汽油压燃被认为是实现发动机高效清洁燃烧的有效手段，但在怠速及小负荷工况下由于缸内热力学状态较差，汽油压燃存在着火困难和燃烧不稳定等问题。本文基于一台改装的单缸柴油机开展了怠速和小负荷工况下汽油压燃的燃烧稳定性研究，通过调控燃烧边界参数和喷油策略，改善燃烧稳定性并提高热效率。试验中怠速工况转速为800 rpm；小负荷工况转速为1300 rpm，IMEPg为5.5 bar，汽油喷射方式为缸内直喷。结果表明：怠速工况下，汽油喷射正时为-15°ATDC时，当进气温度由50℃升高至60℃，平均指示热效率为39.7%，提高了8.5%。小负荷工况下，提高冷却液温度能改善汽油压燃的燃烧稳定性。当冷却液温度为90℃，喷射正时为-27°ATDC时，可实现热效率为52.1%的高效燃烧。

为探究不同海拔下的进排气节流的影响规律，搭建了带选择性催化还原系统（Selective Catalytic Reduction ，SCR）的柴油机试验台架，利用大气模拟系统，在80、90、100kPa的大力压力下，研究了进气压降、排气背压对柴油机及SCR性能的影响。结果表明：使用进气节流、排气节流后，柴油机的进气量下降、排气温度升高、排气流量下降、油耗升高、NOX排放上升、NOX转化效率升高、NH3逃逸率下降，但排气背压的影响程度略低于进气压降，不同海拔下进气压降与排气背压的影响也有所差异。进气压降从0增加至25kPa时，80、90、100kPa下的进气量分别增加了23、27、28 kg/h、排气温度分别增加了78、59、41℃、排气流量分别下降了23、27、28kg/h、NOX排放分别升高了107、103、97×10-6、有效燃油消耗率分别上升了6.0、5.3、4.8 g/(kW·h)、NOX转化率分别上升了20、34、37%、NH3逃逸率分别下降了10、28、57%。排气背压增加25kPa时，80、90、100kPa下的进气量分别增加了23、27、28 kg/h、排气温度分别增加了36、39、34℃、排气流量分别下降了6、10、10kg/h、NOX排放分别升高了51、55、76×10-6、有效燃油消耗率分别上升了12.7、12.2、12.4 g/(kW·h)、NOX转化率分别上升了11、29、24%、NH3逃逸率分别下降了5、31、37%。该研究为不同海拔下的排气热管理提供有效的指导依据。

分析了青藏铁路和川藏铁路高原内燃机车应用需求，以可调两级增压柴油机为研究对象，采用ABB的ACTUS软件建立其热动力学仿真模型，对比计算研究了柴油机采用带高压级旁通的固定喷嘴两级增压系统方案与带高压级旁通和低压级可变喷嘴的两级增压系统的3000米和4000米高海拔情况下柴油机匹配性能。计算结果表明：相对平原功率，3000米高原情况下，可实现不降功率，仅在4000米高原高温情况下，柴油机功率仅降低9%。相比固定喷嘴方案，高温情况下可变喷嘴方案可调小低压级喷嘴面积，进一步提高增压压力，改善燃烧，降低涡轮进口温度，提高零部件可靠性；低温情况下，固定喷嘴方案低压级喘振裕度较小，而可变喷嘴方案可调大喷嘴面积，优化两级增压高低压级压比分配，扩大低压级喘振裕度，避免压气机喘振，并运行在高效率区域。

为了改善柴油机在高海拔环境条件下进排气流速降低、涡前排温上升、缸内爆压下降和油耗升高、功率下降等问题。本文利用Simulink软件，根据柴油机的数学模型建立了某型号柴油机零维仿真模型和某型号的可变喷嘴环增压（VGT）系统仿真模型，并根据试验结果对模型进行校核。利用所建立的仿真模型，模拟了不同进气压力（海拔）下的试验环境，对柴油机的动静态性能进行仿真计算，匹配出不同进气压力（海拔）条件下的VGT最佳喉口开度。结果表明VGT系统能够有效解决高海拔下柴油机的动力性和经济性同时下降的问题。在50%大气压力（海拔4500m）环境，额定功率下柴油机使用VGT系统相比不使用VGT系统，缸内最高燃烧压力上升约0.8MPa，涡前排温下降约40℃，油耗下降约8g/kWh，增压压力上升约1.4bar。

