以国产6CS21 型发电用柴油机为对象，研究了两级增压技术对船用柴油机性能的影响．结果表明：两级增压技术的应用可以显著提高柴油机功率密度，采用可变气门正时(VVT)技术可以解决强米勒技术应用下柴油机在低负荷时过量空气系数不足的问题，共轨压力的提高有利于降低两级增压柴油机烟度排放．与单级增压柴油机相比，两级增压柴油机功率可提高13.6%，加权燃油消耗率降低了11.6 g/(kW·h)，柴油机排气温度在全负荷下平均降低23℃，标定负荷压比可达7.15，加权NOx排放比原机降低了11.8%，可同时满足IMO TierⅡ和内河近海中国第Ⅰ阶段排放法规要求．

氩气循环氢燃料发动机以氩-氧(Ar-O2)混合气代替空气作为工质气体，可提高发动机效率，并避免NOx 的产生．基于纹影法研究了氩-氧氛围中不同压力边界下氢气射流喷射与混合特性，结果表明：氢气射流锥角总体上随着喷射过程的发展逐渐减小，然后趋于稳定，且受压力边界的影响较小，稳定在28.5°～33.5°；射流截面积随着喷射过程的发展近似呈线性增长；提高喷射压力以获得大贯穿距离是提高射流截面积及体积的有效方法；射流内部过量氧气系数φo 随着喷射过程的发展呈上升趋势，选取高喷射压力有助于增大射流内部过量氧气系数，且对于一定的喷射压力，存在实现最大过量氧气系数的最佳环境压力．通过对不同压力边界下射流贯穿距离与喷射时间的关系拟合分析，获得一种基于压力边界预测气体射流贯穿距离的方法．

汽油压燃(GCI)发动机具有较高的热效率及较低的排放，但使用商用高辛烷值汽油存在低负荷工况下着火困难、燃烧稳定性差的难题．将高十六烷值的加氢催化生物柴油(HCB)按照不同体积比例添加到95 号汽油中，通过一台共轨单缸柴油机，研究在小负荷工况下加氢催化生物柴油体积分数对发动机燃烧与排放特性的影响．结果表明：随着加氢催化生物柴油体积分数的增加，燃料的着火性能显著改善，有效降低燃烧爆压．同时，不同活性燃料的掺混比例应与运行工况匹配才能获得较为合适的燃烧相位，进而提高发动机性能．排放方面，掺混燃料在降低颗粒物排放方面有着巨大的潜力，随着生物柴油体积分数的增加，虽然颗粒物排放有所增加，但可以有效地降低CO 及未燃碳氢化合物(UHC)排放．掺混燃料中生物柴油掺混比例对NOx排放的影响在不同负荷下表现出不同的趋势．

稀燃和废气再循环(EGR)技术由于可以改善汽油直喷(GDI)发动机的燃油经济性而成为内燃机重要发展方向之一．通过GDI 发动机台架试验，研究了EGR 稀释、过量空气稀释(稀燃)和两种技术复合作用对发动机性能和排放的影响．结果表明：稀释率相当的条件下，化学计量比混合气下的EGR 对燃烧持续期(CA0-10、CA10-50)和循环变动率(COV)的影响比过量空气稀释更显著，过量空气稀释时发动机的热效率明显高于EGR 稀释时的热效率，过量空气稀释率为21.9%时，热效率升高6.3%．EGR 稀释时，部分新鲜充量被非反应气体代替，导致氧体积分数明显降低．EGR 与过量空气复合稀释时，热效率与过量空气稀释条件下的热效率接近，NOx 排放大幅降低，颗粒物数量(PN)排放与过量空气稀释单独作用时相当，颗粒物表面积浓度排放较低，颗粒物粒径小于EGR稀释和过量空气单独稀释时的粒径．

通过一台满足TierⅡ排放标准的四冲程增压中冷船用柴油机，模拟研究了富氧燃烧结合进气加湿改善NOx-soot 折衷关系的潜力，并探讨了实现TierⅢ排放标准的技术路线．本研究使用AVL Fire 软件建立仿真模型．结果表明：单独使用富氧燃烧时，缸内温度较高，燃烧持续期较短，soot 排放减少，NOx 排放恶化，而单独使用进气加湿时呈相反的趋势．当发动机运行在转速为1 350 r/min、75%负荷工况下，进气氧体积分数为21%～23%、加湿率为0～100%时，可实现NOx-soot 排放同时降低且低于原机．氧体积分数为21％和加湿率为100％匹配，可以实现Tier Ⅲ排放法规．两种措施的优化组合可以获得NOx-soot排放的最佳优化区域．

