混合动力技术在减少油耗方面具有天然优势，目前已成为汽车行业实现“碳达峰、碳中和”目标的重要技术路线。本文选用一款典型混合动力车，通过功能化固体酸催化材料制备技术研发、催化剂涂层结构优化，开发出了有助于降低混合动力车HC污染物排放的新型三效催化剂。

以面向50%热效率和国六排放为目标，结合发动机工作过程仿真和试验，本文开展了高效增压系统匹配和排气脉冲利用改善EGR驱动能力的研究，以实现保证高效燃烧所需进气的同时保证排放控制所需的EGR率。首先，基于VGT研究了增压器效率对于发动机经济性改善的影响程度； 其次，通过WGT与单通道/双通道EGR取气的排气管仿真与试验，研究了不同排气管对于EGR驱动能力的影响，第三，通过同一系列不同压气机和涡轮机所组合的WGT匹配仿真和试验研究，研究了高效增压器匹配方法。 结果表明，VGT增压器效率每提升1%可以实现0.5%油耗改善； 双通道EGR取气可以扩展EGR驱动能力，实现负压条件下的EGR率； 最后，通过高效WGT 的匹配，发动机在国六原排（raw emissions）不变的条件下，相比VGT改善2g/kwh油耗。本文通过高效增压系统匹配和单/双通道EGR取气的排气系统方案研究， 为柴油机通过先进空气系统管理进一步提升经济性，同时改善排放提供了很好的参考，具有较强的工程指导价值。

基于自行开发的大范围可变气门正时机构，结合可变气门升程和稀释燃烧技术，探索了对自然吸气汽油机性能的影响。结果表明，与原机气门正时相比，进气门开启正时提前会导致缸内废气量增大、燃烧速度减慢并滞后、泵气和传热损失降低、排气损失增大，结合点火正时优化调控可使燃油消耗率和NOx排放分别降低13.8%和96%。VVT与VVL联合应用不利于废气的回流，且缸内湍动能显著降低，对发动机燃油经济性和NOx排放改善效果相对较弱，甚至较单一VVT应用有所恶化。然而，当VVT、VVL与节气门协同应用后，燃油消耗率获得显著的改善，降幅达14.76%。同时，在稀燃模式下，VVT可以进一步提升发动机性能，燃油消耗率降低程度可从18.14%提高到22.59%，且NOx排放也明显减少。

为解决PCCI柴油机缸间不均匀性和燃烧循环变动问题，在转速闭环控制的基础上使用经典燃烧状态参数CA50作为燃烧过程闭环控制。本文针对此问题以YC-6K柴油机为研究对象创建了CA50、转速多循环序列的预测模型，结合通过逆神经网络反推初值方法的模拟退火算法，构建了一个基于BP神经网络带约束的非线性模型预测控制器（MPC），实现了通过喷油正时与喷油脉宽对转速与CA50的预测控制，最后与传统PID控制对比，证明了MPC可以有效改善燃烧过程中的缸间不均匀性和燃烧循环变动问题。

DCD 代表动态停缸，这是内燃机的最新节油技术。 DCD 交替、动态地停用发动机内的所有气缸，以保持气缸之间的热平衡和机械平衡，同时保持最佳的发动机整体扭矩平衡。 “DCD 控制器”是用于售后汽车发动机改装的电子控制套件。它将 DCD 控制模式应用于现有引擎。 DCD 控制器可以在安装后立即为车辆节省约 3% 至 18% 的燃料。可以制作 DCD 控制器以适应各种发动机配置和气缸数。只要内燃机存在，DCD 控制器将具有巨大的售后市场潜力。 OEM 有朝一日可能会将 DCD 技术作为上市前解决方案集成到他们的产品中。 本文不仅对DCD技术的概念进行了回顾和背诵，而且还总结了DCD技术诞生以来的发展成果、两台4缸和一台V8的节油率、后装市场应用以及最终的应用形式-----自动DCD控制。

