针对汽油机高废气稀释下燃烧不稳定问题，在一台单缸汽油机上探究了缸内直喷二甲醚（DME）微引燃汽油拓展外部废气稀释范围的作用，并就废气稀释对DME微引燃汽油燃烧过程影响展开了试验研究，结果表明：DME微引燃汽油燃烧过程呈现明显的自燃着火、火焰传播、末端自燃三阶段放热特征。增加DME直喷比例，燃烧始点提前，自燃着火过程累计放热量增加；直喷DME并未在自燃着火过程燃烧完全，剩余未燃DME会用于火焰传播过程，并起到加速燃烧的作用；增加EGR率和DME喷射比例，末端气体发生自燃的始点推迟，自燃部分比例降低；EGR率增加使得燃烧过程不稳定，而增加DME喷射比例可以改善燃烧稳定性，实现高废气稀释下的稳定燃烧过程。

本文建立了耦合电磁力的分置式斯特林发动机动力学模型。以膨胀活塞与压缩活塞的瞬时位移量作为Matlab/Simulink 数值计算模型的反馈输入量。由于工质流体的总质量不变，利用气体状态方程计算了瞬时循环压力；利用回热器中的流动损失计算了压缩腔和膨胀腔之间的压力向量差；利用动生电动势平衡方程计算了发电线圈的瞬时电流值。将膨胀活塞和压缩活塞的位移波形进行对比分析。此外，根据振动系统的相关理论，分析了分置式斯特林发动机稳定运行的必要条件。

本文通过分置式斯特林发动机的动态实验，分析热腔气体温度对膨胀活塞运动阻尼的影响，探索其热力学参数与动力学参数的耦合规律。基于焓流理论，通过调整机械弹簧刚度系数实现循环工质压力波与速度波之间相位差的调节，探讨压力与速度向量相位差对输出功率的影响，对分置式斯特林发动机动力学性能的进行优化。

为了提高瞬变过程小负荷时的热力氛围，进而对后期燃烧产生促进作用来优化燃烧与排放，以8.6L车用重型柴油机为对象，开展了单因素调整缸壁温度对瞬变工况性能的影响研究。利用模拟手段分析了缸壁温度对缸内微观场、热力氛围和排放的影响和作用机理。研究结果表明：缸壁温度的提高能提高缸内热力氛围，有效促进燃油蒸发、雾化的速率，改善油气混合过程；在进气量不变的前提下，提高气缸壁面温度对Soot排放影响较小，但NOx排放增加。

本文针对2.8TC柴油机起动过程的特点，将起动过程分为拖转期和起动期两大部分，由此设计了不同阶段不同的高压泵计量阀控制策略，确定了目标启喷压力和启喷转速，在此基础上试验研究了拖转期燃油计量阀接通时间和开度对轨压动态特性的影响，由此优化拖转期燃油泵的控制方法；研究了起动期燃油计量阀的开度和控制方法对轨压动态特性的影响。结果表明，所设计的高压泵燃油计量阀分阶段的控制策略可有效改善柴油机起动过程目标启喷压力的稳定性和跟随性，为提高起动性提供良好的喷射条件。

以天然气作为船用低速二冲程柴油机的燃料，不仅有降低运程成本的潜力，同时相比传统重质燃油有较好的排放。本文采用多维数值模拟的方法，研究了高压直喷（HPDI）天然气双燃料低速船机中天然气和引燃油喷嘴布置不同引起的油气空间分布对燃烧过程和排放的影响。研究结果表明，引燃油与天然气喷束方向重合时，由于柴油滞燃期被延长导致初始压升率较高，缸压峰值较大，缸内温度明显大于其它方案，使得NOx排放劣于其它方案，同时引燃油着火时与活塞接触发生壁面淬熄导致NMHC排放远远大于其他方案，HC排放最高；而比较油束夹角为90°和150°，天然气初始喷束形态和被引燃区域存在差异，不仅影响了燃烧放热过程和缸内平均温度曲线，使得S150J的NOx排放最低，也导致最终S90J方案下缸内存在更大区域的低当量比区域，CH4排放最高。

