为了有效降低传统燃用燃料在发动机上的排放，缓解能源短缺问题。在分析了煤制乙醇理化性质的基础上，设计优化了柴油机使用煤制乙醇时的部分参数选择，对发动机掺烧乙醇后的动力性能、经济性能以及废气排放等方面进行了研究。研究结果表明:柴油机上掺烧20%的煤制乙醇时，其动力性与排放性得到最佳改善，在掺烧25%的煤制乙醇时当量燃油消耗率下降最明显。

针对重型天然气发动机燃烧特性，提出了缩口型、浅坑型、平顶型和球型等4种燃烧室型式，并针对不同燃烧室型式进行了计算研究。结果表明：深坑型具有良好的流动特性，如高TKE和高滚流，可以使火焰快速向燃烧室周围传播，表现出来更好的燃烧特性；缩口型燃烧室在产生TKE和火花塞附近滚流方面效果较差，导致火焰形成过程不好，同时由于挤压高度不高，导致朝向燃烧室周边的火焰传播较差；球型燃烧室在火花塞附近滚流和TKE产生中表现良好，比较适合火焰的形成和发展，但由于壁面相互作用，火焰传播过程相对较差；综合来看，燃烧设计中须考虑挤压高度和燃烧室深度之间的平衡，以优化该发动机的缸内流动和燃烧特性。

天然气作为一种广泛分布、碳排放低、价格合理的替代能源备受关注。同时，氢燃料作为一种高效清洁能源，因其可以直接通过电解水制备，再利用其高效快速的燃烧特性来进行能量形式的转化也备受青睐。而随着国家氢能源战略的开展，未来制氢储氢用氢的场景也会愈发多样化。天然气掺氢发动机作为其中一种使用方式，可以兼顾安全高效低排放等优势，具有良好的应用前景。本文旨在通过深入分析天然气掺氢发动机的燃烧机理，研究天然气掺氢发动机燃烧优化技术和排放控制措施，进一步优化天然气掺氢燃料的燃烧过程，提高其燃烧效率，减少排放。

EGR（废气再循环）耦合VVT（可变气门正时）、VGT（可变几何涡轮增压）等可变机构的运用可以提高发动机工作效率，但是EGR、VVT、VGT变化后的能量规律以及损失分布情况不明晰，制约了发动机结构及策略的优化。能量占比约10%-20%的高压EGR回路冷却损失一直不被关注，该部分能量的可利用性（㶲）分析一直是研究的空白。该研究基于一台六缸发动机，试验工况为1100rpm（每分钟转速），BMEP（平均有效压力）为1.1MPa的中等负荷工况，研究了不同EGR回路对冷却损失的影响以及不同EGR率耦合VVT、VGT的能量变化规律。研究发现，对冷却损失研究中，低压EGR回路可以明显降低冷却损失（20%EGR率时损失的能量仅为高压回路64.05%），且当EGR率大于10%，较低的冷却损失有效提升了发动机的效率（21%EGR率时ITEg（指示热效率）达49.52%）；能量随工况参数变化的研究中，高压EGR回路在10%-15%EGR率存在最低的传热损失，且EGR率小于10%时调整VVT至-85°CA ATDC不可逆损失最低，可用能量占比为73.64%，在EGR率大于10%时调整VGT至47.5%不可逆损失最低，可用能量占比为 75.07%。该研究探明了不同工况下的能量分布情况，为进一步提高整机热效率提供理论指导。

催化型颗粒物捕集器（CDPF）是控制发动机颗粒物排放最有效装置之一。目前最为广泛商用的CDPF装置采用贵金属Pt-Pd基作为主要活性组分，成本昂贵。为了探索低成本、高活性CDPF催化剂，本文在Pt-Pd基CDPF催化剂中掺杂不同比例的镧系金属元素Ce和La，采用热重分析方法，揭示了掺杂元素、掺杂比例对碳烟催化氧化特性和反应动力学的影响机制。试验结果表明，Ce的掺杂不利于提高Pt-Pd催化剂的活性。在Ce掺杂的情况下，随着Ce掺杂量的增加，碳烟转化率和低温活性降低，碳烟起燃温度和活化能均提高。相反，La掺杂后碳烟氧化活性显著提高。随着La掺杂量从5%增加到20%，在低温下，碳烟转化率和氧化速度下降，T10由低到高排序为PPL-5% 查看

