利用激光诱导荧光法(LIF)和数值模拟方法研究了异型壁面油束碰壁及油膜形成与演变过程机理．首先在燃烧室模拟装置上进行试验，利用 LIF 方法研究了气流运动对 38°,喷油条件下油束碰壁过程的影响；随后，在模拟装置及试验条件的基础上，对壁面油膜的形成与演变过程进行了数值模拟研究．结果显示：无气流运动时，近壁区域液相燃油存在累积现象，燃油自然蒸发对壁面液相燃油的弥散作用有限，液相燃油残留时间达 10ms 以上．与无气流运动时相比，在逆向气流作用下，液相燃油累积现象减弱，总体向二次油膜区域偏移，燃油油膜在壁面油膜残存量减少．在逆向气流作用下，由于油膜流动和空间油滴二次附壁，有可能导致壁面局部地方油膜变厚．

在一台单缸柴油机上采用低辛烷值高挥发性汽/柴油混合燃料，在不同转速和负荷条件下对比了部分预混压燃(PPCI)和多段预混压燃(MPCI)等多种压燃模式的燃烧和排放特性，并在宽运行范围与原机柴油试验结果进行对比，以确定宽运行范围的最优燃烧控制策略．结果表明：试验用低辛烷值燃料能够在宽运行范围实现压燃模式的稳定运行；为使燃烧排放结果最优，低负荷区间应采用单次喷射 PPCI 模式，中、低转速(中、高负荷)采用 MPCI 模式，高转速(中、高负荷)采用多次喷射 PPCI 模式；宽运行范围内低辛烷值燃料可以实现 NOx 排放低于 0.4g/(kW·h)、碳烟排放低于 0.5FSN 及最高压力升高率低于 1MPa/(°)CA；与原机柴油燃烧结果相比，低辛烷值燃料可以同时降低NOx 和碳烟排放以及燃油消耗率，但 CO 和 HC 排放增加，循环波动系数也略有增加．

通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)对纳米 MoO3 催化剂的物化特性进行表 征． MoO3 催化剂主要以均匀球形或类球形颗粒组成，球形形状增加了比表面积且具有较高的分散性，从而大幅提高MoO3 的催化性能．以 Printex-U 碳黑作为发动机尾气中碳烟颗粒的替代物，利用热重分析仪(TGA)，基于 CoatsRedfern 法对不同升温速率、不同碳黑颗粒与催化剂配比下碳黑氧化的动力学参数进行分析．结果表明：当升温速率为 20℃/min 时指前因子呈现较高的值，而当颗粒质量分数在 15%时的活化能亦较高，这是由于催化剂与颗粒低效接触以及可能存在非催化氧化而导致的传热和传质限制引起的．故进行颗粒物催化氧化试验时，颗粒物质量分数宜控制在 10%以下，升温速率宜选取在 15℃/min 以下，颗粒氧化反应动力学参数只有微小变化，几乎不受扩散控制的影响．

应用洛伦兹曲线理论对柴油机废气再循环(EGR)分层条件下，气缸内气体组分的空间分布及演变规律进行了数值模拟．以 CO2 代替 EGR，借助单一进气道喷射 CO2 的方法组织缸内分层．研究表明：氧气在气缸中心顶部较浓，进气 CO2 与缸内残余 CO2 在燃烧室周围及底部分布较浓； 3 种气体组分在气缸局部特征截面上的质量分数差均随活塞上行而减小．通过洛伦兹曲线数据对比发现， O2、进气 CO2 及残留 CO2 的全局分布不均匀程度均随活塞上行而降低；在压缩上止点附近，进气 CO2 全局分布不均匀程度低于缸内残余 CO2，这说明与单进气道喷射 CO2 相比，组织缸内残留废气能够获得更显著的缸内 CO2 分层．

针对对置活塞二冲程柴油机换气特点和示踪气体法测试原理，提出了示踪气体法在对置活塞二冲程柴油机上的具体试验方法．利用该方法开展了发动机换气过程的试验研究，分析了不同运转工况下进、排气状态参数对发动机换气品质的影响规律．结果表明：进、排气压差对换气品质及捕获空气量有较大的影响，压差越大，扫气效率和捕获空气量越高；当给气比大于 1.4 以后，压差对扫气效率和捕获空气量的影响趋势逐渐趋于平缓；以发动机稳定运行并兼顾较小的泵气损失为优化目标，给气比宜选取的范围为 0.5~1.4．

提出了基于神经网络和遗传算法进行阿肯金森(Atkinson)循环发动机几何压缩比优化的方法. 首先利用几何压缩比为 11 的奥拓(Otto)循环发动机的试验数据验证了发动机人工神经网络模型的预测准确性，然后联合遗传算法和神经网络模型进行了目标 Atkinson 循环发动机的几何压缩比优化，约束条件是外特性转矩、爆震强度和排气温度，优化目标是使燃油消耗率最小. 结果表明：联合遗传算法和神经网络模型进行发动机设计和性能优化，具有较高的效率和准确性. 优化后确定目标 Atkinson 循环发动机的最佳几何压缩比为 12.5，并在此基础上进一步优化发动机的操作参数及其外特性.

