本文探索了利用强氧化性的臭氧改善甲烷/空气混合气燃烧性能的可行性。搭建了定容燃烧弹测试平台，在不同初始压力、当量比及臭氧掺加量下开展实验，测试燃烧弹火焰传播过程图像，据此得到层流燃烧特性参数。试验结果表明，臭氧分解产生的氧原子能够促进化学反应的进程，加快反应速度；马克斯坦长度对比结果表明，臭氧掺加改善了火焰的稳定性；臭氧掺加促进了反应的进行，火焰厚度相应减小。随着臭氧的掺加，火焰传播速度及层流燃烧速率都呈增加趋势，且在0.6当量比下分别有21.2%和19.5%的最大相对增加量，这也表明，臭氧对稀甲烷/空气混合气的层流燃烧特性有更明显的促进效果。

发动机零部件种类繁多、结构复杂和装配工艺工序多样，为保证发动机装配质量，需要对发动机外观装配质量以及零件、整机的功能性进行测试验证。为实现对装配活动存在的潜在过程变异和质量损失进行正确合理的预测和判估，基于计算机语言便捷以及大数据的高效优势，本文介绍了智能质量控制方法在发动机装配及冷测试过程各个环节的应用与探索。

利用Chemkin-pro化学动力学软件对生物质气化衍生合成气（BGDS）和空气预混火焰展开数值研究。获得了初始温度为300K和500K、初始压力为1atm和5atm、当量比为0.6-1.6范围内的层流燃烧速度，确定了着火温度为800-1500K、初始压力为1atm和30atm、当量比为0.5和1时的着火延迟时间。结果显示，BGDS的层流燃烧速度与初始温度呈正相关，与初始压力呈负相关。富氢火焰层流燃烧速度明显高于富甲烷火焰且与初始温度有更强敏感性。BGDS的着火延迟时间受当量比影响较小。富甲烷火焰的着火延迟时间的对数与着火温度的倒数呈线性关系，且随初始压力增大而缩短。变化的初始压力将富氢火焰点火延迟时间分为三个阶段。

基于开源CFD软件OpenFOAM®，建立了包含尿素水溶液喷射、运动、蒸发、分解以及液滴触壁后形成液膜等过程的三维仿真模型。在此模型的基础上，建立了包含化学反应动力学的尿素液膜准三维模型，可以模拟尿素液膜内部的组分变化，也可以模拟尿素沉积物的形成过程。计算过程中采用了冻结主流场计算策略，在保证精度的前提下提高了计算效率。在自制的全尺寸流动反应试验台上对SCR系统的尿素添加过程进行了可视化试验，直观地研究了尿素液膜的形成过程和尿素沉积过程。通过实验和模拟结果的对比，验证了模型的准确性。结果表明，所建立的模型可以模拟壁膜位置、壁膜形状和沉积物成分。该模型体现了良好的精度，计算结果对实际应用具有重要的参考价值。

预混合燃烧和扩散燃烧是柴油机的基本燃烧模式，其中混合气形成机理是柴油机燃烧过程控制的核心问题。本文选取高压共轨直喷柴油机两种典型的缩口型燃烧室和扩口型燃烧室，以仿真计算手段研究在不同背景气流环境下喷射时，油束贯穿背景气流过程中基于卷吸效应的混合气形成机理。结果发现：喷射初期油束贯穿背景气流时，油束表面小尺度涡流引起的卷吸效应是形成预混合气的主要原因；对一定的喷射条件不同背景气流直接影响卷吸效应；缩口型燃烧室喷射初期卷吸作用强，预混合速率较快，且大部分燃料在燃烧室内部强滚流的作用下快速扩散燃烧，所以属于预混合扩散燃烧（PDC）模式，虽预混合燃烧占比小，但高温区宽；扩口型燃烧室虽喷射初期卷吸效应相对较弱，预混合燃烧速率较低，但油束冲击壁面凸台后形成二次预混合过程，使预混合气形成持续期延长，预混合燃烧占比大，形成双预混合扩散燃烧（PPDC）模式，通过这种PPDC燃烧模式可减小高温区域面积，由此有效抑制NOx的生成。

