提出了一种基于目标起动转速变化规律的起动过程瞬态喷油量的控制策略以改善柴油机起动性能，详细介绍了这种控制策略的起动过程瞬态喷油量的确定方法，并在2.8T型4缸直喷高压共轨柴油机上与恒定油量控制方法和标定转矩MAP控制方法进行了台架对比试验。结果表明：标定转矩MAP控制方式虽然NOx排放量最低，但燃烧效率普遍较低，HC与CO排放水平较高，而基于目标转速变化规律的控制策略可根据起动过程中目标转速的变化所对应的需求转矩精确地控制起动过程各循环的瞬态喷油量，实现对起动过程喷油量的循环控制，使各循环燃烧效率均保持在高水平，有效地降低了CO2排放，且在保持HC和CO排放水平较低的前提下明显降低了NOx排放量，同时很好地改善了起动到怠速的过渡过程转速的波动现象。

通过对一台气道喷射式汽油机应用模拟仿真方法，研究了喷油器参数对混合气形成过程的影响；通过试验分析，研究了不同燃油喷射时刻对全负荷工况下动力性与排放的影响。仿真与试验结果表明：喷油器改进设计后，通过对喷油器喷雾角度、安装角度及安装位置的调整，能够形成开阀喷射所需妥的均质混合气；通过对燃油喷射时刻的寻优发现，在全负荷工况，转速为1200 ~5 600r/min下，存在最佳开阀喷射的喷油结束角（EOI），EOI为420°曲轴转角时，发动机动力性与闭阀喷射相比能够提升了1%~2%，且THC排放保持不变。而转速为6000r/min时，闭陶喷射的动力性较佳。

在一台SD2100TA柴油机上安装了全可变液压气门机构，采用进气门早关（EIVC）的方式对进气量和有效压缩比进行调节，并对进气性能和燃烧性能进行了研究。试验研究结果表明：与节气门进气量调节方式相比，EIVC能有效降低泵气损失，且能够降低缸内工质温度，有利于实现低温燃烧。随进气门关闭时刻（IVCT）的提前，有效压缩比降低，压缩终点压力和温度下降，滞燃期增长，着火推迟，预混燃烧比例上升，扩散燃烧比例下降，由于工质总热容降低，燃烧后的缸内工质温度增加，导致排气温度显著提高。在保持指示热效率基本不变的前提下，EIVC可以有效地降低缸内峰值压力，拓宽柴油机负荷范围。在1650 r/min、平均指示压力（IMEP）为0.64 MPa工况点，当IVCT从下止点后30°提前到下止点后一50°时，峰值压力降低了26%

采用台架试验和数值计算的方法研究了开阀喷射模式对发动机性能的影响规律。研究结果表明：在20%节气门开度下，较早的喷油时刻与较晚的喷油时刻相比，功率升高了0.2 kw，HC排放降低了30×10-6；当节气门开度达到100%时，由于进气气流和机体温度的影响使得喷油时刻对动力性和排放性能的影响可以忽略；处于20%节气门开度时未挥发燃油最大比例大约占总喷油量的50%，而在100%节气门开度下未挥发燃油仅占15%左右，可见燃油未完全挥发是造成开阀喷射模式时发动机性能下降的主要原因，提高开阀喷射模式下发动机燃油挥发性能是提升发动机性能的主要途径

针对重型柴油机余热能的回收利用问题，提出了采用朗肯循环回收排气能量发电-蓄电池存储-电动冷却附件和起动发电一体机（integrated starter generator，ISG）电机协调用电的系统构型。通过调节ISG电机的功率，在实现产电和用电平衡的基础上，管理发动机及能量回收、储存及使用各环节的运行状态，以获得最大的总能效率。在基于GT-Suite的发动机及整车仿真平台上，研究了ISG电机发电/用电功率对发动机、朗肯循环、蓄电池及电动冷却附件的影响规律，揭示了系统间的耦合关系；然后从总能效率的角度，研究了ISG电机的作用规律，提出了ISG电机的优化控制策略。研究表明：ISG电机可在维持产电用电平衡同时，优化发动机及能量回收-储存-使用环节效率；该系统在道路工况下百公里油耗降低了9.8%~ 11.7%。

