为满足国Ⅵ排放标准，提出并开发了双级尿素（urea）-选择性催化还原（selective catalytic reduction system，SCR）系统及控制策略，并针对该系统在柴油机上的NOx排放特性及对柴油颗粒捕集器（DPF）被动再生的影响进行了台架验证。结果表明：冷态国际统一瞬态循环（WHTC）双级urea-SCR系统NOx转化效率达到89.2%，比单级urea-SCR系统提高了5.4%，冷起动NOx排放显著降低；热态WHTC双级urea-SCR系统NOx转化效率达到99.3%，比单级urea-SCR系统提高了3.0%；对双级urea-SCR系统尿素喷射量采用闭环控制策略，热态WHTC下DPF平衡点碳载量仅比单级urea-SCR系统提高了0.2g/L，DPF被动再生效果几乎未受影响。

针对大功率柴油机选择性催化还原技术（SCR）应用需求，设计了两种混合器方案，两方案的差别在于是否在喷射点前安装前置混合器。利用计算流体动力学（CFD）技术对两方案的气流轨迹、尿素分解率、分布均匀性及压力损失进行了仿真分析，并进行D2排放循环测试验证两方案的NOx转化效率。仿真及试验结果表明：安装前置混合器可以产生旋流，促进尿素液滴与气流充分混合，提高尿素分解率和NH3分布均匀性，压力损失增高；安装前置混合器能够提高SCR催化器的NOx转化效率，并可以通过标定优化使NOx比排放满足欧盟第五阶段排放限值要求。研究表明，前置混合器更能适应当前及未来大功率柴油机NOx排放法规限值要求。

基于一台排量1.0L的小型涡轮增压直喷汽油机，研究了压缩比、活塞形状和结构尺寸对缸内气流和湍流动能的影响。结果显示，随着压缩比的提高，缸内滚流在压缩过程中减弱，压缩末期的湍流动能减小，压缩比16.0的活塞在压缩末期的湍流动能大约为压缩比9.6活塞的27%。而对于活塞形状来说，较大尺寸的球面凹坑形状有利于压缩末期湍流动能的保持，而不规则的活塞会使得压缩末期的湍流动能下降41%。凹坑的尺寸存在一个最佳值，凹坑深度过浅或过深都会降低缸内湍流动能。选择压缩比为12.0且湍流动能最高的活塞加工并试验，基于4种不同形状的活塞和最佳油耗的工况分析燃烧特性，结果显示随着工况的改变，缸内湍流动能的峰值和相位会改变，但结构对湍流动能影响的优劣基本不变。火焰扩散方向为缸内湍流动能较大的位置，缸内平均湍流动能越大，火焰传播越快，燃烧特性越好。

采用可视化定容弹搭配高速数码相机研究柴油两段喷射过程中预喷对主喷喷雾在低温下的燃烧特性的影响。通过对单段喷雾燃烧过程的试验研究发现，随喷射压力增大单段喷雾燃烧的着火延迟期与燃烧持续期减小，而火焰浮起长度与液相长度增大。同时，在相同喷射压力与喷射脉宽下对比单段喷雾燃烧过程与两段喷射主喷燃烧过程得到：两段喷雾的主喷着火位置更靠近喷嘴；主喷的着火延迟期大大缩短，但预喷量对其影响较小；两段喷雾的主喷燃烧持续期增大，且随着预喷量的增大而增大；两段喷雾的主喷燃烧火焰浮起长度小于单段喷雾燃烧火焰浮起长度，且随着预喷量的增大略有增大；两段喷雾燃烧的液相长度小于单段喷雾燃烧的液相长度，且随着预喷量的增大而减小。

基于三维计算流体力学软件CONVERGE，通过数值模拟的方法，基于不同的燃油总量、直喷汽油量、预混汽油油量和汽柴油喷射时刻等参数，展开了缸内直喷汽油对反应活性控制压燃（RCCI）燃烧模式高负荷拓展影响的研究。结果表明：进气压力及柴油喷射时刻会影响缸内浓度分层进而影响燃烧过程，而汽油喷射时刻影响不明显；在汽油采用进气道结合缸内直喷的混合喷射策略下，增加缸内直喷汽油量可以进一步增强缸内的混合气浓度分层，延长燃烧持续期，降低缸内的最高燃烧压力和压力升高率，实现更低的燃烧温度。仿真计算结果显示：若保证碳烟和NOx排放在限值内且油耗有所降低，可将平均有效指示压力（IMEP）拓展至1.6MPa；将IMEP拓展到1.7MPa后，增加汽油的预混比例并不能提高IMEP，但对排放略有改善，相应的压力升高率和燃烧压力提高。

