为了提高发动机的动力性能以及降低污染物排放水平，在一台直列4缸涡轮增压共轨柴油机上，研究不同高压喷射乙二醇（EGP5、EGP10、EGP20）在不同替代率（EG0、EG5、EG10、EG15）下对发动机燃烧与排放特性的影响。研究结果表明：在相同喷射压力（EGP）下，缸内峰值压力和峰值放热率随着乙二醇替代率的增加，呈先下降后上升的趋势；随着乙二醇喷射压力的增加，缸内平均温度也随之增加，滞燃期基本不变，燃烧持续期略微缩短，而且NOx排放量随着替代率的增加而下降；在相同替代率下，随着EGP的增加，缸内峰值压力略微下降，而有效热效率越大，且EGP20的有效热效率平均比EG5高出1.6%。总而言之，当乙二醇的喷射压力为20MPa时，发动机的燃烧与排放性能得到较好的平衡。

本文采用离子交换法和浸渍法分别制备了Cu-SSZ-13和Ag/Al2O3粉体催化剂和双层结构和混合结构的整体式催化剂，基于模拟气试验平台，通过改变进气氛围、空速等条件，研究了氨气催化氧化过程以及涂层结构对催化剂活性和副产物生成性能的影响。研究结果表明，无NO存在条件下，Cu-SSZ-13作为顶层，Ag/Al2O3作为底层的双层结构降低了NH3的转化效率，并且随着顶层催化剂负载量的增加，NH3转化效率进一步下降，在较高空速下，这种趋势进一步加强。然而这种双层结构的催化剂明显减少了NOx副产物（NO、NO2、N2O）的生成，600℃时，NO由单层的305ppm分别降低至51,40,35ppm，而NO2和N2O在双层结构催化剂上几乎没有生成。在NO存在条件下，双层结构催化剂有利于提高NH3和NO的转化效率，并且随着Cu-SSZ-13催化剂的负载量的提高，NH3和NO的转化效率还会进一步提升。此外，研究了混合结构与双层结构催化剂在不同条件下的催化氧化性能，结果表明，在无NO的情况下，混合结构催化剂比双层结构催化剂有着更高的NH3转化效率，但混合结构催化剂下副产物的生成量略高于双层结构催化剂。而在有NO的条件下，双层催化剂比混合催化剂表现出较高的NO转化率。

液膜的生成是选择性催化还原系统中尿素水溶液分解过程的关键步骤，为探究混合器结构对这一过程的影响设计两种混合器，其中混合器1（M1）在顶端布置旋流叶片，混合器2（M2）的挡板有两个圆孔。通过三维仿真模拟不同混合器结构和喷射参数（喷射压力、喷雾锥角和喷孔倾角）下喷雾液滴索特平均直径（Sauter mean diameter，SMD）和液膜分布。结果表明：同时减小喷雾锥角和喷孔倾角对两种混合器区域内液滴SMD无显著影响，液膜质量略有增加；增加喷射压力之后，两种混合器区域内液滴SMD降低，由于带有旋流叶片的M1系统液滴和液膜分布较为均匀，会使液膜质量增大，M2系统液滴和液膜分布较为集中，会抑制液膜质量的增长。

数值模拟研究了预燃室式燃烧室中预燃室喷油定时和预燃室喷油角度对重型柴油机燃烧和排放的影响。结果表明：预燃室式燃烧室有提高指示热效率的潜力，部分预燃室方案能够同时降低NOx和碳烟排放。优化后的方案表明，预燃室产生的持续湍动能扰动使得缸内未燃混合气重新分布，当量比为1附近混合气增多，燃烧更加充分，同时降低了NOx和碳烟排放。最终优化方案（预燃室喷油定时0°CA ATDC，预燃室喷油角度为54.5°）：NOx排放减少2.48%，碳烟排放减少21.07%。

