利用高速摄影和粒子图像分析技术(PDIA)研究了生物柴油、B 20(80% 生物柴油和20% 正丁醇)、P 20(80% 生物柴油和20% 正丙醇)和E 20(80% 生物柴油和20% 乙醇)的喷雾宏观和微观特性，主要对喷雾贯穿距离、喷雾锥角、索特平均直径(SMD)和液滴尺寸分布等喷雾特性参数进行了分析．结果表明：生物柴油、B 20、P 20和E 20的喷雾贯穿距离依次减小，平均锥角依次增大．随喷射压力和环境压力的增加，燃料的影响逐渐削弱，喷雾贯穿距离和锥角主要受喷射压力和环境压力的影响．喷射压力的升高使生物柴油和醇类-生物柴油混合燃料的SMD 减小，小粒径液滴所占的比例有所上升．喷射压力为80 MPa、环境压力为1 MPa 时，轴向距离为50 mm 处，醇类-生物柴油混合燃料相对生物柴油SMD 平均减小1.6 μm(5.7% )，不同醇类-生物柴油混合燃料间SMD 也依次减小，但幅度略小．醇类与生物柴油掺混可以提高喷雾质量．

利用进气行程排气门二次开启实现排气回流，并通过排气门行为参数和滚流强度的改变对回流废气的缸内分层分布进行主动控制．为探究不同影响因素下回流废气缸内分布的规律性，在一台滚流气道单缸光学发动机上应用平面激光诱导荧光法测量了不同排气门二次开启规律、不同进/排气压差以及增强滚流等条件下回流废气在不同曲轴转角的分布状态．结果表明：排气门二次开启时刻在进气行程中后期时，回流废气会随着缸内已形成滚流运动沿燃烧室外围产生旋转运动，在近点火时刻保持回流废气与新鲜空气的分层分布状态；排气门二次开启时刻在进气行程前期时，由于缸内未形成有效的滚流运动，回流废气过早进入气缸基本形成均匀混合气；进气行程中后期较高的排气门二次开启升程仍能形成良好的EGR 分层状态，并且还能起到减缓滚流旋转运动的作用；进/排气压差过大时，回流废气量较大，废气气流运动也较强，不易于产生EGR 分层；较强的滚流运动可以加快回流废气缸内旋转速度，相同的曲轴转角内产生更大的转移幅度．

直喷式汽油机的混合气形成质量依赖于缸内复杂湍流场．对缸内湍流场特性的全面认识和合理的控制有利于实现发动机的高效清洁燃烧．首先采用大涡模拟数值计算和粒子图像测速相结合的方式对缸内流场展开研究，获取了缸内瞬态涡量场信息，发现缸内大尺度涡团主要由进气射流和缸内原有流场的相互剪切作用产生，同时在不同周期之间，涡量场存在着明显的循环变动．然后应用本征正交分解方法对所获得的流场数据库进行深加工，更加科学和全面研究了缸内流场单一周期内的演变和多周期间的循环变动．同时还可以证明本征正交分解方法可以用来作为验证发动机缸内湍流场数值模拟结果准确性的有效工具．

基于颗粒群平衡理论，构建了详细的碳烟模型，采用Monte-Carlo 算法进行数值求解，结合详细的化学反应机理，对乙烯/乙醇/空气层流预混火焰中碳烟的生成进行了研究．通过计算对比了不同比例乙醇(0、10%、20%和30%)添加对碳烟颗粒生成过程的影响，获得了不同火焰高度下碳烟体积分数和尺寸分布等信息．结果表明：乙醇的添加增强了火焰中碳烟前驱物和碳烟颗粒的氧化反应，有效抑制了碳烟的生成；随着乙醇添加量的增加，颗粒尺寸分布的双峰结构越不明显，第2 峰值往前推移．

在一台喷油器中置的单缸直喷汽油机上，基于2,000 r/min、平均指示压力(IMEP)为0.3 MPa 的工况，研究了多次点火技术对喷雾引导分层燃烧性能的影响．基于NI ComPactRIO 开发了一套单缸机控制系统，成功实现多次点火并应用于试验．结果表明：多次点火技术增加了点火次数和点火能量，改善了分层燃烧的稳定性．在相同的喷油开始时刻(SOI)为50° CA BTDC 时，多次点火的稳定点火窗口比单次点火增加了15° CA．此外，多次点火能拓展分层燃烧的EGR 率容忍度．随着EGR 率的提高，分层燃烧相位推迟，燃油消耗率及排放可以得到优化．相比单次点火，在SOI 为50° CA BTDC、点火时刻(IGN)为40° CA BTDC时，其EGR率上限可以从15% 拓展到22% ，指示燃油消耗率(ISFC)降低约3% ，NOx排放降低约20% ；在EGR 率同为15% 时，其THC 排放降低约10% ，CO 排放降低约8.3% ．

