通过一台全透明石英气缸套的汽油缸内直喷光学发动机，利用平面激光诱导荧光法(PLIF)定量测量了发动机滚流平面内的混合气浓度分布．在不同节气门开度及不同喷射策略下研究了缸内混合气分布随曲轴转角的变化，讨论了气流运动强弱、喷射时刻及喷射量对发动机混合气的影响；针对可视区域的平均及局部燃空当量比提出了评价不均匀度，并开展了循环变动分析．结果表明：节气门开度不为0 时，单次早喷策略均可在上止点附近形成不均匀度评价指标小于0.14 的混合气，且不均匀度随进气流动增强而下降；推迟喷射时，油气混合速度明显加快，单次晚喷及双喷工况在上止点附近均可形成不均匀度评价指标小于0.15 的混合气；单次早喷、非怠速工况的平均燃空当量比在上止点附近的循环变动小于0.06，而大部分单次晚喷及双喷工况均大于0.13；局部燃空当量比循环变动较大的区域通常为混合气云团运动方向的前沿，较弱的进气流动及推迟喷射会提高整个有效区域内的循环变动．

针对一台多缸重型柴油机，围绕进气和燃油喷射系统，研究了可变截面涡轮增压器(VGT)、燃油喷射参数(燃油喷射压力、喷油器流量)对聚甲氧基二甲醚(PODEn)/柴油混合燃料低温燃烧方式的影响．结果表明：PODEn /柴油混合燃料可以改善燃烧，降低排放．随着负荷的增加，VGT 开度逐渐增大，在进气量充足的情况下，增加VGT 开度有助于改善燃油消耗率．综合排放和有效热效率的影响，B25、B50 和B100 对应的最佳VGT 开度分别为50%、55%和60%．提高燃油喷射压力可以降低排放，但过高的燃油喷射压力会导致燃油消耗率升高，B25、B50 和B100工况的最佳燃油喷射压力分别为140、160 和175MPa．提高喷油器流量可以缩短燃油喷射持续期和燃烧持续期，提高扩散燃烧速率，排放和有效热效率同时得到改善．

通过建立三维计算流体动力学(CFD)柴油/天然气双燃料喷射模型，研究不同EGR 率对高压直喷(HPDI)发动机燃烧和排放特性的影响．结果表明：高温区主要是由柴油引燃的天然气射流燃烧形成．另外，由于喷射的天然气与燃烧室边缘碰撞，高温区域被分成两个部分：一部分进入燃烧室凹坑区并形成顺时针旋转的滚流；另一部分进入挤流区与新鲜空气进一步混合燃烧．NO 的形成区域与天然气射流中心线形成的高温区基本重合．在挤流区，由于燃料的氧化速率和停留时间有限，因而产生了较多的CO．此外，HPDI 发动机的颗粒物(PM)形成区域与CO 形成区域大致相同，这是由燃料的低氧化率造成的．随着EGR率增加，NO 排放降低，而CO和PM排放随之增加．

爆震被认为是缸内燃烧火焰传播过程中末端混合气局部热点自燃引起的压力振荡．通过抑制局部热点自着火的反应速率可以降低爆震强度．通过一台缸径为190,mm 的天然气发动机，研究不同过量空气系数对降低爆震强度的影响．在过量空气系数较小的工况下，当自着火发生时可以观察到压力振荡；在过量空气系数较大的工况下，当自着火发生时爆震强度较微弱．爆震强度随着缸内最高温度和最大压力变化而变化．在过量空气系数大于1.45 的工况下，爆震的发生由局部热点反应速率决定；而在过量空气系数小于1.45 的工况下，爆震的发生受自着火出现时刻控制．

高压共轨喷油器控制腔为燃油淹没射流，由于压差变化大，该淹没射流常伴随空化．笔者设计了一套柴油圆管喷孔淹没射流装置，研究了不同进/出口压力改变后的射流规律．试验过程中，采用内窥镜拍摄到圆管出口的空化过程，并且对挡板上的射流冲击力进行测量．结果表明：随出口压力的降低，空化首先在圆管内发生，并向出口延伸，根据空化是否发展到喷孔出口可将淹没射流分为两个阶段：第一阶段，空化没有发展到喷孔出口，随着出口压力的降低，射流冲击力不断增加，最大冲击力出现在空化达到喷孔出口截面时；第二阶段，空化离开喷孔出口并进入背景流体，随出口压力降低，淹没射流冲击力减小，并最终趋于稳定；随着入口压力的提高，淹没射流冲击力的最大值以及进/出口最大压差下的稳定冲击力均先增大之后保持不变．