为探究预燃室湍流射流点火模式下氨燃料的着火燃烧特性，本研究应用CONVERGE三维数值模拟软件，建立带有预燃室射湍流射流点火系统的定容燃烧弹三维数值模型，开展了预燃室喷射氢气射流点火模式下氨燃料着火燃烧过程的模拟研究。研究发现，在主燃烧室进气过程和点火后预燃室燃烧的影响下，主、预燃室之间的流动过程可分为四个阶段，预燃室内混合气着火后，压力迅速升高，火焰夹带着未燃混合气和燃烧产物形成由预燃室流向主燃烧室的高速射流；点火时刻，在主、预燃室之间气体流动与氢气喷束的共同作用下，预燃室内形成局部过浓区、均质混合气区和稀薄混合气区；整体着火燃烧过程分为三个阶段：冷态射流阶段、射流火焰点火阶段和主燃烧室快速燃烧阶段。

对一体式和分体式选择性催化还原（SCR）尿素喷射系统的工作原理、布置方式、经济性以及对SCR系统性能的影响进行了对比分析。研究结果表明，尿素喷射系统仅通过尿素喷射量及尿素雾化状态对SCR系统性能产生影响，与尿素喷射系统采用一体式或分体式结构形式无关。一体式尿素喷射系统采用变频尿素泵运行，其能耗更低。分体式尿素喷射系统布置更加灵活。该研究为SCR系统选择合适的尿素喷射系统提供参考。

天然气掺氢混合燃料是当前减少内燃机碳排放的理想燃料。使用实验方法研究了当量比HCNG发动机热效率、NOx排放、缸内压力和放热率在不同掺氢比和EGR率下的变化规律。结果表明，随着EGR率的提高，有效热效率随之增加，燃烧时间增加，NOx排放，缸压和放热率随之降低；随着掺氢比的增加，最佳热效率对应的点火角被不断推迟，NOx排放逐渐增加，燃烧时间缩短，发动机的缸压和放热率增加；中低负荷下，热效率受主要受燃烧相位影响；高负荷条件下，随着掺氢比增加，热效率主要受爆震限制影响。

三效催化转化器（Three-Way Catalyst，TWC）的储氧能力使其在Lambda偏离1时仍能维持NOx、CO、HC的高效转化。为建立面向控制的TWC模型，需获取TWC内的储氧信息，但储氧量无法直接测量，故先建立了TWC化学反应模型，该模型计算下游Lambda的准确度大于98%，认为该模型合理，并用该模型计算的相对储氧量（Relative Oxygen Level，ROL）来表征TWC内的储氧量。其次，为进一步提升计算速度并降低模型算力需求，基于门控循环单元（Gated Recurrent Unit，GRU）建立了TWC-GRU模型，训练后的TWC-GRU模型可以计算ROL，准确度高达96.7%。此外，TWC-GRU模型鲁棒性好，运算速度能满足实时控制需求。

针对柴油/氨化学反应动力学机理简化难题，提出了一种基于氨，正十烷，异辛烷，甲基环己烷和甲苯的多组分柴油/氨双燃料化学反应动力学机理简化方法，获得了包含90个组分和400个基元反应的机理模型。结合OH自由基敏感性分析法对机理模型进行了优化，并对比快速压缩机测量的滞燃期试验数据进行验证。结果表明：该化学反应动力学机理能够在较宽的范围内准确预测柴油/氨点火延迟期，可用于不同氨能量替代率、温度、压力和当量比条件下柴油/氨双燃料燃烧特性仿真，与现有详细机理模型进行对比发现，在相同运算条件下，不仅计算速率可以提升93.3%，而且预测精度更高。

转子发动机是一种具有潜力的无人机动力设备，RP-3航空煤油是我军燃料通用化研究的重点研究对象。为此，开展航空煤油转子机的研究具有十分重要的科学意义。本文以Z160风冷转子机为研究对象，基于流体动力学仿真平台，建立并验证了转子机仿真计算模型。研究了转子机分别燃用汽油和航空煤油时，缸内流场分布、火焰传播过程、缸内压力变化等燃烧特性以及污染物质量变化。研究结果表明：（1）由于转子发动机特殊的旋转运动方式和燃烧室结构，缸内充量的流动非常复杂。（2）由于航空煤油的雾化特性较差，火焰传播速度较慢，在燃用航空煤油时，转子机的缸内压力峰值、压力升高率峰值和燃烧放热率峰值均小于汽油工况，火焰发展期和快速燃烧期较长，CO排放较高，缸内温度及NO排放较低。