综合运用CFD模拟分析丝网混合器的速度流线及氨分布均匀性，对丝网混合器对SCR系统流场均匀性及转化效率的作用进行预测，并对比台架试验结果验证丝网混合器对提升SCR系统流场均匀性、极限转化效率及耐结晶的有效性。研究结果表明：台架试验值与CFD分析的趋势相吻合，丝网混合器在一字型SCR系统和U型SCR系统中均有良好的表现。流场均匀性试验表明：排温350℃的测试工况下，NSR从0.2逐渐增加到1.2，系统的稳定转化效率基本达标；SCR极限转化效率试验表明：1.2的NSR尿素溶液喷射量的测试工况下，系统在200℃至400℃五个温度点的极限转化效率均达标；结晶试验表明：在三个测试工况下，一字型SCR系统混合段的结晶总量为26.1g，U型SCR系统混合段的结晶总量为28.4g。针对混合器段的结晶问题，运用台架试验对两款不同结构、丝网密度的混合器进行研究分析，提出结构优化和改进的方案，提高系统在实际工况下的耐结晶性。

柴油颗粒捕集器(DPF)作为内燃机后处理系统的一部分，在欧六、美国Tier 4和中国国六等国家法规的严格要求下，被认为是显著降低颗粒物排放的唯一可行途径。本文简要介绍了DPF的机理和再生方法，重点介绍了DPF内碳载量的估算，它对制定再生控制策略和保证排气系统的可靠性具有重要作用。本文根据不同的原理了介绍各种方法，包括基于差压的方法、基于模型的方法，以及几种新型的碳烟传感器，以满足日益严格的车载诊断(OBD)需求。未来碳烟检测和定量预测的重点是提高准确性、可靠性和鲁棒性，这还可能需要考虑碳烟分布、灰分的影响、故障诊断和容错优化控制。

针对高背压柴油特殊工作环境，对高背压柴油机缸内燃烧情况开展CFD数值计算分析。首先，对三维CFD模型进行验证，然后研究不同背压条件下柴油机性能趋势及背压对缸内燃烧的影响，研究表明，随背压升高，做功部分能量占比由37%降低到31.4%，不完全燃烧导致的能量损失从17.6%增加到27.2%，背压增加对传热损失影响较小；最后，从油耗最优、排放最优角度对当前机型进行优化分析。研究结果可为进一步的系统分析及工程改进提供指导。

空气辅助燃油喷射系统可应用于航空活塞发动机以解决重油的雾化问题。然而，尽管缸内空气辅助喷雾特性对空气辅助喷射发动机的性能有显著影响，但与其相关的研究却很少。本文提出了一种改进的、基于ANSYS FLUENT的空气辅助喷雾模拟方法以预测空气辅助喷雾发展过程中喷雾特性的变化，与先前的仿真相比，本文的仿真在时间及空间上进行了扩展，并且给出了更精确的边界条件，欧拉-拉格朗日方法被用于描述喷雾的两相流动，动网格模型被用于模拟喷油器针阀的运动。通过将仿真结果与实验结果在喷雾形态、喷雾体积、喷雾贯穿距离、喷雾液滴尺寸空间分布及整体索特平均直径方面进行比较，验证了所提出方法的有效性。此外，本文还对一些典型的仿真结果进行了分析。仿真结果表明，空气辅助喷嘴的预混腔压力在预设的油气混合物喷射压力附近振荡。喷嘴针阀下方存在着由气体粘性力驱动的涡流，这些涡流会加速其周围燃油液滴的蒸发。气化的燃油集中在喷嘴针阀下方的涡流区域，并且不断向外扩展。平均燃油液滴速度先增加然后减少。本文提出的仿真方法可用于研究缸内空气辅助喷雾特性，这有助于空气辅助喷射发动机的燃油喷射参数优化和燃烧室设计。

为研究废气重整再循环（Reformed Exhaust Gas Recirculation，REGR）技术对天然气发动机燃烧特性的调控机制，开展富氢重整气添加对点燃式天然气发动机缸内燃烧过程影响的模拟研究。结果表明，增大重整气添加率（REGR率），燃烧持续期略有缩短，缸内平均压力峰值基本一致，在4%~12%范围内增大REGR率会使燃料着火时刻提前，而REGR率过大则会导致缸内燃烧过程恶化；增大过量空气系数会使放热率峰值和缸内平均压力峰值降低，CA 5与CA 50时刻滞后。在此基础上，从动力学角度进一步解析REGR率对天然气发动机缸内燃料燃烧反应过程的影响。结果表明，火焰面区域与已燃区域缸内甲烷消耗路径基本相同（其主要消耗路径为CH4→CH3→CH2O→HCO→CO→CO2），而已燃区域各反应中O与O2参与占比显著减小。随REGR率增大，OH自由基参与CH4消耗反应占比增大，通过加快基元反应速率进而影响火焰传播速率，使燃烧相位提前，可在一定程度上降低未燃HC排放。