为优化柴油机轨压稳定控制和快速响应控制，提出一种将改进的海鸥算法与PID控制器相结合的共轨压力控制方法。根据高压共轨系统的物理结构和工作原理，搭建了高压共轨系统实时仿真模型；针对原始海鸥算法种群分布不均匀、容易陷入局部最优等问题，提出将Tent混沌映射、非线性惯性权重和高斯–柯西混合变异策略融入海鸥算法中，提升了算法的计算精度和收敛速度等方面的性能；基于改进后的海鸥算法完成对模型的轨压PID控制器参数自适应整定。研究结果表明：改进海鸥算法优化后的PID控制的轨压稳态和动态特性都明显优于常规PID控制。在稳定工况下，轨压波动幅值减小了33%以上；在动态过程中，稳定时间缩短了14%以上，超调量减小了71%以上。

以一台1.5 L气道喷射汽油机为研究对象，根据汽油机台架试验结果与喷水器喷雾特性，利用AVL FIRE软件建立了进气道喷水汽油机三维模型，仿真分析了水雾的发展过程与分布状态，研究了4组喷水量对汽油机爆震和缸内燃烧过程的影响规律。结果表明，水雾发展至气门附近即被蒸发，仅有少量水雾以液态形式进入缸内。随喷水量增加，爆震指数降低，降幅达33.70%，缸内温度与压力曲线逐渐向后、向下移动。喷水量为13.186 mg时缸温峰值与不喷水相比下降20.27 K，缸压峰值降低0.48 MPa。缸内进水量低于喷油量的5%时，水雾对爆震和缸内燃烧过程影响微弱。喷水对速燃期影响效果更显著。随喷水量增加，火焰传播速度降低，速燃期延长，累积放热率曲线后移，总燃烧持续期共延长2.5°曲轴转角。

以非道路高压共轨柴油机干式缸套为研究对象，采用仿真与测试相结合的方法，在热态、热态预紧、热态预紧过盈、热机耦合和热机耦合过盈工况下对比研究了载荷变化对缸套综合变形特征的影响规律，研究了不同缸套变形特征对活塞–缸套摩擦副的机油消耗量、窜气量及摩擦损失的影响规律。研究结果表明，在热态工况下，摩擦损失功最大，为1.09 kW；在热态预紧工况下，机油耗最大，为4.29 g/h；在热态预紧过盈工况下，窜气量最大，为15.71 L/min。在热态工况下施加预紧力，摩擦损失功减小，机油耗和窜气量增大，继续施加缸套过盈载荷，摩擦损失功和窜气量增大，机油耗减小；在热机耦合工况下施加缸套过盈载荷，摩擦损失功、机油耗和窜气量均增大。

基于NH₃选择性催化还原（selective catalytic reduction， SCR）反应机理，对采用褶皱式玻璃纤维基底的钒基催化剂在重型柴油机中的应用性能进行模拟研究，并与传统堇青石基底钒基催化剂进行对比。利用国六发动机台架测试结果对模拟程序进行了验证，然后研究了氨氮比、NO₂/NO_x比及空速对褶皱式玻璃纤维基底的钒基催化剂在低温下NO_x转化及NH₃泄漏特性的影响。结果表明：低温下褶皱式玻璃纤维基底钒基催化剂的NO_x转化性能明显优于相同条件下的堇青石基底钒基催化剂。氨氮比的增加对褶皱式玻璃纤维基底的钒基催化剂的NO_x转化性能无明显影响；当氨氮比从0.8增加到1.2时，在200 ℃~500 ℃的区间内NH₃的泄漏量由1×10^-6提高到100×10^-6。NO₂/NO_x比增加可有效提高钒基催化剂的低温性能。当温度为150 ℃时，NO₂/NO_x比由0提高为0.5，钒基催化剂的NO_x的转化效率从14.0%上升到76.0%，而NH₃泄漏量由428×10^-6下降为9×10^-6。当温度为200 ℃时，30 000 h^-1空速下钒基催化剂的NO_x转化效率为98.5%，比90 000 h^-1下提升近30.0%；NH₃泄漏量为7×10^-6，比90 000 h^-1下降低150×10^-6。

