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

甲醇/柴油双直喷型射流控制压缩着火模式已经被证明具有较好的经济性和排放性。双直喷系统的灵活性更高、参数影响更复杂，本文采用三维数值模拟结合优化算法与敏感性分析，在75%负荷条件下开展了多参数对186FA发动机性能的影响研究。优化结果表明，初始温度在421.8 ~ 431.1 K之间，甲醇替代率在78.9% ~ 80.8%，柴油射流正时位于-26.64 ~ -22.77 °CA ATDC之间，可以同时实现较高的经济性和排放性。三个典型算例的对比分析结果表明，甲醇预喷射正时和柴油射流正时均较晚的算例2性能最佳，且呈现典型的两阶段高温快速放热特征。敏感性分析结果表明，甲醇替代率、初始温度和柴油射流正时对甲醇/柴油双直喷型JCCI发动机经济性影响最显著，初始压力对发动机性能影响较弱，soot排放整体呈现较低水平。

为了解决多次喷射模式下喷油量的精确控制问题，进行了基于粒子群优化算法(particle swarm optimization, PSO)-径向基函数(radial basis function, RBF)的喷油量预测，实现了有效的喷油补偿。首先，基于AMESim仿真软件建立了共轨喷油器仿真模型并进行校核，确定了轨压、预喷脉宽、主预喷时间间隔等三个影响喷油量波动的关键因素；然后，建立基于PSO-RBF算法的喷油量预测模型并验证了模型的准确性；最后，基于喷油量的预测结果对喷油量波动值进行补偿。结果表明，基于喷油量的预测及补偿可以提高喷射精度，验证了所提策略的有效性。

汽油压缩燃烧模式是提高热效率和降低排放的关键技术。然而，点火困难是核心问题。本研究旨在探究汽油与高活性加氢化催化生物柴油混合燃料的点火、燃烧过程和低温氧化特性差异。在可变压缩比试验台上进行试验，通过分析CO排放量、CCR等点火极限特征来研究不同掺混比的混合燃料以及不同压缩比下的低温氧化特性。结果表明，加氢催化生物柴油的掺混比例的增加可显著增强混合燃料的低温氧化特性。同时，增加压缩比也有促进作用。在低温氧化阶段，掺混比为50%时，CO排放量比纯汽油增加了7倍，且此时混合燃料达到了与柴油相似的低温氧化特性。

本研究的目标是探索在低负荷条件下RCCI（Reactivity Controlled Compression Ignition）燃烧模式所面临的挑战，即由于燃烧室中的稀薄燃料混合物导致的不充分燃烧甚至失火问题。为了解决这个问题，采用光学诊断和后处理技术，研究了在这低负荷下低反应性燃料和直接喷射时刻对双燃料发动机燃烧和火焰特性的影响。测试了三种不同的低反应性燃料和五种不同的直喷时刻，同时使用加氢化催化生物柴油（HCB）作为高反应性燃料。研究结果显示，乙醇含量的增加导致较长的点火延迟，并且点火核心向燃料流的下游位移。因此，发生了更加均匀的燃烧过程和较慢的火焰传播，最终导致了较低的缸压和放热率。其中预混合E10可以获得更高的指示平均有效压力（IMEP）为0.20 MPa，超过E0约0.02 MPa和E100约0.05 MPa。研究还强调，推迟HCB的DI时刻可以减少点火延迟时间，并产生更高的可燃混合物浓度梯度，从而实现更高的表观放热速率和较短的燃烧持续时间。此外，自然燃烧的亮度图像表明，推迟DI时刻显著影响着火核心生成和传播的特性。形成的着火核心逐渐从靠近壁面的区域向上游区域移动，蓝色火焰区域和前沿传播速度显著增加。在低负荷条件下，推迟DI时刻可以实现更有利的火焰传播和更高的IMEP，同时有效减小喷雾壁面撞击和池燃烧现象的影响。

针对螺旋管内混合工质冷凝过程，在Lee模型的基础上，引入温度滑移因子，提出了一种用于天然气冷凝流动传热的变温相变模型。分别用该模型和Lee模型对不同压力工况下的天然气进行螺旋管内冷凝流动传热模拟，分析这两种模型对天然气温度分布、气液相分布以及换热系数的影响。结果表明，变温相变模型计算得到的温度沿流动方向下降很明显，反映了天然气温度滑移的影响；变温相变模型可以更好地反映出实际天然气冷凝过程中的物性变化，气液相分布图中能明显观测到二次流扰动现象。用变温相变模型加入Silver方法修正后得到的换热模拟结果与试验结果进行对比，平均换热系数的误差在10.7%~14%之间，预测精度优于Lee模型（25%）。变温相变模型适用于螺旋管内天然气混合工质的冷凝流动传热计算。

在适当的策略下，甲醇缸内直喷可以有效抑制爆震。该研究通过改造的低流量直喷喷油器将甲醇作为抗爆剂喷射到高负荷进气道喷射汽油发动机的气缸内，研究了在不同的甲醇喷射时刻下甲醇掺混比对爆震抑制效果的影响。爆震强度（KI）、爆震概率被作为量化爆震的主要尺度。结果表明，当甲醇掺混比极低时，甲醇反而会增加爆震强度。随着甲醇掺混比的上升，爆震逐渐被有效抑制。存在一个特定的甲醇掺混比，超过这个比例，更高的甲醇掺混比不会显著增加爆震的抑制效果。当甲醇在压缩冲程的后期喷射时，低甲醇掺混比并没有严重增加爆震强度，但高甲醇掺混比也不能完全消除爆震。当甲醇在下止点附近喷射时，可以达到最大的爆震抑制效果。过早和过晚的喷射时刻均会影响到爆震的抑制。

柴油机后处理系统高度依赖于排气温度，为满足国六排放法规的限制，需要针对DOC，DPF，SCR进行排气热管理。在一台国六柴油机上进行了不同模式下的瞬态试验研究，研究三种喷射策略对后处理性能的影响，该策略分为正常模式（预喷+主喷），加热模式（预喷+主喷+近后喷），再生模式（预喷+主喷+近后喷+远后喷）。研究结果表明：在整个WHTC循环中，相较于正常模式，近后喷的加入使得排气温度提升了7%，近后喷与远后喷同时加入使得排气温度提升了24%，可满足SCR低负荷工况的排气温度要求。在低负荷工况下，加热模式下SCR入口排气温度相较于正常模式提升了48 ℃，再生模式下SCR入口排气温度相较于正常模式提升了299 ℃，SCR的最高转化效率均达到99%；再生模式下远后喷开启主要针对DPF再生，在再生模式下，DPF前端温度可达到612℃。近后喷与远后喷的加入在提升排气温度的同时，也使得油耗有所增加，近后喷与远后喷的同时加入使得整个WHTC测试循环的小时油耗增加了36%。