在一台1.5L自然吸气发动机上，设计了基于断油回流策略的发动机停缸机构，该机构可以使进气供给自由切换为新鲜混合气供给或废气回流两种模式，同时发动机电控单元可以切断指定气缸的燃油供给和点火，从而实现停缸操作。利用该停缸机构开展了中低转速不同负荷下的油耗与扭振特性试验。试验结果表明：在中低转速部分负荷下采用停缸技术发动机节油效果明显，节油率最高可以达到15%。但停缸之后曲轴系统扭振以低阶滚振为主，且飞轮端扭振变化显著，部分谐次扭振幅值超过自由端，因此在应用停缸技术时需要关注飞轮端的扭振问题。

用H2、CO体积比为2：1的混合气来模拟甲醇裂解气（dissociated methanol，DM），在温度343K、压力0.3MPa的条件下基于燃烧压力、最高燃烧压力、爆炸指数及临界半径等参数研究了CH4（60%）-DM（40%）预混气在添加稀释气体（N2、CO2）后的燃烧的变化情况。在不添加稀释气体的条件下，进行了同样初始温度和压力下的天然气（100%/60%/20%）- 甲醇裂解气（0%/40%/80%）- 空气预混燃烧的对比试验。结果表明：甲醇裂解气能加快压力上升，促进燃烧，缩短燃烧持续期，加速火焰胞状结构的出现，但在化学计量比及附近会降低最高燃烧压力；稀释气体则有降低最高燃烧压力和爆炸指数等抑制燃烧的作用，其中CO2对燃烧的抑制作用强于N2。

为了研究带电颗粒物在柴油机颗粒物检测装置中的运动特性，建立了气相、电场及颗粒物相耦合模型，以COMSOL Multiphysics软件为工具对模型求解，得到了柴油机颗粒物检测装置内部带电颗粒物的运动轨迹、速度特性及受力情况。结果表明：在电场力的作用下带电颗粒物会向接地极板方向运动，在轨迹上出现运动偏移，在电离一荷电区施加高电压，静电捕集区施加方波电压时，可在测量区出现方波电流，实现颗粒物浓度转化；在电离一荷电区和静电捕集区附近颗粒物运动速度较慢且稳定，实现了在电离-荷电区颗粒物充分荷电，并保证在静电捕集区部分颗粒物可被捕集；在电离一荷电区和静电捕集区，颗粒物受电场力和拖拽力共同作用运动，拖拽力随入口流速增加而略有增大。

基于废热回收有机朗肯循环（organic Rankine cycle，ORC），提出了一套同时回收车辆内燃机冷却废热和烟气废热的车辆供能系统。该系统可通过ORC热转功子系统同时回收汽油机冷却液废热和烟气废热，不仅能够满足车辆不同季节的冷/热需求，而且能够显著改善车辆的整体热功转换效率和燃料节约率。在供暖季，其在节省燃料消耗的同时，也可为车辆供暖；在非制冷供暖季，其在满足车辆所需动力条件下可显著减少燃料消耗；在制冷季，其在节省燃料消耗的同时，不需要增加额外的燃料消耗，也可为车辆空调的运行提供动力。基于天津FAW TOYOTA 8A-FE汽油机车不同工况下的废热数据，针对其构建基于ORC废热回收的车辆供能系统并开展模拟分析。结果表明：降低第一蒸发器对数平均温差跟环境温度及提高车辆速度均能提高透平的输出功率和燃料节约率，基于不同季节的典型操作工况，透平输出功率及燃料节约率的最大值可在冬季获得，最大值分别为11.0kW和17.2%。该车辆供能系统可有效地利用发动机冷却液废热与烟气废热，ORC热转功子系统的运行不受季节的影响，能够显著减少燃料的消耗，具有节能潜力。

为满足国Ⅵ排放标准，提出并开发了双级尿素（urea）-选择性催化还原（selective catalytic reduction system，SCR）系统及控制策略，并针对该系统在柴油机上的NOx排放特性及对柴油颗粒捕集器（DPF）被动再生的影响进行了台架验证。结果表明：冷态国际统一瞬态循环（WHTC）双级urea-SCR系统NOx转化效率达到89.2%，比单级urea-SCR系统提高了5.4%，冷起动NOx排放显著降低；热态WHTC双级urea-SCR系统NOx转化效率达到99.3%，比单级urea-SCR系统提高了3.0%；对双级urea-SCR系统尿素喷射量采用闭环控制策略，热态WHTC下DPF平衡点碳载量仅比单级urea-SCR系统提高了0.2g/L，DPF被动再生效果几乎未受影响。