为了提高车用内燃机变转速、变负荷面工况性能，提出了离心压气机优化设计方法，即通过考虑压气机设计工况与非设计工况流场的关联效应，抑制不同工况流场之间的差异，优化离心压气机结构．利用该方法对某柴油机离心压气机进行了优化设计，其设计工况与非设计工况之间的流场偏差集中在大叶片进口叶尖部分，据此提出了压气机前缘前掠的流场控制措施. 仿真分析表明：改型离心压气机流场偏差得到了明显抑制，其设计工况性能变化较小，非设计工况压比提高了 4.46%，效率提高了 1.56%．

为改善柴油机瞬态加载过程中燃烧与排放性能恶化的问题，利用瞬态测控系统，在一台增压中冷柴油机上试验研究了先快后慢的多段加载策略，探索不同的“第一段加载率”、“加载停滞时间”及“第二段加载率”对柴油机转矩响应性能、燃料放热量10%,所对应的曲轴转角(CA10)、燃料放热量50%,所对应的曲轴转角(CA50)、烟度、CO 和NOx 等排放物的影响规律．结果表明：与匀速加载策略相比，“第一段加载率”越大，转矩响应性能越好，50%,转矩响应性最大提高20.4%,；较长的“加载停滞时间”能够改善排放恶化问题，烟度和CO 峰值最大分别降低16.67%,和27.99%,，且在第二段加载过程中CA10 和CA50 延后程度降低；而“第二段加载率”越大，90%,转矩响应增加率越小，燃烧与排放略有恶化．综合考虑瞬态性能，“第一段加载率”为665,(N·m)/s，“加载停滞时间”为1.2s，“第二段加载率”为221.67(N·m)/s 的加载策略为最具折衷性能的多段加载策略．

基于内窥镜测量技术，在一台6 缸高压共轨重载柴油机上研究了预喷正时、预喷油量与EGR 率等对燃烧放热、排放物生成的影响作用．对柴油机缸内燃烧过程中的火焰图像进行了采集，并且通过双色法计算得到了碳烟颗粒场分布图像．结果表明：随预喷正时延迟，缸内峰值压力升高，预喷燃烧的两阶段放热现象消失，预喷燃烧的火焰亮度加强，NOx 和碳烟排放均降低；随预喷油量增加，预喷燃烧的放热率和火焰亮度升高，NOx 和HC 排放增大，而碳烟和CO 排放降低；随EGR 率提高，预混燃烧强度变弱并且开始呈现两阶段放热现象，主燃烧始点滞后，NOx 排放显著降低，但碳烟、HC 和CO 排放升高．采用内窥镜测量可以更方便准确地了解发动机实际运行工况下缸内燃烧特性．

通过两级增压共轨重型柴油机重点研究废气再循环(EGR)和主喷定时对发动机燃烧特征参数与排放特性的影响．结果表明：随EGR 率增加(NOx 降低)，整个燃烧持续期增加，主要由燃烧放热后半期延长所致，中、小负荷燃烧持续期增量小于大负荷，同时中、高转速大负荷燃烧持续期增量小于低速大负荷；在同一运行工况上存在一最优循环累积放热量达到总放热量50%,时所对应的曲轴转角(CA,50)和燃烧持续期，此时热效率最高．采用EGR 降低NOx 时不可避免增加燃烧损失，使CA,50 尤其是燃烧持续期偏离最佳经济区，导致热效率下降；实现等NOx 排放时，推迟主喷定时可有效降低低速大负荷碳烟(soot)，改善NOx-soot 的trade-off 关系．在高转速大负荷时，推迟主喷定时会使soot 先降后升，且导致燃油消耗率(BSFC)明显增加；进气温度升高会导致NOx 与soot 和BSFC 之间trade-off 关系变差，但合理推迟主喷定时可同时削弱进气温度对NOx-soot 和NOx-BSFC 的trade-off 关系影响．