基于一台2.0 L柴油发动机，在1 500 r/min、平均有效压力（brake mean effective pressure， BMEP）0.4 MPa~0.9 MPa工况下进行了汽油压燃（gasoline compression ignition， GCI）和柴油压燃（diesel compression ignition， DCI）的燃烧和原始污染物排放的对比研究。此外，基于6个全球轻型车统一测试循环（worldwide harmonized light vehicle test cycle， WLTC）聚类工况点，进行了三元催化器（three-way catalyst， TWC）和稀燃NO_x捕集器（lean NO_x trap， LNT）或被动选择性催化还原器（passive selective catalytic reduction， PSCR）组合的污染物后处理方案的研究。研究结果表明：在负荷较低时，由于油气过度混合，缸内温度低，GCI的有效热效率低于DCI。随着负荷的提高，相比DCI，GCI的热效率明显改善，有效热效率最多提升至约43.0%。不同负荷下，相比DCI，GCI的NO_x排放略微下降，碳烟烟度（filter smoke number， FSN）显著下降；相比DCI，GCI的CO排放和HC排放在低负荷时大幅提高，但随着负荷提高，GCI的CO排放和HC排放与DCI的差距减小。基于某款车型实际测试的WLTC循环的6个聚类点对NO_x、HC、CO污染物排放的后处理进行评估，GCI发动机采用TWC+LNT/PSCR的后处理方案在满足国六b排放法规方面具有一定的潜力。

基于一台高压直喷汽油机，将汽油直喷喷射器替换为氢气直喷喷射器，试验研究了发动机燃用氢气与汽油时的燃烧和排放特性差异。采用空气稀释，进一步分析了氢气发动机稀薄燃烧模式下热效率提升潜力及氮氧化物排放特性，明确了氢气燃料对发动机燃烧及污染物排放的影响规律。结果表明，当量燃烧模式下，相比汽油发动机，氢气发动机的燃烧持续期明显缩短，有效热效率降低，NO_x排放升高，CO及总碳氢（total hydrocarbon， THC）排放显著降低。提高氢气发动机的过量空气系数有助于改善有效热效率。在中等负荷工况下，过量空气系数为2.7时有效热效率可达43.5%。增大过量空气系数，氢气发动机能够在保持较高燃烧稳定性的情况下显著降低NO_x排放。在低负荷工况下，当过量空气系数大于2.3时NO_x排放最低可降低至44×10^-6。

针对布置有主油道信号油反馈泵后泄流调压结构的柴油机润滑系统，通过高频压力波动数据的频谱分析和泵阀瞬态仿真，论证了低频压力波动产生的主要原因是阀芯调压过程振动失稳。其低频波动频率范围一般为20 Hz~30 Hz，波动幅值占整体压力波动幅值的50%~80%。研究发现通过在信号油道中设置阻尼孔可以衰减甚至消除低频油压波动现象，有效减小压力波动对发动机运行可靠性的影响。

均质稀薄燃烧能够有效提高汽油机热效率，而高能点火可以提高汽油机的燃烧速度，是实现均质稀薄燃烧的有效技术途径．通过一台单缸汽油机分别研究了普通火花点火和高能点火对均质稀薄燃烧过程的影响，分析了两者燃油经济性、燃烧特性以及NOx 排放特性的差异，结果表明：相比于普通火花点火，高能点火能够有效拓宽汽油机均质稀薄燃烧的空燃比极限；采用高能点火系统A 可以实现过量空气系数φa 为1.65 的均质稀薄燃烧，指示燃油消耗率(ISFC)最低达到184.0 g/(kW·h)；采用点火能量更高的高能点火系统B 可以实现φa为1.94 的均质超稀薄燃烧，指示燃油消耗率最低达到180.7 g/(kW·h)，对应的指示热效率为48.2%；将φa 进一步提升至2.00时，NOx原始排放将降至188×10-6，但受限于燃烧过程恶化，此时ISFC将增加至185.3 g/(kW·h)．

通过一台高压共轨重型柴油机，使用汽油/柴油和正丁醇/柴油掺混燃料，掺混比例为40%、60%和80%(体积分数)，研究了平均有效压力(BMEP)为0.48 MPa 和0.95 MPa 工况下汽油和正丁醇燃料掺混对柴油部分预混压燃(PPCI)模式的燃烧和排放影响．结果表明：随着汽油和正丁醇掺混比例的提高，滞燃期明显延长，更大程度地将喷油与燃烧过程分离，实现高比例预混燃烧．在BMEP 为0.48 MPa 工况下，各比例掺混燃料均易实现高比例预混燃烧，掺混比例为40%结合EGR 即可满足欧Ⅵ排放限值，而掺混比例为80%时燃烧则受到压力升高率极限和燃烧效率恶化的约束．随BMEP 升至0.95 MPa，各燃料滞燃期缩短、预混燃烧比例明显降低，掺混比例为40%和60%时，各掺混燃料均呈明显的扩散燃烧过程．相比于汽油，正丁醇掺混燃料在较低掺混比例可获得更低的有效燃油消耗率(BSFC)和soot 排放，正丁醇以高掺混比例(80%)结合中等EGR 率实现了87%的预混燃烧比例，NOx以及颗粒物排放分别为0.4 g/(kW·h)和0.001 5 g/(kW·h).