针对大功率柴油机选择性催化还原技术（SCR）应用需求，设计了两种混合器方案，两方案的差别在于是否在喷射点前安装前置混合器。利用计算流体动力学（CFD）技术对两方案的气流轨迹、尿素分解率、分布均匀性及压力损失进行了仿真分析，并进行D2排放循环测试验证两方案的NOx转化效率。仿真及试验结果表明：安装前置混合器可以产生旋流，促进尿素液滴与气流充分混合，提高尿素分解率和NH3分布均匀性，压力损失增高；安装前置混合器能够提高SCR催化器的NOx转化效率，并可以通过标定优化使NOx比排放满足欧盟第五阶段排放限值要求。研究表明，前置混合器更能适应当前及未来大功率柴油机NOx排放法规限值要求。

基于一台排量1.0L的小型涡轮增压直喷汽油机，研究了压缩比、活塞形状和结构尺寸对缸内气流和湍流动能的影响。结果显示，随着压缩比的提高，缸内滚流在压缩过程中减弱，压缩末期的湍流动能减小，压缩比16.0的活塞在压缩末期的湍流动能大约为压缩比9.6活塞的27%。而对于活塞形状来说，较大尺寸的球面凹坑形状有利于压缩末期湍流动能的保持，而不规则的活塞会使得压缩末期的湍流动能下降41%。凹坑的尺寸存在一个最佳值，凹坑深度过浅或过深都会降低缸内湍流动能。选择压缩比为12.0且湍流动能最高的活塞加工并试验，基于4种不同形状的活塞和最佳油耗的工况分析燃烧特性，结果显示随着工况的改变，缸内湍流动能的峰值和相位会改变，但结构对湍流动能影响的优劣基本不变。火焰扩散方向为缸内湍流动能较大的位置，缸内平均湍流动能越大，火焰传播越快，燃烧特性越好。

采用可视化定容弹搭配高速数码相机研究柴油两段喷射过程中预喷对主喷喷雾在低温下的燃烧特性的影响。通过对单段喷雾燃烧过程的试验研究发现，随喷射压力增大单段喷雾燃烧的着火延迟期与燃烧持续期减小，而火焰浮起长度与液相长度增大。同时，在相同喷射压力与喷射脉宽下对比单段喷雾燃烧过程与两段喷射主喷燃烧过程得到：两段喷雾的主喷着火位置更靠近喷嘴；主喷的着火延迟期大大缩短，但预喷量对其影响较小；两段喷雾的主喷燃烧持续期增大，且随着预喷量的增大而增大；两段喷雾的主喷燃烧火焰浮起长度小于单段喷雾燃烧火焰浮起长度，且随着预喷量的增大略有增大；两段喷雾燃烧的液相长度小于单段喷雾燃烧的液相长度，且随着预喷量的增大而减小。

基于三维计算流体力学软件CONVERGE，通过数值模拟的方法，基于不同的燃油总量、直喷汽油量、预混汽油油量和汽柴油喷射时刻等参数，展开了缸内直喷汽油对反应活性控制压燃（RCCI）燃烧模式高负荷拓展影响的研究。结果表明：进气压力及柴油喷射时刻会影响缸内浓度分层进而影响燃烧过程，而汽油喷射时刻影响不明显；在汽油采用进气道结合缸内直喷的混合喷射策略下，增加缸内直喷汽油量可以进一步增强缸内的混合气浓度分层，延长燃烧持续期，降低缸内的最高燃烧压力和压力升高率，实现更低的燃烧温度。仿真计算结果显示：若保证碳烟和NOx排放在限值内且油耗有所降低，可将平均有效指示压力（IMEP）拓展至1.6MPa；将IMEP拓展到1.7MPa后，增加汽油的预混比例并不能提高IMEP，但对排放略有改善，相应的压力升高率和燃烧压力提高。

建立了汽油机连续可变凸轮相位（CVCP）调节系统的Hammerstein模型，其中相位器的动态线性模型基于力矩平衡方程和动态流量连续性方程建立，机油控制阀（OCV）的静态非线性模型根据压力一流量特性图建立，并利用Matlab/Simulink工具构建面向控制的图形化模型。在可变气门正时（VVT）系统试验台上进行不同机油温度下的开环控制试验，利用不同幅值和方向的相位角阶跃响应测量数据对模型进行检验。结果表明，所有试验条件下模型拟合度高于98%，均方根误差小于士1°。