在一台6缸增压电控共轨二甲醚发动机上进行试验,研究了预喷时刻、预喷燃料量、喷射压力、主喷时刻等喷射参数对二甲醚部分预混合充量压缩燃烧(PPCCI)发动机燃烧与排放特性的影响.试验结果表明:随预喷时刻提前,缸内压力峰值降低,二甲醚发动机缸内燃烧由两阶段放热转变为PPCCI三阶段放热,氮氧化物(NOx)排放显著降低,HC和CO排放升高;随预喷射燃料量增加,缸内压力峰值及预混合燃烧的冷焰反应和热焰反应速率明显增大,NOx排放逐渐降低,HC和CO排放显著升高;随喷射压力降低,预混合燃烧热焰反应速率增加,主喷扩散燃烧始点推迟,扩散燃烧放热率峰值和NOx排放明显降低,HC和CO排放升高;随主喷时刻推迟,预喷预混合燃烧几乎没有变化,主喷扩散燃烧延后,缸内压力峰值和放热率峰值降低,NOx排放显著降低,HC和CO排放升高.

在一台3.8L涡轮增压中冷4缸柴油机上通过试验研究了排气压力对柴油机燃烧和性能的影响.试验中拆除了原机增压器及中冷器,通过自制压力调节装置直接控制柴油机进、排气压力.试验结果表明:排气压力对柴油机缸内压力的影响较小,最高燃烧压力及相位变化不明显;空气质量流量与排气压力具有一定的线性关系,排气压力每增加10 kPa,空气质量流量减少约1.2～2.0 kg/h,减小百分比为0.4％～0.7％;柴油机排气温度与排气压力具有一定的线性关系,排气压力每增加10 kPa,排气温度增加约4.0～4.7℃;排气压力增加使柴油机的动力性和经济性恶化,排气压力每增加10 kPa,转矩减小约2.3～3.1 N·m,减小百分比为1.0％～1.9％,比油耗增加约2.8～7.1 g/(kW·h),增加百分比为1.4％～3.3％.仿真计算表明:排气压力增加使泵气过程负功增加,排气压力每增加10 kPa,泵气过程平均指示压力减小约9.8～10.7 kPa,减小百分比约13％.

在研究选择性催化还原(SCR)反应的气态氨平衡关系及催化剂动态转化效率-储氨量关系的基础上,提出了一种基于催化剂台架试验-性能模拟计算结果对比的台架试验条件下SCR催化反应体系中气态氨供给速率、尿素存积速率的定量计算方法。使用该方法针对特定SCR台架试验数据进行的计算,结果表明:在催化剂入口排气温度300℃、空速40000 h-1时,尿素水溶液分解存在一定程度滞后,但最终分解较为完全。这为研究SCR台架评价中尿素水溶液的分解条件及其对评价结果的影响提供了工具。

提出了采用纳米流冷却液雾化冲击冷却提升缸盖鼻梁区高热密度区换热能力的方案,利用计算机仿真计算、高速摄影及内燃机台架系统研究了纳米流雾化冲击对缸盖高热密度区换热效果及不同冷却方案对柴油机工作性能的影响.研究结果显示,采用雾化冲击方式能实现缸盖高热密度区的良好冷却且温度一致性较好,温度值相差幅度不高于6℃.原因在于纳米流冷却液沸腾换热以核态沸腾为主,且雾化冲击冷却方式可以提升柴油机缸盖的进气质量流量,相比传统冷却方式最大可以提升9.7％的质量流量.在中高转速下NOx排放量和烟度值的最大降幅分别为2.7％和4.0％,在中低转速下HC及CO排放量的最大降幅分别为10.2％和5.3％.

为深入了解振荡条件下的两相流运动过程与流动换热特性,采用数值仿真研究方法,摒弃活塞复杂的结构因素,以简化模型为研究对象,从基础问题出发探索各因素对两相流振荡换热过程的影响.通过一系列的数值模拟,直观地展现了油腔内两相流运动过程是高度紊乱的不对称流动.研究结果表明:除活塞二阶运动产生偏离外,油腔上下运动引起的压力变化也将引起油柱倾斜,造成喷油与油腔入口偏离;活塞运动产生的强制振荡是影响腔内流动换热波动的决定性因素,油腔表面传热系数、填充率等的波动频率都与活塞运动频率完全吻合.此外,研究还发现喷油速率、活塞转速等参数对填充率和传热系数都会产生显著的影响,但这些影响因素可能并不是单一作用而是相互耦合的.喷油油柱在进入油腔时的速度与活塞的最大运动速度之间的匹配度可能是影响油腔填充率及传热系数的一个关键因素;当喷油的绝对速度与活塞最大速度接近或大于活塞最大速度时,将达到较为理想的填充率和传热系数.

