当前为了满足越来越严格的排放法规的要求，针对冷起动阶段催化器快速起燃的研究备受关注。缸内直喷汽油机灵活的喷油策略使其在冷起动阶段具有高效率和低排放的明显优势。本文在一台缸内直喷汽油机上对多次喷射、轨压、空燃比、凸轮相位对碳烟、颗粒物数量、碳氢、一氧化碳、氮氧化物和燃烧稳定性的影响规律进行了试验研究，排气热流率控制在6kW/L。结果表明，三次喷射相对于单次和二次喷射，在催化器起燃阶段的排放和燃烧稳定性方面具有很大的优势。对喷射时刻(SOI1/EOI3)和喷射比例(frks)进行了优化。在轨压11MPa时可以达到理想的排放和燃烧稳定性。采用略微推迟的排气凸轮相位和稍微提前的进气凸轮相位可以达到较低的排放水平。

对于带有进、排气VVT和涡轮增压的汽油机进气系统，在气门叠开的情况下，缸内充量与进气压力呈非线性关系。针对这种现象，理论联系实际，提出了一种基于进、排气VVT配比的充量计算方法，按充量的构成要素逐一推导了计算公式，并对引入的工程化因子指出了试验标定方法。以某双VVT增压直喷汽油机为对象，对采集的数据进行了分析，将推导的公式进行了控制器实现，完成了图表标定和试验验证。台架结果表明，该方法能够准确计算缸内新鲜充量和扫气量，用进排气气门角度全因子扫描时，94%以上的数据点计算误差＜±5%；用目标进排气气门角度进行数据验证时，全部数据点计算误差＜±5%；满足车辆应用对发动机充气模型的计算精度要求。

为了降低高强化柴油机的机械负荷和热负荷，在一台高强化单缸柴油机采用米勒循环并对其换气过程开展了研究。通过更换配气凸轮轴实现了不同进气门晚关角的调节，将进气门晚关程度视为米勒深度。通过试验数据对计算模型进行校核，用气缸压力和瞬态进气压力开展了模型标定。通过模型在发动机转速为3600 r/min下分别针对平均指示压力为2.5MPa和1.5MP两种负荷下进行了对比分析，结果表明：为了保持发动机负荷不变，随着米勒深度的增大，必须增加进气压力，增压消耗功也随之增加；下止点到进气门晚关角之间的平均进气压差为负值，且会也随着进气门晚关角的推迟而增大，也导致进气回流增加。当进气门晚关角由原机（70CA ABDC）推迟到120CA ABDC后，进气回流率从接近为0逐步增大到22%，发动机的充量系数和泵气损失随之减小。米勒损失也随着米勒深度增加而逐渐增大。虽然排气能量会随着米勒深度的增加而有所增大，但其相对于增压消耗功的比例却不断降低。

天然气/柴油双燃料低速船机中，高反应活性的引燃油燃烧产生的热量和热产物，直接影响天然气的着火和燃烧过程，对发动机的燃烧特性具有重要作用。本文基于实际船用低速机，采用计算流体动力学软件CONVERGE建立三维数值模型并耦合化学反应动力学机理，模拟研究了高压直喷模式（HPDI, High Pressure Direct Injection）双燃料船用低速机引燃柴油喷射量对缸内燃烧过程的影响。结果表明：随着引燃油量降低，缸内平均压力和平均温度均有所下降，燃烧初期放热率降低；此外，引燃油量降低使前期扩散火焰减少且低温燃料相对较多，火焰发展速度更慢且火焰沿涡流方向的偏转更大；组分分析发现，引燃油量降低使缸内燃烧强度有所降低，富燃区存在较弱的低温反应区域，且火焰前锋的H2O2分布范围相对较广，说明火焰前锋处的高温反应相对较弱。

