天然气/氢气混合燃料是一种高效清洁的低碳燃料，其可以有效减少转子发动机的碳排放。此外，湍流射流点火模式可以有效提升转子发动机的燃烧效率。因此，本文采用湍流射流点火模式的天然气/氢气转子发动机研究对象。通过改变转子活塞凹坑形状获得5种不同的气缸形状，分别是平坑形（FP）、前凸形(AC)、后凸形(PC)、中凸形(MC)以及双凸形(SC)。在不同点火时刻下，对比研究了不同气缸形状对转子发动机缸内燃烧性能与排放的影响。研究结果表明：随着点火时刻提前，不同气缸形状的转子发动机缸内峰值压力都随之增大。同时，双凸形气缸在任意点火时刻下都具有较高的缸内峰值压力，NO排放也最高。

利用优化软件Isight集成网格变形软件Sculptor和CFD软件STAR-CCM+建立了发动机进气道CFD计算集成优化平台，使各种数据文件能够自动在CAD、CAE及相关软件间进行传递，实现流程的自动化控制。使用这一平台对某款发动机进气道滚流进行了优化研究，在设计边界范围内，通过变形软件及优化算法得到了滚流最优的进气道设计结构，平均滚流比提高了10.2%。

对于氨燃料的闪沸喷雾的研究可以为内燃机喷雾与燃烧效果的优化提供一定的理论基础。本课题基于该目的，以高温高压定容燃烧弹实验装置开展液氨的喷雾试验。同时，开展喷雾模型标定研究与模型仿真。仿真重点探究了喷射压力和环境压力对于闪沸喷雾的影响程度，研究发现随着喷射压力的提升，燃料获得了更大的动能，闪沸喷雾的发展加快，液滴破碎增强。此外，闪沸喷雾随着发展呈现出铁锚状。环境背压对于闪沸喷雾的影响较大，随着环境背压的提高，由于喷孔内外压力差的减小以及环境气体的阻碍，闪沸喷雾贯穿距缩小。剧烈闪沸喷雾与过渡闪沸喷雾的后期喷雾发展差别较大，剧烈闪沸状态的燃料液滴汽化程度更高，而过渡状态下的液滴汽化程度较低。

为充分利用柴油机余热、减少工质潜热损失，设计了一种由高温有机朗肯循环（HTORC）、低温有机朗肯循环（LTORC）两级循环组成的潜热利用式复合有机朗肯循环系统，用于回收柴油机的高温尾气、中温冷却液及高温循环的乏气潜热。其中，高温循环、低温循环通过一种集成式蒸发/冷凝器进行耦合，即利用低温侧工质对高温侧工质进行冷凝的同时实现低温侧工质能量品质提升和高温侧工质潜热再利用的功能。结果表明，相比于高温尾气和中温冷却液各自独立的余热回收系统，该潜热利用式复合系统利用高温循环冷凝器给低温循环进一步加热，提升低温循环工质的蒸发状态，能够更加充分发挥低温循环的做功潜力。

在partA研究基础上进一步探究工作参数变化对系统性能的影响，研究得出较高的高温循环蒸发压力和较低的高温循环冷凝压力可以提高系统余热回收效率；低温工质与冷却液的换热器、低温循环冷凝器、集成式蒸发/冷凝器和低温循环膨胀机的㶲损占比较高，可以作为优化的目标过程。在重型柴油机某工况下以系统净输出功率、系统㶲效率和㶲损为目标对象，按照对低温循环蒸发压力进行分段的加热策略，探究循环中关键工作参数的影响。结果表明，系统的输出功率、㶲效率和㶲损最佳可以达到25.57kW、49.42%和26.17kW；研究完成了工作参数对潜热利用式复合有机朗肯循环系统的影响规律分析，可以为系统运行提供指导。

搭建了DPF小样的模拟瞬态过滤台架，基于模拟台架进行了不同瞬态来流参数和DPF载体参数下的模拟瞬态过滤实验。在来流参数的影响方面，探究了来流平均颗粒粒径、来流峰值浓度和DPF峰值空速对瞬态过滤效率的影响。结果表明，DPF对各粒径颗粒的过滤效率不仅与颗粒粒径有关，与来流颗粒的粒径分布也有较大关联。模拟瞬态条件下，DPF瞬态过滤效率随峰值浓度的升高呈先升高后下降的趋势。DPF峰值空速提高，过滤效率下降。在载体条件的影响方面，进行了不同载体温度和碳载量的瞬态过滤实验。结果表明，碳载量和载体温度的升高对DPF的瞬态过滤效率具有提升作用，但碳载量升高到1 g/L后以及载体温度升高到100 ℃后，过滤效率的提升明显减弱。此外，碳载量和载体温度的提升对23 nm以下颗粒过滤效率的提升也有差异。