以热重试验结果为基础,研究了被捕集到低温等离子体发生装置极板上的柴油机颗粒物的氧化反应机理函数。采用Malek法,将试验结果与常用的固体反应机理函数获得的曲线、经验公式(empirical formula,EF)拟合的曲线进行对比。研究结果表明:常用的固体机理函数获得的标准曲线、反应速率曲线与试验结果一致性较差;加热速率分别为5、10、20K/min时,通过EF经验公式拟合得到的反应速率曲线与试验得到的反应速率曲线基本重合,且相关系数分别为0.968 1、0.992 4、0.990 4。以加热速率为10K/min得到的幂指数确定的颗粒物氧化反应机理函数为f(α)=α-0.29(1-α)1.54[1-ln(1-α)]3.93。三种不同的加热速率条件下,由该机理函数获得的标准曲线与试验曲线变化趋势十分相似,可以较为准确地反映柴油机颗粒物的氧化反映机理。在不同加热速率条件下得到的指前因子lnA与活化能E保持了很好的线性关系,满足公式lnA=0.136E-7.015,相关系数为0.994。

基于一台带有低压废气再循环（EGR）回路的小排量增压进气道喷射（PFI）发动机，研究了进气正时（VVT）对低压EGR汽油机油耗与燃烧特性的影响。结果表明：EGR率越小，泵气损失越大，EGR率较小时泵气损失随EGR率的变化程度较小，EGR率较大时泵气损失随EGR率变化程度较大；进气门开启时刻相对于上止点提前或滞后均会使泵气损失减小。在1 850 r/min、0.45 MPa工况下，进气门在上止点前10°，28°曲轴转角和上止点后24曲轴转角开启可使泵气损失依次减小2.3%、11.9%和18.8%；进气门开启时刻越提前或迟后，EGR率越大，对应的燃烧持续期和滞燃期越大，燃油消耗率越小；与原机相比（燃油消耗率为294.49 g/（kw·h）），综合优化EGR率和进气门开启时刻后（EGR率为10%、进气门开启时刻为上止点后25°曲轴转角）的最佳燃油消耗率为283.44 g/（kw·h），可使燃油消耗率提高 3.8%.

基于一台由缸内直喷汽油机改装而成的高压缩比双燃料汽油机，研究了甲醇-汽油双燃料喷射方式（M-G，是指进气道喷射甲醇，缸内直喷汽油）和汽油-甲醇双燃料喷射方式（G-M，是指进气道喷汽油，缸内直接喷甲醇）两种双燃料双喷方式对火花点火发动机燃烧排放特性、热效率和爆震抑制的影响。在试验过程中甲醇的喷射比例范围为0~100%。试验结果表明：相比于汽油单燃料发动机，两种双燃料喷射方式（MG和G-M）都能够显著提高经济性、抑制爆震同时降低微粒排放；G-M双燃料喷射方式相比MG双燃料喷射方式在抑制爆震、降氏微粒排放上效果更加显著。

为提高整机紧凑性，通过计算流体动力学方法设计了集成水-空中冷器进气管，并对比分析了采用集成中冷器进气管方案与原机状态在外特性试验条件下的整机综合性能、进气压力波及瞬态响应特性。试验结果显示，采用集成中冷器进气管方案后，标定工况功率提高了2.1%，燃油消耗率降低了4.3 g/（kw·h），涡轮前排气温度降低12℃，高速工况充气效率提高，低速工况充气效率降低，柴油机瞬态响应性能提高。

针对三元催化器前后都配置了开关型氧传感器的汽油发动机，提出了一种新型的双闭环λ自适应控制策略。前氧传感器用于对闭环控制因子进行PI反馈控制，后氧传感器用于实时监测并通过冻结PI控制修正λ偏差。如果前氧传感器老化或中毒，电压输出特性会发生明显漂移，传统PI闭环控制无法准确控制λ为1左右，导致三元催化器转换效率下降。根据后氧传感器电压偏差计算冻结模式和冻结时间，在前氧传感器信号跳变时刻冻结PI控制，使闭环控制因子延时反跳。在冻结时间内闭环控制因子维持在极大/极小值状态，利用单边时间延迟效应构成不对称PI控制模式精确补偿λ漂移，确保λ被控制在理想运行范围，保证最优的三元催化器转换效率。利用先进的ASCET开发环境进行图形化建模并自动生成C代码，与底层驱动代码集成后，下载到32位MPC5634硬件平台安装到发动机台架上进行试验。研究结果表明：当前氧传感器失常时，λ仍然可以被精确控制在0.99~1.01的理想范围内。