针对用发动机稳态万有特性计算整车循环工况性能所存在的不足，选用一款汽油机摩托车进行研究和验证。通过运用整车循环工况的试验数据，在发动机动态台架上模拟循环工况测定了发动机的瞬态特性。根据对发动机瞬态特性分析对原机进行了相应改进，使发动机瞬态时混合气形成和燃烧过程得到了改善，加快了发动机瞬态响应频率。最终试验测试结果显示，在发动机稳态特性变化很小的情况下，瞬态特性改进后不仅使整车变工况时动力性略有提升，而且明显降低了整车循环工况百公里油耗。

为认识内/外交又孔喷嘴的内部空穴流动和近场喷雾特性，采用常规圆孔、外交又孔和内交又孔三种孔型的喷嘴在不同喷射压力、子喷孔交又角度及出口中心距下进行了比例放大的喷嘴内部流动与喷雾近场可视化试验。试验结果表明：不同于圆形喷孔的近轴对称射流，内/外交又孔喷嘴由于燃油的内/外部碰撞冲击作用，射流主要在与两个子喷孔中心线所处平面正交的平面（扩散面）上径向扩散，形成扇形射流。外交又孔喷嘴喷雾扩散最为显著，其在扩散面上的液滴分散到喷嘴以下180°范围内，内交又孔喷嘴扩散次之，两者扩散效果均远强于常规圆孔。此外，随喷射压力的提高，常规圆孔喷嘴在0.30MPa左右产生空穴，并迅速发展为水力柱塞流状态；外交又孔喷嘴也在0.30MPa左右产生空穴，并逐渐发展至喷孔出口附近，但至1.0MPa也未出现水力柱塞流状态；内交又孔喷嘴内始终无空穴产生。

在一台改造的单缸柴油机上进行了预主喷两次喷射策略对正丁醇部分预混燃烧影响的试验研究。研究结果表明：正丁醇燃料实现部分预混燃烧相对汽油燃料对喷射时刻较敏感，最大压力升高率高，稳定运行范围窄，但未燃碳氢、氮氧化物和碳烟排放较低；预主喷两次喷射能有效降低正丁醇部分预混燃烧最大压力升高率，随着预主喷间隔的增大，最大压力升高率先快速降低后上升，预喷射比例越大，获得最低压力升高率对应的预主喷间隔越大；通过优化预主喷两次喷射策略，能显著改善正丁醇部分预混燃烧可控性差、最大压力升高率高的问题，从而有利于实现更大工况范围内的高效燃烧。

用AVL FIRE软件建立了柴油机喷雾燃烧过程研究的计算模型，根据模型分析了燃烧室关键特征对经济性和排放的影响，并设计了燃烧室优化方案。研究发现，在A100工况，优化方案改善了油气混合状况，提高了空气利用率，并加速了燃烧后期速度，使得经济性得到提高，同时NOx排放也有所增加；而在部分负荷A25工况，优化方案降低了燃烧室碗底的流动速度，减少了壁面传热损失，经济性得到提高，同时NOx排放也有所降低。发动机台架试验结果表明，相对于原始方案，优化方案的外特性油耗平均降低了约2.0g/（kW·h）；ESC循环加权油耗降低了2.2g/（kW·h），且加权NOx比排放相当。

为实现瞬态空燃比有效控制，提出基于逆模型前馈控制附加无模型自适应反馈控制的复合控制策略。利用最小二乘支持向量机（LS-SVM）建立空燃比系统逆模型，对瞬态空燃比模型中的进气量进行动态前馈补偿，并结合无模型自适应（MFAC）通过修正喷油量对空燃比进行反馈控制，对系统扰动、误差等实现修正。利用瞬态工况试验数据进行仿真，并与台架试验实际数据进行了对比。结果表明，LS-SVM逆模能高精度地逼近空燃比瞬态过程，结合MFAC反馈控制提高了系统的鲁棒性和抗干扰能力。因此该复合控制策略可行，可用于发动机瞬态工况空燃比的精确控制。

