通过数值仿真手段，对焦炉气发动机的排放特性进行了研究。首先，基于焦炉气化学反应机理，采用耦合计算化学反应与流动的方法，利用FIRE软件建立了焦炉气发动机模型。其次，通过甲烷的台架试验，对比缸内压力与排放结果，对搭建的数值仿真模型的准确性进行了验证。最后，利用所搭建的仿真模型，对点火提前角、过量空气系数、转速改变时焦炉气发动机的排放特性进行数值仿真研究。结果表明，搭建的数值仿真模型能够较好的模拟焦炉气发动机的缸内燃烧过程与排放特性，能准确反映焦炉气发动机排放特性随点火提前角、过量空气系数、转速改变时的变化规律，为焦炉气在车用发动机上的进一步应用研究奠定了基础。

使用高速摄影可视化方法研究了快速压缩机内异辛烷-空气混合气在压缩终点点火后的燃烧及爆震过程，分析了不同末端混合气自燃模式与发动机内的爆震形式之间的关系，研究了点火位置和热力条件对末端混合气燃烧模式的影响。结果明确了发动机的超级爆震是缸内产生爆轰的结果，点火位置对末端混合气燃烧模式的影响较弱，但混合气的能量密度对燃烧模式有重要影响。

基于焦炉气化学反应机理，利用GT-Power软件，耦合自燃模型建立发动机爆震模型，研究焦炉气发动机的爆震特性。首先，利用GT-Power 软件，搭建一维仿真模型，并耦合根据chemkin-II编写的自燃模型，建立爆震模型。其次，根据GRI-Mech3.0机理，利用敏感性分析与粒子群算法，建立焦炉气化学反应机理。最后，利用爆震仿真模型，研究了焦炉气发动机压缩比与点火提前角变化时的爆震特性。结果显示，本文建立的焦炉气发动机爆震仿真模型能够准确地预测爆震的发生，为焦炉气发动机的进一步研究奠定基础。

以6缸可调两级增压柴油机为研究对象，设计了高压涡轮旁通闭环控制系统，可根据空燃比及其变化率对旁通阀开度进行闭环控制。瞬态工况试验表明，设计的闭环控制系统和算法对于发动机动态响应性能具有明显的效果。当发动机喷油量或者转速增加时，系统判断其进入加速或加载阶段，旁通阀迅速关闭，进气压力迅速建立，减弱了涡轮增压系统的迟滞效应，当过量空气系数出现上升趋势时，旁通阀调节至初始开度，等发动机喷油量和转速都不发生变化时，系统判断发动机恢复稳态，控制进入稳态调节模式。对比其他不含动态判断的情况，各性能参数超调量明显减少，发动机响应特性明显提升。

为预测行驶工况下轻型货车发动机的燃油经济性和污染物排放特性，基于Matlab/Simulink建立车辆动力传动系统仿真平台，仿真分析行驶工况下车辆循环百公里燃油消耗量、NOx和PM排放特性以及百公里燃油消耗量、NOx和PM排放对主减速比、变速器各档传动比变化的敏感性。研究结果可为标准行驶工况下柴油车性能预测及动力传动系统的匹配优化提供参考。

针对当前煤基费托合成F-T柴油的成本及润滑问题，将雾化特性差异较大的甲醇、生物柴油与F-T柴油混合，在加入表面活性剂后制成透明均一的微乳化柴油替代燃料。在分析煤基F-T柴油多元微乳化燃料理化性质的基础上，在一台四缸增压直喷柴油机上进行台架试验，分别燃用三种配比的多元燃料、0#柴油及纯F-T柴油和生物柴油，对它们的燃烧特性进行了对比分析研究。研究结果表明，所提出的煤基多元微乳化燃料是一种可行的柴油替代方式。

基于高速摄影直拍和纹影法研究较高背景温度和背景压力状态下的柴油喷雾特性。通过MATLAB的图像处理功能对试验图片进行处理。其中高速摄影直拍图片采用阀值将油束与背景分离，得到喷雾液相发展过程；纹影图片采用相邻两图做差并累加得到含有气相的总的雾注发展过程，并将液相油束轮廓导入，得到最终的处理结果图。最后根据得到的气液相边界点坐标，计算出喷雾宏观特性。采用该试验以及图片处理方法，研究了喷油压力对喷雾特性的影响，为燃烧系统匹配与数值计算模型标定提供更为全面的数据支持。

在一台单缸柴油机上，将燃料特性依次分离，研究不同燃料特性在宽广EGR范围内对柴油机燃烧和排放的影响规律。研究发现在体积比20%掺混比例下，燃料芳烃、硫含量等成分的改变以及沸点粘度的改变对燃烧和排放的影响很小；当正庚烷掺混比例不断提高直至纯正庚烷后，燃烧放热时刻基本一致，只是随着燃料沸点和粘度降低，预混燃烧放热峰值提高、预混放热比例增大，因此导致碳烟排放减少，而且在小负荷工况下对碳烟降低影响更显著，对于气体排放物影响很小。燃料十六烷值是决定燃烧放热时刻最关键参数，十六烷值和燃料含氧作用是降低碳烟排放最主要两个因素，但究竟哪个因素起主导作用，视不同燃料十六烷值而定。在层流部分预混燃烧火焰中，以80%正庚烷与20%甲苯混合燃料为柴油替代物，保证混合燃料质量分数相同的前提下，依次掺混甲醇、乙醇、正丁醇、丁酸甲酯、2，5二甲基呋喃，发现从含氧燃料分子结构讲，正丁醇燃料降低碳烟的能力最强。

内燃机产生的最大功率主要是由气缸内燃料有效燃烧所放出的热量决定的，而这又受到每循环吸入气缸内实际空气量的限制，因此满足发动机动力性的前提下，发动机外特性的性能提高应充分考虑空燃比的影响。在系统分析柴油机可变喷嘴增压（VNT）和废气再循环（EGR）系统行匹配关系的基础上，应用GT-POWER软件，根据实验样机建立了高压共轨柴油机与增压器的分析模型，进行了增压器与柴油机匹配研究，分析了空燃比和燃油经济性随VNT开度的变化规律；在外特性不同转速下，以空燃比为限值，通过参数变量扫值优化方法寻求最小燃油消耗率所对应VNT开度，对柴油机外特性进行优化。研究表明：燃油消耗率随VNT开度变化规律，在高低转速下不一致；在高转速区，燃油消耗率随VNT开度增大而逐渐减少，在低转速区，燃油消耗率随VNT开度变化，逐渐趋向平缓。

针对可代替整车道路测试的发动机在环整车仿真技术，本文通过仿真与试验相结合的方式，搭建了基于dSPCE的半实物仿真平台，并验证了仿真平台的可靠性。研究结果表明，该整车仿真技术具有很好的稳定性，标准偏差可有效地控制在0.8%以内，其可靠性偏差较转鼓测试技术控制在3%以内，由此可知，该技术可以有效替代整车道路测试。