在一台四缸高压共轨柴油机上，通过向柴油中掺混0%、10%、20%正丁醇（质量分数），研究了在不同气路氧浓度条件下，掺混燃料含氧量对柴油机燃烧特性与排放的影响规律。研究结果表明：气路氧浓度处于20%~21%之间时，三种燃料的滞燃期出现一个平阶；随着掺混比例的增加，燃料中含氧量增加，这导致了滞燃期的增加，且随着气路氧浓度的降低，滞燃期受燃料性质的影响作用不断增强；随着燃料中含氧量增加，碳烟（Soot）排放逐渐减小，主要体现在滞燃期的增加与燃料含氧量的增加所导致的；掺混燃料的含氧量对NOx排放的影响不明显，而对指示热效率的提升有积极贡献，在气路氧浓度小于15%，燃料含氧量对指示热效率的促进作用减弱。

柴油机微粒捕集器（DPF）的优化再生控制直接影响其捕集效率。采用台架再生实验和GT—Power软件仿真的方法，建立了准确的DPF仿真模型，研究了微粒捕集器的孔隙率、微孔直径、壁厚、通道长度等结构参数对微粒捕集器捕集特性和压降特性的影响；研究了排气中氧含量、初始碳烟加载量和升温速率等再生参数对微粒捕集器再生过程的影响。研究结果表明：孔隙率、载体壁厚的增大均能使DPF捕集效率得到提高，当载体的孔隙率为0.66时，初始捕集效率将近100%，但随着微孔直径的增大，捕集效率急剧下降；孔隙率和载体壁厚的增大、通道长度和壁面渗透率减小，均使得DPF压降损失增大，当通道长度从150mm增加到350mm时，DPF压降损失从8kPa降低至3.2kPa；当排气中氧含量增加时，载体壁面的最高温度增加，碳烟质量急剧下降，再生时间缩短，但氧含量大于11%后，变化趋势趋于缓慢；再生过程中压降损失和载体温度随初始碳烟加载量增大而增大，当初始碳烟加载量从3g/L上升到至11g/L时，载体的压降损失从3.2kPa增加到12.8kPa，同时载体壁面的最高温度从610℃上升至900℃左右；发动机排气升温速率影响着开始再生的时间点。

采用Euler-Lagrange算法研究了活塞环-气缸套纳米润滑油流体润滑对流传热和润滑摩擦耦合的问题，考虑 了纳米颗粒微运动和相间作用力的影响，结果表明纳米颗粒的微运动可以强化润滑油的换热能力，但并不会增加摩擦阻力。以体积分数为1%、粒径为50纳米的金刚石纳米润滑油为例，相对于基础润滑油，对流传热系数提高了5.4%，摩擦阻力系数降低了2.9%。考虑了纳米颗粒的受力对微运动的影响，当Re数较大时，温度无关力对纳米颗粒的微运动影响占82.47%；当Re数较小时，温度无关力对纳米颗粒的微运动影响仅占35.99%。

随着排放法规的日趋严格和先进发动机技术的应用，机油对发动机排放中soot的贡献越来越大。为了探究机油在soot形成中的作用，分别利用基础机油和正十二烷进行了层流扩散火焰的实验和化学动力学模拟的对比研究。实验中的多环芳烃（PAH）和soot在火焰中的分布利用激光诱导荧光（LIF）方法和双色平面激光诱导发光（TCPLII）方法分别进行检测。正十二烷-多环芳烃的简化机理用来在laminarSMOKE中模拟正十二烷火焰中多环芳烃的形成。为了模拟基础机油火焰中四环芳烃类物种（A4），即soot在模拟中的代表性物质，将正十二烷机理中A4的主要生成反应（A2R5+C4H2=>A4）的反应速率提高了3.6倍。优化后的正十二烷-多环芳烃机理可以较好地预测基础机油火焰中的A4类物种。基于以上实验和数值模拟方法，对正十二烷和基础机油的层流扩散火焰做了对比分析研究。