提出了基于神经网络和遗传算法进行阿肯金森(Atkinson)循环发动机几何压缩比优化的方法. 首先利用几何压缩比为 11 的奥拓(Otto)循环发动机的试验数据验证了发动机人工神经网络模型的预测准确性，然后联合遗传算法和神经网络模型进行了目标 Atkinson 循环发动机的几何压缩比优化，约束条件是外特性转矩、爆震强度和排气温度，优化目标是使燃油消耗率最小. 结果表明：联合遗传算法和神经网络模型进行发动机设计和性能优化，具有较高的效率和准确性. 优化后确定目标 Atkinson 循环发动机的最佳几何压缩比为 12.5，并在此基础上进一步优化发动机的操作参数及其外特性.

为了提高车用内燃机变转速、变负荷面工况性能，提出了离心压气机优化设计方法，即通过考虑压气机设计工况与非设计工况流场的关联效应，抑制不同工况流场之间的差异，优化离心压气机结构．利用该方法对某柴油机离心压气机进行了优化设计，其设计工况与非设计工况之间的流场偏差集中在大叶片进口叶尖部分，据此提出了压气机前缘前掠的流场控制措施. 仿真分析表明：改型离心压气机流场偏差得到了明显抑制，其设计工况性能变化较小，非设计工况压比提高了 4.46%，效率提高了 1.56%．

为改善柴油机瞬态加载过程中燃烧与排放性能恶化的问题，利用瞬态测控系统，在一台增压中冷柴油机上试验研究了先快后慢的多段加载策略，探索不同的“第一段加载率”、“加载停滞时间”及“第二段加载率”对柴油机转矩响应性能、燃料放热量10%,所对应的曲轴转角(CA10)、燃料放热量50%,所对应的曲轴转角(CA50)、烟度、CO 和NOx 等排放物的影响规律．结果表明：与匀速加载策略相比，“第一段加载率”越大，转矩响应性能越好，50%,转矩响应性最大提高20.4%,；较长的“加载停滞时间”能够改善排放恶化问题，烟度和CO 峰值最大分别降低16.67%,和27.99%,，且在第二段加载过程中CA10 和CA50 延后程度降低；而“第二段加载率”越大，90%,转矩响应增加率越小，燃烧与排放略有恶化．综合考虑瞬态性能，“第一段加载率”为665,(N·m)/s，“加载停滞时间”为1.2s，“第二段加载率”为221.67(N·m)/s 的加载策略为最具折衷性能的多段加载策略．

基于内窥镜测量技术，在一台6 缸高压共轨重载柴油机上研究了预喷正时、预喷油量与EGR 率等对燃烧放热、排放物生成的影响作用．对柴油机缸内燃烧过程中的火焰图像进行了采集，并且通过双色法计算得到了碳烟颗粒场分布图像．结果表明：随预喷正时延迟，缸内峰值压力升高，预喷燃烧的两阶段放热现象消失，预喷燃烧的火焰亮度加强，NOx 和碳烟排放均降低；随预喷油量增加，预喷燃烧的放热率和火焰亮度升高，NOx 和HC 排放增大，而碳烟和CO 排放降低；随EGR 率提高，预混燃烧强度变弱并且开始呈现两阶段放热现象，主燃烧始点滞后，NOx 排放显著降低，但碳烟、HC 和CO 排放升高．采用内窥镜测量可以更方便准确地了解发动机实际运行工况下缸内燃烧特性．

通过两级增压共轨重型柴油机重点研究废气再循环(EGR)和主喷定时对发动机燃烧特征参数与排放特性的影响．结果表明：随EGR 率增加(NOx 降低)，整个燃烧持续期增加，主要由燃烧放热后半期延长所致，中、小负荷燃烧持续期增量小于大负荷，同时中、高转速大负荷燃烧持续期增量小于低速大负荷；在同一运行工况上存在一最优循环累积放热量达到总放热量50%,时所对应的曲轴转角(CA,50)和燃烧持续期，此时热效率最高．采用EGR 降低NOx 时不可避免增加燃烧损失，使CA,50 尤其是燃烧持续期偏离最佳经济区，导致热效率下降；实现等NOx 排放时，推迟主喷定时可有效降低低速大负荷碳烟(soot)，改善NOx-soot 的trade-off 关系．在高转速大负荷时，推迟主喷定时会使soot 先降后升，且导致燃油消耗率(BSFC)明显增加；进气温度升高会导致NOx 与soot 和BSFC 之间trade-off 关系变差，但合理推迟主喷定时可同时削弱进气温度对NOx-soot 和NOx-BSFC 的trade-off 关系影响．

