针对内燃机活塞组-气缸套润滑摩擦特性，采用纳米润滑油改善其润滑摩擦。在考察润滑油悬浮稳定性基础上， 利用四球摩擦磨损试验机对纳米润滑油进行极压实验和长摩实验，以此来模拟活塞靠近上止点附近时气缸套-活塞环摩擦副处于混合润滑的状态，及活塞远离上止点时气缸套-活塞环摩擦副处于流体动压润滑的状态，分别考察纳米润滑油的极压性能和减摩性能；采用对置往复摩擦磨损试验机模拟内燃机上止点附近气缸套-活塞环的工作环境，以真实内燃机气缸套-活塞环材料作为摩擦副，进一步考察纳米SiO₂润滑油在变工况条件下（变温度、变速度、变载荷）的润滑摩擦性能，利用FE-SEM观测了气缸套磨损表面的形貌，并分析纳米SiO₂润滑油改善润滑摩擦的机理。结果表明：应用纳米SiO₂添加剂可以显著提高基础油在混合润滑状态时的抗磨能力，以及在流体动压润滑状态时的减摩效果，在最佳添加浓度下，磨斑直径和平均摩擦系数分别下降了51.9%、46.7%；在上止点附近，气缸套-活塞环摩擦副的润滑状态为混合润滑，纳米SiO₂粒子的添加可以显著提高润滑油的抗磨减摩性能，在高温、低速、重载条件下摩擦系数分别下降10.5%、10.3

针对增压中冷高压共轨柴油机燃用不同聚甲氧基二甲醚（PODE）掺混比（10%、20%和30%）的PODE/柴油混合燃料的颗粒物排放进行了试验研究。分析了PODE掺混比对柴油机排气烟度、颗粒粒径分布以及微观形貌的影响规律，并采用热重分析法与热解动力学方法研究了颗粒物氧化特性与热解反应活化能。结果表明：在柴油中掺混PODE能够降低烟度排放，且下降幅度随着PODE掺混比增加更明显；随着PODE掺混比增加，颗粒总数量浓度下降，粒径分布曲线向小粒径方向移动，核态颗粒所占比例增加，积聚态颗粒所占比例降低，颗粒的数量浓度峰值、表面积浓度峰值和体积浓度峰值均减小；在柴油中掺混PODE后燃烧颗粒中SOF组分含量增加，碳烟颗粒失重率峰值增加，峰值温度降低，颗粒热解反应活化能有所减小，颗粒更易被氧化。

在一台四缸涡轮增压的柴油机上，研究了不同EGR率下，正丁醇/ PODE3-4/柴油混合燃料对发动机性能及排放特性的影响。结果表明：当EGR率<30%时，随着EGR率增大，Soot，CO和HC排放变化不明显，NOx排放显著减小；当EGR率>30%时，随着EGR率增加，Soot、CO和HC排放急剧升高。BD20的Soot排放明显减小，NOx、CO和HC排放增加；BD20添加PODE3-4后，Soot、CO和HC排放进一步降低。随着EGR率的增大，四种燃料的总颗粒物数浓度先降低后升高，总颗粒物质量浓度先保持平稳后急剧增加。四种燃料的小颗粒物数浓度在中小EGR率下占总颗粒物数浓度的比例很大，在大EGR率时显著减小。

基于小样活性评价和台架测试，研究了DOC配方对轻型柴油机气态物排放的影响，结果表明：在小样评价中，随贵金属负载量减少，CO、C3H6和NO的T50升高；随Pt/Pd比例的减少，CO和C3H6的T50降低，NO的T50升高。在DOC+CDPF+SCR台架试验中，配方的改变对发动机经济性无显著影响；CO和THC的低温转化率（<150℃ ）高于模拟反应，但其温升速度低于模拟反应；随贵金属负载量的增加及Pt/Pd比例的减少，CO和THC的中低温段转化率（<260℃）升高；不同配方CO和THC的高温段平均转化率（≥ 260℃）差距较小，其中60（5：1）g/ft³具有最高转化率，在25g/ft³的Pt/Pd配比试验中，7：1配方转化率最高；各配方CDPF后NO2/NOx比率均高于DOC后，NO在CDPF中得到了进一步的氧化；贵金属含量以及Pt/Pd比例的减少带来的DOC后NO2降低不会对SCR产生显著影响。

在稳态工况及瞬态循环下，采用萃取法分别对柴油机原排、新鲜颗粒捕集器（DPF）后及担载一定碳载量的DPF后的颗粒物成分进行了分析，主要研究了DPF对颗粒物过滤效率及组分的影响。结果显示：不同稳态工况下DPF后颗粒物中各组分质量分数基本一致，其中可溶性有机物（SOF）约 占15%，干碳烟约35%，灰分约50%；DPF对颗粒物的过滤主要是捕集干碳烟和SOF，而对硫酸盐灰分的过滤效率是负值；硫酸盐灰分主要在氧化催化器（DOC）和催化型过滤器（CDPF）中生成，DPF后的硫酸盐灰分含量往往比发动机原排的硫酸盐灰分还要高；担载一定碳载量的DPF对颗粒物质量（PM）和颗粒物数量（PN）的捕集效率有所提高，主要是因为增强了对干碳烟的捕集。总体来看，瞬态循环下DPF对颗粒物组分的影响与稳态工况基本一致。