针对柴油机高压共轨喷油器不同的喷孔结构参数，开展了喷油流量的一致性仿真和试验，分析了不同轨压情况下喷孔锥度(k 系数)、入口圆角半径对喷油器循环喷油量的影响以及不同轨压、脉宽情况下喷孔结构对循环喷油量一致性的影响．结果表明：增大喷孔k 系数和入口圆角半径可以有效抑制孔内空化现象，增大喷孔流量系数，从而增大喷油器循环喷油量；在喷孔结构相同时，增大轨压或喷油脉宽可以减小喷孔内压力波动对循环喷油量一致性的影响；增大k 系数和入口圆角半径可以减小因空化现象造成的压力波动，使喷孔内部燃油压力分布更均匀，提升循环喷油量一致性．

通过186FA 单缸风冷柴油机，燃用0 号柴油、费托(F-T)柴油及正戊醇/F-T 柴油混合燃料PE5、PE10 和PE20(正戊醇体积分数分别为5%、10%和20%)．使用自制颗粒采集装置采集排放颗粒，去除颗粒表面可溶性有机物(SOF)后使用X 射线光电子能谱分析(XPS)测试颗粒表面含氧官能团与碳原子杂化形式．结果表明：O/C 从高到低依次为0 号柴油＞PE20＞PE10＞PE5＞F-T 柴油，随着负荷增加，5 种燃料颗粒的O/C 均减小；颗粒表面羟基官能团(—OH)明显多于羰基官能团(C＝O)，两种含氧官能团的相对含量由高到低依次为0 号柴油＞PE20＞PE10＞PE5＞F-T 柴油，随着负荷增加，5 种燃料颗粒的含氧官能团均降低；0 号柴油颗粒的sp3/sp2大于F-T 柴油，随着FT柴油中正戊醇掺混比例增加，排放颗粒的sp3/sp2相应增加．

为了完善柴油机铜基分子筛选择性催化还原(SCR)催化剂的失活机理，使用流动反应试验系统对一步合成法Cu-SSZ-13 催化剂样品进行水热老化处理以及标准SCR、NH3 氧化、NH3 程序升温脱附(NH3-TPD)等评价测试，并基于X 射线衍射(XRD)、原位漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)以及H2程序升温还原(H2-TPR)技术对样品进行微观表征分析．结果表明：850℃水热老化会造成催化剂分子筛骨架结构垮塌，NH3 吸附活性位数目急剧下降，催化剂大幅度失活；而750℃水热老化会造成催化剂布朗斯特(Brønsted)酸性位减少，并发生孤立的Cu2+位置迁移以及铜氧化物(CuOx)生成等现象，使得催化剂SCR活性在一定程度上降低．

基于一款自主开发的自然吸气直喷汽油机，通过台架试验，采用GT 仿真的方法研究了整车排气系统对汽油机动力性的影响，并采用傅里叶频谱分析方法对排气波动进行傅里叶正变换及逆变换，实现波动信号在时域和频域的转换，进而分析了影响动力性的关键谐波成分，并确定了在整车排气系统中影响此谐波的反射源为前级消声器．结果表明：前级消声器在整车排气系统中的位置对某些转速的动力性影响显著，通过合理优化控制整车排气系统反射波的频率，使其波疏在排气结束时到达排气道口，可以明显降低缸内残余废气量，从而提升动力性．最后，探索了通过傅里叶频谱分析方法验证及优化整车排气系统以提高发动机低速动力性的方法．

柴油机气缸油膜厚度可以评价气缸润滑效果．超声波测量气缸油膜厚度具有不破坏测试环境的优点，但标定技术是其应用的关键．通过介绍谐振模型和等效弹簧模型，分析两种模型计算油膜厚度的原理，得到超声波反射系数、入射频率和油膜厚度间的关系；然后利用泰勒展开式计算出谐振模型和等效弹簧模型的误差影响，得到谐振频率、采样频率与测量误差的关系，以及反射系数、声波频率与测量误差的关系，得到超声波反射系数的合理取值范围．提出了千分尺结构的标定试验装置和楔形量块结构的标定试验装置，并利用这两种装置分别对谐振模型和等效弹簧模型进行试验标定，试验方法可满足油膜厚度的超声波测量标定．