发动机的燃烧系统是决定发动机的性能的最主要因素。东风马赫动力汽油机燃烧系统采用高压缩比、缸内直喷、进气增压、废气再循环（EGR）等关键技术，在开发过程中采用仿真、单缸发动机验证、缸内光纤诊断等大量先进开发手段，保证了马赫动力发动机有效热效率达到41.07%，成为市场上首款量产热效率超过40%的增压直喷汽油机。

基于KIVA-3V程序耦合遗传算法（NSGA-II），对低负荷下甲醇重整二甲醚逆向活性控制压燃（R-RCCI）发动机的燃烧和排放性能进行数值研究。通过对发动机初始运行参数、供油参数和重整效率协同优化，实现氮氧化物（NOx）排放和等效指示燃油消耗率（EISFC）同步提升。优化结果表明，低负荷下预混比（Pr）和转化率（CVR）二者相互约束，最优取值约为Pr=73.43%时，CVR=60%。预混比例和甲醇转化率同时影响预混DME的质量，在相同DME质量时，Pr直接影响直喷甲醇的气化冷却效应使得对发动机性能影响更显著。由于CVR对DME质量的影响更突出，因此其对着火时刻的影响比Pr更加显著，从而对NOx排放的影响也更突出。当Pr或CVR增大时，DME质量增多，燃烧效率升高导致经济性提升。但二者继续增加将导致着火过于提前和燃烧温度过高，换热损失增大，导致燃油经济性恶化。

为研究天然气掺氢混合燃料（HCNG）发动机燃烧特性，揭示掺氢比对HCNG发动机燃烧过程的影响，以CHG622V20天然气发动机为研究对象，建立双区域仿真模型。在一维火焰燃烧反应器中分析天然气掺氢混合燃料的基础物性参数,结果表明在一维火焰反应器中当掺氢比从0%增加到40%时，反应器内火焰轴向传播速度增加了32.76%；火焰平衡温度变化幅度不明显。通过实验数据验证了三维仿真模型和双区域仿真模型在燃用天然气时的准确度，误差不超过5%，表明该燃烧模型具备应用能力。在不具备天然气掺氢混合燃料实验条件的情况下，使用以化学反应机理为计算基础的三维模型对双区域模型进行标定，开展掺氢比对发动机燃烧特性和排放影响的研究，当掺氢比从0%增加到20%时，最大爆压显著增加；最大爆压产生时刻提前5.9°CA；快速燃烧期缩短8.4°；在不改变空燃比的情况下，NOx排放情况不会改善。

排气温度过高是导致天然气发动机三元催化器（TWC）发生热老化的直接原因。因此，本研究提出在发动机和TWC之间加装有机朗肯循环（ORC），旨在降低排气温度并回收排气能量。本研究基于仿真进行。首先，建立包括发动机、ORC、TWC和车辆动力学模型在内的仿真模型；根据不同TWC的温度特性，设计了排放型、平衡型、经济型3种方案；随后研究了三种方案在WLTC下缓解TWC热老化和回收排气能量的可行性。结果表明：在排放型方案下，ORC仅在超高速路况下回收排气能量，最大输出功率为0.7 kW。而在其他路况下，ORC仅限于降低温度，在WLTC下TWC热损伤可降低98.5%。在平衡型方案下，ORC可在高速和超高速路况下回收排气能量，最大输出功率为1.12 kW。但在中低速路况下，ORC仅限于降低温度，在WLTC下热损伤可降低99.7%。在经济型方案下，ORC可以在除低速外的所有路况下回收排气能量，最大输出功率为1.55 kW。WLTC下热损伤降幅可达4个数量级。

基于一台单缸缸内直喷汽油机，在当量比燃烧和大负荷空气稀释燃烧下研究了绝热涂层活塞对汽油机经济性、燃烧特性和排放特性的影响。结果表明：与普通活塞相比，采用绝热涂层活塞在当量比燃烧下，小负荷时最佳点火提前角MBT需提前，着火延迟期和燃烧持续期延长，大负荷时则相反；CA50在低负荷推迟，高负荷变化不大；净平均指示压力GIMEP从0.65MPa到1.05MPa，传热损失均降低0.5%以上，净指示热效率GITE升高0.5%以上；NOx排放上升，CO和THC排放下降。与普通活塞相比，采用绝热涂层活塞在大负荷空气稀释燃烧下，MBT需推迟，着火延迟期和燃烧持续期缩短，传热损失降低，经济性提升；过量空气系数为1.3时，传热损失降低了0.74%，GITE升高了0.75%；NOx排放上升，CO和THC排放下降。

