针对高压共轨柴油机，研究了不同喷油压力和主预喷间隔角度下，正丁醇/柴油混合燃料对压燃式发动机燃烧及颗粒物排放的影响规律．结果表明：柴油中掺混正丁醇后，滞燃期延长，预混合燃烧量增加，燃烧持续期缩短，碳烟及颗粒物排放大幅降低，微粒粒径减小，核态微粒比例增加，NOx 排放变化不大．喷油压力由 80MPa 提高至100MPa，混合燃料消光烟度明显降低，继续提高喷油压力不但对碳烟排放降低作用减弱，还会进一步造成 NOx 排放增加，同时核态微粒数量明显增加．主预喷间隔角度过小会造成主预喷燃油燃烧重叠，使碳烟排放增加，随主预喷间隔角度增加，总微粒、积聚态微粒数量浓度明显降低，核态微粒比例增加，当主预喷间隔角度增大到 20° CA后，继续增大主预喷间隔角度对碳烟排放降低作用不明显．

针对一台满足 Tier Ⅱ排放标准的船用二冲程柴油机，建立 GT-Power 一维仿真模型，研究了废气再循环(EGR)、米勒循环、进气加湿(HAM)以及优化喷油正时等手段对 NOx 排放和燃油消耗率的影响，并探讨了通过多种措施耦合来实现 Tier Ⅲ排放标准的技术路线．结果表明：单独采用米勒循环或进气加湿难以达到 Tier Ⅲ排放标准；通过结合米勒循环和进气加湿，可以将 NOx 排放降低至 Tier Ⅲ标准，但会导致燃油消耗率大幅增加；废气再循环是降低 NOx 排放的最有效措施，通过将其与米勒循环和进气加湿相结合，可有效减小 EGR 使用率，并适度改善燃油经济性的恶化程度．

柴油机喷嘴内部流动对喷雾有重要影响，然而燃油温度又影响着燃油的物性，进而影响喷嘴内部流动，因而研究燃油温度对柴油机喷嘴内部流动及其喷雾的影响有重要意义．在自行搭建的比例放大喷嘴可视化试验台架上，基于高速数码和长工作距离显微成像技术，获得了单孔和双孔喷嘴的内流和喷雾可视化图像，研究了流量系数、空化长度随燃油温度的变化情况以及对空化和喷雾的影响，通过对比发现，燃油温度越高，空化初生对应的喷射压力越小，空化流动阶段，同样的喷射压力下，燃油温度越高，孔内的空化分布区域越大．同时燃油温度增加，其喷雾锥角也相应变大，并观察到了“线空化”和几何诱导空化同时存在的现象．

利用三维数值模拟，研究了小负荷时两次喷油策略对气门式二冲程直喷汽油机缸内混合气形成和火花点火形成的火焰诱发自燃的混合燃烧(SFI)特性的影响．结果表明：缸内燃油和温度的分层形式是影响混合气自燃特性的重要因素．在固定循环喷油量下，随着第二次喷油比例的增大，火花点火时火花塞周围燃空当量比增大，从气缸中心区到外围区的燃油浓度减小，着火时刻先略有提前然后逐步推迟，同时燃烧持续期先减小后增加，而平均指示压力、最大压力升高率和最大气缸压力均呈先增加后降低的趋势．与单次喷油相比，两次喷油更容易实现 SFI 燃烧．其中，第二次喷油比例为 30%时，火焰传播速度最快、自燃持续期最短．第二次喷油比例大于 70%时，气缸周围的偏稀混合气在火焰传播过程中难以自燃，缸内以火焰传播为主．

为研究柴油在 O2/CO2 氛围下的着火特性，提出了柴油表征燃料(正庚烷)在 65%O2/35%CO2 氛围下的着火延迟时间模型．该模型考虑到了 O2 和 CO2 对燃烧反应速率的影响，得到了温度和着火延迟时间的关系，推导出了着火延迟时间的计算公式，运用稳定状态法对正庚烷的基元反应进行缩减，计算了正庚烷在空气和 65%O2/35%CO2 氛围下的着火延迟时间；搭建了定容燃烧弹可视化试验系统，对柴油在空气和 65%O2/35%CO2 氛围下的着火过程进行了可视化研究；对试验所得的着火延迟时间、火焰浮起长度和燃烧压力变化进行了比较分析．结果表明：该着火延迟时间模型可以很好地模拟柴油在 65%O2/35%CO2 氛围下的着火过程，柴油在此氛围下的着火延迟时间变化非常明显，比在空气氛围下缩短了 50%；柴油在此氛围下的火焰浮起长度短于在空气氛围中的；喷油压力的改变会对柴油 的着火延迟时间及定容燃烧弹内的最大燃烧压力产生影响．

