采用高活性柴油引燃氨是实现氨燃料发动机稳定运行的方法之一。本文将氨机理和NOx机理和正庚烷机理整合并简化得到了正庚烷/氨双燃料机理，包括87个组分和588种反应，并通过激波管、射流搅拌反应器、流动反应器和发动机的实验数据对该机理进行了验证。利用同位素标记方法模拟了NH3和N2对NO的影响。结果表明:当温度高于1800 K时，N2对NO的贡献随着温度的升高而增加，尤其是在当量比较低的情况下;HNO分解、HNO与H反应、HNO与O2反应等途径使HNO在NO生成过程中起重要作用。NO的消耗主要通过NH2、NH和N的对NO的还原，其中NH2作用最大。随着温度的升高，NH和N对NO消耗的贡献率增加。

利用一台高压直喷米勒循环氢气发动机，通过调节氢气喷射参数，试验研究了稀薄燃烧模式下发动机燃用氢气时燃烧特性，并进一步探索了喷射参数对氢气发动机早燃特性的影响规律。研究结果表明，不同负荷工况下，采用稀薄燃烧的方式，增大空气稀释率，能够有效提升氢气发动机热效率水平，但在中高负荷工况下，由于氢气异常燃烧的限制，燃烧相位相对较为推迟。为保证氢气发动机燃烧稳定性，在稀薄燃烧模式下，提前喷氢能够形成更为均质的混合气，缸内均质度提升，有效利用空气稀释降低爆震和早燃倾向，试验所选工况条件下，当喷氢结束时刻为-66°CA ATDC时，发动机有效热效率可达43.5%。若过分推迟喷氢时刻，由于缸内压力与喷射压力压差缩小，氢气的实际喷射量减少，不利于保证发动机负荷水平。

在一台高压直喷米勒循环氢气发动机上试验研究了发动机燃用氢气时燃烧与排放特性。结合超稀薄燃烧模式，进一步探索氢气发动机热效率提升潜力，同时研究分析了实现氢气发动机超低氮氧化物排放的技术路径。研究结果表明，小负荷工况下燃用氢气燃料能够改善发动机燃烧稳定性，但在大负荷工况下氢气发动机对爆震较为敏感。采用稀薄燃烧方式可进一步提升氢气发动机有效热效率水平。在2500 r/min，BMEP = 0.8 MPa工况条件下，lambda(过量空气系数)由1.0增大至3.0时，热效率值增幅可达30%，NOx排放降幅可达约98%，且当负荷进一步提升至BMEP = 1.1 MPa时，热效率可达到43.0%。

以氢气/柴油双燃料发动机为研究对象，系统开展掺氢对发动机经济性、燃烧特性和排放特性的影响研究。试验结果表明，在2600r/min下，相比于柴油机，双燃料发动机的燃料消耗率下降，最高降低幅度达2.3%；有效热效率上升，最高上升幅度为2.4%，最高热效率达到37.8%；缸内燃烧压力上升；CO2和CO排放均下降，最高降低幅度分别为30.5%和36.7%；小负荷工况下NOx排放下降，高负荷工况下NOx排放上升，最高上升幅度为14.8%。

随着当前内燃机技术的发展以及碳达峰和碳中和的要求日趋严格，柴油机厂商逐渐加大了新能源领域的投入，天然气、瓦斯气、煤层气等气源作为较为清洁的能源，已经越来越受柴油机厂商的重视。某柴油机厂商提前布局，推出了可靠性高、低碳环保，并且可以替代进口机同类产品的全新排量的200mm缸径的高速气体发动机。其通过匹配的ABB增压器TPS44-H，可完全兼顾不同气源成分，满足其复杂的使用用途，同时满足了柴油机厂对高压比高效率的需求。