通过台架试验研究了柴油机上不同负荷和EGR率对生物柴油掺混异丙醇燃烧及排放的影响，结果表明：生物柴油掺混异丙醇能改善燃烧过程，中高负荷下有更高的燃烧压力，滞燃期延长，燃烧持续期缩短，但等效燃油消耗率和有效热效率略有下降。此外还能有效减少Soot、CO、HC和苯的排放，NOX和乙醛会随掺混比升高而增加，但采用17%EGR率能使其大幅降低。在50%负荷工况下燃用IPB30时，混合燃料拥有最低燃油消耗率和较好的放热规律，动力经济性达到最佳。

在“碳达峰碳中和”战略背景下，为降低交通行业重型柴油车颗粒物（PM）排放，在柴油中添加含氧燃料或者高挥发性燃料是实现这一目标的有效手段。本文采用便携式车载排放测试设备（PEMS），开展陕汽德龙X3000重型柴油车实际道路瞬态排放特性研究。研究结果表明：在城区工况、郊区工况和高速工况下，与燃用柴油相比，重型柴油车燃用柴油/汽油/PODE三元混合燃料单位时间的PM平均数量浓度分别降低了40.14%，41.06%和40.04%；单位时间的NOx平均排放量仅分别增加了13.1%，4.2%和4.6%；城区工况下NOx的增幅最大，但是其绝对值在三种路况中最低。研究结果证明柴油/汽油/PODE三元混合燃料是一种重型柴油车的理想清洁替代燃料。

为分析重型柴油车实际道路上冷、热状态下污染物的排放特征，选取了4辆国六b重型柴油车进行实际道路排放测试，以冷却液温度到达30℃、70℃界定发动机的冷、热态。试验结果表明：冷启动阶段时长占比小于8%，NOx累积排放量占比为15.63%～34.88%，冷启动阶段NOx排放速率远高于热态，其排放影响不可忽略。为更真实体现车辆的实际道路排放水平，建议下一阶段标准中，在整车PEMS排放测试评价时应包含冷启动阶段，设置冷、热阶段排放权重分别为0.14、0.86，加权求和判定车辆排放水平。

氨气是未来远洋船舶清洁替代燃料的重要研究对象。为了解决氨燃料发动机的高氧化亚氮(N2O)排放问题，研究了一种基于Ni、Mg掺杂的钴基尖晶石复合金属氧化物催化剂的氧化亚氮催化分解技术。采用共沉淀法合成了一系列过渡金属M（Cu、Ni、Mg）负载于钴尖晶石(Co3O4)上形成的MxCo3-xO4的复合金属氧化物催化剂，并探究了各种气氛下的催化活性。在Ni0.4Mg0.2Co2.4O4催化剂上实现了350℃时90%的转化效率，在水处理后的情况下520℃完全转化。Ni、Mg同时掺杂时进入晶格结构较好，并未发生副反应形成杂相是其改性效果进一步提升的重要原因。而其在60h下的高空速气流下也显示出了较好的稳定性

以餐厨垃圾发酵沼气为气源，以一款燃气内燃机为原理样机，试验验证了钒基催化器、铁基分子筛催化器、具有发动机排气降温功能的钒基催化器的NOx转化性能。试验结果表明：未加装冷却装置时，SCR处排气温度均高于418℃，钒基催化器NOx转化效率可达94.92%，排温进一步升高时，转化效率显著降低；由于排气中含有较多的硫氧化物，铁基分子筛催化剂快速中毒，仅能维持较低的NOx转化效率；结合发动机尾气降温装置的钒基催化器可实现98%以上的NOx转化率，可满足以餐厨垃圾发酵沼气为气源的燃气内燃机的NOx减排需求。