通过186FA 单缸风冷柴油机，燃用0 号柴油、费托(F-T)柴油及正戊醇/F-T 柴油混合燃料PE5、PE10 和PE20(正戊醇体积分数分别为5%、10%和20%)．使用自制颗粒采集装置采集排放颗粒，去除颗粒表面可溶性有机物(SOF)后使用X 射线光电子能谱分析(XPS)测试颗粒表面含氧官能团与碳原子杂化形式．结果表明：O/C 从高到低依次为0 号柴油＞PE20＞PE10＞PE5＞F-T 柴油，随着负荷增加，5 种燃料颗粒的O/C 均减小；颗粒表面羟基官能团(—OH)明显多于羰基官能团(C＝O)，两种含氧官能团的相对含量由高到低依次为0 号柴油＞PE20＞PE10＞PE5＞F-T 柴油，随着负荷增加，5 种燃料颗粒的含氧官能团均降低；0 号柴油颗粒的sp3/sp2大于F-T 柴油，随着FT柴油中正戊醇掺混比例增加，排放颗粒的sp3/sp2相应增加．

为了完善柴油机铜基分子筛选择性催化还原(SCR)催化剂的失活机理，使用流动反应试验系统对一步合成法Cu-SSZ-13 催化剂样品进行水热老化处理以及标准SCR、NH3 氧化、NH3 程序升温脱附(NH3-TPD)等评价测试，并基于X 射线衍射(XRD)、原位漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)以及H2程序升温还原(H2-TPR)技术对样品进行微观表征分析．结果表明：850℃水热老化会造成催化剂分子筛骨架结构垮塌，NH3 吸附活性位数目急剧下降，催化剂大幅度失活；而750℃水热老化会造成催化剂布朗斯特(Brønsted)酸性位减少，并发生孤立的Cu2+位置迁移以及铜氧化物(CuOx)生成等现象，使得催化剂SCR活性在一定程度上降低．

基于一款自主开发的自然吸气直喷汽油机，通过台架试验，采用GT 仿真的方法研究了整车排气系统对汽油机动力性的影响，并采用傅里叶频谱分析方法对排气波动进行傅里叶正变换及逆变换，实现波动信号在时域和频域的转换，进而分析了影响动力性的关键谐波成分，并确定了在整车排气系统中影响此谐波的反射源为前级消声器．结果表明：前级消声器在整车排气系统中的位置对某些转速的动力性影响显著，通过合理优化控制整车排气系统反射波的频率，使其波疏在排气结束时到达排气道口，可以明显降低缸内残余废气量，从而提升动力性．最后，探索了通过傅里叶频谱分析方法验证及优化整车排气系统以提高发动机低速动力性的方法．

柴油机气缸油膜厚度可以评价气缸润滑效果．超声波测量气缸油膜厚度具有不破坏测试环境的优点，但标定技术是其应用的关键．通过介绍谐振模型和等效弹簧模型，分析两种模型计算油膜厚度的原理，得到超声波反射系数、入射频率和油膜厚度间的关系；然后利用泰勒展开式计算出谐振模型和等效弹簧模型的误差影响，得到谐振频率、采样频率与测量误差的关系，以及反射系数、声波频率与测量误差的关系，得到超声波反射系数的合理取值范围．提出了千分尺结构的标定试验装置和楔形量块结构的标定试验装置，并利用这两种装置分别对谐振模型和等效弹簧模型进行试验标定，试验方法可满足油膜厚度的超声波测量标定．

采用混合计算气动声学方法研究了高压比离心压气机气动噪声，首先计算了压气机非定常流动，获取了声源面上的时域脉动压力，进而通过间接声学边界元法(IBEM)预测了压气机气动噪声，并在增压器性能试验台上完成了相应的噪声测试．结果表明：压气机气动噪声主要由叶片通过频率及其倍频出现的离散单音噪声与宽频噪声组成，且总声压级由离散单音噪声决定；对比计算和试验得到的监测点声压级频谱可以看出二者基本吻合，说明数值仿真具有较高的精确度，使用的仿真方法可应用于高压比离心压气机的噪声预测；压气机气动噪声自进气管口向外辐射时，声压级分布并不均匀；且受频率影响，不同频率噪声的传播能力存在明显差异．

