将离散单元（EDEM）、计算流体动力学（CFD）与积碳层运动可视化实验台相结合，对柴油机颗粒捕集器（DPF）孔道内积碳层的运动及分布进行研究，分析其几何特性参数（形状、尺寸、厚度）对孔道堵塞失效的影响规律。结果表明：积碳层的形状对堵塞失效影响较小，不同形状的积碳层在孔道中形成的堵塞段的数量及分布类似；积碳层尺寸（积碳层横向最大尺寸与孔径比P）增加对堵塞失效的影响较大，当P增至1.0时，在孔道前、中、后段均会形成堵塞；积碳层厚度变化对堵塞失效的影响最为显著，当积碳层厚度达到0.14 mm时，DPF孔道会被大量堵塞段占据，并且位于孔道前段的堵塞段数量显著增加，最近的堵塞段距孔道入口仅10.9 mm。

苯并芘（Bap）是碳氢燃料燃烧生成的毒性最强多环芳烃，减少Bap排放可降低对环境的危害，而探明Bap的生成机理是控制其排放的关键。本研究基于密度泛函（DFT）的B3LYP结合6-31G(d,p)基组，计算甲基（CH3）和丙炔基（C3H3）与芘基分子加成生成Bap的反应；同时，利用过渡态理论（TST），获取化学动力学参数与反应速率常数，进而明确最优反应路径。结果表明，火焰中的氢原子参与的脱氢反应其能垒比直接脱氢反应的能垒低50.0-80.0 kJ/mol，这使得反应更易发生；脂肪链上的碳原子与芳香环上的碳原子成键发生闭环反应的能垒，比两个脂肪链支链之间发生闭环反应的能垒高198.0 kJ/mol-211.0 kJ/mol，因此路径2缺乏竞争优势。

通过柠檬酸络合法制备了LaMnO3、La0.5K0.5Mn1-xFexO3（x=0、0.125、0.33和0.5；x为摩尔比）催化剂，通过第一性原理计算、热重试验和微型固定床反应系统试验，探究了钾铁掺杂镧锰钙钛矿催化剂的微观机理及催化活性。同时通过柴油机台架测试系统探究了La0.5K0.5Mn1-xFexO3催化剂柴油机排气污染物的影响。结果表明：La0.5K0.5Mn0.5Fe0.5O3催化剂O的p电子离域性能较强，成键能力也较好，O与Mn、Fe发生相互作生成新的MnO6、FeO6八面体结构，对催化剂结构的稳定性产生了重要的影响。催化剂活性评价表明：La0.5K0.5Mn0.67Fe0.33O3的催化剂活性最佳，催化剂对碳烟的氧化所需要的活化能最低为78.3kJ/mol，碳烟的起燃温度最低为291℃。CO2的选择性达到99.5%以上，温度达到357℃时NO转化率为61.7%。台架试验结果表明：涂覆La0.5K0.5Mn0.67Fe0.33O3钙钛矿催化剂的DPF去除柴油机污染物效果明显，烟度、NOx、HC和CO的去除率分别达到了80%、22.6%、84%和88.9%。

针对NOx传感器具有交叉敏感性和当前在用柴油车上NH3传感器装配率低的问题，对于在用柴油车，通过安装NH3传感器等硬件来解决这一问题具有一定的复杂性且成本较高。因此，对于数量较大的未安装NH3传感器在用柴油车，对NOx传感器的缺陷和尿素喷射策略进行优化是十分必要的。本文中，建立了SCR催化器数学模型、容积卡尔曼滤波处理模型和反馈控制模型等多模型联合仿真平台。基于台架试验数据和非线性最小二乘法对相关的模型参数进行了辨识，并在ESC和ETC循环下对模型进行了仿真验证。结果表明：基于CKF的滤波模型能较好的计算催化器下游NOx的排放且准确度远高于NOx传感器的采集数值，ESC循环和ETC循环下，CKF对NOx排放的预测误差分别为4.6%、7.7%。ESC循环下，闭环控制策略下NOX排放量为0.66g/kWh，平均氨泄漏为5.7ppm；ETC循环下，NOX排放量为0.81g/kWh，平均氨泄漏为9.8ppm。

基于外加热源再生台架和颗粒物加载装置，探究了不同再生温度和碳载量下柴油机颗粒捕集器（DPF）和催化型DPF（简称CDPF）主动再生时出口气体和颗粒物排放特性。结果表明：催化剂（Pt）的涂敷有利于碳黑的氧化，在相同碳载量条件下，CDPF更易产生温度波峰，且再生效率略高于DPF；DPF再生过程中伴随着较高浓度的CO排放，且升温阶段会出现一个低浓度的核模态颗粒排放窗口，后续再生阶段几乎无颗粒物释放；CDPF再生过程中几乎没有CO生成，但在再生阶段会伴随着大量的30 nm以下的小颗粒释放，且随着再生温度和碳载量的升高，CDPF出口颗粒物浓度逐渐升高。