基于9 步法现象学碳烟模型，根据４种情况考虑了碳烟表面氧化对碳烟数密度的影响，并将改进后的模型耦合到KIVA-3V Release 2 程序中．应用该模型，对柴油在定容弹中不同初始温度(800、900 和1,000,K)下的燃烧和碳烟生成进行了多维数值模拟，并通过对应的试验结果进行校准．结果表明：各工况下预测的碳烟生成过程与试验值能定性地吻合．随着初始温度降低，点火时刻推迟，燃烧持续期缩短，燃烧模式由扩散燃烧向预混燃烧转变，碳烟生成降低．低初始温度下，碳烟的生成和氧化机理均受到抑制，然而局部燃烧温度峰值的降低和高温区域的缩减并不明显，碳烟的降低主要由于高燃油当量比区域的缩减．

运用新近开发的生物柴油物性预测模型，对大豆生物柴油喷雾模拟研究所需物性进行了系统预测，并将大豆生物柴油添加到开源模拟软件KIVA-3V 的燃料库中．基于KIVA-3V 软件，研究了柴油机后喷工况(环境温度为800～1400K，环境密度为1.2～3.0kg/m3)下，燃油温度对生物柴油喷雾特性的影响规律．模拟结果表明：随着燃油温度的增加，生物柴油的液相贯穿距减小，燃油气相质量分数和索特平均直径增大；生物柴油燃油温度每增加50K，其液相贯穿距降低约10%,；燃油温度为473K 的生物柴油的喷雾特性与燃油温度为373K 的柴油基本相同．

柴油机喷嘴内空穴流动对喷雾有着重要影响，而燃油物性又强烈影响着喷嘴内空穴流动，因而弄清不同燃油温度下的燃油物性对喷嘴内空穴流动影响有重要的意义．在自行搭建的透明喷嘴内空穴流动自循环可视化试验台上，采用高速数码摄影和长工作距离显微成像技术，获得了不同燃油温度下喷嘴内空穴流动图像及流动特性数据．结果表明：随着燃油温度升高，空穴初生压力减小；在同样边界条件下，燃油温度越高，其雷诺数越大．对流量系数与空穴数平方根线性关系进行了修正；试验观察到了迟滞现象，为对该现象进行分析，分别定义并获得了不同燃油温度下可视化临界空穴数与定量测量临界空穴数，并发现在不同燃油温度下可视化临界空穴数都大于定量测量临界空穴数．

通过定容弹自由喷雾试验分析了喷油压力、环境压力及环境温度对缸内直喷汽油机用6 孔喷油器喷雾特性的影响．为获得适用于高压汽油喷雾破碎模拟的数值模型，基于喷孔出口处喷雾已完全雾化的假设，对喷雾初始粒径由 2 -分布采样并结合喷雾贯穿距对喷雾液滴初始速度进行修正，二次破碎模拟采用 Huh-Gosman 模型对定容室内喷雾雾化过程进行了模拟．与喷雾试验结果相比，修正后的喷雾破碎模型无论是外观形态还是喷雾贯穿距以及索特平均直径(SMD)均与实际喷雾很好地贴合，为汽油喷雾破碎模拟探索出一条适用且便捷的途径． 关键词：汽油缸内直喷；完全雾化；喷雾；破碎

针对高原环境下，涡轮增压柴油机动力性恶化，涡轮增压器喘振、超速和涡轮入口温度上升等问题，提出通过遗传算法优化喷油策略恢复高原功率的方法．在柴油机性能仿真模型的基础上，建立了柴油机高原喷油策略优化模型，设计了遗传算法中选择优良个体的依据——适应度函数，通过仿真研究喷油参数对喘振裕度的影响规律，并结合喷油参数对增压器转速和涡前温度的影响规律，将适应度函数中的罚参数的个数由4 个缩减为2 个，研究了罚参数对种群分布和优化效果的影响，提出了罚参数取值方法并验证了其合理性．海拔4km 条件下的优化结果显示：标定点功率相对原机提升21%,，恢复至原机平原水平的89.5%；燃油消耗率相对原机降低9.6%.