建立了汽油机连续可变凸轮相位（CVCP）调节系统的Hammerstein模型，其中相位器的动态线性模型基于力矩平衡方程和动态流量连续性方程建立，机油控制阀（OCV）的静态非线性模型根据压力一流量特性图建立，并利用Matlab/Simulink工具构建面向控制的图形化模型。在可变气门正时（VVT）系统试验台上进行不同机油温度下的开环控制试验，利用不同幅值和方向的相位角阶跃响应测量数据对模型进行检验。结果表明，所有试验条件下模型拟合度高于98%，均方根误差小于士1°。

基于等比例放大透明喷嘴搭建可视化试验台，以乙醇柴油为流动介质，通过控制燃油喷射压力改变孔内燃油流动速度，对比研究了不同燃油流速下3种针阀升程（3mm、6mm和8mm）所对应的喷嘴孔内空化现象及近场喷雾形态。试验发现：喷嘴孔内空化现象随燃油流速升高依次历经无空化阶段、空化阶段（初生-发展-超空化）和柱塞流阶段；同等燃油流速下针阀升程越小，则喷嘴孔内越易发生空化，且空化现象更为强烈。喷孔流量系数随燃油流速升高呈先缓慢增大后急剧减小的变化趋势；同等燃油流速下针阀升程越大，则喷孔流量系数越大。近场喷雾锥角随燃油流速升高呈先增后减的变化趋势；在柱塞流发生之前，同等燃油流速下针阀升程越小，则近场喷雾锥角越大，且喷雾锥角峰值对应的燃油流速越小。

为研究功率分流式混合动力汽车发动机起动过程，建立了动态阻力矩模型，在此基础上开展了发动机缸内压力试验，基于泵气阻力矩和往复惯性力矩公式，结合试验参数和数据，通过Matlab/Simulink对泵气阻力矩和往复惯性力矩进行了仿真计算。在30℃水温条件下开展了摩擦阻力矩试验，获取了静摩擦与动摩擦阻力矩数据。为研究节气门开度、初始曲轴转角和发动机水温对起动过程阻力矩的影响，开展了各转速下不同节气门开度缸内压力试验、不同初始曲轴转角静摩擦阻力矩试验和不同发动机水温动摩擦阻力矩试验，通过不同初始曲轴转角发动机拖转试验对动态阻力矩模型进行了验证。结果表明：通过对混合动力发动机起动过程阻力矩进行理论建模与试验，可以准确模拟混合动力发动机起动过程中的动态阻力矩特性。

应用场发射扫描电镜及X射线能量光谱仪，基于分形理论，研究不同采集区域的机动车源大气颗粒物表面形貌盒维数及其元素构成特征。结果表明，柴油机原排颗粒物大多呈球状，主要元素为C和O，粒径级较小的颗粒物粘结严重，比表面积大，形貌盒维数较大。粒径级较大的机动车扩散区域大气颗粒物呈现棱块状，Ca和Si元素含量逐渐上升，表明大粒径级颗粒物中含较多的矿物和扬尘。对于不同源的颗粒物，随着粒径级减小，其表面形貌盒维数均逐渐增大。

基于一台光学发动机，在1200r/min的转速下以正庚烷为燃料，应用高速摄像的方法研究了两次喷射模式下部分预混燃烧（partially premixed combustion，PPC）中的火焰发展模式，分析了两次喷射控制燃烧反应速率的机理。研究发现，在上止点之前单次喷射时，燃烧为典型的PPC燃烧，火焰发展模式被多点自燃主导。上止点之前两次喷射，火焰同样被多点自燃主导。相比于单次喷射，两次喷射没有改变火焰发展模式，对放热规律的影响较小。推迟第二次喷射的喷射时刻，可以增加扩散燃烧比例，降低放热率峰值，但是燃烧图像中碳烟信号明显增强。两次喷射都位于上止点之后时，火焰发展模式以火焰传播为主，放热率峰值降低，燃烧图像没有明显的碳烟信号。两次喷射可以改变火焰发展模式，有效地控制燃烧反应速率的同时保持较低的碳烟排放。