针对热冗余通讯在增加船用柴油机电子管理系统通讯可靠性时，默认及冗余总线在不同的抖动下存在数据接收方无法接收两路CAN总线报文的问题，提出以时间戳报文统一系统内所有节点的时间信息，以((X+n)/Y）×T（Inhibit）的偏移量作为异步通讯周期发送的起始时间，以(X/Y）×T（Inhibit）为时间窗长度，将所有过程数据对象（PDOs）放入不同的时间窗内发送，降低瞬时负荷率，增强可调度性；提出最大延迟时间检测方法，提高两路数据的一致性。通过试验对比冗余CANopen的两种传输模式，结果表明，该方法能有效提高数据的可调度性和一致性。

基于数值模拟计算，研究了不同预喷策略下某非道路直喷柴油机混合气形成和燃烧过程，分析了挤流和涡流对主、预喷燃油当量比分布和燃烧的影响。结果表明：适当增大主预喷间隔（20°）能够使预喷燃油在挤流带动下进入燃烧室凹坑；适当强度的进气涡流比（1.5~2.0）能使预喷油束偏转并在相邻两束主喷油束之间燃烧。二者都可以改善主喷和预喷油束的重叠，并且可以充分利用预喷燃油的放热量促进主喷燃油的混合和提升燃烧速率。优化喷油策略结合适度的进气涡流可以提高发动机功率，降低碳烟排放，但会使NOx排放增加。

在一台单缸光学发动机中，利用高速摄像和热力学分析方法，研究了不同缸内残余废气率（iEGR率）下DME喷射时刻（SOI）从曲轴转角-15°变化到-40°过程中自身的燃烧过程。结果表明，在不同iEGR率下，随着SOI提前，燃烧重心前移，燃烧持续期减小，放热率峰值增加，当到达某一特定的SOI值之后，燃烧重心后移，燃烧持续期增加，放热率峰值减小。当SOI在-25°~-15°范围内时，iEGR率32%工况下的燃烧相位迟于iEGR率25%工况，而当SOI为-30°和-40°时iEGR率为32%下的燃烧相位较早。火焰的形态与DME的自燃区域有关。随着SOI提前，初始自燃点逐渐远离喷嘴侧，自燃区域更为分散。在不同工况下，随着瞬时放热率增加，火焰的相对光强增加，用相对光强变化趋势可以表征瞬时放热率的变化。

基于一台单缸可视化汽油机研究了缸内的爆震现象。通过调节发动机运行参数及运用高速摄影技术，在更大的观测视角内拍摄了缸内不同强度爆震的火焰发展过程。试验所记录的图像信息结合缸内压力数据，为爆震形成的原因及强烈爆震中大幅度压力震荡波的产生提供了分析依据。研究发现：末端气体自燃引起的轻微爆震与强烈爆震的压力震荡和火焰图像明显不同；爆震自燃点的发展模式影响了缸内压力波的震动幅度，诱发强烈爆震的自燃点接近缸壁区域，但并非壁面点火。自燃点可形成自燃反应锋面的扩散，其传播路径受到主火焰与缸壁的限制。

采用数值模拟方法研究了第一参比燃料（PRF50）的低温重整过程及其产物对压燃式发动机燃烧和排放特性的影响。研究结果表明，PRF50燃料的低温重整区域随当量比的增加而增大，初始温度和压力的选择范围变化有限，并且PRF50燃料发生低温反应的触发界线开始向较高的初始进气温度方向移动；初始进气温度和当量比对重整过程的影响要大于初始压力的影响；PRF50燃料的低温重整产物均可使PRF50燃料均质充量压燃的燃烧相位提前，且重整产物的加入改善了发动机有害排放中一氧化碳、未燃碳氢和氮氧化物的排放，指示热效率也可提高约3%。