研究了在类排气条件下，碳烟非催化与催化氧化过程中的孔结构演变规律。首先，催化剂CeO2的加入有效提高了碳烟的氧化活性，降低了碳烟的三种特征温度。其次，CeO2的加入改变了碳烟的氧化模式；在非催化氧化过程中，碳烟由于多点氧化形成多孔结构，产生的介孔促进了氧气的扩散，大孔减少了碳烟颗粒的团聚程度；在催化氧化过程中，碳烟转变为接触氧化，在氧化前期产生大量孔隙，而在氧化后期被CeO2颗粒填充，进一步形成紧密接触。此外，无论是否加入催化剂，碳烟氧化过程中的产生的孔的粒径都大幅度降低。

为了在高原条件下，得到某V16型柴油机最佳设计方案，先利用GT-Power软件建立该机型的一维仿真模型，分析高原环境对柴油机的性能影响，后提出两级增压方案以达到所设计的柴油机要求，继而提出两低压级一高压级和两低压级两高压级两种两级增压方式，并在环境压力为61kPa，温度为-5℃的条件下，将两种两级增压方式做对比，分析后选择两低压级一高压级增压方式为最终增压设计方案。

为了研究柴油的理化特性对喷雾特性的影响，采用高速摄像方法在定容燃烧室试验平台上进行不同十六烷值燃料喷雾特性试验，探究了不同喷射压力和环境压力对喷雾特性的影响。试验结果表明：不同十六烷值的喷雾贯穿距离是燃料理性特性共同作用的结果，5种燃料的喷雾锥角是随喷油压力和环境压力的增加而增加，而且环境压力对喷雾锥角的影响更为明显; 喷雾贯穿距离和喷雾投影面积随喷油压力的升高而增大，随环境压力的增加而减小; 与喷雾贯穿距离相比，喷雾锥角对喷雾投影面积的影响更大，尤其是近场喷雾锥角是主要影响因素; 相同工况下高十六烷值燃料的喷雾锥角和喷雾投影面积均比低十六烷值燃料的略大，雾化质量更好，主要取决于黏度和表面张力等物理性质有关，与燃料的着火性无关。

VVL发动机可以依据不同工况需求调整进气气门升程，从而改善发动机高速功率和低速扭矩，提高发动机的效率，降低排放。本文针对某带VVL系统的发动机怠速失火问题进行研究，建立了失火问题的故障树，通过测试分析锁定了故障原因来自缸盖总成上的VVL系统，是某气缸进气量不足导致。在排除零件符合性后，对影响怠速进气量的关键零件扭簧和中间凸轮轴特性和装配进行深入分析，提出了有效的解决方案：增加回位扭簧装配对中性要求在-0.2mm~0.9mm范围之内，增加中间凸轮轴基圆定义的公差要求±0.01mm，且规范VVL升程下线检测工序要求，彻底消除了该故障。该故障分析方法同样适用于其他发动机的失火故障诊断和研究。

燃料理化特性差异直接影响压燃机高海拔冷起动稳定性。利用定容燃烧弹模拟自然吸气柴油机在海拔0，3000m, 4500m条件下压缩终了热力状态，对五种不同物化特性燃料的着火特性进行分析。结果表明：RP-3组成结构中随着醚类含氧化合物比例增加，着火性能提高，其次是链烷烃、环烷烃和芳香烃。整体的燃烧速率随着芳香烃含量增加而变慢。低温低压环境，化学着火滞后期主导燃料的着火性能。随着温度升高，物理着火滞后期比例增加。海拔升高，物理着火滞后期缩短，燃料油气混合效果恶化。