用燃油的滞燃期评估燃油的抗爆性，对燃油组分对其辛烷值及滞燃期的关系进行相关研究。在95#烷基化油中掺混10%、20%和30%乙醇、MTBE、异丙醇、甲苯和二甲苯作为混合燃油，在辛烷值机上测出了混合燃油的辛烷值，研究发现随着各辛烷值促进剂掺混比例的提高各混合燃油的测量RON值与MON值均上升，且掺混乙醇的混合燃油具有较大的RON值和MON值。通过发动机台架试验得到了混合燃油的滞燃期，通过对滞燃期的对比研究发现在低转速（2000r/min）大负荷（250N·m）工况下掺混异丙醇的混合燃油滞燃期（抗爆性）与其掺混比例成正比，掺混芳烃类（甲苯、二甲苯）辛烷值促进剂的混合燃油滞燃期（抗爆性）与其掺混比例成反比，掺混乙醇和MTBE的混合燃油其滞燃期（抗爆性）与其掺混比例不只是单纯的正相关或负相关的关系，综合分析可得燃油辛烷值与其滞燃期（抗爆性）之间关联性不明显。

作为机动车四大排放污染物中颗粒物（PM）的最大来源，柴油机颗粒物一直是柴油机后处理环节中的最为首要的目标。各国不断颁布出台愈发严峻的排放法规，旨在保护人体健康和大气环境。而柴油机颗粒捕集器（DPF），作为控制柴油机PM排放最为常见且有效的技术之一，自然是关注和研究的重点对象。但在长时间的使用过程中，随着碳颗粒的不断积累，DPF的捕集性能以及排气背压均会受到影响，最终导致发动机排气受阻、燃烧条件恶化、PM捕集不充分。而DPF的再生则能够周期性清除附着的碳颗粒，恢复DPF工作状态，保障发动机动力性和经济性。因此，着重研究DPF的再生性能是发展DPF的重中之重，已经成为柴油机行业关注的焦点。 本文通过AVL-FIRE软件对于DPF进行三维模型构建，并通过台架试验得出的压降试验数据对构建完成的数据模型进行标定，改变碳载量、进气流量和进气温度等条件，探究DPF的压降特性及再生特性，主要研究内容及结论如下： （1）研究不同碳载量及进气流量下DPF压降特性。碳载量的增加与进气流量的增加，都会使得DPF总压降上升，二者并非独立，会共同作用于总压降。高进气流量下，DPF总压随碳载量增加而上升的趋势更为显著。壁面压降在DPF总压降中起主导作用，主要受进气流量的影响，而碳载量主要影响碳烟层压降的大小。相同进气流量下，随着碳载量增加，碳烟层压降逐渐升高；进气压降逐渐升高；壁面压降与排气压降则无明显变化。在有碳烟加载时，相同碳载量下，随着进气流量的增大，碳烟层压降逐渐升高；进气压降逐渐升高；排气压降逐渐升高；壁面压降逐渐升高。 （2）研究不同碳载量下DPF再生特性及碳烟分布。相同进气温度和进气流量下，DPF再生过程中，剩余碳烟百分比随初始碳载量升高而降低，再生程度随初始碳载量升高而升高，最大氧化速率也随初始碳载量升高而增大。初始碳载量越高，DPF越先从进气端开始进行再生。 （3）研究不同下DPF再生特性及碳烟分布。进气温度是DPF再生过程中的主导因素。相同碳烟加载和进气流量下，DPF再生过程中，进气温度越高，碳烟剩余量越低，DPF越先从进气端开始进行再生，再生程度越高。温度较低时，DPF再生速率几乎不变；温度较高时，DPF再生速率先上升后下降，且温度越高，达到最大再生速率所需时间越短，最大再生速率越高。 （4）研究不同进气流量下DPF再生特性及碳烟分布。相同碳烟加载、进气温度下，DPF再生过程中，剩余碳烟量随进气流量升高而降低，再生程度随进气流量升高而升高，再生速率随进气流量升高而增加。

主动式预燃室热湍射流点火具有多点着火，点火能量高，燃烧稳定性好等特点，是实现未来低/零碳高效发动机最有前景的技术之一。本文基于定容燃烧弹开展了预燃室喷孔直径及截面积对主动式预燃室初始射流特性影响的研究。对主预燃室压差，预燃室热湍射流贯穿距与射流分布锥角进行分析研究。结果表明，在喷孔截面积一定的条件下，射流贯穿速度及射流分布锥角与喷孔直径呈正相关关系；预燃室喷孔截面积越小，热湍射流贯穿速度越大；当保持预燃室喷孔数量不变，喷孔直径和截面积同时变化时，预燃室喷孔直径和截面积二者对预燃室热湍射流贯穿特性的影响存在一个相互制约的关系。

基于可视化的单通道试验台，对两种柴油颗粒过滤器通道上的碳黑颗粒层进行主动再生。在线测量了颗粒层的压降和厚度，并对其变化规律进行了分析。结果显示，再生时，DPF和CDPF载体上颗粒层的压降均呈现出三阶段变化趋势。再生第一阶段，颗粒层压降缓慢下降而厚度仍呈现出上升趋势，CDPF载体上的颗粒层压降在480℃左右开始下降,而DPF载体上的颗粒层压降在550℃左右开始下降。再生第二阶段，压降快速下降，压降下降率随沉积厚度的增大而增加。随颗粒层厚度的增加，CDPF载体上颗粒层在再生第二阶段的持续时间大幅增加，而DPF载体上颗粒层在再生第三阶段的持续时间大幅增加。再生第三阶段，两种载体通道上颗粒层的压降均降至最低而厚度下降速率较大。这使得颗粒层厚度的最快下降阶段与压降的陡降时刻存在延迟现象，且该延迟随着颗粒层厚度的增大而增加。研究结果可以为深入了解颗粒层的氧化演变机理奠定试验基础