针对发动机加速过程振动信号的非平稳性和存在强背景噪声的特点，提出阶比跟踪与变分模态分解（VMD）相结合的方法。对于柴油机曲轴轴承故障和汽油机连杆轴承模拟试验振动信号，利用阶比跟踪技术将时域上的非平稳信号转化为角域上的伪平稳信号，利用VMD对重采样信号进行分解，选择包含故障信息的模态分量，计算其阶比、转速、功率谱所构成的三维阶比谱阵，提取故障特征。仿真分析和故障模拟试验验证了该方法的有效性。

应用计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）软件建立了尿素溶液的喷射雾化和蒸发分解模型，喷雾与壁面相互作用模型和尿素选择性催化还原（SCR）催化器的NOx催化反应模型。研究了叶片型混合器不同布置方案对尿素溶液雾化、蒸发和分解及催化剂入口NH3分布均匀性的影响。数值计算结果显示：叶片型混合器能够提升尿素喷雾雾化效果，提高尿素蒸发分解效率，改善NH₂的分布均匀性。混合器布置在离喷嘴1倍排气管直径的位置，SCR系统具有最佳的喷雾雾化效果和尿素分解效率；混合器布置在3倍排气管直径的位置，SCR系统具有最佳的NH3分布均匀性。台架试验和数值计算结果表明：混合器布置在距离喷嘴1倍排气管直径位置时，SCR系统具有更高的NOx的催化转化效率。

聚甲氧基二甲醚(PODEn)是一种柴油添加剂，近年来煤化工制备PODEn 的工艺获得突破，使得PODEn 具备了大规模应用的条件．由于高氧质量分数和高十六烷值的特点，PODEn 可显著降低柴油机碳烟排放．在高温、高压定容燃烧弹上利用OH 化学发光摄影、激光消光法(LEM)标定的激光诱导炽光法(LII)等可视化方法测量了柴油和PODEn/柴油混合燃料(PODEn体积分数为10%、20%和30%，记作P10、P20 和P30)的火焰浮起长度和碳烟体积分数(SVF)二维分布．结果表明：随PODEn比例提高，火焰中碳烟体积分数明显下降，P10、P20 和P30 的碳烟体积分数最大值相对柴油分别下降32.0%、53.7%和71.3%，平均值分别下降28.9%、48.8%和67.6%，说明添加较低比例PODEn可使柴油燃烧的碳烟生成趋势明显降低．不同燃料的火焰浮起长度差别不大，说明较低比例的PODEn不会对 油束的着火性造成显著影响．随PODEn 比例提高，碳烟初始生成位置到喷嘴距离增加，碳烟的初始生成点和体积分数峰值区均由火焰两侧向中心转移．

为分析预燃室式射流点火的燃烧过程，通过全燃烧场可视的快速压缩机(RCM)，采用同步压力传感和高速摄影方法，对单孔内置式预燃室进行了变工况试验，并在相同条件下与传统火花点火对比，结果表明：预燃室式射流点火能够大幅促进点火，并加速燃烧．与传统火花点火相比，预燃室式射流点火的滞燃期缩短比例可达40%以上，且随负荷增加而提高；明显燃烧期比典型火焰传播燃烧可缩短60%至70%．火花点火引起的火焰传播速度与负荷无明显关系，而射流火焰发展速度随负荷增加而提高，各负荷下均为火焰传播速度的15 倍以上，最高速度超过50m/s，垂直于射流喷射方向的火焰发展也快于火焰传播．射流火焰在主燃室内由近喷口处的细长火舌和远端由火舌发展而成的类柱状火焰组成．预燃室对其内部的初始火焰发展具有明显促进作用，其内部的平均火焰发展速度高于传统火花点火火焰传播速度的2 倍．

以两级增压共轨重型柴油机为研究机型，采用GT-Power 构建了其一维热力学仿真模型，对比可变二级增压(RTST)柴油机随高压级可变截面涡轮增压器(VGT)在不同叶片开度(20%～100%)及不同海拔(0～4km)下的工作特性．结果表明：不同转速工况下，空燃比和泵气损失随VGT 叶片开度和海拔高度增加而降低．不同海拔下，随VGT叶片开度增大，低速时转矩与有效热效率先升高、后降低，高速时显著增大．随叶片开度和海拔增加，NOx 排放降低，soot 排放大幅升高．海拔为4km 时，叶片开度从20%增至100%，低、高速工况的转矩和有效热效率均分别增加7.5%和39.2%，NOx排放分别降低38%和24%；海拔为2km 时，不同转速工况下柴油机匹配RTST 均能实现较高的EGR 率(超过60%)．VGT 叶片开度减小，EGR 率快速增大，转矩及有效热效率降低，有效燃油消耗率(BSFC)逐渐增加，NOx 排放快速降低，soot 排放先升高后降低．在EGR 率约为35%时，RTST 柴油机综合性能达到最佳．

