混合动力汽车是降低整车CO2排放和污染物排放的有效解决方案。提升混动发动机热效率，并扩大常用工况高热效率区域，可以有效降低整车燃油消耗。根据混动平台动力需求，开发了一款2.0T高效稀燃混动专用发动机。该发动机采用高压缩比，大程径比和深度米勒循环，同时采用高滚流气道方案，实现了过量空气系数1.8的超稀薄燃烧。结合先进的燃烧系统和降摩擦设计，该发动机实现了44%的有效热效率。同时，41%以上热效率区域覆盖了转速从1000rpm到4000rpm的混动运行常用工况点，确保了出色的整车燃油经济性。此外，高效稀燃发动机还实现了115kW的最大功率和240Nm的扭矩平台，保证了混动系统的动力性需求。

国六排放法规中，对汽油机有严格的PN排放限值（6×1011#/km）。通过一台DMS500颗粒粒径测试仪，对一台涡轮增压缸内直喷汽油机排放的颗粒物粒径分布进行了试验研究，研究了工况（负荷、转速）以及喷油策略（喷油压力、二次喷油比例、二次喷油结束时刻）对颗粒物的粒径分布特性和数量浓度排放的影响，结果表明：在1500r、15bar工况，50MPa喷油系统的采用对PN降低明显，多次喷射能够降低聚集态颗粒，喷油压力提高到50MPa后，有效降低了各粒径段颗粒。使用50MPa三次喷射策略，在油耗稍有提高的基础上，PN较原机下降41%。

为实现汽油HCCI在中高负荷下的高效燃烧，本文基于数值模拟的方法研究了油气混合过程对燃烧特性的影响，发现喷油时刻及喷油角度的选择直接影响到附壁油膜的厚度及混合气的均匀性。三维仿真结果可知，半开阀喷射在气流作用的带动下更有利于形成适当的混合气浓度及温度分布；喷油角度应与进气道结构相结合，在55°的喷油角度下，缸内实际进油量及燃烧状况均为最优。通过分析气道及缸内的流场变化，提出不对称喷油（油量）的方式更有利于组织理想的均质混合气，减少局部浓区，降低压力升高率。研究结果表明，在低㶲损失热力学边界条件下，合理组织混合气分布状态是实现汽油HCCI高效燃烧的有效路径。

通过配制不同Ce/Zr含量的Cu/ZSM-5催化剂浆液，制备了0%~10%M/Cu/ZSM-5（M=Ce、Zr）催化剂载体小样。研究了Ce/Zr含量及Ce、Zr共负载对Cu/ZSM-5分子筛催化剂NOx净化效率的影响。同时，采用NO-TPD实验分析了催化剂表面NOx活性吸附能力。结果表明，添加Ce、Zr有利于提升Cu/ZSM-5催化剂NOx催化还原效率，其中，8%Ce/Cu/ZSM-5催化剂在全温度范围内对NOx催化效率的提升作用最大，且其还具备提升NH3浓度进一步提升NOx催化效率的潜力；Zr的添加可以明显提高催化剂低温反应活性，而对高温催化效率的提升作用较小。Ce、Zr共负载的6%Ce/2%Zr/Cu/ZSM-5催化剂可以有效提升NOx催化反应效率，其在300℃以上的催化效率较略低于8%Ce/Cu/ZSM-5催化剂，但仍高于Cu/ZSM-5催化剂，同时，Zr的添加可以提高催化剂的抗老化能力。

试验和数值研究了进气压力、转速、多脉冲喷油定时对重型柴油机中负荷预混燃烧和排放的影响。结果表明：其它不变，进气增压使得高温着火时刻提前，但稀混合气质量分数明显提高，浓和过浓混合气质量分数均明显降低；指示热效率提高，燃烧损失减小，但壁面传热损失和排气损失均增大。其它不变，转速提高使得高温着火时刻推迟，过浓混合气质量分数降低；NOx、碳烟、CO和UHC排放均降低；指示热效率升高，燃烧损失降低，排气损失升高。其它不变，多脉冲喷油定时推迟使得混合时间缩短，过浓混合气质量分数提高，初始碳烟生成量增加，但在混合空间和燃烧温度的共同作用下，最终碳烟、CO和UHC排放均降低，NOx排放变化不大；指示热效率升高，燃烧损失降低，排气损失升高。