通过建立柴油机氮氧化物（NOx）排放、碳烟排放预估模型和柴油机颗粒物捕集器（DPF）内碳烟颗粒的催化氧化反应模型，探讨了一种基于质量平衡的DPF碳载量在线预估方法。欧盟驾驶循环（NEDC）测试工况的排放试验结果表明，柴油机NOx和碳烟排放预估模型计算结果与试验结果的误差分别为5.1%和3.9%。在车辆实际道路行驶工况进行了DPF碳烟颗粒加载试验，结果表明，试验过程中对DPF碳载量的在线预估值与试验结果的最大偏差为0.48g/L，平均偏差为0.17g/L，模型的平均预测误差为2.1%。本研究为热再生时机的准确判断提供了有效参考。

基于可视化单通道台架，采用激光位移传感器在线测量再生时过滤壁面上颗粒层厚度，采用电镜离线观测颗粒层形貌，探索已沉积的炭黑颗粒层在柴油机颗粒捕集器（DPF）过滤壁面上的再生氧化过程。结果表明，基于颗粒层厚度变化曲线，再生过程分为3个阶段：第I阶段，颗粒层厚度缓慢降低；第Ⅱ阶段，颗粒层厚度快速降低，氧化反应主要发生在DPF孔隙气流处，颗粒层表面出现凹坑形貌；第Ⅲ阶段，颗粒层厚度再次缓慢下降。同时，炭黑颗粒微观形貌由均匀堆积形貌向链状和环状形貌变化，颗粒层随氧化的进行呈现凹坑结构。

基于台架试验，对利用辅助功率单元（APU）动态协调控制策略的发动机工况切换进行研究，并分析了发动机在起动过程、加速加载切换过程、减速减载切换过程的转速超调量和转矩超调量。提出了基于转矩模型的动态协调控制策略，能够保证发动机在工况切换时基本沿着最佳等效燃油消耗线运行，具有切换用时短、转速超调量和转矩超调量低的优点。工况点之间切换用时最低为0.6s；整个过程中最大转速超调量约为150r/min，与最大转速之比为5.4%；最大转矩超调量约为35N·m，与最大转矩之比为15.7%。试验结果表明：通过提高发动机怠速转速，可以加速暖机过程，并且不会造成发动机起动过慢的问题；在发动机起动初期，适当降低喷油量甚至断油，不影响发动机的起动性能，可实现油耗降低。

通过对一台增压汽油直喷（gasoline direct injection，GDI）发动机活塞和凸轮型线的重新设计实现了高压缩比米勒循环，并在此基础上引入了废气再循环（EGR），研究了不同压缩比米勒循环和EGR综合作用对发动机的性能影响。结果表明：增大压缩比和采用米勒循环技术对爆震影响存在取舍（trade-off）关系，低速全负荷下高压缩比米勒循环相比原机油耗略有上升；而低压冷EGR技术由于缸内稀释冷却作用可以优化燃烧相位，对外特性工况有效燃油消耗率有明显的改善作用；在部分负荷工况下，压缩比的增加和米勒燃烧循环可使油耗较原机下降6.3%，在整合低压冷EGR技术后，油耗进一步下降3.1%。可以得出结论，采用合理的增加压缩比，采用米勒循环技术并匹配低压冷EGR技术，可以大幅改善发动机的经济性。

在快速压缩-膨胀机上进行试验，模拟液压自由活塞发动机（hydraulic free piston engine, HFPE）在不同缸内初始压力下的单次燃烧做功过程，并利用OpenFOAM和CONVERGE三维计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD）仿真平台进行增压仿真研究。结果表明：液压自由活塞发动机随着缸内初始压力的增大，相同压缩比下发动机循环周期缩短，活塞在上止点附近停留时间缩短，爆震极限压缩比增大，抗爆能力增强。适当提高缸内初始压力有利于提高指示效率，当缸内初始压力提高至0.15 MPa时，发动机指示效率由0.30提高至0.31，但当初始压力达到0.20 MPa后，指示效率又降至0.30。针对缸内初始压力进一步增大后出现的效率降低问题，在仿真研究中发现采用多火花塞点火方案，即使在初始压力0.80 MPa的条件下也能得到较高的指示效率而不发生爆震。