针对某款单缸大排量摩托车发动机，在Matlab/Simulink中建立带油膜补偿器的基于BP神经网络进气量预估模型，对上述组成的空燃比控制模型进行了仿真研究。结果表明，基于BP神经网络的进气量预估控制模型能将超调量控制在10%以内，并能够在1.4s内将混合气恢复至当量比，避免了传统PID控制可能出现的震荡情况，表明基于进气预估的空燃比控制效果良好；加入油膜补偿后，其空燃比超调量不超过5%，能够在1.2s内将混合气恢复至当量比，说明加入油膜补偿前馈控制能够有效降低燃油传输动态特性带来的影响，提高控制精度。

为了改善柴油机瞬变高负荷工况下缸内燃烧恶化和烟度骤升的问题，以8.6L车用重型柴油机为对象，开展了燃油后喷策略对瞬变工况性能的影响研究。试验研究了在柴油机瞬变过程的高负荷工况段加入后喷时不同后喷参数对瞬变工况性能的影响，并利用模拟手段分析了后喷对缸内燃烧状况、缸内气体的流动和碳烟排放的影响和作用机理。为了更好地说明缸内气体混合情况，引入氧气驱动能量这一概念。研究结果表明：在主喷燃烧阶段，氧气驱动能量对混合气的形成起主导作用；随着后喷油量增多，缸内气体扰动增加，缸内稀混合气比例增加，放热率第二峰值和第三峰值均提高且相位前移；后喷油量对NOx排放影响较小。综合考虑指示热效率和碳烟排放，对于瞬变过程90%负荷工况，主后喷间隔为4°曲轴转角且后喷量25%时排放效果整体最佳。

通过一款涡轮增压汽油直喷（gasoline direct injection，GDI）发动机低压废气再循环（exhaust gas recirculation，EGR）的试验，研究了EGR率和点火提前角的综合作用对增压GDI发动机的燃烧、缸压、排放和油耗等方面的影响。结果表明，在GDI增压发动机中加入EGR后，由于废气的稀释和热容作用，使缸内燃烧持续期增大，排气温度下降，燃烧相位也发生了改变。这对发动机外特性的有利影响是油耗减少，CO和NOx排放也明显减少；不利影响是EGR的加入提高了增压发动机的排气压力，导致泵气损失增加。此外，总碳氢（total hydro carbons，THC）排放也有所增加。在GDI增压汽油机中使用EGR系统并配合点火角的调节能够有效提高热效率，降低NOx排放。

为提升燃油系统电控化改造后4190ZLC-2船用中速柴油机的经济性能和排放性能，开展了燃油系统多参数优化试验；利用AVLFIRE软件对试验得到的经济性最优匹配参数下的柴油机高压工作过程进行了仿真计算；通过对燃烧室内三位流场的分析，提供进一步提高喷油压力和修改燃烧室形状的方案；再利用仿真计算得到喷油压力进一步提高后较优的燃烧室匹配方案。研究结果表明：喷油压力提高后，柴油机总体性能提高；为适应喷油压力的提高，燃烧室的深度和开口直径分别应该减小和增加，但燃烧室的深度太浅会造成燃烧不完全，导致油耗率上升。研究结果为该柴油机的燃烧系统改进提供了理论依据。

以某自然吸气高压缩比直喷汽油机为研究对象，利用一维软件和三维软件对汽油机的工作过程进行了数值模拟，探究了超高滚流进气系统在高热效率燃烧系统中对燃烧性能的趋势性影响。研究中设计了三款不同滚流比气道和四种计算方案，对不同计算方案的瞬态滚流比、瞬态湍动能、缸内速度场、当量比分布、放热率和缸内平均压力等进行了对比分析。研究结果表明：滚流比的大小影响缸内混合气的分布和湍动能的强度，较强的滚流比可以将更多能量保留到上止点附近，提高点火时刻缸内平均湍动能，从而影响缸内燃烧，进而影响发动机的性能；带凹坑的活塞形状设计可以使湍动能在不同滚流比下都保持在相对中心位置，使火花塞处在湍动能较高区域，有利于点火之后火焰的迅速传播；在此燃烧系统中，滚流比增大到一定程度后，缸内的平均压力峰值难再提高，对性能的增益已接近极限，过高的滚流比对发动机性能的提升已无明显作用。