天然气掺氢的研究还存在许多问题，高活性燃料的加入有助于改善其燃烧特性。本文采用详细的化学动力学方法分析了不同工况下的三燃料层流燃烧速度(LBV)的变化规律。通过分析可知，三燃料的LBV随着温度的升高而增加，随着当量比的增加呈现先增加后减小的趋势。温度升高的同时，不同燃料组分之间的LBV增量增大；当量比较小（0.7-0.9）时，三燃料的LBV随着柴油混掺比的增加而减小，随氢气组分占比的增加而增加；当量比较大（0.9-1.4）时，柴油混掺比为0.7的情况下，三燃料的LBV随着氢气组分占比的增加而减小；低温下OH基是对三燃料的LBV影响最大的基团，高温下H基是对三燃料的LBV影响最大的基团。

为了改善高排气背压柴油机（排气背压相对升高50 kPa）的性能，通过开展涡轮增压柴油机实验，建立了基于GT-Power软件和CFD软件的一维加三维的发动机工作过程联合仿真模型。针对高排气背压发动机涡轮增压器性能降低、扫气流动不畅和燃烧放热恶化的问题，高排气背压发动机重新匹配了“小涡轮增压器”，并对进排气系统和喷油系统进行了优化。结果表明：转速为2000 r/min时，高排气背压发动机相比原机残余废气系数由0.19 %升高至3.37 %，功率降低了9.9 %，而在低转速区间（转速n < 1600 r/min），由于循环气量变化造成涡轮功率输出不足，使其不能正常运行。通过使用“小涡轮增压器”和优化的配气系统，高排气背压发动机在转速2000 r/min时，功率相比优化前提高了6.2 %，在低转速区间，功率也恢复至原机的94%以上。

为了研究负荷率对甲醇压燃发动机性能的影响，基于进气加热法，分别研究了负荷率对燃烧特性、有效热效率、常规排放和非常规排放的影响。试验转速为1200 rpm，负荷率为原柴油机最大负荷的10%、20%和30%。结果表明：随着负荷率增加，燃烧持续期延长，燃烧始点略有提前，初期放热率峰值逐渐下降，燃烧峰值压力增加；最高缸内平均温度增加且峰值温度推后，压力升高率峰值逐渐降低。随着负荷率增加，甲醇和柴油的有效热效率均增高。当负荷率相同时，甲醇的有效热效率均高于柴油的，而且随着负荷率增加，两者之间的差值增大。随着负荷率提高，甲醇和柴油的CO、HC、NOx和碳烟排放均减少。当负荷率相同时，甲醇的CO、HC排放高于柴油的，甲醇的NOx和碳烟排放低于柴油的。甲醇的碳烟排放在不同负荷率均趋于0。随着负荷率提高，甲醇和柴油排放的甲醇、甲醛、乙醇、NO2逐渐减少。在同一负荷率，甲醇排放的甲醇、甲醛、乙醇和NO2高于柴油的。但随着负荷率增加，差值均在缩小。从绝对量来说，甲醇压燃发动机的主要非常规排放物只有甲醇和NO2，而甲醛和乙醇等的排放量相对较少。

以数值仿真为研究手段，基于气体喷射特性提出了柴油引燃缸内直喷天然气发动机的“壁面引导型”燃烧室方案，并研究了活塞型线以及喷射策略对“壁面引导型”燃烧室燃烧过程的影响。结果表明：天然气喷射角度对发动机燃烧性能影响较大，主要由于天然气作为小分子气体燃料，其缸内直喷射流动量低、动量衰减快，使得扩散燃烧过程中未完全氧化产物通过壁面射流向富氧区域的输运能力较弱，混合气形成速度慢，发动机后燃较为严重。通过改变天然气喷射角度使天然气射流撞壁后沿活塞壁面流动，在缸内形成一个旋涡结构，能有效的优化以天然气为主导的流场结构，提高缸内油气混合速度，加快后燃速度并提高指示热效率。

甲醇是一种理想的内燃机碳中和燃料，然而在汽油机中燃用甲醇存在着雾化难，着火难等问题。为了优化甲醇发动机的雾化特性，本文研究了不同喷射压力、气门升程、气门温度对甲醇喷雾撞击气门特性的影响。研究表明：适当提高喷射压力，增加气门升程可以促进喷雾撞击气门后的喷雾扩散，增强喷雾与空气的混合。而随着气门温度的升高，气门表面将形成蒸气膜，抑制喷雾撞壁，使得喷雾撞击气门后的外轮廓由外凸向内凹转变，其中甲醇喷雾撞击气门后形成蒸气膜的气门温度阈值为200℃。

