基于一台单缸柴油机，分别采用进气道喷射汽油和乙醇的预混方式，通过调节不同负荷下喷射汽油/柴油和乙醇/柴油燃料比例，以研究其对发动机燃烧与排放的影响．结果表明，低负荷下采用汽油或者乙醇预混，缸内最高燃烧压力降低，实现较为缓和的燃烧放热，均可以同时降低碳烟(Soot)和 NOx，但 HC和 CO排放增加．较高负荷下随着预混比例增大，放热更加剧烈，缸内最大爆压升高．滞燃期随燃油预混比例增大而增大，但增大幅度随负荷增大而逐渐减小．与汽油预混方式相比，采用乙醇预混的方式滞燃期增大更加明显，且燃烧温度较低，在较高负荷下仍能实现较为缓和的燃烧放热，表明采用乙醇预混的方式有利于向高负荷拓展．

提出了甲醇/生物柴油混合燃料在柴油机缸内着火的评价指标，并建立了 186F 柴油机燃用甲醇/生物柴油混合燃料燃烧过程的三维计算模型．通过对缸内温度、燃料浓度、氧浓度的分析，考察了甲醇掺混比例对混合燃料着火过程的影响．结果表明：当甲醇掺混比例由 10%增加到 50%时，缸内最大爆发压力由 7.80MPa 降低到 7.13MPa，瞬时放热率峰值呈上升趋势．着火位置的分析表明，随着甲醇掺混比例的增加，缸内生物柴油的浓度降低，生物柴油的着火时刻推迟，缸内甲醇的浓度升高，逐渐接近甲醇可以着火的浓度；生物柴油的着火区域从油束的边缘逐渐转移到油束的中心、从油束的头部逐渐转移到喷油嘴附近．当甲醇的掺混比例小于或等于 30%时，生物柴油先于甲醇着火；当甲醇的掺混比例大于 30%时，甲醇先于生物柴油着火．

以某型军用车辆柴油机为研究对象，进行了 4500m 海拔条件下的高原模拟环境试验，比较和分析了该型柴油机燃用军用柴油和掺混不同比例聚甲氧基二烷基醚型含氧燃料时的燃烧特性．结果表明：高原环境下柴油机燃用该型含氧燃料时，随着掺混比例增加，滞燃期缩短，压升率降低，燃烧放热等容度增加，热效率提高，有效地缓解了高原环境下柴油机功率损失和后燃严重的问题，尤其在柴油机高速小负荷工况下，动力性与经济性显著提高，是一种适用于高原环境下的聚醚型含氧型燃料．

自由活塞发动机具有异于传统发动机的活塞运动规律，为研究其对自由活塞发动机燃烧放热规律的影响，提出了等效转速变换的概念，将试验示功图反算得到的燃烧放热规律以曲轴转角为计量单位表示，分析了自由活塞发动机与传统发动机放热规律的差异，最后采用三维仿真与试验的结论进行对比．结果表明：自由活塞发动机在压缩行程比传统发动机有较高的运动速度与加速度，这使其在压缩行程有良好的雾化与油气混合效果，预混燃烧量达到80%,；膨胀行程缸内容积变化率较大，缸内压力温度下降较快，因而缓燃期和后燃期持续时间远低于传统柴油机；双韦伯函数拟合的自由活塞内燃发电动力系统(FPEG)放热规律预混合燃烧品质系数和扩散燃烧品质系数分别为3.451 和 10.24，与传统柴油机相比均偏大；受活塞运动规律的影响，自由活塞发动机与相同缸径的传统发动机相比最高爆发压力较小，出现最高爆发压力的时间较晚，且滞燃期较短．

基于超临界喷射平台，研究了低亚临界态、亚临界态和超临界态汽油在直喷喷油器上的喷雾特性．结果表明：低亚临界态、亚临界态和超临界态的喷雾形态有明显不同．在单孔喷雾中，在相同喷雾时刻下，随着温度的升高，单孔喷雾的贯穿距先缓慢持平，后大幅下降了 25%左右；喷雾的面积呈持续上升趋势．在 6 孔喷雾中，在相同喷雾时刻下，随着温度的提高，喷雾贯穿距在低亚临界态区先缓慢增加，进入亚临界区后大幅下降了 15%～20%，最后在超临界区迅速回升；喷雾面积先增加，在亚临界区出现峰值后迅速下降．超临界态时，6 孔液相喷雾由黏稠核区和稀薄气液两相区构成，核区延伸度和比长度 R 随着温度升高而下降．

