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。

采用三维计算流体力学（CFD）模拟和遗传算法相结合的方法，在全负荷范围内优化了直接双燃料分层（DDFS）发动机的运行参数。为了实现清洁高效的燃烧和较低的噪声，选择了对发动机性能有重大影响的十个参数作为优化变量。根据优化结果，基于偏相关系数对不同负荷下的运行参数进行了敏感性分析。结果表明，优化后的DDFS模式能够在全负荷范围内实现高效稳定的燃烧。初始边界条件对中低负荷时的发动机性能影响较大，而在高负荷时，柴油能量占比、喷射正时和汽油直喷压力对燃烧和排放特性的影响更大。

试验和数值研究了预燃室式燃烧系统预燃室容积和喷油量对重型柴油机大负荷燃烧和排放的影响。优化后的研究结果表明：压缩冲程中，预燃室内部的涡流能使预燃室中的燃油卷吸到更多空气，燃烧更加完全，降低了排放；燃烧初期形成的射流火焰与主燃烧油束碰撞，促进了火焰向四周发展，加强了周围流场的扰动作用，提高了指示热效率；燃烧后期预燃室中持续的射流动能将主燃室中贴附在壁面上的燃油剥离至缸内再混合燃烧，提高指示热效率，进一步减少碳烟和CO排放。通过数值模拟与数据量化分析得出重型柴油机大负荷工况下，优化后预燃室容积为3%、喷油量为2%，相较原机得到了较好的优化效果：指示热效率提升6.41%，NOx排放降低2.8%，碳烟排放降低44.4%，CO 排放降低46.3%。

基于高压共轨原尺寸透明喷嘴内部流动及喷雾可视化试验平台，针对D100G0纯柴油与D20G80汽柴油混合燃油，开展了喷孔锥度及喷孔数对喷嘴内空化瞬态流动及喷雾影响的试验研究。对比不同锥度喷孔内混合燃油的喷嘴内空化发展过程，研究孔锥度与燃油混合比例的耦合作用对喷雾的影响。对比1、2、3孔喷嘴内空化现象的差异，分析混合燃油在不同孔数喷嘴内产生差异的原因，以及对喷雾雾化过程产生的影响。结果表明：喷孔锥度对纯柴油和汽柴油混合燃油喷嘴内空化及喷雾的影响明显不同，混合燃油在不同喷孔锥度的喷嘴内均有较强的线空化出现，纯柴油仅在锥度系数为2的喷嘴内出现线空化；两孔喷嘴内纯柴油与混合燃油均发生了线空化且与单孔喷嘴类似，但强度更低，三孔喷嘴尽管发生了线空化，但强度更为微弱，且持续期短。

内燃机的高强化发展导致壁面温度上升，同时燃油撞壁现象无法避免。了解燃油喷雾撞击高温壁面的相关特性，可以有效避免池火现象和降低碳烟排放。本文利用背光法在流动式定容燃烧弹上对柴油喷雾撞击高温壁面的形态特性进行试验研究，分析了喷油压力、背景压力和壁面温度对近壁面喷雾形态特性的影响。结果表明：喷油压力越大，壁面漩涡出现时刻越早，且对铺展半径和卷吸高度的增大起明显的促进作用。背景压力越大，撞壁时刻延迟，铺展半径和卷吸高度下降，背压对铺展半径的影响超过对卷吸高度的影响。壁面温度越高，漩涡出现时刻越早，撞壁油束的铺展半径和卷吸高度越大，但当壁温达到莱顿弗罗斯特温度时，壁面传热模式改变，铺展半径和卷吸高度发生突降。同时引入了综合影响系数的概念，喷油压力的变化对卷吸高度的综合影响系数最大，最后拟合了结合壁面温度的铺展半径和卷吸高度的经验公式。

本文开展了以85%乙醇汽油(E85)与柴油为燃料的双燃料直喷智能充量压缩着火的试验研究，探究两种负荷下三种高活性燃料分层策略对发动机性能与排放特性的影响。在压缩冲程中期喷入主要部分柴油，在压缩冲程早期和上止点附近分别喷入少部分柴油构建了两种不同的高活性燃料分层策略，分别命名为提前的和滞后的分层策略。试验结果表明：与柴油在压缩冲程中期单阶段喷射的分层策略相比，两种两阶段喷射分层策略均有利于小负荷下着火稳定，提高热效率，促进CO和PM氧化而NOx排放增加不明显。在大负荷下，仅提前的分层策略有助于提高热效率，同时排放水平基本不发生恶化；然而滞后的分层策略明显降低了最大压力升高率和缸内爆发压力，有利于拓展到更高负荷。

在“碳达峰”“碳中和”双碳发展战略背景下，对发动机性能和排放提出更高要求。本文基于高压缩比柴油机燃烧开发平台，匹配不同涡流比进气系统，研究涡流比变化对燃烧和性能影响。分析放热率、缸内压力，平均指示压力、燃油消耗率等动力性和经济性指标，探索涡流比变化对优化高压缩比柴油机燃烧过程的方法，为改善产品开发提供理论基础和数据支撑。

基于某重型柴油机，应用converge仿真平台，研究异型燃烧室对缸内油气混合和燃烧过程的影响，在异型燃烧室的基础上研究涡流比和粗糙度对燃烧特性的影响，并与传统燃烧室只改变涡流比的燃烧性能进行对比。结果表明：传统燃烧室中，涡流比适当增加能加快放热速度，改善燃烧。与传统燃烧室相比，异形燃烧室的燃烧性能有所提升，但是燃烧持续期变化区间与传统燃烧室改变涡流比时的燃烧持续期变化区间基本相当；异形燃烧室最优方案的指示热效率（ITE）和指示燃油比油耗（ISFC）与传统燃烧室改变涡流比时的ITE和ISFC基本相等。采用异形燃烧室时，燃烧优化效果不理想，燃烧室形状需要进一步优化，隔热图层和表面工艺需要进一步加强以降低表面粗糙度，进而优化燃烧性能。