基于一台2.0 L柴油发动机，在1 500 r/min、平均有效压力（brake mean effective pressure， BMEP）0.4 MPa~0.9 MPa工况下进行了汽油压燃（gasoline compression ignition， GCI）和柴油压燃（diesel compression ignition， DCI）的燃烧和原始污染物排放的对比研究。此外，基于6个全球轻型车统一测试循环（worldwide harmonized light vehicle test cycle， WLTC）聚类工况点，进行了三元催化器（three-way catalyst， TWC）和稀燃NO_x捕集器（lean NO_x trap， LNT）或被动选择性催化还原器（passive selective catalytic reduction， PSCR）组合的污染物后处理方案的研究。研究结果表明：在负荷较低时，由于油气过度混合，缸内温度低，GCI的有效热效率低于DCI。随着负荷的提高，相比DCI，GCI的热效率明显改善，有效热效率最多提升至约43.0%。不同负荷下，相比DCI，GCI的NO_x排放略微下降，碳烟烟度（filter smoke number， FSN）显著下降；相比DCI，GCI的CO排放和HC排放在低负荷时大幅提高，但随着负荷提高，GCI的CO排放和HC排放与DCI的差距减小。基于某款车型实际测试的WLTC循环的6个聚类点对NO_x、HC、CO污染物排放的后处理进行评估，GCI发动机采用TWC+LNT/PSCR的后处理方案在满足国六b排放法规方面具有一定的潜力。

基于一台高压直喷汽油机，将汽油直喷喷射器替换为氢气直喷喷射器，试验研究了发动机燃用氢气与汽油时的燃烧和排放特性差异。采用空气稀释，进一步分析了氢气发动机稀薄燃烧模式下热效率提升潜力及氮氧化物排放特性，明确了氢气燃料对发动机燃烧及污染物排放的影响规律。结果表明，当量燃烧模式下，相比汽油发动机，氢气发动机的燃烧持续期明显缩短，有效热效率降低，NO_x排放升高，CO及总碳氢（total hydrocarbon， THC）排放显著降低。提高氢气发动机的过量空气系数有助于改善有效热效率。在中等负荷工况下，过量空气系数为2.7时有效热效率可达43.5%。增大过量空气系数，氢气发动机能够在保持较高燃烧稳定性的情况下显著降低NO_x排放。在低负荷工况下，当过量空气系数大于2.3时NO_x排放最低可降低至44×10^-6。

针对布置有主油道信号油反馈泵后泄流调压结构的柴油机润滑系统，通过高频压力波动数据的频谱分析和泵阀瞬态仿真，论证了低频压力波动产生的主要原因是阀芯调压过程振动失稳。其低频波动频率范围一般为20 Hz~30 Hz，波动幅值占整体压力波动幅值的50%~80%。研究发现通过在信号油道中设置阻尼孔可以衰减甚至消除低频油压波动现象，有效减小压力波动对发动机运行可靠性的影响。

为了探究冷启动的影响因素，以某小型两缸高压共轨柴油机为研究对象，通过调整控制策略实现了-25℃、20℃环境温度下的冷启动。结合冷启动工作过程的一维仿真分析，讨论了环境温度、启动转速、喷油方式等因素对冷启动性能影响，获得的相关结论包括：研究环境温度、启动转速、喷油方式的影响作用。随着环境温度的降低，柴油机冷启动过程中的排气能量呈现减小的趋势，而缸内工质向燃烧室壁面传热损失的能量、摩擦功损失、缸内工质向外界泄漏损失都呈现增大的趋势。在一定范围内，启动转速越高，启动时间越短。两次预喷加一次主喷的喷油方式能够促进冷启动成功，但工作循环的变动大，燃烧不稳定。从两种喷油方式的工作循环变动情况来看，单次喷射的方式，对冷启动的改善效果不明显，但启动后气缸内温度和压力的循环变动更小，燃烧更稳定。

利用液滴燃烧试验装置结合高速背光成像技术和两色法，研究了麻疯树油/DMF混合燃料单液滴的燃烧特性。首先，研究麻疯树油和DMF液滴的燃烧特性，重点关注火焰形貌、火焰平衡比、火焰温度、KL因子、着火延迟及平均燃烧速率，并与石化柴油对比；其次，研究麻疯树油-DMF混合燃料液滴的火焰形貌、火焰高度与宽度、火焰温度和碳烟分布，揭示微爆对混合燃料液滴火焰特性的影响规律；最后，研究麻疯树油-DMF混合燃料液滴的燃烧特性，分析环境和燃料混合比例对归一化直径平方、着火延迟、燃烧持续期和平均燃烧速率等的影响；同时对微爆子液滴的燃烧特性和强制对流条件下出现的“碳烟壳”进行分析。

对置活塞二冲程汽油机具有较大的缸径冲程比，燃烧持续期较长，爆震燃烧倾向严重。本文基于GT-Power软件，采用准维双区燃烧模型建立对置活塞二冲程汽油机热力过程仿真模型，并增加爆震预测模型，开展了压缩比、点火正时等工作过程参数对爆震强度和整机性能的影响规律研究与匹配分析。同时，基于AVL-Fire软件，通过ECFM燃烧模型与Huh-Gosman喷雾模型相耦合，并与AnB Knock爆震模型协同计算，建立缸内燃烧过程仿真模型，从而分析平顶活塞和凹坑活塞在燃烧过程的火焰传播过程和爆震反应率。结果表明，降低压缩比和推迟点火和喷油可减小缸内爆震倾向，选择压缩比为10.5、点火提前角为20°CA；采用凹坑活塞组织对置活塞内止点附近的挤流和逆挤流促进火焰传播，爆震反应率为平顶活塞方案的24.7%。

分析了青藏铁路和川藏铁路高原内燃机车应用需求，以可调两级增压柴油机为研究对象，采用ABB的ACTUS软件建立其热动力学仿真模型，对比计算研究了柴油机采用带高压级旁通的固定喷嘴两级增压系统方案与带高压级旁通和低压级可变喷嘴的两级增压系统的3000米和4000米高海拔情况下柴油机匹配性能。计算结果表明：相对平原功率，3000米高原情况下，可实现不降功率，仅在4000米高原高温情况下，柴油机功率仅降低9%。相比固定喷嘴方案，高温情况下可变喷嘴方案可调小低压级喷嘴面积，进一步提高增压压力，改善燃烧，降低涡轮进口温度，提高零部件可靠性；低温情况下，固定喷嘴方案低压级喘振裕度较小，而可变喷嘴方案可调大喷嘴面积，优化两级增压高低压级压比分配，扩大低压级喘振裕度，避免压气机喘振，并运行在高效率区域。

燃烧品质的优劣直接影响发动机性能好坏，以燃烧状态预测控制为目的，开展柴油机全工况下燃烧参数在线预测的算法研究。首先，分析全工况柴油机放热率曲线变化规律，为不同阶段放热率曲线匹配不同的基函数；然后开发出对不同阶段的Wiebe半经验公式进行参数辨识的递推最小二乘-差分进化算法（RLS-DE），分类拟合的结果表明，放热率曲线的拟合优度均大于95%；最后基于BP神经网络建立燃烧参数与CA50的映射关系网络，结果显示，BP神经网络拟合优度为99.72%，算法对CA50预测值相对误差小于8%，表现出了较好的预测能力。基于Wiebe参数的燃烧状态计算方法，能够有效减少通过放热率曲线采集的等待时间，缩短燃烧参数计算所需要的时间。