基于多台汽油机性能对标试验数据的二次开发，总结出了此类发动机的燃烧效率、燃烧持续期、燃烧放热率曲线的形状参数随发动机转速、负荷、过量空气系数等运行参数的变化规律。结果表明：燃烧效率几乎只与过量空气系数相关，二者有明确的线性关系；燃烧品质参数m值主要与发动机的负荷相关，与发动机其他设计及运行参数的关系较弱，在很低负荷时m值随发动机负荷的增大而稍微增加，而当负荷高到一定值时m值稳定在2.0左右不变；燃烧放热率曲线形状呈对称形态；燃烧持续期在低负荷时随发动机负荷的增高而减小，但当平均有效压力（BMEP）大于0.8MPa后，燃烧持续期基本稳定不变。燃烧持续期随发动机运行参数的变化趋势，可用简单的线性关系来表述，并有较好的预测精度。

在一台汽油直喷（gasoline direct injection，GDI）发动机内分别采集了不同部位（节气门、进气歧管、进气歧管翻板、进气门杆、进气门、进气门阀座和活塞顶部等）的沉积物。利用热重分析仪对沉积物样品进行了研究，包括样品的挥发失重和氧化失重分析。为更加清楚地了解各组分的含量，将挥发失重分为易挥发失重、半挥发失重和难挥发失重3个阶段进行分析。结果表明：进气歧管、进气歧管翻板、进气门杆、进气门、进气门阀座处和活塞顶部的沉积物主要包含挥发性有机物、高分子组分、固体炭和灰分，而节气门沉积物中几乎未发现固体炭的存在；除了进气门和活塞顶部的沉积物，其他沉积物绝大部分为挥发性有机物，主要来源于润滑油；进气门和活塞顶部沉积物灰分含量较高，几乎占沉积物总质量的一半。研究表明：沉积物主要来源于发动机润滑油、燃烧室回流废气和空气中的悬浮颗粒，其中节气门受回流废气的影响较小。

采用试验方法研究了小负荷单次早喷射模式下 EGR 率和喷油定时对柴油机预混燃烧过程和颗粒排放的影响．结果表明：当喷油定时处于 45°～35°CA BTDC、EGR 率不超过 60%时，积聚态颗粒物数浓度受 EGR 影响而增加的趋势较为缓慢，此时平均粒径大小在 50～60nm；当 EGR 率超过 60%达到 70%时，积聚态颗粒物数浓度急剧增加，此时数浓度的最大值所对应的平均粒径却减小到 30~40nm．当喷油定时处于 30°～26°CA BTDC 时，积聚态颗粒物数浓度受 EGR 影响并不明显．随着喷油定时的推迟，核态颗粒物数浓度逐渐升高．当ηEGR≤60%,，总颗粒物数浓度受 EGR 率变化影响不大，但随喷油定时的推迟呈现逐渐升高的趋势，与核态颗粒物变化趋势一致；当ηEGR＞60%，总颗粒物数浓度随 EGR 率升高急剧增加，这是积聚态和核态颗粒物共同作用的结果．

在一台 4 缸柴油机上对比研究喷油策略对柴油/汽油/正丁醇混合燃料燃烧和排放特性的影响．试验中发动机转速固定为 1600r/min，使用的 4 种燃料为纯柴油(D100)、柴油/汽油混合燃料(D70G30)、柴油/正丁醇混合燃料(D70B30)和柴油/汽油/正丁醇混合燃料(D70B15G15)．结果显示：与 D100 相比，3 种混合燃料的 soot 排放大幅降低，其中 D70B30 最低．汽油或正丁醇的混入导致缸内压力峰值、放热率峰值和最大压力升高率(MPRR)增大，滞燃期延长，主燃烧放热时刻(CA50)推迟，燃油经济性恶化．然而，CO 排放升高，喷油时刻提前，可以明显削弱这一现象．D100 与混合燃料的 NOx 排放之间基本没有差异．并且，混合燃料的 soot 排放对喷油策略的敏感程度远低于D100．但推迟喷油能够大幅度抵消掺混汽油或正丁醇所引起的 MPRR 升高趋势．此外，喷油压力对 soot 排放的影响大于喷油正时．

基于一台 1.3T 小型涡轮增压汽油机，采用低压废气再循环(EGR)，通过调整节气门开度、点火正时以及进气可变气门正时(VVT)对燃油消耗率进行优化，在小、中和大 3 种负荷分别得到了 2.4%、4.7%和 13.2%的燃油消耗率改善．结合一维仿真，分析了引入 EGR 后不同因素对燃油经济性改善的贡献程度，得到结论：在小负荷对节油率的贡献主要来自于传热损失的降低，中负荷来自传热损失的降低和等容度的提高，而大负荷则是由于等容度的提高．针对等容度评价，提出了一种理论模型将其量化比较，发现受到燃烧持续期以及燃烧重心的共同影响，小负荷时 EGR 优化燃油消耗率后会略微降低原机在该工况下的等容度，中负荷和大负荷则有不同程度的提升，大负荷的提升程度为 16.0%，明显大于中负荷时的 2.4%.