本文在相同当量比条件下，保证缸内直喷燃料的喷射时刻均为-25°CA ATDC，对比了燃料整体活性均为PRF70的RCCI和PPC两种不同燃烧方式的混合气形成及后续燃烧过程。研究发现，低温反应前，RCCI-25和PPC-25的局部较浓区域当量比相当，约为0.7-1.2。对于RCCI-25工况，其活性辛烷值分布在35到80之 间 ；而PPC-25没有活性分层，PRF数均为70。PPC-25的燃烧相位明显迟于RCCI-25。PPC-25工况可以看到明显的火焰边界传播过程；而RCCI-25工况的火焰发展过程则是顺序自燃方式主导的。PPC-25工况下甲醛和羟基的LIF信号分层度较RCCI-25工况更高，而且PPC-25可以清晰观测到甲醛消耗和OH生成的边界。

含氧燃料掺混柴油燃烧是降低传统压燃式发动机碳烟排放的有效手段之一。本文提出了一个甲苯参考燃料（TRF）耦合乙醇、丁醇、2，5-二甲基呋喃以及癸酸甲酯等的多种不同含氧结构替代燃料的复合机理（171种组分，766步反应），并耦合了多环芳香烃（PAH）子机理，以此对不同含氧结构燃料对燃烧中碳烟生成的机制进行研究。该机理经过了广泛的基础燃烧试验验证，能够对滞燃期、层流火焰物质浓度、热解物质浓度以及层流火焰速度进行较好的预测，并且还能够合理的预测单缸机缸压、放热率以及碳烟排放等数据。三维模拟分析表明，含氧作用和较低的燃料活性是导致不同含氧结构燃料相对柴油燃烧碳烟生成较低的主要因素。

将EGR（排气再循环）、VNT（可变喷嘴截面涡轮增压器）与含氧燃料掺烧技术结合，可拓宽EGR的适用工况，提高空燃比，既有助于解决NOx与PM排放的矛盾，也有利于减小海拔上升导致的柴油机性能恶化的程度。选择EGR与VNT耦合的高压共轨柴油机作为研究机型，将生物柴油和生物乙醇按一定比例与柴油混合成多组分含氧燃料（BED），利用大气模拟系统，在100kPa和80kPa的环境下，试验研究VNT与EGR对燃用柴油和B15E5燃料柴油机动力性、经济性、排放特性的影响规律。结果表明：使用EGR后柴油机的动力性有明显的下降，且随着大气压力的降低下降幅度增大；柴油机的经济性随着VNT开度的增大而变差，随着大气压力的下降，B15E5燃料的经济性差于纯柴油，适当减小VNT开度可以提高柴油机的经济性；B15E5燃料的排放性优于柴油燃料，EGR率一定，随着VNT开度减小，柴油机的碳烟和CO排放呈下降趋势，NOx呈上升趋势。

曲轴的平衡块布置直接影响发动机的平衡性以及整机振动与噪声性能。建立高压共轨四缸柴油机整机有限元模型，通过模态分析实验验证整机有限元模型的准确性；基于EXCITE-Powerunit软件，考虑不同部件之间的非线性和线性的耦合关系，建立整机多体动力学模型；加载实验测试得的缸压燃烧压力，分析了相同平衡率下的不同平衡块形式曲轴主轴承载荷变化情况；分析了整机振动与噪声特性。研究结果表明：中低频段下，4块平衡块曲轴对应的发动机表面振动速度级较小，而在中高频段，4块平衡块曲轴对应发动机振动速度级较大；8块平衡块曲轴在500-3000Hz范围内，油底壳、气缸盖罩、齿轮室壳及机体表面噪声辐射功率较小。

内燃兰金循环采用纯氧代替空气作为助燃剂，通过冷凝器分离废气中的水和CO2，分别进行回收、储存并将部分水作为循环工质再次送入缸内。纯氧氛围下柴油机缸内混合气的燃烧速率过快，难以控制，采用O₂/CO₂混合气的进气方式模拟废气再循环，控制并实现柴油机的纯氧燃烧过程。在一台高压共轨柴油机试验平台基础上，搭建三维仿真模型研究不同进气氧浓度对压燃式内燃兰金循环纯氧燃烧过程的影响，并验证了缸内喷水在压燃式内燃兰金循环发动机中的对热效率的促进作用。模拟结果表明：氧浓度的提高增加了缸内比热比，使得压缩过程压力及温度均有所提高，且氧浓度的增加促进缸内燃烧反应，并进一步提升了缸内湍流强度，燃烧相位提前；在5°CA ATDC向缸内喷入高温高压水，可以起到控制缸内燃烧过程的作用，同时水吸收燃烧放热、汽化膨胀，推动活塞做功，提高系统热效率。