气口扫气式二冲程活塞发动机由于进、排气口同时打开，容易造成燃油短路，使发动机油耗和排放升高。若想对发动机经济性和排放性能进行优化，需要对发动机扫气性能进行优化，因此需要采用合理的发动机扫气参数测量与计算方法。采用示踪气体法对一台气口扫气式航空活塞发动机捕气效率、充量系数等扫气参数进行了测量与计算，并采用包含曲轴箱和燃烧室的发动机完整的一维和三维仿真模型对测试结果进行了分析。结果表明，缸内火焰传播至燃烧室边界出现了熄火的现象并产生了未燃气体，此部分气体由于包含示踪气体会被认定为短路气体，造成示踪气体法出现误差。将燃烧室分为中央和边缘两个区域可以更准确地模拟缸内的燃烧放热过程，其放热量占总热值比例与示踪气体法测得的实际值相近。采用实验与仿真结合的方法，可以准确测量并优化气口扫气二冲程发动机的扫气性能。

通过将三维计算流体动力学（CFD）仿真软件KIVA和多目标遗传算法相结合，对正丁醇/生物柴油反应活性控制压燃（RCCI）发动机的进气和喷油参数进行了全面优化，确定了其在宽负荷范围内实现清洁、高效和稳定运行的最佳技术路线，并对关键运行参数的协同作用机理进行了讨论。优化结果表明，低负荷下正丁醇预混比例较高（接近于1），整个燃烧过程接近均质燃烧，着火和燃烧主要受燃料反应动力学控制。对于高负荷，生物柴油在上止点后引入缸内，优化结果依据丁醇预混比例可划分为两阶段燃烧和全预混燃烧模式两种，其中全预混模式主要是通过增加EGR率实现高负荷下高丁醇比例的应用，具有较高燃油效率和更低NOx排放，但该模式的燃烧噪声较高。在优化中负荷策略，少量高活性生物柴油在压缩冲程早期（-55~-30 °CA ATDC）直喷入缸内，形成活性分层，负责燃烧启动和相位的控制。针对发动机不同负荷，优化的进气参数存在明显分层现象。此外，低负荷下预混比和初始温度的分析表明，低预混丁醇比搭配低进气温度会导致正丁醇/空气混合气被进一步稀释，预混丁醇反应活性和火焰传播速度降低，燃烧效率显著恶化，并且由于增加的直喷生物柴油量，NOx和soot排放也显著增加。对于预混比和生物柴油喷油时刻，低预混比条件下，燃烧相位对喷油时刻更敏感，而高预混比条件下，预混比对燃烧相位的影响变得显著。

为探索双燃料发动机在低负荷下喷射策略的优化方案，在一台增压中冷发动机上实现柴油/甲醇双燃料燃烧模式。在1800r/min和30%负荷下，系统探究甲醇比例、主喷/预喷参数对双燃料发动机燃烧过程、排放特性和燃油经济性的影响。在预喷策略下，随着甲醇比例的增加，双燃料燃烧过程从两阶段放热逐渐转化为单阶段放热；甲醇比例的上限从40%增加至60%，循环变动系数（COV）和HC排放降低，有效热效率（BTE）增加。随着预喷正时的提前，双燃料燃烧放热推迟，放热率峰值增加，燃烧持续期缩短，soot排放和COV减小；此外，增加预喷油量会使放热率曲线向双峰分布转变，使得CA05与CA50提前，BTE、NOx和soot增加，而HC和CO却降低。在预喷/主喷优化策略下，双燃料发动机的BTE可达47.34%，而在50%甲醇比例下COV仅为1.4%。

本研究的目的是开发一个基于深度学习的预测模型，以预测高原环境下GDI汽油车CO和PN的瞬时排放量。利用便携式车载排放测试系统（portable emission measurement system，PEMS)对一辆GDI汽油车进行实际道路排放测试；加入奇异谱分析（Singular Spectrum Analysis,SSA）对原始时间序列进行处理，剔除时间序列中的异常值；利用XGBoost模型对GDI汽油车的CO和PN的瞬时排放进行初步预测，并利用SVR模型进行残差修正得到最终的预测结果。将预测结果与实际道路排放实验中使用PEMS设备测量的实际值进行比较，实验结果表明，本文所建立的XGBoost-SVR排放预测模型能较好的预测GDI汽油车瞬时CO和PN的排放，相比单一的XGBoost模型，RMSE分别提高了22.9%和39.7%，决定系数R2均大于0.9，支持预测结果的可靠性。该模型对监测高原环境下GDI汽油车实际道路排放具有一定的工程意义。