在利用神经网络建立柴油机性能预测模型时，首先统计分析了网络结构、初始权值阈值以及训练样本划分对神经网络预测性能的影响．针对网络预测性能面对随机初始权值阈值及训练样本随机划分时表现的不稳定性，利用遗传算法分别建立针对该两项不稳定因素的优化算法，并在这两种优化算法的基础上提出对网络初始权值阈值及训练样本划分全面优化的综合优化算法．对神经网络预测模型的优化研究是基于某型船用高速大功率高压共轨柴油机，柴油机试验覆盖其推进特性10%～100%工况下的126 个运行点．通过对优化算法的对比和验证，确认了笔者提出优化算法的高效寻优能力，并对优化获得最优预测模型的性能进行测试，该预测模型具有较好的预测性能．

在真实喷油器空蚀试验基础上，利用X射线CT扫描检测到了喷嘴内微量空蚀。为获得空化对空蚀的具体影响，搭建了可同时获得喷孔内空化区域和空蚀区域及形貌的可视化试验装置，采用高速摄影技术和电镜扫描（SEM）技术，针对一个矩形喷孔内空化流动和空蚀特性进行试验研究。结果表明：喷射压力越高，喷孔内空化发展越充分，并出现了单相流、不完全空化流、超空化流和水力回流4种不同流态；云空化脱落呈现出一定的循环周期性，且喷孔下游空蚀区与云空化脱落溃灭区非常吻合。结合壁面附近空化区与液相区交界处存在的空蚀现象，推理云空化脱落演灭和冷凝渡灭是喷孔内空蚀形成的两大因素。

为了研究音圈电机（voice coil motor，VCM）喷油器特性，利用AMESim软件建立音圈电机喷油系统的一维液力仿真模型，并验证了其准确性。通过对不同喷油器结构参数的仿真研究，分析了喷油器柱塞和针阀的结构参数对喷油压力、动态响应特性及流量特性的影响规律。结果表明喷油器结构参数的变化对针阀动态响应性、喷油压力、循环喷油量等喷油性能参数具有重要影响，柱塞的质量、弹簧刚度过大或者针阀质量过小，都会造成系统的不稳定。

为了探究天然气一汽油双燃料燃烧模式在现代发动机上的适用性及潜在优势，基于一台增压直喷发动机结合进气道喷射天然气和缸内喷射汽油，开展了不同负荷、过量空气系数和天然气替代率下天然气一汽油双燃料燃烧特性试验研究。结果表明，低负荷固定转矩工况下，随着天然气质量流量增加，发动机最高燃烧压力提高，燃烧相位提前，循环变动降低，且在稀燃条件下尤为明显。中等负荷固定转矩工况下的燃烧特性变化规律与低负荷工况相似，而在高天然气替代率、稀燃条件下有效热效率随天然气质量流量增加明显提高。高负荷节气门全开工况下，尽管发动机最大转矩有所下降，但爆震起点和强度得到有效抑制，燃烧相位也明显改善，因此可以通过增压来弥补发动机功率不足的问题。

针对高压直喷（HPDI）天然气双燃料低速船机的燃料喷射系统，研究了不同的天然气预喷策略对发动机燃烧特性及性能的影响，探究了适用于低速船机燃烧系统的天然气喷气规律。利用计算流体力学（CFD）软件Converge建立了HPDI天然气双燃料的单缸机仿真模型，与试验数据进行标定后，计算得到了不同预喷间隔及预喷比例下发动机燃烧性能和排放数据。分析计算结果表明，预喷策略的采用影响了燃烧过程中预混燃烧的比例，从而影响了燃烧放热相位及燃烧等容度。预喷比例相比预喷间隔对燃烧过程的影响更显著，后者在较大预喷比例下才会明显影响缸内燃烧放热过程。合理优化预喷策略可控制预混燃烧程度，从而同时改善NOx排放和油耗。不同的预喷策略使得缸内碳烟分布区域不同；与无预喷算例相比，采用预喷策略的算例最终碳烟排放量偏高。