本文利用三维数值模型耦合骨架反应机理，利用热力学第二定律详细对比氢气/柴油反应活性控制压燃（RCCI）燃烧和汽油/柴油RCCI燃烧的优劣，并分析主要影响因素，评估氢气/柴油RCCI燃烧发动机的应用前景。结果显示小分子氢气的化学反应路径与汽油和柴油存在较大差异，在本质上有利于降低㶲损失。此外，氢气/柴油RCCI由于具有更高的燃烧温度和更短的燃烧持续期，进一步有助于产生更低的㶲损失占比。虽然在输出㶲占比方面，氢气/柴油RCCI并未表现出明显优势，但其换热和尾气传递的㶲更多，因此具有更高的能量回收潜力。

为探究高海拔条件下柴油机工作恶化的原因，采用火焰自然发光直接高速摄影法对不同环境条件下燃油的燃烧特性进行可视化研究。结果表明：随着环境压力和温度的下降，燃油的火焰亮度和发光强度下降，几种燃油着火初始位置距离减小，滞燃期增大。在不同条件下，4号柴油的着火性能较差，出现多次未燃现象。在温度较低时，滞燃期受运动粘度影响较大；温度较高时，滞燃期主要由十六烷值决定；当温度达到一定程度后，滞燃期趋于一致且变化很小。

为探究高海拔条件下内燃机工作性能恶化的原因，采用直接高速摄影法和阴影法对不同环境条件下蒸发态喷雾的发展过程进行可视化研究。结果表明：同一环境压力，燃油的理化性质如表面张力、粘度、较高的馏出比例有利于蒸发，四种燃油的喷雾锥角相差不大，气相锥角大于液相锥角。随环境压力增加，燃油气相、液相贯穿距离下降。环境介质密度相同，随环境温度上升，四种燃油的液相贯穿距离呈现出先分化后接近的趋势，燃油的蒸发与馏程曲线相关。

为了研究不同海拔条件下催化型颗粒捕集器的O2-NO2再生特性，在排量为1.9L的皮卡上测试了海拔高度为0km、2km、4km下的大气环境参数和尾气污染物排放情况，并建立了催化型颗粒捕集器的有限速率再生反应模型。数值结果表明：基于发动机的原始排放参数，高原环境下仅依靠被动再生无法达到再生平衡；为达到再生平衡，基于单因素法研究了尾气入口温度、MNOx/Msoot比例、氧气浓度和iVs/VFilter比例对O2-NO2再生速率的影响，在海拔高度为2km下尾气入口温度需高于510℃或MNOx/Msoot比例需大于70，在海拔高度为4km下MNOx/Msoot比例需大于98；基于正交试验设计法，发现高原环境下尾气温度和MNOx/Msoot比例是影响O2-NO2再生的显性因素，绘制了尾气入口温度耦合MNOx/Msoot比例对O2-NO2再生速率影响的MAP图。

为应对汽车制造业高产量的市场需求，为产品提供更可靠的质量保证，本文结合机器视觉识别检测技术，提出了对发动机零件外观特征进行机器视觉检测控制的方案。本文首先对机器视觉识别检测技术原理和核心关键技术进行了介绍，包括成像系统、图像采集、图像预处理、标定与分割、特征提取、测量评估等关键核心技术。结合图像滤波技术，阈值转换技术，边缘检测算法技术，复合算法技术，在发动机外观检测中的方案应用做了相关研究。根据机器视觉识别检测技术不断发展的智能化，高精度作业的发展趋势，探讨机器视觉识别检测控制技术所面临的新挑战。

为了进一步提高天然气/柴油双燃料发动机性能，通过发动机试验研究了预喷策略对双燃料发动机燃烧与排放的影响。结果表明，与单次喷射相比，采用柴油预喷策略可以有效提高双燃料发动机热效率，同时减少CO和THC排放；随着预喷正时提前，双燃料发动机的热效率先上升后下降，CO、THC和Soot的排放降低；增加柴油预喷率，双燃料发动机热效率下降，但是CO和THC排放降低，而Soot变化不大。因此，适当提前预喷时间和采用较小的预喷率可以有效提高双燃料发动机的热效率，同时降低CO、THC和Soot排放。