以某款汽油转子发动机作为研究对象，采用计算流体力学（CFD）的方法，建立缸内直喷汽油转子发动机缸内流动与燃烧的三维数值仿真模型，并利用试验结果进行了对比验证。在此基础上，选取敞口式、直口式和缩口式三种不同类型的燃烧室凹坑，研究了燃烧室凹坑形状对缸内流动、油气混合、燃烧过程及污染物生成的影响。结果表明：在一定工况下，在点火之前敞口式缸内的涡度和平均湍动能高于另外两种其缸内油气混合程度较好。其次，在点火期间，直口式主要缸内燃料分布在燃烧室后部，且火花塞附近燃料浓度较高。最后，综合分析三种燃烧室的缸内燃料的燃烧状态，发现敞口式缸内的汽油不能充分燃烧，导致缸内峰值压力较低，直口式的缸内峰值压力分别比缩口式和敞口式提高8.9%和36.6%

为降低内燃机冷却系统传热损失，提出了一种耦合先进智能控制策略、可同时降低油耗和部件能耗的新型冷却系统。为实现最优的冷却及节能效果，首先基于MATLAB搭建了水泵转速、风扇转速和瞬时油耗的BP(Back Propagation)神经网络预测模型，其次结合预测模型、GT-Suite和Simulink搭建联合仿真平台，最后结合遗传算法对冷却系统性能进行优化。结果表明，三个预测模型的R2值分别为0.95495，0.98661和0.96233，模型具有良好的预测效果。优化后的智能冷却系统在保证汽车动力性的同时大大缩短了汽车冷启动时间，车辆稳定运行后缸盖冷却液温度波动不超过1℃，NEDC(New European Driving Cycle)下整车油耗提高了4.96%。

为预测柴油机碳烟排放的粒径分布，选用90%摩尔分数的正庚烷和10%摩尔分数的甲苯作为柴油替代物，分别构建气相动力学机理和表面动力学机理，并将二者耦合，构建成柴油替代物机理(简称HTS机理)，将HTS机理结合矩量法数值模型进行了机理验证。在化学反应器验证中，滞燃期、层流火焰速度、预混火焰关键组分、预混火焰碳烟粒径分布的的模拟值与文献中的试验值基本一致。在CFD验证中，柴油机缸压与放热率，HC、CO、NOx排放及碳烟粒径分布的模拟值与文献中的试验值吻合较好。使用HTS机理结合矩量法数值模型能有效预测柴油机的燃烧、HC、CO、NOx排放和碳烟粒径分布，为柴油机的清洁燃烧提供理论依据。

文章基于化学动力学的模型方法，对乙醇/汽油/二氧化碳（EGR的主要成分）进行研究，得到不同边界条件对于燃烧参数的影响机制。结果表明：乙醇汽油混合物加入二氧化碳后，混合物的层流燃烧速度出现显著降低。二氧化碳/乙醇/汽油混合物的层流燃烧速度随着当量比的增加先增加后减少；随着初始温度的增加而增加；随着初始压力的增加而减少。随着二氧化碳稀释比的增加，反应R1的ROP数值减小。另外，生成H自由基的主要反应随着二氧化碳稀释比增加产率降低，直接造成体系内H自由基浓度降低。体系内二氧化碳稀释比例提高时，三种自由基团的浓度均出现显著下降。这种现象在二氧化碳稀释比为0.1时更加突出。由于二氧化碳稀释比的提高，导致多项反应物与生成物含量降低，火焰结构发生细微变化。当体系内二氧化碳增加时，可以明显发现体系温度发生了下降。

为解决氩气(Ar)循环氢气发动机在高效率时的低功率密度问题，以热力学方法分析了米勒循环兼顾热力学循环效率和功率密度的提升潜力。将引入化学平衡的奥托/米勒循环称为变比热容比奥托/米勒循环。计算结果表明：在压缩比为10、当量比为1.0、循环工质Ar与O2的摩尔比(Ar比例)为79:21时，相较于变比热容比奥托循环，变比热容比米勒循环效率从52.0%增加到65.7%，同时功率密度提升了26%。Ar比例是影响功率密度的关键因素；将Ar比例从79%分别增加至91%和95%时，功率密度分别降低42%和64%。在Ar比例为91%时，假设由于热损失等引起的实际损失为20%，为实现指示热效率分别超过55%、60%和63%，氩气米勒循环氢气发动机的压缩比应分别不低于7、12和20；当压缩比分别增加为50和100时，变比热容比米勒循环效率将分别达到84.6%和86.5%。