天然气发动机具有燃料储量丰富与排放性能良好的优点。天然气发动机的主要燃烧方式主要有稀薄燃烧与当量燃烧两种。稀薄燃烧可以保证燃料在气缸内以较低温度燃烧，以达到机内减少NOx排放，同时稀薄燃烧可以达到较高热效率，具有良好的燃料经济性[1]，所以在重型车国六法规实施之前[2]，稀薄燃烧天然气发动机一直是企业与科研机构的主要开发类型。自从国六法规加严了NOx排放限值，通过机内净化降低NOx排放的方案难以达标，当量燃烧加三元催化器的模式成为天然气发动机研发的主要方向。海拔升高导致的进气压力降低对发动机的动力性、经济性、排放性、可靠性都会造成一定的影响，国内外关于海拔对汽油机、柴油机性能的影响较多，而对天然气发动机性能影响研究尚不多见，为此，进行了101kPa环境下和81kPa环境下3台不同型号的当量燃烧天然气发动机进行了如下测试。

采用悬挂法对含碳粉颗粒的乳化油单液滴进行微爆试验，研究了添加碳粉颗粒后乳化油的微爆特性，同时采用分子动力学模拟探究了固体颗粒对气泡成核过程的影响机制。结果表明碳粉颗粒能促进初次吹吸时刻提前，降低液滴开始膨胀温度，使得气泡更易成核，另外定量描述了液滴开始膨胀温度与碳粉质量分数之间的函数关系；碳粉颗粒能大幅提高累计微爆强度，但并非碳粉含量越多，强度越高，而是存在一个峰值；在水子液滴中加入固体颗粒会减弱水分子的势能，从而加快水分子的成核过程，并且这一效应与固体颗粒的尺寸呈正比。

利用CONVERGE三维仿真平台建立了1/4定容燃烧弹模型，对单点点火、双点同步点火、双点异步点火下的甲烷-空气预混燃烧过程进行了数值模拟，对比分析了不同点火策略对火焰传播特性、燃烧特性的影响规律。结果表明，在常温常压、当量比为1 的条件下，与单点点火相比，双点点火能减小火焰传播距离，加快燃烧速度，快速燃烧期明显缩短。同时，双点点火能有效提高燃烧压力与放热率，扩大高温区。随着点火间隔的增加，压力峰值出现时刻与最大压力升高率出现时刻延迟。双点点火两侧火焰在传播过程中存在相互抑制作用。

为探索含氧官能团结构醇、酮和醛的燃烧和排放特性，选取能量替代率为15%的正丁醇、丁酮和丁醛在发动机转速不变的条件下，在一台四缸机上研究在不同的平均有效缸内压力和废气再循环率下的燃烧和排放特性。结果表明：缸内压力呈现丁醛>正丁醇>丁酮，但是放热率扩散峰值却是丁酮>丁醛>正丁醇；缸内最大燃烧温度：丁酮<正丁醇<丁醛；soot的排放：在中小负荷时，丁酮>正丁醇，在大负荷时，正丁醇远大于丁醛和丁酮。丁醛的NOx排放量略高于丁酮和正丁醇，这主要归因于丁醛较高的热值以及含氧量；soot的排放：在中小负荷时，丁酮>正丁醇，在大负荷时，正丁醇远大于丁酮和丁醛。

为研究挡位对CO2排放、污染物排放、动力学参数的影响，选择7挡干式双离合变速器汽车作为试验车辆在相同道路上进行了4次RDE试验，依据挡位对数据进行基本划分，基于挡位划分的结果表明：CO2、CO、PN（未装GPF）排放因子与传动比、RPA均有显著的线性相关关系，NOx排放因子与传动比、RPA的相关关系稍弱；CO2在不同档位、车速下的排放规律，可由引入传动比作为变量的基于发动机单个工作循环排放量的排放分析方法进行解释，该方法对部分污染物排放规律也有一定的解释作用；在进行以减少碳排放、减少污染物排放为目标的整车标定时，传动比与排放的影响规律可作为标定换挡控制策略的参考。增加低速挡的使用时间，RPA有升高、V·apos_[95]有降低的趋势，可以提高动力学检验通过的机会。

针对高压共轨系统供油蓄压过程与燃油喷射过程的控制策略与布置方案进行了研究，建立了高压共轨系统数学模型，运用液压流体仿真软件AMESiｍ构建高压共轨系统仿真计算模型；结合试验数据，验证了高压共轨系统燃油热模型的有效性。首先进行了共轨系统控制策略对燃油流通特性的影响仿真分析，研究发现进出油阀的控制参数的影响对共轨系统的流通特性影响较小，出油阀弹簧刚度越大，出油阀开启时间越短，出油阀孔径的减小，将增大柱塞腔内部压力，出油阀弹簧预紧力无明显影响。出油阀控制参数对系统流通特性均无明显影响，进油阀预紧力是进出油阀参数的主要影响因素。然后进行了共轨系统布置方案对燃油流通特性的影响仿真分析。得到对于六柱塞泵十二喷油器布置位置方案最优解：连接管直径最优解是2mm；集合管直径最优解是2mm，集合管长度最优解是30mm；分配管直径最优解是2mm，分配管长度最优解为80mm。