通过可视化喷雾与燃烧试验台，研究了不同海拔、低介质密度条件下燃油的喷雾和燃烧特性，并分析了各介质密度条件下不同喷射压力对燃油喷雾和燃烧特性的影响．结果表明：模拟不同海拔的发动机在高、中、低3 个转速工况的缸内热力边界条件下喷雾的发展过程中，液相贯穿距先增加然后保持在相对稳定的数值，随模拟海拔高度增加，最大喷雾液相贯穿距明显增加，海拔3000m 以上出现撞壁现象，喷雾锥角有小幅度减小，卷吸空气体积明显增大，但燃空当量比增加；海拔从0m 升高到4500m，着火滞燃期增加了0.2ms，着火位置开始远离喷嘴，燃烧重心逐渐靠近壁面区域；在相同的喷孔直径下，随喷射压力升高，油束液相达到准稳态时刻提前，最大液相贯穿距基本不变，喷雾锥角略微增加，喷雾体燃空当量比减小且在高海拔变化明显，燃烧过程的滞燃期变化不大，着火位置后移．

采用发动机台架试验和数值模拟相结合的方法，进行了某重型柴油机在不同进气湿度下的排放特性研究，探索了进气湿度对柴油机燃烧和排放的内在机制，并确定了进气湿度对柴油机排放特性影响的范围．结果表明：进气湿度对燃烧和排放的影响主要体现在进气湿度变化导致缸内环境氧浓度、工质比热容、水煤气反应以及高温离解自由基能力等情况发生变化．进气温度为30℃时，氮氧化物(NOx)排放随着进气湿度的增加迅速降低，直至接近0；进气湿度的含湿量达到27.20g/kg(D30)前，碳烟(soot)排放缓慢增加；当进气湿度超过D30 后，soot 排放出现一个拐点，随着进气湿度的增加而大幅上升．在饱和湿空气下，当进气温度较低时，进气温度对燃烧的影响比进气湿度明显，进气温度越高，放热率峰值越大，NOx排放增大，soot 排放减小；当进气温度达到15℃后，进气湿度对燃烧和排放的影响开始显现；随着进气温度的提高，饱和湿空气含湿量迅速增大，当进气温度达到25℃后，进气湿度对 燃烧的影响显著增强，使缸内最高燃烧温度和最高爆压都逐步降低，NOx排放逐渐减为0，soot排放逐步增大．

从改善尿素溶液蒸发速率方面对一款选择性催化还原(SCR)系统催化转化器的混合器结构进行改进设计，提出一种由半球型和百叶窗组成的新型混合器结构．基于连续相与离散相的耦合计算，对改进前、后的催化转化器内部流场进行数值模拟，结果表明：新型混合器结构能显著提高尿素液滴的蒸发性能，改善催化转化器载体前端气流和氨(NH3)蒸气分布的均匀性；采用新型混合器结构的催化转化器可使NOx 转化率较改进前明显提高，催化器内部基本无尿素结晶产生，满足国Ⅴ排放要求．

柴油喷雾计算流体动力学(CFD)计算具有差分尺度依赖性，对计算精度和计算效率会产生影响．基于KIVA3v程序中现有的喷雾模型，开发了一套减小时间和空间差分尺度依赖性的方法和模型．修正了用于喷雾气/液相对速度计算的gasjet 模型和用于液滴碰撞计算的影响半径(ROI) O’Rourke 模型，从而减小对网格尺度的依赖性．并在喷雾源项计算中加入了子循环，用于消除时间步长的依赖性．经检验该模型可明显降低差分尺度的选取对喷雾计算贯穿距、粒径及喷雾形态的影响．

基于新欧洲行驶工况(NEDC)进行某款柴油机快速标定试验，以经典多项式模型为参照研究HILOMOT 模型较大样本数据的拟合能力．结果表明：较大样本时(NEDC 试验共有1009 个样本点)，针对柴油机经济性指标(燃油消耗率)及排放指标(NOx、soot、CO 及THC 排放)，HILOMOT 建模误差平均降低了51.9%(最大降幅为73.0%)，数学建模质量显著优于经典多项式模型．HILOMOT 模型在样本点数较多的发动机研究领域具备一定的应用优势．