为研究废气再循环(EGR)对柴油机燃用生物柴油(B0、B20)排放颗粒微观结构及表面官能团的影响，通过一台4 缸共轨柴油机进行台架试验．对采集后的颗粒物进行拉曼光谱和红外光谱分析．结果表明：相比B0 颗粒，B20 颗粒物的拉曼光谱D1 峰半高宽略有增加，化学异相性增强，ID1/IG增加，石墨化程度降低，平均微晶尺寸减小；随着EGR 率增加，D1 峰半高宽减小，颗粒化学异相性逐渐减弱，颗粒石墨化程度增加，当EGR 率从0增加至15%和25%时，B0、B20 颗粒ID1/IG分别降低3.8%、9.2%和6.6%、8.0%，颗粒初级碳粒子平均微晶尺寸分别增加3.9%、10.1%和7.2%、8.7%；与B0 颗粒相比，B20 颗粒样品中IC—H/IC＝C增加，脂肪族C—H 官能团相对含量增加；随着EGR率增加，颗粒样品中IC—H/IC＝C降低，脂肪族C—H 官能团的相对含量减少．

通过柴油发动机台架，采用后喷助燃的再生方式研究了主动再生过程中柴油机颗粒捕集器(DPF)出口的颗粒排放特性．结果表明：在主动再生期间，DPF 出口颗粒浓度可增加2～3 个数量级；在升温过程和再生过程，出口颗粒物数量浓度和粒径分布会因为碳载量和再生温度的共同作用而表现出差异；升温过程中，10 nm 左右核模态颗粒物的排放主要由来流中颗粒物的穿透引起；再生过程中，10 nm 左右核模态颗粒物的排放主要由碳烟颗粒层氧化反应生成的二次颗粒逃逸引起；整个再生期间，100 nm 左右的积聚态颗粒物的排放主要由DPF 载体内碳烟颗粒的逃逸引起．

断油阶段的空化现象对喷油间隔期的流场有重要影响，空化引起的高温燃气倒流会造成孔内结焦，进而影响缸内射流雾化．基于可视化试验和流体体积(VOF)方法两相三组分多相流求解器，对柴油喷嘴断油阶段的流动过程进行试验和模拟，分析3 种不同压力室壁面曲率结构的喷嘴对断油阶段空化及气体倒流的影响．结果表明：在断油阶段喷孔和压力室依次发生空化现象，其中压力室内空化量较大，并呈现为涡空化和带状空化两种形态，壁面曲率小的狭直结构以带状空化为主；压力室结构较为狭直的喷嘴空化体积变大，但其低压持续时间延长使柴油流出量变小，最终导致倒流气体量下降；在发生涡空化时，速度梯度张量第二不变量Q 与涡空化体积呈正相关，涡核区域越小则流场中磨擦耗散越少，越易于压力室内空化的形成．

建立催化反应动力学模型预测和比较Fe、Cu 分子筛催化剂的NOx还原性能．考虑了NH3的吸附和脱附、NH3氧化、NO 氧化及NOx还原反应．结果表明：Cu 分子筛催化剂低温(＜400 ℃)时标准选择性催化还原(SCR)反应转化率较高，而Fe 分子筛催化剂高温(＞400 ℃)时催化活性较高．考虑到两种分子筛催化剂在不同温度范围内SCR 反应活性的差异，将Fe、Cu 分子筛催化剂进行分区及分层组合以拓宽组合催化剂的反应活性温窗．在标准SCR 反应下，Fe 分子筛催化剂(总长度的20%)布置在Cu 分子筛催化剂上游为最佳分区组合；Fe 分子筛催化剂(总涂层厚度的25%)涂覆在Cu 分子筛催化剂上层为最佳分层组合，最佳分区组合布置在整个温度范围内能实现更高的NOx转化率．然而根据对Cu 分子筛催化剂和最佳Fe-Cu 分区组合催化剂的瞬态响应特性研究，发现Cu分子筛催化剂具有更好的低温瞬态响应特性．通过优化氨氮比，提高了最佳分区组合催化剂的NOx转化率．

通过分析尿素沉积物形成的详细反应网络框架，构建尿素分解及沉积物生成反应子模型，进行了尿素-选择性催化还原(SCR)系统排气管尿素分解段计算．对比尿素分解总包反应与详细反应的出口NH3 摩尔分数以及中间产物的温度-摩尔分数，初步探索的详细机理基本能反映尿素转氨及某些主要中间产物的变化规律．结果表明：温度低于200℃时，尿素分解副产物主要是缩二脲(C2H5N3O2)、三聚氰酸(C3H3N3O3)．温度达到约210℃时，副产物中出现三嗪类(triazines)物质：三聚氰酸一酰胺(C3H4N4O2)、三聚氰酸二酰胺(C3H5N5O)和三聚氰胺(C3H6N6)．温度达到350℃以上时，三聚氰胺能继续生成三均三嗪类(heptazines)成分：C6H9N11、C6H6N10、(C6H3N9)x．尿素详细反应路径表明，缩二脲是尿素沉积物形成中最重要的反应中间产物，构成了其他副产物形成的基础，可沿反应路径形成缩三脲(C3H6N4O3)、三聚氰酸和三嗪类副产物．异氰酸(HNCO)是尿素分解副产物形成所需的最重要反应物．