建立了发动机3D模型，在发动机进气道上采用了一个滚流控制阀片，以控制发动机气流运动。通过计算流体力学（CFD）软件计算缸内流场随曲轴转角的演变和发展过程，评估了缸内的滚流运动和湍动能。模拟了在当量空燃比条件下缸内混合气的浓度场分布，分析了缸内燃烧过程。研究结果表明：采用滚流控制阀在2000 r/min.0.2 MPa和1750 r/min全负荷工況下能够有效提升缸内滚流比，并且在压缩行程末期增强了湍动能，有助于提升燃烧速率，改善燃烧。通过设计特殊形式的活塞顶面，对喷雾进行引导，避免了燃油喷雾直接碰撞在缸壁。燃烧模拟的缸内压力曲线与实际发动机台架测试的结果吻合性较好。

根据某柴油机设计一款喷嘴集成式选择性催化还原（SCR）系统，使其排放满足国V标准，结晶量小于3g。首先研究穿孔管加混合器结构，结果表明这种结构的载体前端面蒸汽均匀性系数和尿素蒸发量不能满足设计要求，且在混合器上会形成大块结晶。随后提出一种新型混合腔结构，分析表明：载体前端面速度和蒸汽均匀性系数分别为0.95和0.98，栽体能被充分利用；喷射系统采用三孔气助喷嘴，使得喷出的液滴直接撞向内筒園管，在內筒圆管的高温作用下，液膜全部蒸发；此外尿素喷射轨迹会在底部形成2个较大旋涡，促进了液滴的雾化与混合。试验验证此结构SCR排放满足国V标准，在低温工况下NOx，转化效率明显高于其他结构，尿素结晶满足设计要求。

基于某款欧VI重型柴油机和GT-Power软件搭建相应的虚拟发动机模型，并进行标定，进行性能预测并验证预测精度。根据自主开发软件和欧VI法规要求，计算排放区域并选择合理的工况点，进行试验设计（DoE），利用虚拟发动机预测DoE点的性能及排放。基于Matlab软件的基于模型标定（MBC）工具箱，结合拟定的各排放点及排放循环的排放物控制范围，进行满足原机排放要求及经济性最优的虚拟标定。最终在完全脱离发动机试验的情况下获取优化的电控参数脉谱。

为探究降低柴油机微粒及多环芳香烃的有效排放控制措施，在一台燃用生物柴油的增压多缸柴油机上应用连续再生微粒捕集器系统，研究了柴油机燃用生物柴油及采用连续再生微粒捕集器系统后对柴油机微粒和多环芳香烃排放的影响。研究结果显示：柴油机微粒排放呈现核态与聚集态形式并且粒子粒径呈现多峰值化特征，燃用生物柴油对核态微粒粒径浓度影响不大，而聚集态微粒排放则有着较为明显的下降趋势，采用连续再生颗粒捕集器后最大下降幅度达到94.6%。柴油机微粒排放中核态粒子浓度占60%以上，燃用生物柴油后该值进一步提升，在试验工况下最大可达到95%。连续可再生微粒捕集器对聚集态粒子捕集效率高，最高可达到96%，试验用柴油机使用生物柴油后，由于核态颗粒数量浓度的提升致使捕集器系统效率有所下降。燃用生物柴油可有效降低绝大部分的多环芳香烃的排放，但测试结果显示：䓛和苯芘蒽排放不降反升，与连续可再生微粒捕集器系统结合，能让菲、芘、苯芘等6种物质排放下降幅度更大。

为在保持柴油机动力性和经济性能的同时有效改善其排放性能，在一台4缸柴油机上针对6、12，24 mg循环喷油量的负荷工况（记作低、中、高负荷）对比研究了冷、热废气再循环（EGR）对性能、燃烧及排放特性的影响。结果表明：EGR的引入减少了新鲜进气量，整体上延长了滞燃期，减缓了燃烧放热速率，降低了压力升高率；热EGR提高了进气温度，使低负荷时的碳氢化合物（HC）排放显著降低，热效率提高，而高负荷高EGR率时由于过量空气系数偏低引起了热效率的明显降低，对最大压力升高率的降低作用也弱于冷EGR；随着EGR率的提高，三种负荷下的氮氧化物（NOx）排放均大幅度降低，碳烟排放在低、中负荷时较低，而在高负荷时则明显升高，NOx与碳烟排放之间出现此消彼长的矛盾趋势。冷的高EGR率下的碳烟排放升高幅度减小，有效地缓解了这种矛盾。综合分析低、中、高负荷下的热效率及排放，低负荷时为提高热效率宜采用热EGR，高负荷时为降低过高的压力升高率并兼顾热效率则更适合采用冷EGR。

