采用数值模拟方法研究了第一参比燃料（PRF50）的低温重整过程及其产物对压燃式发动机燃烧和排放特性的影响。研究结果表明，PRF50燃料的低温重整区域随当量比的增加而增大，初始温度和压力的选择范围变化有限，并且PRF50燃料发生低温反应的触发界线开始向较高的初始进气温度方向移动；初始进气温度和当量比对重整过程的影响要大于初始压力的影响；PRF50燃料的低温重整产物均可使PRF50燃料均质充量压燃的燃烧相位提前，且重整产物的加入改善了发动机有害排放中一氧化碳、未燃碳氢和氮氧化物的排放，指示热效率也可提高约3%。

通过建立柴油机氮氧化物（NOx）排放、碳烟排放预估模型和柴油机颗粒物捕集器（DPF）内碳烟颗粒的催化氧化反应模型，探讨了一种基于质量平衡的DPF碳载量在线预估方法。欧盟驾驶循环（NEDC）测试工况的排放试验结果表明，柴油机NOx和碳烟排放预估模型计算结果与试验结果的误差分别为5.1%和3.9%。在车辆实际道路行驶工况进行了DPF碳烟颗粒加载试验，结果表明，试验过程中对DPF碳载量的在线预估值与试验结果的最大偏差为0.48g/L，平均偏差为0.17g/L，模型的平均预测误差为2.1%。本研究为热再生时机的准确判断提供了有效参考。

基于可视化单通道台架，采用激光位移传感器在线测量再生时过滤壁面上颗粒层厚度，采用电镜离线观测颗粒层形貌，探索已沉积的炭黑颗粒层在柴油机颗粒捕集器（DPF）过滤壁面上的再生氧化过程。结果表明，基于颗粒层厚度变化曲线，再生过程分为3个阶段：第I阶段，颗粒层厚度缓慢降低；第Ⅱ阶段，颗粒层厚度快速降低，氧化反应主要发生在DPF孔隙气流处，颗粒层表面出现凹坑形貌；第Ⅲ阶段，颗粒层厚度再次缓慢下降。同时，炭黑颗粒微观形貌由均匀堆积形貌向链状和环状形貌变化，颗粒层随氧化的进行呈现凹坑结构。

基于台架试验，对利用辅助功率单元（APU）动态协调控制策略的发动机工况切换进行研究，并分析了发动机在起动过程、加速加载切换过程、减速减载切换过程的转速超调量和转矩超调量。提出了基于转矩模型的动态协调控制策略，能够保证发动机在工况切换时基本沿着最佳等效燃油消耗线运行，具有切换用时短、转速超调量和转矩超调量低的优点。工况点之间切换用时最低为0.6s；整个过程中最大转速超调量约为150r/min，与最大转速之比为5.4%；最大转矩超调量约为35N·m，与最大转矩之比为15.7%。试验结果表明：通过提高发动机怠速转速，可以加速暖机过程，并且不会造成发动机起动过慢的问题；在发动机起动初期，适当降低喷油量甚至断油，不影响发动机的起动性能，可实现油耗降低。

通过对一台增压汽油直喷（gasoline direct injection，GDI）发动机活塞和凸轮型线的重新设计实现了高压缩比米勒循环，并在此基础上引入了废气再循环（EGR），研究了不同压缩比米勒循环和EGR综合作用对发动机的性能影响。结果表明：增大压缩比和采用米勒循环技术对爆震影响存在取舍（trade-off）关系，低速全负荷下高压缩比米勒循环相比原机油耗略有上升；而低压冷EGR技术由于缸内稀释冷却作用可以优化燃烧相位，对外特性工况有效燃油消耗率有明显的改善作用；在部分负荷工况下，压缩比的增加和米勒燃烧循环可使油耗较原机下降6.3%，在整合低压冷EGR技术后，油耗进一步下降3.1%。可以得出结论，采用合理的增加压缩比，采用米勒循环技术并匹配低压冷EGR技术，可以大幅改善发动机的经济性。

