，后平稳波动下降。随着喷射温度的升高，五孔喷油器的喷雾贯穿距先平稳上升， 后急速下降到低于初始值；喷雾面积先增加，在亚临界态缓慢下降，在超临界态初期达到峰值后下降。喷射条件相同时，常温常压环境与超临界环境的喷雾发展有明显区别，前者喷雾贯穿距和喷雾面积远大于后者。

冷启动阶段，汽油车的污染物排放很高，对整车排放水平具有决定性的影响。三元催化器转化率低是造成冷启动排放高的主要原因，设法迅速提高催化器温度是常用的应对思路。本文转变思路，尝试利用微波的电磁效应， 影响催化器中金属元素的活性，从而改善冷启动排放。试验时在发动机启动前利用磁控管发射短时长的微波作用于三元催化器，通过测量汽油机冷启动时的污染物排放浓度，发现微波的电磁效应可显著降低冷启动阶段的一氧化碳和未燃碳氢排放，对氮氧化物也有一定的减排效果。另一方面，微波作用时间对减排效果有显著影响，并且对不同污染物的影响有所区别。

按聚甲氧基二甲醚(PODE)在混合燃料中所占体积分数为10%、20%和30%配制了PODE/柴油混合燃料， 并记为Ｐ10、Ｐ20和Ｐ30混合燃料。本文利用CFD商用软件AVL FIRE对燃用 PODE/柴油混合燃料的柴油机2600r/min下１００％负荷的缸内工作过程进行了数值模拟。结果表明：相比于柴油，PODE/柴油混合燃料的燃烧始点提前，高温区域增多，氧浓度分布增加，NO生成量与 NO的浓度分布范围增加，降低了碳烟的排放；随着PODE掺混比的增大，高温区域增多越明显，氧原子分布区域扩大，NO生成量增大且NO分布范围扩大，SOOT生成量逐步降低。

在一台2.0L直列4缸GDI汽油机上，分别燃用汽油、含水乙醇汽油E10W、E20W，保持转速和平均指示压力不变，在不同喷油定时下分析汽油、E10W、E20W的燃烧特性和颗粒物排放特性。结果表明：随着喷油定时的推迟，燃料缸内压力、放热率和缸内平均温度三者峰值均呈现下降趋势，且放热率和缸内平均温度峰值位置推迟。含水乙醇汽油E20W的CO和THC排放与汽油相差不大，E10W的CO和THC排放均比汽油高；E10W和E20W的NOx 排放量比汽油高。E10W和E20W排放颗粒物数浓度相对汽油有较大幅度的降低；三种燃料颗粒物总数浓度、核态和积聚态颗粒物均在喷油时刻为300°CA BTDC时达到最小值；随着含水乙醇含量的增加，颗粒物粒径的最大值呈减小趋势，且积聚态颗粒物数浓度也降低。

随着环境污染日益严重，双燃料发动机已经成为降低船用发动机排放的重要手段，随着我国发布最新 的船舶发动机排放污染物限值标准，其中增加了对气体燃料发动机甲烷等气体的排放指标，因此，如何优化双燃料发动机排放已经迫在眉睫。本文以一台六缸柴油-天然气双燃料发动机为基础，基于发动机E3循环研究了引燃柴油量以及引燃柴油喷射正时对双燃料发动机各种排放参数的影响，重点针对负荷63%工况进行优化实验研究。实验结果表明：PM排放情况已达标，其余气态污染物，CH4最为严重，若以考虑减少CH4排放为主，则应增加柴油量，提前喷油时刻。仅改变喷油参数无法使各项排放均达标，还需通过其他方法进一步减少污染物。

近年，船用柴油机的NOx排放控制方向已经有越来越多的研究，选择性催化还原(SCR)系统被证实是一种有效减少船用柴油机NOx排放的技术。本文基于SCR反应机理建立反应器数学模型，制定SCR控制策略，并进行了基于dSPACE的硬件在环仿真研究，结果表明当PLC控制器面对各种稳定工况和突变工况时，都能获得较高的NOx转化率。因此，设计基于HILS的选择性催化还原系统快速开发平台能为后续的实机台架的实验打下基础。