针对柴油机强化过程中引起的正时齿轮振动加剧的现象，考虑了具有时变性的刚度、阻尼、误差和齿侧间隙，建立了正时齿轮系统曲轴齿轮副的动力学模型．分析了计入相位系数的啮合刚度、啮合阻尼、齿侧间隙和啮合误差对正时齿轮系统曲轴齿轮副的振动位移最大值和均载系数影响，并分析了计入相位系数的所有时变因素对位移最大值和均载系数的影响．结果表明：计入相位系数后的时变因素对振动位移最大值和均载系数的影响中，啮合误差最大，啮合刚度和齿侧间隙次之，而啮合阻尼几乎没影响；所有时变因素都考虑的情况下，随角度变化的位移最大值与最小值相差了6.9%，均载系数的最大值与最小值相差了11.8%；当相位系数选择(0.30，0.70)附近时，位移最大值和均载系数较大；当选择(0.50，0.50)或(0.97，0.03)附近时，位移最大值和均载系数较小．

建立了用于监测船用低速机活塞环磨损的磁场三维有限元计算模型，分析了活塞环轴向运动及磨损对监测点磁感应强度的影响．搭建了船用低速机活塞环的磨损监测试验台，分析了不同活塞环磨损状态的磁阻传感器输出信号变化规律．结果表明：活塞环磨损量与磁阻传感器信号特征值间存在着一一对应关系，信号电压幅值随活塞环的磨损呈上升趋势，证实了基于磁阻传感器的在线监测船用低速机活塞环磨损状态的有效性．

利用微种群遗传算法结合计算流体动力学(CFD)构建了数值优化平台，对一台天然气-柴油双燃料重型发动机在中速，低、中和高3 个负荷下进行了多目标优化．结果表明：通过优化柴油两次喷射时刻、压力、首次喷油比例、预混能量比例(PES)和EGR 比例，可以使发动机在3 个工况下获得高效清洁的燃烧．在不超过最大爆发压力、最大压力升高率及排放设定限值的前提下，均可获得高于45%的热效率．随着负荷增加，所需PES 及EGR率依次增大．柴油首次喷射较早，用来调节压缩余隙处的活性梯度，第二次在较晚时刻喷入活塞碗底部区域，在中、低负荷工况下，缸内呈现出活性控制压燃(RCCI)燃烧式的梯级顺序燃烧特性．在高负荷工况下，缸内一定程度上展现出柴油微引燃(DPI)燃烧式的燃烧特性．在所有工况下，缸内均发生多点式的着火燃烧．

为探索氩气(Ar)循环发动机指示热效率超过50%的途径，以热力学方法分析了影响氩气循环发动机指示热效率的因素，并提出一种在热力学循环中加入化学平衡的应用方法．确认了Ar 对热力学循环效率的提升作用，在循环工质分别为Ar、N2 和CO2、且与O2 的摩尔比为79:21、氢混合气为化学当量比、压缩比为14.5 的条件下，热力学循环效率分别为58%、50%和39%；影响燃烧压力、温度的主导因素是燃料的比例．通过提高Ar 摩尔分数可以降低燃烧压力、温度，从而提高压缩比．压缩比从5.5 提高至9.5，热力学循环效率可提高10%．当压缩比为9.5 时，为实现指示热效率大于50%，应设定Ar 摩尔分数下限为82%．

基于外加热源再生性能测试台架，采用便携式固体颗粒物计数仪，研究soot 沉积方式和颗粒可溶性有机组分(SOF)对柴油机颗粒捕集器(DPF)出口颗粒排放的影响．结果表明：无过渡段沉积后，DPF 再生效率和总质量浓度随再生温度增加而增加，升温阶段出口颗粒物以核态为主，再生阶段DPF 载体内部出现温度波峰且出口颗粒物以积聚态为主；添加50 cm 过渡段沉积后，再生效率和总质量浓度同样随再生温度增加而增加，575℃以下再生时，升温和再生阶段出口颗粒物均以核态为主；575℃再生时，升温阶段颗粒物以核态为主，再生阶段以积聚态为主．SOF能促进DPF再生，其质量分数越高，DPF再生效率和总质量浓度越高，再生时出口颗粒物趋向于核态．