本文介绍了常温常压的大气环境下，不同高能点火火能量对五种合金材料（铂钌合金、铂铱合金、镍铜合金、铂钨合金和铂铼合金）火花塞中心电极腐蚀的影响。研究基于自行研制的可调节高能点火系统火花塞电腐蚀耐久性试验系统，提出了评价火花塞中心电极电腐蚀的量化处理方法。即利用光学相机拍摄火花塞电极随放电时间的变化情况，对照片进行二值化定量处理；并利用光学显微镜拍摄火花塞中心电极微尺度结构照片，定性分析对应的腐蚀情况差异。结果发现：在较高点火能量时，可根据火花塞中心电极的面积变化，明显反映不同火花塞材料的腐蚀程度。当点火能量为434mJ时，铂钌合金、铂铱合金、铂钨合金和铂铼合金火花塞中心电极随放电时间变化，其投影面积几乎不变，不能用中心电极面积变化来反映四种合金火花塞的腐蚀情况；而镍铜合金由于熔点较低，中心电极投影面积明显减少，腐蚀最严重；点火能量为659mJ时，该量化方法能明显地反映五种合金火花塞的电腐蚀程度，其中铂钨合金火花塞的腐蚀最严重，其次是镍铜合金，再次是铂铱合金、铂铼合金；铂钌合金火花塞的腐蚀最轻。结合本文试验结果，对该腐蚀量化评价方法的优势和不足进行了总结。

伴随着我国经济的快速发展，柴油发动机在高原环境下的使用越来越广泛，在高原地区，由于空气含氧量降低，致使发动机功率下降、排放升高。为改善发动机排放升高的问题，通过AVL海拔模拟系统模拟0m、1900m、2400m、4500m海拔，研究不同控制策略对柴油机在高原环境的排放性能影响。

基于一台重型天然气发动机，在台架试验基础上，结合数值模拟研究了压缩比对天然气发动机燃烧性能及循环变动影响。天然气发动机压缩比分别为11.6、14.0和16.0，研究结果表明，随着压缩比从11.6增加至14.0和16.0，发动机最大爆发压力和热效率增加。提高压缩比发动机燃烧循环变动不一定降低，在小负荷时压缩比11.6燃烧循环变动反而最低。压缩比11.6的缸内湍动能和滚流比高于压缩比14.0和16.0，与此同时压缩比11.6火焰传播速率要高于压缩比14.0和16.0。

燃料喷雾特性的优劣是影响发动机动力性能和排放性能的关键因素之一。将正丁醇按照不同体积比例掺混到生物柴油中，通过定容燃烧弹试验台架，对不同掺混比例的生物柴油-正丁醇混合燃料的喷雾特性进行了可视化研究。本文对燃料喷雾的喷雾延迟期、喷雾锥角和雾面积进行了试验分析，研究发现：喷射压力增大，四种燃料的喷射延迟期差异性减小，对四种燃料喷雾贯穿距离、喷雾锥角、喷雾面积的影响较小；环境压力升高，四种混合燃料的喷雾贯穿距离和喷雾面积之间的差异逐渐减小，而对喷雾锥角的影响并不明显；在生物柴油中掺混0-40%正丁醇，对燃料的喷雾特性影响不大。

针对微型氢气HCCI(均质充量压燃)自由活塞发动机存在NOx排放高、爆燃的问题，采用数值模拟的方法，研究了EGR(废气再循环)率对氢气HCCI燃烧和排放特性的影响.计算结果表明，在氢气初始当量比为0.5的前提下，EGR使实际当量比降低、混合气压燃着火延迟.另外，随着EGR率的不断增大，燃烧室最高温度、压力和NOx排放不断降低。当EGR率达到0.5时，最高温度降低735K，最高压力降低11.9MPa，NOx排放降至2ppm(几乎为零).EGR可以使微型氢气HCCI自由活塞发动机降低NOx排放，而且能改善爆燃现象.但与此同时，EGR还导致了燃烧持续时间增加、发动机做功能力变弱。