本文以甲醇重整制二甲醚实现发动机燃料活性重塑，采用甲醇缸内直喷与二甲醚进气道预混实现逆向反应活性控制压燃（R-RCCI）燃烧。通过COMSOL Multiphyscis软件和KIVA-3V程序对甲醇重整过程与R-RCCI燃烧过程进行数值仿真研究。结果表明：反应初始温度对甲醇脱水反应起决定性作用，温度为558 K时各预混比甲醇转化率均大于0.75。中等预混比时，燃料分层明显、燃烧持续期长，为分层燃烧；预混比过高或过低时，预混燃料与直喷甲醇含量差异大、分布相对独立，呈双峰放热。

本文以甲醇重整制二甲醚实现发动机燃料活性重塑，采用甲醇缸内直喷与二甲醚进气道预混实现逆向反应活性控制压燃（R-RCCI）燃烧。通过COMSOL Multiphyscis软件和KIVA-3V程序对甲醇重整过程与R-RCCI燃烧过程进行数值仿真研究。结果表明：反应初始温度对甲醇脱水反应起决定性作用，温度为558 K时各预混比甲醇转化率均大于0.75。中等预混比时，燃料分层明显、燃烧持续期长，为分层燃烧；预混比过高或过低时，预混燃料与直喷甲醇含量差异大、分布相对独立，呈双峰放热。

以涡轮增压柴油机为动力的车辆在高原环境下起步响应性差，借助GT-Power和Simulink软件建立发动机仿真的动态模型，对高原环境下涡轮增压发动机瞬态响应性能进行研究。在恒转速增扭的瞬态工况，采用不同负荷变化率的加载方式探究发动机瞬态响应性，研究发现：负荷变化率越大越容易受到冒烟极限的限制，发动机扭矩增长率无法追随目标油量增长率，由于涡轮增压器的存在，各项参数到达稳态存在时间的延迟。在变转速增扭矩的瞬态工况中，对发动机的加载方式会较大影响发动机的运行轨迹，在相同的加载起点和终点，相同的转速下对应的进气压力和发动机扭矩具有较大差异，为车辆起步过程施加扭矩干预改变发动机运行状态提供依据。

增压中冷直喷柴油机在大型柴油车运输及工程机械等领域的应用在未来很长一段时间中依然不可或缺。随着柴油基础燃烧研究的进展，高原这一极端条件成为研究关注的热点。特别是柴油机冷起动或低负荷/低转速时，涡轮增压器不能正常增压而导致的一系列燃烧和排放问题相当明显。随着柴油机的小型化，喷雾的液相撞壁已经能被避免，但是高原的低介质密度却会带来附壁着火、撞壁燃烧等不可避免的燃烧方式。本文通过可视化实验，研究了一款柴油机条件下，不同海拔下喷雾，着火及燃烧后碳烟排放与环境介质密度的关系。在发生附壁着火但无液相撞壁的情况下，总结了喷雾贯穿距，混合质量、着火时刻和碳烟生成与海拔高度之间的关系，为柴油机燃烧室结构以及增压器的研究和改进，提供了重要参考。结果表明：介质密度的改变对柴油喷雾的作用主要表现为径向空气卷吸的减弱。在11.37g/m3环境密度试验条件下，会发生明显的附壁着火，着火的延迟相比16.07g/m3密度条件下要相对长0.2ms以上。高介质密度下的燃烧更剧烈、温度相对更高，但是低密度下的火焰扩散面积更大，碳烟分布区域更广，生成量更多。

在“碳达峰”“碳中和”的大背景下，各大发动机制造商越来越关注减少二氧化碳排放，因此对双燃料发动机的研究也变得越来越重要。不同的混合气形成方式决定了不同的燃烧模式，在双燃料发动机中柴油引燃天然气发动机具有显着的排放优势。本研究采用数值模拟和实验相结合的方法，探讨了高压直喷（HPDI）、部分预混压缩点火（PPCI）和双先导喷射预混压缩点火（DPPCI）燃烧模式在中低负荷下的燃烧特性。结果表明，与其他模式相比，DPPCI燃烧模式的总指示热效率（ITEg）更高而总碳氢化合物（THC）排放更低。由于DPPCI具有较好的性能，对其进行了进一步的实验研究，以探索双先导喷射策略对燃烧过程的影响。在DPPCI模式下，第二次引燃柴油喷射时间的延迟会增加THC排放，减少氮氧化物的排放，ITEg表现为先升高后降低。中低负荷下ITEg可以达到50.4%。