基于一台增压直喷式发动机的试验台架，研究了在稳态工况下的原机颗粒物排放以及不同碳载量对于GPF（gasoline paticulate filter）性能的影响。结果表明，原机PN（paticle number）排放呈现双峰分布的规律，不同转速和负荷下，PN峰值粒径变化范围不大，由小负荷过渡到中负荷时，PN总排放量下降；GPF背压同发动机工况和碳载量密切相关，随着GPF碳载量上升，GPF背压和压降增大，转速和负荷上升时，GPF背压和压降上升趋势变快；不同碳载量下GPF对于PN过滤效率理想，达99%以上，GPF中碳载量维持在中等水平有助于过滤效率的提高，但过高碳载量反而造成GPF过滤效率的降低。

爆发压力限制是提高柴油机热效率的一个重要制约因素，如何在爆发压力限制条件下提高柴油机热效率仍是一个挑战。本文通过一维模型研究了在缸内最大爆发压力受限条件下，增压系统效率、高压EGR率、增压压力、压缩比、进气门关闭(IVC，intake valve close timing)时刻之间的折衷关系以及对发动机热效率的影响。结果表明：提高增压系统效率，可以提高进气充量并降低泵气损失，总指示热效率（ITEgross，gross indicated thermal efficiency）与净指示热效率（ITEnet，net indicated thermal efficiency）均得到改善；高压EGR对热效率的改善程度取决于泵吸损失，泵吸损失越大，高压EGR改善热效率作用更加显著。基于高压EGR策略，确定目标增压压力需要在ITEnet与ITEoverall之间取舍。爆发压力限制下，增压压力与压缩比存在一个最佳值匹配，可实现最高的热效率；推迟IVC时刻可以缓解机体强度对压缩比、增压压力、燃烧相位(CA50)的限制从而提高热效率，过迟的IVC时刻则导致热效率降低。协同优化上述三个参数可以改善热效率，优化后的发动机在相同爆发压力下ITEnet绝对值提高0.7%。最后，本文给出了不同爆发压力限值下的参数最佳组合，爆发压力限值从20MPa提高至25MPa，ITEnet绝对值提高0.88%。

为促进重型柴油机大负荷工况下的高强化、高效率燃烧，通过一台高强化重型柴油单缸机搭建了预燃室射流扰动燃烧系统，并通过预燃室与主燃室压差产生的高温高速射流，促进主燃室内油气混合，进一步加快燃烧速率，实现高强化、高效率燃烧。模拟结果表明：在射流对撞作用下，预燃室射流使主燃室内单一的大尺度涡团分化成多个区域的小尺度涡团，由于不同尺度涡团的涡界面上的速度差产生强烈的速度脉动，使缸内油气混合过程得到进一步强化；试验结果表明：在转速1200rpm，平均有效指示压力2.49MPa，进气压力0.39MPa，预燃室在4°CA ATDC喷油，喷油量为6mg的工况下，燃烧持续期（CA10-CA90）从27.78°CA缩短至23.35°CA，缩短了15.95%，指示热效率从预燃室不喷油的50.45%提升至51.22%，提升了0.77%，相较于原机无预燃室情况的50.66%提升了0.56%。

燃油喷射系统作为大缸径中速柴油机的关键件，直接影响柴油机功率密度及排放，采用三维仿真软件Converge建立缸内工作过程仿真计算模型，开展了喷油压力、喷油定时和油束夹角等参数对400mm大缸径中速柴油机性能的影响研究。结果表明：喷油压力由124Mpa增大至180Mpa，滞燃期缩短15.8%，燃烧持续期缩短16.1%，总指示效率由42.5%增大至45.5%；喷油定时对爆压和NOx排放影响较大，定时提前使爆压最大增加28.7%，NOx排放增加56.7%，soot排放略有降低；随着油束夹角增大，燃烧持续期先增加后降低，总指示效率先降低后增加，soot排放先增加后降低。油束夹角对NOx排放影响最大，最大排放可增加82.8%。对于浅盆型燃烧室，匹配合适的油束夹角，使少量燃油以合适的角度落到活塞顶上沿活塞顶流动蒸发，反而有利于改善后期燃烧，有利于发动机做功的同时降低排放。

柴油机颗粒捕集器（Diesel particulate fliter, DPF）作为国VI后处理集成系统中的标配，再生是该技术关键。利用低温等离子体（Non-thermal plasma, NTP）对DPF进行低温（100 ℃）再生试验，研究再生进程中DPF孔道内颗粒物（Particulate matter, PM）理化性质的演化规律。研究结果表明，NTP再生DPF进程中，孔道内沉积颗粒层由致密形貌分散成块状，逐渐萎缩直至消失，残留有灰分。NTP氧化分解PM过程中，活性物质键入PM，形成氧化中间产物如C-O、C=O等官能团，PM氧化活性提高。DPF孔道内再生界面处PM变化最为显著，NTP分解PM及再生DPF的本质是不断脱除碳原子的过程。