在一台经过 1130 单缸柴油机改造的直喷火花点火甲醇发动机上，利用商用 CFD 模拟软件 AVL-Fire 耦合甲醇氧化反应机理，通过模拟计算分析了进气氧质量分数对缸内直喷点燃式甲醇发动机冷起动首循环燃烧、甲醛及未燃甲醇非法规排放的影响．模拟结果表明：在冷启动工况下，提高进气氧质量分数能够有效提高活性基团 OH、O 和 H的摩尔浓度，从而促进甲醇燃烧“链式”反应，加快甲醇燃烧速度，降低缸内未燃甲醇质量分数；当进气氧质量分数由 0.21 增加到 0.36 时，由于后燃现象导致缸内燃烧温度增大；随着进气氧质量分数进一步的增大，导致后燃现象减小，从而降低了缸内的燃烧温度；随着进气氧质量分数的增大，缸内的燃烧中间产物甲醛的质量分数增加，当进气氧质量分数增大到 0.36 时，此时缸内的燃烧温度达到最高点，从而能够很好地促进甲醛的氧化，最终使得缸内甲醛质量分数有所降低．

为了探明苄基叠氮复合柴油实现快速燃烧的根本原因，利用飞滴试验装置研究了不同配比的苄基叠氮复合柴油液滴的燃烧特性，并对比分析了环境氧体积分数对 30%苄基叠氮复合柴油液滴燃烧特性的影响．结果表明：苄基叠氮化合物液滴在中后期出现了明显的变形和破碎，表明液相化学反应使液滴发生了微爆．微爆的发生显著提高了液滴的燃烧速率．随着苄基叠氮配比的增加，苄基叠氮复合柴油液滴燃烧速率提高，滞燃期缩短，液滴燃烧时间增加．而且液滴燃烧火焰形态由“尾部型”逐渐向“全包型”过渡，表明有更多碳烟生成．随着环境氧体积分数的提高，液滴滞燃期缩短，液滴燃烧时间大幅度增长，燃烧更加完全．

针对多组分混合燃料的喷雾过程研究了相应的液滴蒸发模型，着重于研究混合燃料的组分对其液滴蒸发特性的影响．对柴油-生物柴油混合燃料的液滴蒸发模拟，依据燃料本身的特点，分别采用连续热力学方法和离散组分法描述其中柴油和生物柴油的组成．利用所得模型，对单组分燃料、双组分燃料以及生物柴油的液滴进行了蒸发模拟，通过将液滴蒸发历史曲线与试验结果对比，发现对于这些燃料液滴的蒸发模拟结果与相应试验数据很好地吻合，证实了此混合燃料液滴蒸发模型的正确性．此外，还着重对柴油-生物柴油的混合燃料的液滴进行了蒸发模拟研究，探讨混合燃料成分对其液滴蒸发特性的影响．结果表明：轻质柴油组分在蒸发过程中优先蒸发，而相对重质的柴油组分的蒸发则相对滞后，生物柴油在混合燃料中的质量分数则在液滴蒸发过程中不断增加，随着重质组分在柴油中所占比例达到一定程度之后，生物柴油的质量分数则开始迅速减小．

发动机缸内喷水在抑制爆震、拓宽工作边界和提高热效率方面有很大优势，而缸内喷水喷雾的宏观喷雾特性对缸内喷水相关研究有重要意义．利用热氛围试验系统，对高温环境下水的雾化特性进行了研究．结果表明：在未达到闪急沸腾的情况下，液相喷雾贯穿距与喷射水的密度、环境介质密度和喷射压力正相关，破碎长度内液相喷雾贯穿距主要受喷射水的密度影响，破碎长度外液相喷雾贯穿距受喷水密度的影响减小．给出了环境温度在 350℃以下(包含 350℃)、喷水温度在 125℃以下(包含 125℃)的液相喷雾贯穿距经验公式．液相喷雾锥角随喷射压力增加而减小．喷水温度和环境温度的增加都加快喷雾蒸发，使液相喷雾锥角减少，当二者增加到一定程度时，喷雾的液相锥角趋于稳定．试验条件下，喷水温度达到 120℃后，液相喷雾锥角稳定维持在 11°左右．

在基于 GT-SUITE 的重型柴油机-有机朗肯循环-冷却系统的仿真平台上，首先讨论了朗肯循环系统发电功率与冷却系统散热功率之间的盈亏关系．试验发现：随着朗肯循环系统发电功率的增加，为了维持其冷源温度，冷却系统散热功耗也迅速增长，系统存在盈亏平衡点和净功率峰值点．其次，研究了冷凝压力控制目标的调节对盈亏关系的调控规律．结果表明：冷凝压力的控制目标应随着发动机转速和负荷的增加而升高，从而增大散热温差，抑制冷却系统散热功率的过快增长．最后，分析了冷却系统的功耗特性，定义了有机朗肯循环放热过程的等效能效比，探讨了优化等效能效比对净输出功率的拓展作用，从宏观趋势上预测了系统净功率输出提高的方向、可能性和潜力．