在最高点海拔为2787米，最低海拔为1331米，海拔落差为1456米，持续上下坡路段长约34公里环境条件下，用1辆N3类国六b阶段重型柴油车在满载情况下进行整车实际道路排放测试，在相同的测试工况、相同道路、相同负载条件下测量重型柴油车在长上坡下坡过程中实际道路排放污染物排放量的趋势。重型柴油车整车100%载荷长下坡时，随着海拔高度的下降，发动机排温从300℃左右持续下降至150℃左右。当排温下降至150-200℃以下时NOx和CO排放明显升高，长下坡路段PN排放均处于较低的状态；而重型柴油车整车100%载荷长上坡时，随着海拔高度的升高，发动机排温从120℃左右迅速上升并保持在300℃以上。NOx和CO排放仅有在初始上坡排温还未上升稳定阶段偏高，其余阶段均排放均处于很低的状态。长上坡过程中因发动机负荷增大，PN排放均处于相对较高的状态。

通过进排气海拔模拟系统模拟不同海拔条件下柴油机在电力测功机上运行热态WHTC循环，通过非常规气体分析仪测量排放污染物随海拔的变化趋势。通过分析非常规排气污染物与海拔的关系，得到N2O随着海拔的升高排气浓度逐渐降低；不同海拔下的SO2排放基本保持不变，维持在0ppm左右；瞬态循环下HCHO排放随着海拔升高而逐渐降低，稳态循环下HCHO排放随着海拔的升高呈现先升高后降低的趋势；0-5000米海拔下瞬态HCOOH排放非常小，在7mg/kWh以内；不同海拔NH3排放都非常小。

排气再循环（EGR）的方式与再循环排气流量的大小对机械复合涡轮的排气余热回收有较大影响，为了研究EGR方式及EGR率大小对柴油机匹配机械复合涡轮的影响，本文基于某款柴油机的性能试验数据,以GT-power软件为载体建立了匹配机械复合涡轮柴油机模型，研究了高压EGR模式和低压EGR模式下EGR率对机械复合涡轮柴油机的影响。研究表明：与原机相比，匹配机械复合涡轮的柴油机整机有效热效率均有所提高；在两种EGR模式下，随着EGR率的增大，原机有效热效率和匹配机械复合涡轮的柴油机有效热效率均随之降低；在最大转矩工况，机械复合涡轮柴油机匹配低压EGR系统的燃油经济性优于匹配高压EGR系统的燃油经济性，而在额定功率工况，机械复合涡轮柴油机匹配高压EGR系统和低压EGR系统的燃油经济性差别较小。

增程式汽车的发动机采用HCCI燃烧技术以及余热回收技术能够进一步提高发动机能效，降低油耗。本文通过在汽油均质压燃发动机中进行串联复合涡轮匹配，利用复合涡轮技术对发动机进行废气余热回收，达到提高发动机功率及整机热效率的目的。基于GT-power软件搭建了串联复合涡轮汽油均质压燃发动机的仿真模型，进行废气涡轮增压器以及动力涡轮的选型匹配，并提出串联复合涡轮匹配方法。模拟结果表明，中高负荷下，在可选动力涡轮直径范围内，随着动力涡轮直径的减小，总功率及整机效率变高，在1800rpm中高负荷工况下整机效率最高能提高1.1%。

利用三维仿真软件CONVERGE，针对某型船用二冲程双燃料发动机进行了仿真计算，探究了氨发动机的引燃条件，分析了氨燃料的应用潜力。结果显示，3%能量分数的引燃油可以成功点燃氨气，并形成稳定传播的火焰，随着引燃油量的增加，做功能力提高，但无法达到原机水平。提前燃料的喷射正时可以促进燃烧，提高做功能力。针对多工况的研究得出了相似结论，对排放情况的分析得出NOx排放量随引燃油的增加和喷射正时得提前而升高；CO2比排放量随引燃油量增加而升高，随喷射正时提前而降低；N2O比排放量随引燃油量的增加而降低，与喷射正时无固定关系。在所有工况点中，废气中温室气体浓度最高为22949.08ppm，低于原机水平，起到了改善温室效应的效果。综合分析得出喷射正时为-13.8°CA/-12.8°CA，引燃油量为5%的工况点综合性能最佳。

基于一台高压共轨直列四缸柴油机，在80 kPa的大气压力下，依托AVL台架测试设备，开展台架实验，并根据台架实验数据搭建AVL BOOST整机加后处理系统一维模型，分别研究了进气节流、排气节流对柴油机性能及选择性催化还原系统(Selective Catalytic Reduction, SCR)性能的影响。结果表明：采用进、排气节流均会使柴油机的功率、转矩以及进气流量有不同程度的下降，降幅可达10%，排气温度、油耗上升，升幅可达15%，柴油机的经济性、动力性下降；采用进、排气节流后会使单位时间内SCR前后端NOx排放积累量及NH3逃逸积累量降低，SCR前端NOx积累量降幅可达10%，SCR后端NOx积累量降幅可达88%，NH3逃逸积累量降幅可达66%。 SCR转化效率明显上升，最高可达97%；但两者的效果有所差异，进气节流对柴油机及SCR性能的影响更加明显；且两者的影响又随着转速的不同又有所差异，进、排气节流对低转速的影响更大。该研究为高原环境下柴油机的排气热管理提供有效依据。