在快速压缩-膨胀机上进行试验，模拟液压自由活塞发动机（hydraulic free piston engine, HFPE）在不同缸内初始压力下的单次燃烧做功过程，并利用OpenFOAM和CONVERGE三维计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD）仿真平台进行增压仿真研究。结果表明：液压自由活塞发动机随着缸内初始压力的增大，相同压缩比下发动机循环周期缩短，活塞在上止点附近停留时间缩短，爆震极限压缩比增大，抗爆能力增强。适当提高缸内初始压力有利于提高指示效率，当缸内初始压力提高至0.15 MPa时，发动机指示效率由0.30提高至0.31，但当初始压力达到0.20 MPa后，指示效率又降至0.30。针对缸内初始压力进一步增大后出现的效率降低问题，在仿真研究中发现采用多火花塞点火方案，即使在初始压力0.80 MPa的条件下也能得到较高的指示效率而不发生爆震。

为提高某3缸汽油机起动工况的快速起动性及满足峰值转速要求，基于最优拉丁超立方设计方法和椭球基神经网络（ellipsoid-based neural network model，EBFNN）模型建立起动油压阀值、起动喷油加浓因子、起动点火提前角偏移及起动平均指示压力偏移等起动控制参数与起动时间、起动峰值转速的关系，并用20组样本数据验证EBFNN模型的准确性；结合带精英策略的非支配排序的遗传算法（non-dominated sorting genetic algorithm II，NSGA-II）对起动时间和起动峰值转速进行优化。优化结果表明：起动时间缩短20.29%；起动峰值转速提高1.93%，大于目标息速300~500r/min。优化后全碳氢、CO、颗粒数排放增加量少于10%，NOx排放降低3.2%，油耗降低16.60%，能很好地满足开发要求。

通过一台缸内直喷增压汽油机，对燃用不同比例正丙醇/TRF 混合燃料的燃烧及排放特性进行了详细研究．结果表明：随着混合燃料中正丙醇比例增大，最大缸内压力及燃烧最高温度增大；火焰发展期和快速燃烧期均不断缩短．排放方面，随着正丙醇比例增大，CO、总碳氢(THC)、烷烃类物质、乙炔和芳香烃浓度降低，烯烃类和醛类物质在正丙醇比例为30%时最高．颗粒物几何平均直径和积聚态颗粒物比例随着正丙醇比例的增大而减小．发动机有效热效率随着混合燃料中正丙醇比例的增大而不断提高，中等负荷(0.6 MPa)时混合燃料PRTRF50 的有效热效率最高，为33.1%．

基于高压可视化定容燃烧弹试验台，利用高速摄影技术和激光粒度仪对柴油/PODE3-4 混合燃料喷雾特性进行研究，分析了燃料物性、喷射压力和喷孔直径对混合燃料宏观与微观特性的影响．结果表明：混合燃料的喷雾贯穿距离大于纯柴油，并呈现先增大后趋于稳定的趋势；在高喷射压力下，相比纯柴油，混合燃料的喷雾贯穿距离增幅较为明显，但平均喷雾锥角增长幅度较小；增大喷孔直径，混合燃料与纯柴油的喷雾锥角和喷雾贯穿距离都增大；喷射压力升高，混合燃料的索特平均直径(SMD)都下降，柴油下降幅度最小，Dv90 降幅较为明显，说明在喷射压力影响下，大液滴更容易破碎成小液滴；随着喷孔直径增大，混合燃料的SMD、Dv10、Dv50 和Dv90 都呈上升趋势，说明较大的喷孔直径不利于混合燃料喷雾特性的改善．

建立了高温高压环境下双组分单液滴的一维非稳态蒸发模型．该模型可描述气/液两相质量及能量平衡、液相传热传质和相变过程．使用所建立的液滴蒸发模型，以正二十四烷(C24H50)和正三十烷(C30H62)作为机油的表征组分，分析了双组分机油液滴蒸发过程中液滴温度和组分摩尔分数分布的变化趋势，并对比了相同环境条件下机油与异辛烷液滴的不同蒸发特性．在此基础上，研究了环境压力、环境温度和液滴初始半径对机油液滴寿命、液滴蒸发百分数、液滴温度和组分摩尔分数等的影响．结果表明：在高温高压环境下，机油液滴能够留存较长时间，形成缸内高温早燃源的可能性较大．