废气再循环（EGR）和稀薄燃烧是最常见的用来提高发动机性能的两种稀释燃烧模式。本文主要研究EGR和空气的主要成分（CO₂，N₂，Ar）对直喷汽油机的燃烧和排放性能的影响，分析了三种气体稀释分别对直喷汽油机的作用，为稀释气体组份的优化控制提供基础。实验结果表明，CO₂对燃烧过程的影响最大，其次是N₂，Ar最弱。随着CO₂添加比的增加，发动机的火焰传播期和燃烧持续期延长，燃烧重心（CA50）推迟，循环变动明显增大。在同样的添加比下，Ar稀释时发动机经济性最好，CO₂稀释能更有效抑制微粒排放。

低比转速离心压气机是电动增压技术重要的发展方向之一。本文研究了叶片前缘前掠对低比转速离心压气 机性能的影响及其流动机理。建立了低比转速离心压气机三维流动仿真模型，对前缘前掠角为20°的低比转速离心压气机进行了研究，结果表明，与无掠方案相比，叶片前缘前掠明显改善了低比转速离心压气机的内部流动。

在涡轮双喷嘴模型的基础上，改进了静叶喷嘴出口压力的算法，以求出更准确的等效涡轮流通面积。将计算结果输入GT-Power仿真软件反算得出不同转速下涡轮前后的气体状态参数，绝大部分与实验值误差小于5%；计算得出的涡轮特性曲线与实测曲线误差低于9%。表明此模型具有较高精度，可用于描述涡轮的工作状态和工作过程，表征涡轮特性。

以往对增压柴油机瞬态性能的研究主要关注于瞬态模型的建立以及性能改进的措施，由于没有一个统一的瞬态性能评价方法，难以在发动机方案设计阶段判别设计方案的可行性。本文通过分析进排气管道和涡轮增压器瞬态响应迟滞机理，提出了一个通用的涡轮增压柴油机瞬态响应性能的评价方法，建立了发动机的关键结构参数、涡轮增压器尺寸、运行工况参数与瞬态性能评价指标的显式关系。通过GT-Suite商用软件对计算公式在不同机型上进行计算验证，本文提出的评价方法适用性好，在整机设计的初始阶段可以对发动机的方案设计提依据和指导。

以某四缸高压共轨柴油机活塞组件为研究对象，建立了活塞组动力学模型，采用硬度塞与热电偶试验方法对模型所需的活塞与缸套的温度场边界条件进行测量，并将仿真模型的计算结果与试验结果标定。采用曲面响应的方法进行研究，重点分析了不同活塞环岸间隙、环槽间隙、活塞环开口间隙、活塞顶环径向弹力对缸内的机油消耗及窜气量的影响规律。运用Box-Behnken的设计方法通过分析表明： 漏气量随环岸间隙与活塞环开口间隙的增大而增大，在保证活塞环组性能的同时，适当减小环岸间隙与开口间隙可有效降低漏气量与机油耗。环槽深度及顶环上侧间隙的变化对窜气量无明显影响。顶环径向弹力与窜气量的关系表现出了较为明显的线性关系，等值线接近于直线，顶环对气体的密封能力强于二环。

柴油机排放法规日趋严格，尿素选择性催化还原（selective catalytic reduction，SCR）是重型柴油机降低氮氧化物（nitric oxides，NOx）排放满足法规的关键技术之一。尿素SCR工作过程中，尿素供给量需要根据发动机工况精确控制以保证SCR具有高的NOx转化效率，同时避免NH3泄漏。通过建立SCR化学反应动力学模型来预估SCR催化器内的NH3存储，基于该模型提出了一种基于模型的SCR闭环控制策略。试验结果表明，采用该控制策略使得世界统一瞬态循环（world harmonized transient cycle，WHTC）NOx排放由原机的8.13g/kW·h降低至0.32g/kW·h，NOx平均转化效率约为96%，平均NH3泄漏低于10ppm，达到欧VI排放法规的要求。

为了探究了点火室容积和喷孔直径对射流效果及预混合气着火过程的影响，本文采用可视化的方法进行了相关研究。通过比较1.0mL和1.9mL点火室得出，增大点火室使射流贯穿距变长但是射流时刻延迟缩短主燃室燃烧持续期。通过比较1mm、2mm和3mm孔径点火室后得出，小孔径点火室射流时刻早贯穿距离长点可缩短主燃室燃烧持续期。点火室喷孔直径过小会使射发生淬息，导致无法点燃定容弹内的预混合气。

缸内直喷汽油机喷油器恶劣的工作环境决定了其必然面临比进气道喷射喷油器更为严重的积碳问题。喷油器积碳会导致喷油器流通能力下降、喷雾形态扭曲，进而影响缸内的油气混合和燃烧过程，从而降低发动机的动力性、经济性，增加废气排放。与发动机运行参数密切相关的喷射参数是影响喷油器积碳量的重要因素。本文中设计了一套实验室研究喷射参数对喷油器积碳影响规律的实验设施，研究了包括喷油频率、喷油脉宽和喷射压力在内的喷射参数对喷油器的影响。实验结果表明，喷油频率提高可以减少积碳量一半以上，喷油脉宽对喷油器积碳量没有显著影响，喷油压力提高对积碳量的影响最为明显。

本文采用三维CFD（computational fluid dynamics）程序KIVA，对一台重载柴油机低温燃LTC（low temperature combustion）模式不同负荷下的燃烧过程进行了参数分析。采用一维GT-POWER模型实现换气过程的模拟计算，实现IVC时刻缸内初始条件与进气条件的关联以及指示燃油消耗率（indicated specific fuel consumption，ISFC）的修正。本文基于之前的优化结果，详细探究了进气门晚关策略（late intake valve closing，LIVC）和进气增压对于完整循环指示功（Wi）、燃油消耗率（ISFC）以及排放特性的协同作用，同时探究了喷油时刻（start of injection，SOI）和废气再循环率（exhaust gas recirculation，EGR）对于各项指标的协同影响。在热力学第一、第二定律的基础上，进一步进行了能量分析。研究结果表明，低负荷下燃烧过程主要受燃料化学反应动力学控制，而中、高负荷下主要受混合控制；当采用LIVC策略时，需要配合较高的进气压力来实现较

本文在一台高温高压定容燃烧弹上研究了不同壁面温度和喷油压力条件下，燃油油束撞壁后近壁面区域的OH、soot以及火焰温度的分布特性。所得结论如下：OH信号首先出现在撞壁点附近。整个燃烧过程中，OH强度和KL因子较大的区域都主要出现在非常靠近壁面的位置。随壁面温度升高，OH出现时刻提前，OH强度和面积、KL因子以及火焰平均温度均增大，soot生成和氧化速率增大。随喷油压力增大，OH强度减小。总之，壁面温度对近壁面区域火焰中OH、soot及温度分布有较大影响。