在一台1.8 L 直列4 缸涡轮增压直喷汽油机上，分别燃用汽油、异丁醇占混合燃料的体积分数为20%(IB 20)、40%(IB 40)、乙醇体积分数为20%(E 20)和40%(E 40)，保持转速和转矩不变、过量空气系数为1，在不同EGR率下分析异丁醇和乙醇汽油的燃烧和排放特性．结果表明：异丁醇和乙醇都会使火焰发展期延长；乙醇可以促进EGR氛围下的火焰传播，但会导致燃烧温度升高，有效热效率下降；异丁醇能够降低燃烧温度，提高有效热效率．部分负荷时，废气再循环(EGR)结合异丁醇可以实现更低的燃油消耗．异丁醇和乙醇均能降低THC 和颗粒物数量浓度排放，但乙醇会使CO 和NOx排放增加．异丁醇可以在EGR 的基础上进一步降低NOx排放，降低颗粒物数量浓度排放的效果也优于乙醇，排放控制方面比乙醇更有优势．

选取3 个海拔高度(10、1,000 和1,670 m)进行自然吸气小功率柴油机的燃烧和排放试验，其中，1,000 m 和1,670 m 的试验环境通过内燃机高海拔大气状态模拟试验系统获得．结果表明：海拔高度升高，同工况下柴油机的最大燃烧压力减小，燃烧始点推迟，滞燃期延长，预混燃烧比重增加，缸内最高燃烧温度升高．海拔高度愈高，排气烟度快速增加的临界功率点愈向小负荷方向偏移，且烟度上升段斜率变大；但在小负荷时，其烟度略有降低．各气体污染物排放量的变化是：海拔高度增加，HC 排放明显增加，且在中小负荷时最为显著；CO 排放在大负荷和小负荷时增加，在中等负荷附近出现持平或不同程度的下降；NOx 排放随海拔升高变化最小．柴油机整机排放HC、PM明显增大，CO、NOx变化较小．采用等烟度原则减小高原地区自然吸气柴油机的标定功率，能有效扼制CO、HC 和PM排放的恶化．

以加装了甲醇喷射系统的玉柴YC4D120-30 柴油机为研究对象，建立了柴油/甲醇双燃料(DMDF)燃烧模式的能量平衡模型；在1,660 r/min、420 N·m 和1,660 r/min、105 N·m 两个工况点进行了纯柴油(D)模式和DMDF 模式能量平衡分析，结果表明：大负荷时甲醇对柴油的替换比低于理论值，主要原因是双燃料燃烧模式的冷却损失比相应的纯柴油模式低；在小负荷时甲醇对柴油的替换比高于理论值，主要原因是双燃料燃烧的不完全燃烧损失随负荷降低而大幅增加．在1,660 r/min 各个负荷下进行了甲醇替代率试验，结果表明：双燃料燃烧模式的冷却损失均低于纯柴油模式，且随着替代率增加冷却损失进一步降低．在1,660 r/min、420 N·m 工况点进行了不同甲醇温度试验，结果表明：相同替代率下，替换比随着甲醇温度的提高而降低．这些现象都与双燃料燃烧模式下发动机的能流分布有密切联系．

通过对不同EGR 率、EGR 废气组分以及EGR 温度下产生的颗粒进行采集，采用X 射线近边吸收光谱 (NEXAFS)技术，研究了EGR 对柴油机颗粒官能团的影响．通过分析颗粒的NEXAFS 谱线特征，确定了颗粒中官能团的主要组分，采用分峰拟合方法，考察了EGR 对官能团相对含量的影响规律．结果表明：柴油机颗粒中碳官能团主要分布在近边能量为284～292 eV 范围内，呈典型石墨结构，主要包括不含氧的芳香基碳和石墨碳官能团，醌类、羧基、羰基和酚/酮类等含氧官能团以及脂肪族C—H 官能团；随着EGR 率增加，颗粒中不含氧官能团逐渐降低，含氧官能团以及脂肪族C—H 官能团呈升高趋势，说明EGR 对于提高颗粒的氧化活性具有一定促进作用．废气中的CO2增加了颗粒中含氧和脂肪族C—H 官能团，降低了不含氧官能团，N2对官能团的相对含量影响不大；EGR温度增加，颗粒中不含氧官能团增加明显，含氧官能团以及脂肪族C—H 官能团均有所降低．

采用多维数值模拟研究方法系统研究了燃料结构和不同醇类燃料对定容燃烧弹中正庚烷喷雾燃烧过程中碳烟生成过程的影响．研究结果表明：在高温高压条件下，燃料物性对喷雾破碎和蒸发过程影响较小，滞燃期和含氧量是影响混合过程和碳烟排放的主要因素；正十二烷的碳烟生成量远高于正庚烷，PRF20(80%正庚烷＋20%异辛烷，质量比)的碳烟生成量与正庚烷接近；甲醇、乙醇和正丁醇燃料的含氧与促进混合共同作用可显著降低正庚烷/醇类掺混燃料的碳烟体积分数；与正庚烷和PRF20 燃料相比，含氧作用是B20(80%正庚烷＋20%正丁醇)燃料降低碳烟排放的主要因素；M20(80%正庚烷＋20%甲醇)和E20(80%正庚烷＋20%乙醇)的滞燃期和火焰浮起长度长，含氧量也相对较高，与此对应其碳烟生成量也较低，M20 燃料的碳烟最少；在E20 的滞燃期和火焰浮起长度均比M20 略长的情况下，得益于甲醇较高的含氧量和C—O 分子结构，相同质量掺混比例条件下正庚烷/甲醇掺混燃料降低碳烟的效果更明显．