采用 AVL Fire 软件开展了天然气发动机燃烧室的优化设计，通过对燃烧室型线的敏感性分析，获得了两个燃烧室优化设计方案．对放热率、湍动能及速度场分析后发现：缩小碗口直径有利于增强燃烧室内气体的滚流与涡流运动，从而提升湍动能与气体运动速度，加快燃烧放热过程；然而燃烧室优化方案 I 中小凸台的存在增加了进气能量的耗散，点火时刻湍动能较低，使其火焰发展期并没有缩短，不过快速燃烧期在挤流运动的作用下得以加快．开展的发动机台架试验结果表明：燃烧室优化方案Ⅱ实现了有效燃气消耗率下降 2.9%以及分管排温平均降低 18.3℃的改善效果．通过优化标定，燃烧室优化方案Ⅱ在达到相同氮氧排放的情况下，有效燃气消耗率较原燃烧室方案改善了 1.5%．

基于纹影法，对不同孔径的单孔喷嘴在多种气源压力和背压条件下的高压燃气射流宏观结构特性进行研究．结果表明：即使在很小的压力差条件下，喷孔出口处仍然会形成不充分膨胀气体射流，而气体在出口处的膨胀、加速过程和诱导激波是区别于液体喷雾的主要特征．背压变化对气源与背压比的影响明显，其对射流贯穿距及锥角的影响要大于气源压力和孔径带来的影响．虽然甲烷和氮气的密度差别较大，但在相同条件下贯穿距结果无明显区别，壅塞现象对高压燃气喷射具有重要影响．由此，初步提出了针对高压燃气喷射的射流贯穿距经验公式．喷孔出口处的膨胀过程使燃气射流的近场锥角要明显大于远场锥角，同时使气体速度达到超声速，但对射流前锋面速度无明显影响，在喷射时TASOI＝1ms 之后，前锋面速度便降低到了 50m/s 以下．在低背压条件下，燃气射流表现出较强的空间拓展和分布能力，但随着背压增加，气体射流的面积和体积明显减小.

通过可调二级增压柴油机高海拔燃烧与性能模拟试验，研究了不同海拔条件下二级增压器与柴油机的匹配特性、柴油机燃烧特性和动力经济性能随可调二级增压系统调节参数(VGT 叶片开度)的变化规律．结果表明：不同海拔下，可变截面的涡轮增压器(VGT)叶片开度对高压级增压器特性参数(涡前压力、压比和转速)影响较大，而对低压级增压器特性参数影响较小；随 VGT 叶片开度减小，柴油机进气流量增大，联合运行线向阻塞线方向移动，缸内最高燃烧压力和最高瞬时放热率增大，预混燃烧瞬时放热率峰值减小，滞燃期缩短，燃烧重心向上止点方向偏移；海拔为 5.5km、VGT 叶片开度从 80%降低到 50%，有效功率提高了 2.5%，有效热效率提高了 2.4%．

基于柴油引燃天然气缸内直喷发动机，采用 AVL-Fire 软件研究了天然气和柴油喷孔相对交角、相对距离和相对夹角这 3 个重要几何参数对燃烧排放的影响．结果表明：两喷孔相对交角影响 NOx 和碳烟(soot)排放，NO 最小生成量比最大生成量少 36%，通过改变相对交角可以同时降低 NO 和 soot 排放，但对缸内平均压力的影响较小；两喷孔相对距离会影响污染物生成，并且相对距离越小，温度场分布越均匀，发动机缸内平均压力越高；两喷孔相对夹角减小时，发动机缸内平均压力升高，NOx 排放增加．研究结果对双燃料直喷发动机的两喷孔相对位置的优化有一定的指导作用．

基于时间模式不稳定性理论，研究了无黏静止气体中二维幂律流体液膜射流不稳定过程．在对幂律流体本构方程线性近似的基础上，通过对非对称模式和对称模式的色散方程的推导和求解，研究了广义雷诺数、韦伯数、气/液密度比以及幂律指数对于液膜破碎的影响．结果表明：在两种模式下，不论剪切变稀流体还是剪切变稠流体，液体的黏性和表面张力都会抑制液膜破碎，而气/液相互作用力则促进液膜破碎．而且，幂律指数越小，液膜射流越容易破碎．同时，尽管非对称模式在液膜破碎过程总是占据主导地位，但是当两种模式的最大扰动增长率的量级同阶时，对称模式对于液膜破碎也起着重要作用．