在定容燃烧弹内，实现纯柴油与体积比为 30%的丁醇柴油燃料的喷雾燃烧，研究了燃烧火焰的基本特征，设计了定容弹内喷雾燃烧火焰中碳烟颗粒物直接采样台架，利用高分辨透射电镜(HRTEM)对这两种燃料燃烧生成的碳烟颗粒样本进行观测、统计和分析，研究掺混丁醇对喷雾火焰和碳烟生成的影响．研究结果表明：掺混丁醇延长了喷雾火焰的滞燃期，缩短了燃烧持续期，丁醇柴油混合燃料(B30)的碳烟数密度和质量明显小于纯柴油(B00)，在柴油中掺混丁醇，能够抑制碳烟生成，降低碳烟排放，同时降低了碳烟的基本颗粒粒径和平均直径，使排放碳烟颗粒物更加细微化；B00 与 B30 的碳烟基本颗粒内部结构以无序的不定形碳为主，表面晶化不明显．

基于颗粒群演化的模拟理论方法，构建了一维稳态层流预混火焰中碳烟颗粒动力学演化过程的数学模型．通过耦合含有生成芘分子(A4)的详细化学反应机理，并采用蒙特卡洛(Monte Carlo)随机算法求解颗粒群平衡方程获得碳烟颗粒动力学演变尺寸分布信息．在此基础上，详细分析了层流预混火焰中二氧化碳添加对碳烟颗粒物尺寸分布的影响．结果表明：添加二氧化碳降低了碳烟颗粒成核速率，使得小粒径碳烟颗粒数密度减小；同时，添加二氧化碳减弱了碳烟颗粒表面生长速率，以及提高了 OH 和 O2 浓度而加速了碳烟的氧化反应，使得大粒径碳烟颗粒数密度降低．CO2 添加对碳烟颗粒生成起到了一定抑制作用．

针对柴油机掺烧 H2-O2 气体(布朗气)前后颗粒排放的变化情况，采用颗粒分级采样装置，对 186F 柴油机标定工况下的排气颗粒进行采集．采用扫描电镜(SEM)对等效面积径以及颗粒形貌进行了分析．采用透射电镜(TEM)对颗粒的层面间距、颗粒微晶尺寸等微观结构进行分析，探讨了掺烧 H2-O2 气体前后颗粒微观结构的变化规律和 H2-O2 气体对颗粒的作用机理．结果表明：颗粒物的表面形貌主要呈团状、链状、枝状等状态分布；与原机相比，掺烧H2-O2 气体后，颗粒多呈链状、枝状分布，颗粒表面的可溶性有机物减少，单位面积内的颗粒数量减少．掺烧 H2-O2气体后，颗粒的平均等效面积径有明显降低，降低约 71.9%，颗粒粒径向小粒径方向移动；基本碳粒子层面间距有所增加，说明微晶碳层的面积增大，有利于颗粒氧化过程的进行；颗粒的微晶尺寸有所减小，弯曲度增大，表面微晶结构的有序性减弱．掺烧 H2-O2 前后颗粒分形维数分别为 1.58 和 1.37，表明掺烧 H2-O2 气体后，使颗粒的结构紧密程度有所降低．

分析 SCR 催化器的老化形式，从催化剂颗粒直径和反应速率变化的角度对催化剂热失活特性进行研究．基于反应动力学模型，考虑 SCR 催化剂相对活性的降低，建立了 SCR 催化器热失活动力学模型．采用 Fluent 耦合CHEMKIN 的技术路线，结合 SCR 催化器快速老化试验循环进行 100h 的热失活模拟，建立 SCR 催化器二维流动模型，模拟载体入口处的温度变化，并以载体不同径向处的温度为单孔道的初始条件计算催化剂的平均粒径和相对活性变化．热失活前后催化剂的性能指标变化情况表明：NO 转化效率随老化时间降低，起燃特性随老化过程明显恶化．

NOx 转化效率、尿素蒸发热解及沉积等问题是尿素 SCR 系统研究的关键问题．运用 AVL FIRE 软件对某柴油机 SCR 催化器系统进行了三维数值模拟，研究分析了不同因素对 SCR 系统的影响．结果表明，排气温度、尿素喷射压力和尿素喷射温度对 SCR 系统催化剂入口的还原剂均匀性、催化剂内部化学反应速率均有不同程度的影响．同时深入研究了催化器内部组分浓度的分布规律，分析了参数变化与组分浓度分布、NOx 转化效率之间的关系，为SCR 系统参数优化提供参考依据．