由于受到高温以及排气中氧化活性气体的影响，沉积在柴油机颗粒物捕集器（DPF）中碳烟颗粒会发生热老化。基于热重分析仪，研究不同老化气氛、温度以及时长对热老化碳烟氧化特性的影响规律。采用高倍透射电镜得到了相应的老化颗粒的微观结构图，并与热重试验结果进行对比分析。对碳烟表面官能团活性进行XPS分析和模拟分析。结果表明，热老化后碳烟活化能增加，在 O2/NO2气氛下热老化碳烟活化能最低为165.29 kJ·mol-1，O2/NO2气体对碳烟氧化燃烧起到了促进作用；随着热老化时间的增加，碳烟的活化能呈先上升后下降的趋势；随着热老化温度的增加，碳烟的活化能逐渐上升；与未老化的碳烟相比，热老化后的碳烟基本碳粒子的层面间距和微晶曲率减小，微晶尺寸增加，石墨化程度提高；在碳烟热老化过程中，热老化气氛中的O2和NO2优先参与含氧活性基团的反应。

为了探究柴油机颗粒捕集器（DPF）在发动机启动工况时的瞬态过滤特性，首先基于发动机性能试验台架，测试了一台柴油机在冷、热启动下DPF前后的颗粒浓度，发现启动过程初期DPF的过滤效率明显低于其在稳态工况下的过滤效率。然后搭建了小型颗粒捕集器瞬态过滤台架，实现了模拟发动机启动工况时，来流流量和颗粒浓度瞬态变化的试验条件，实验探究了模拟发动机启动工况的，瞬态来流流量变化和瞬态颗粒浓度变化对DPF过滤效率的影响。发现模拟发动机启动的瞬态工况条件下，DPF过滤效率的变化受到来流颗粒浓度瞬态变化的影响较大。此外还研究了DPF在有无碳载量时，模拟发动机启动工况下的平均过滤效率随来流颗粒浓度峰值的变化规律，当来流流量变化条件一致时，来流峰值浓度越高，DPF的瞬态过滤效率越高，且这种规律在白载体DPF条件下更为显著。

传统的柴油机DPF在使用过程中容易发生堵塞，本团队开发了一种新型的具有防堵塞功能的球形DPF。为了提高球形DPF的捕集效率和改善发动机的性能，本文针对球形DPF结构参数进行仿真优化研究和台架实验研究。主要通过建立一款2.0L的四缸柴油机的一维GT-suite仿真模型和搭建测试平台，主要研究球形DPF过滤体主要结构参数对捕集效率、压降和柴油机油耗的影响，研究结果为后续开发球形DPF提供设计依据和理论指导。

燃料辛烷值一直被用为评价汽油抗爆震性的指标，但仍未清楚燃料辛烷值能否反映实际发动机中真实的爆震燃烧过程。在本研究中，采用三维CFR发动机（Cooperative Fuel Research）仿真模型模拟研究了具有相同研究法辛烷值和相同马达法辛烷值的甲醇/PRF、乙醇/PRF以及异丙醇/PRF混合燃料的燃烧特性。在RON工况下，甲醇/PRF混合燃料的爆震时刻早于乙醇/PRF混合燃料和异丙醇/PRF混合燃料的爆震时刻，而在MON工况下，异丙醇/PRF混合燃料的爆震时刻最早。研究结果表明，即使三种燃料的辛烷值相同，但是它们末端混合气的自燃着火和火焰传播特性的不同也会导致不同的爆震时刻，从而影响它们的爆震强度。

搭建柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter, DPF)一维仿真模型，研究了进气参数、灰分分布系数、灰分量对不同结构DPF压降交点的影响规律。通过建立DPF三维CFD模型，研究了灰分量对孔道内气流运动及孔道微粒内部沉积迁移规律的影响。结果表明：较低转速时、高碳载量时非对称孔道结构（asymmetric cell technology, ACT）载体压降特性要优于对称孔道结构（symmetry cell technology, SCT）载体，灰分的沉积会增大此效果；转速升高会削弱ACT载体压降的优越性；灰分分布系数越大，ACT与SCT载体压降交点对应的碳载量越小，ACT压降特性越好；灰分量升高，两者载体压降交点对应的碳载量降低，但转速的升高会导致压降交点对应的碳载量升高；随着灰分量的升高，载体进口孔道内气流速度逐渐下降，排气孔道内气流速度略有升高，进气孔道内静压有所升高，而排气孔道静压有所下降；随着灰分量的升高，载体孔道内部颗粒的整体运动速度逐渐减小，颗粒物浓度整体上呈下降趋势，且颗粒运动速度轨迹更加密集，颗粒逐渐向载体前端迁移。