针对中国自主品牌柴油发动机的关键摩擦副测量方法和试验测评工况进行研究，结合润滑油理化分析和关键摩擦副磨损精密测量，形成柴油机润滑油抗磨损性综合评测方法。工况研究显示，延迟喷油正时可在排气温度不超过高温限值的同时实现碳烟的快速生成，加剧摩擦副零件的磨损；提升发动机转矩及降低发动机转速能够有效扩大混合润滑区和边界润滑区占比，利于润滑油抗磨损性的考核。试验结果表明，提出的400 h台架试验后润滑油的老化程度超过了实车100 000 km，具有显著的苛刻性；经过两种不同润滑油的6次试验验证，发动机活塞一环失重、活塞油环磨损、缸套磨损、挺柱磨损、连杆上瓦失重等主要摩擦副评价项目具有较好的重复性和区分性，可以作为润滑油抗磨损性能的评价指标。

基于CONVERGE三维计算平台构建了耦合柴油化学反应动力学的微尺度燃烧模型，分别研究了初始环境压力、初始环境温度和狭缝间距对燃烧特性的影响。结果表明：初始环境压力越大，初始环境温度越小，狭缝间距越大，瞬时放热率峰值越高且对应时刻越早，最高燃烧温度越高。燃烧前近稳态压力决定是否可以实现微尺度燃烧，燃烧前近稳态压力高于0.69 MPa时方可实现燃烧。

采用自主研发的偏心凸轮–挺柱副油膜润滑测试系统，对不同工况参数（凸轮转速、初始负荷、润滑油黏度和偏心距）下凸轮–挺柱副的摩擦特性进行试验研究。结果显示摩擦系数随凸轮转角变化呈现先上升后下降的趋势，在挺柱副最大升程处摩擦系数最大。凸轮转速影响接触区实际负荷和油膜剪应变率，进而改变接触副摩擦系数；随着初始负荷的增加，最大摩擦系数逐渐减小，最小摩擦系数逐渐增大；润滑油黏度越大，摩擦系数越大；增大偏心距会影响滑滚状态从而改变摩擦系数。

为探索直喷汽油机车辆冷起动后的颗粒物数量（particle number， PN）排放特性，选取了全球轻型车统一测试循环（worldwide harmonized light vehicles test cycle， WLTC）直喷汽油机聚类点工况，在发动机台架上试验研究了燃油喷射压力与喷油时刻对PN的影响规律，并基于台架的PN结果进行了整车WLTC测试循环的PN排放对比试验研究。试验研究结果表明，喷油提前角分布在240°~280°曲轴转角区间时，PN排放相对较低；提高喷射压力可使直喷汽油机PN排放降低约40%~70%；提高喷射压力后，WLTC测试循环下，直喷车低速段PN降低约40%，整个测试循环PN降低约30%。直喷车冷起动低负荷工况通过选取合理的喷油提前角和提高喷射压力，可大幅降低PN排放量。

基于计算流体力学（computational fluid dynamics， CFD）软件CONVERGE研究了天然气直喷发动机的高压天然气射流混合、引燃燃烧及排放物生成等基础过程，详细分析了引燃方式和引燃距离对这些基础过程的影响。结果表明：高压直喷天然气射流能够明显促进引燃柴油喷雾发展与混合，但引燃柴油喷射对天然气射流发展影响不明显。高压直喷天然气射流火焰中心存在温度较低而天然气浓度较高的火焰内陷区，该内陷区是碳烟的主要生成区域，碳烟高浓度区位于火焰内陷区中后部。与引燃方式相比，引燃距离对火焰浮起长度、火焰内陷长度及NO_x和碳烟排放有更明显影响。随引燃距离增加，火焰浮起长度和NO_x排放增加，火焰内陷长度和碳烟排放减小。柴油喷入天然气中引燃在3种引燃方式中具有最高的放热率峰值和最短的燃烧持续期，其NO_x和碳烟排放最低，但甲烷逃逸量最高。

为兼顾发动机低负荷热效率和高负荷爆震倾向，研制了一种适用于高压缩比的压力自适应活塞。采用试验研究方法在发动机台架上测试了压力自适应活塞对发动机性能的影响，在此基础上采用数值模拟的方法建立了发动机工作过程数值计算模型和爆震模型，研究了活塞头部位移和活塞对缸内压力、燃烧循环波动、燃油消耗率的影响及活塞的爆震抑制性能。台架试验和仿真研究结果表明：通过提高压缩比，在负荷较低时，活塞头部无位移或位移较小，缸内压力相较原机有所提升，燃油消耗率相较原机有所降低，如25%负荷工况下的燃油消耗率相较原机降低了6.67 g/（kW·h）；在负荷较高时，活塞头部位移较大，降低了过高的缸内压力和压力升高率，爆震得到有效抑制，峰值压力循环波动系数的最大降幅为1.11%，100%负荷工况下的爆震诱导时间积分相较原机降低了0.19。