针对某单缸汽油发动机怠速工况异响噪声问题开展了噪声源识别及其控制等相关研究。通过综合应用声品质主观评价、噪声频谱分析及三维声强分析等方法，识别出该异响噪声源为怠速工况配气机构动力学性能异常引起的高频气门落座噪声。为提升配气机构动力学性能，采用6段5阶多项式表征气门升程曲线，并根据运动学关系获得凸轮型线数学表达式，维而采用直接搜索法对凸轮型线进行基于多体动力学模型的优化设计。仿真结果显示，凸轮型线优化后可将影响气门落座噪声的进、排气门弹簧振荡幅值分别削减88%和91%。根据优化方案制作凸轮轴样件，并进行发动机声学试验，发现怠速工况异响噪声消除，整机噪声降低约4.0dB（A），研究结果表明：通过优化凸轮型线提升配气机构动力学性能可有效提升该单缸汽油发动机声品质。

利用声发射（AE）技术对摩擦润滑状态进行在线监测。采用小波多分辨率分析技术抑制由阀门开关和燃烧震荡引起的大幅值声发射AE信号，并采用阔值降噪的方法提取出由粘滞摩擦力引起的声发射信号。然后运用小波包络分析计算冲程中部的声发射信号幅值的平均值作为评价活塞环-缸套系统润滑状态的指标。试验结果显示：冲程中部的声发射信号能够有效地表征活塞环-缸套的摩擦润滑状态，并能够通过声发射指示标准区分不同类型的油品对系统润滑状态的影响。其中，声发射信号的幅值随着载荷的增大而小幅增大，且随着转速的增大而明显增大。研究结果充分证明了声发射监测技术在活塞环-缸套摩擦润滑状态在线监测的有效性。

开展基于可调谱激光吸收光谱（tunable laser absorption spectroscopy，TLAS）的内燃机排放中气体组分浓度检测技术研究。选取NO气体作为试验室静态测试的目标气体，利用可调谐带间级联激光器（in terband cascade lasers，ICL）作为探测光源，采用直接探测法及谙波探测法对4种不同浓度的标准NO气体进行测试，结果与标准气真实浓度吻合度较高。直接探测法中，探测相对误差均方根为2.6%，体积浓度的最大绝对误差为18.6× 10-6，理论探测极限可达2×10-6；语波探测相对误差均方根为1.4%，最大绝对误差为13×10-6，理论探测极限可达10-7，数据处理过程中引入温度修正算法，可实现温度波动下的准确测量。同时，对不同流速下的标准气体进行了在线测量，结果表明气体的流动性对测试结果并无影响。本研究表明：TLAS方法动态响应特性好，环境适应性强，可根据瞬态环境参数进行实时修正，可以在复杂的测试环境下实现高精度、高灵敏度瞬态测量。

针对滑动轴承振动信号明显的非线性非平稳性及信号中摩擦信号微弱等特点，提出一种基于变分模式分解（VMD）的滑动轴承摩擦故障特征提取与状态识别方法。采用VMD对滑动轴承振动信号进行分解，将其自适应地分解为系统冲击信号、低频摩擦信号和高频摩擦信号3个分量，在此基础上定义并提取相对频谱能量矩特征参数，用于描述滑动轴承振动信号及其各分量的特征。对S195-2型柴油机曲轴轴承摩擦故障信号进行了分析，K-近邻分类器的平均识别精度达到93.3%。研究结果表明：基于VMD分解的相对频谱能量矩特征对滑动轴承的工作状态比较敏感，能有效识别其摩擦故障状态。

对一台二冲程汽油自由活塞式内燃直线发电机（FPLG）的活塞动态特性、缸内压强、缸内温度和NOx排放进行了数值分析。针对FPLG特点，具体分析了其NOx污染物的来源及形成机理。借助于数值分析软件Matlab/Simulink，计算并分析了点火提前时间和燃烧持续时间对FPLG缸内压力、缸内温度和NOx排放的作用。计算结果表明：点火时刻在上止点前171°~126°而燃烧持续时间为36°~ 108°曲轴转角（点火提前时间相对上止点前为0~6ms，燃烧持续时间在4~12 ms）时，增大提前点火时间和缩短燃烧持续时间都会使缸内的压力和温度上升，相应的NOx的排放量也会急剧增大。