通过建立活塞裙部型线、活塞优化后的燃烧室及内冷油道等的有限元模型，采用PERMAS软件计算了优化后的活塞在标定工况下的温度场和热机耦合应力，分析了活塞的疲劳寿命，并测量了800h热冲击试验后，活塞环槽、活塞外圆尺寸等尺寸和型线的变化情况。结果表明：活塞高温区域主要分布在活塞顶部，最高温度约为301℃，在活塞材料许用范围内；第一环槽的表面平均温度为194℃，低于润滑油结焦温度230℃；增加了20%喷油量时，活塞的表面温度仍可满足设计要求。在活塞受到热机耦合作用时，活塞向主推力面方向倾斜，主推力面受力较大，约为44N/mm2，活塞销座表面最大应力值区域主要分布在后端销孔上侧，约为98N/mm2，应力值均在许用范围内。活塞疲劳寿命最低的部位在活塞燃烧室底部及燃烧室喉口，理论寿命分别为6.9和7.7，800h热冲击试验后，活塞环槽、销孔、活塞环槽底径、活塞外援尺寸等尺寸变化均较小，活塞外圆型线和椭圆型线变化不大，能够满足使用要求。

针对发动机台架试验中发动机水温波动大、电涡流测功机供水不足等问题，设计了一套两级冷却系统，即在发动机小车上加装热交换器以解决发动机冷却问题。结合发动机功率、台架供水流量等条件，利用Flowmaster进行仿真，实际安装后进行台架试验。研究结果表明：发动机水温稳定在士3℃内，电涡流测功机冷却水较方案修改前增加4m3/h。

在一台自然吸气直喷汽油发动机上进行运行工况内的进、排气可变气门正时（VVT）相位扫点试验，根据不同排气VVT相位下的发动机动力性和燃油经济性，结合进气流量、最高燃烧温度、指示热效率和泵气损失等因素，分析了发动机性能变化的原因。研究结果表明，外特性工况排气VVT推迟15°曲轴转角时，进气量增加，动力性提高；继续推迟排气VVT相位，泵气损失增加，动力性降低。在转速低于2400r/min的中、高负荷区域，开启排气VVT使得指示热效率增大，泵气损失减少，发动机油耗降低；在排气VVT相位大于一15°曲轴转角、转速高于2800r/min的中、高负荷区域，发动机经济性变差。

根据发动机稳态工况下的氮氧化物（NOx）转化率试验发现了NOx转化效率峰值现象，通过分析从理论上解释了该现象。根据NOx转化效率峰值现象，提出了尿素选择性催化还原（urea-SCR）系统周期性喷射设想。设计试验，通过对比自主urea-SCR系统周期性喷射策略与商业urea-SCR喷射策略的试验结果，发现urea-SCR系统周期性喷射在NOx转化效率、尿素喷射量、氨泄漏及尿素能效比等方面均有显著改善，对优化urea-SCR系统尿素喷射控制策略有重要意义。

基于开发的燃烧分析工具，利用以太网通信技术，构建了柴油机燃烧分析与控制系统：缸压采集系统每0.2°的曲轴转角采集一次缸压信号，通过以太网的用户报文协议把缸压信息传递给燃烧分析软件；燃烧分析软件计算出燃烧状态指标，通过控制器局域网传递给发动机电控单元；发动机电控单元利用燃烧状态指标进行燃烧闭环控制。在一台1.9L高压共轨柴油机上进行的试验结果表明：该系统能够实时采集缸压并计算燃烧状态指标，能够实现指示平均有效压力和燃烧放热中心的闭环控制。