本文研究了射流点火模式下氢气浓度、氨氢比例和点火正时等对射流点火发动机燃烧和排放特性的影响，试验包括纯氢被动射流点火、氨氢混合被动射流点火两部分。对于前者，在氢气进气流量4~7 g/min范围内扫略点火提前角；对于后者，固定氢气进气流量为4 g/min，点火时刻为-6 °CA ATDC，改变氨气喷射脉宽（0~50 ms），进而调节氨氢混合气的过量空气系数以及混合气中氨气能量占比。结果表明，纯氢被动射流点火负荷范围窄，平均指示压力变化范围为0.28~0.43 MPa，稀燃极限为λ=3.9，爆震极限为λ=1.6，最高指示热效率为45%，增大氢气流量，缸内燃烧持续期迅速缩短，最大压升率提高。掺氨后，混合气燃烧速度降低，爆震现象被抑制，最大平均指示压力提高为0.67 MPa，但燃烧相位有所推迟，燃烧持续期延长，小负荷条件下循环波动加剧，指示热效率降低至40%附近。纯氢被动射流在λ＜2.8时，可实现NOx近零排放（＜20 ppm），随着负荷提高，NOx排放迅速升高，在爆震极限点NOx排放达到6800 ppm；掺氨会促进“燃料型”NOx生成，随氨气脉宽增大，NOx排放先升高后下降，在混合气λ=1.4时NOx最高达到8250 ppm。

在商用直喷压燃发动机上开展不同掺混比例的脂肪酸甲酯/柴油与加氢催化生物柴油/柴油混合燃油稳态循环试验排放特性研究，为评价生物柴油品质对柴油机影响提供基础数据。研究结果表明：混合燃油中随加氢催化生物柴油掺混比例增加，燃油消耗率降低，但混合燃油燃油消耗率随脂肪酸甲酯油掺混比例增加而增加；柴油中添加脂肪酸甲酯油和加氢催化生物柴油都使NOx排放降低；加氢催化生物柴油混合燃料的PM低于脂肪酸甲酯混合燃料；混合燃料中HC排放都比纯柴油的低；与柴油相比，混合燃料的CO比排放随加氢催化生物柴油掺混比增加而增加。

在一台重型柴油机台架上，研究了不同氧化催化器配方对高活性汽油压燃发动机排放物转化效率的影响，并与柴油机排放进行了对比分析。结果表明：在相同的测试工况下，高活性汽油压燃发动机THC排放比柴油机更高且THC组分存在差异，PM、PN与颗粒物的平均粒径比柴油机更低，NOx排放与柴油机相当；三种氧化催化器对高活性汽油压燃发动机THC的转化效率均明显低于柴油机。对于Pt/Pd氧化催化器，转化效率随Pt含量的增加而增加；对于Pd/Rh氧化催化器，低温条件下其对THC转化效率高于主流Pt/Pd氧化催化器，高温条件下其对柴油机THC排放的转化效率低于主流Pt/Pd氧化催化器，对高活性汽油压燃发动机THC的转化效率高于主流Pt/Pd氧化催化器。三种催化器下游PN均呈现单峰分布且平均粒径比原排颗粒物更高，同时其对高活性汽油压燃发动机的PM与PN转化效率均高于柴油机。

基于一台液压全可变气门正时光学可视化发动机开展了不同EGR引入方式对压燃式内燃机燃烧过程及碳烟生成历程影响的光学诊断研究。结果表明，外部EGR对燃烧过程呈现单一的抑制作用。随外部EGR率增大，滞燃期延长、放热速率及燃烧温度下降、高亮扩散火焰及碳烟KL因子分布区域面积减小。而内部EGR对燃烧过程的影响随EGR率的增大呈现先抑制后促进的效果，小比例内部EGR能够有效降低缸内燃烧温度进而造成火焰面积及亮度明显降低，而大比例内部EGR能够明显提高反应初始温度从而使滞燃期缩短、扩散燃烧比例增加，因此缸内再次出现大面积扩散火焰，不利于碳烟排放的控制。在实际应用中，采用内外部EGR技术均需严格控制EGR率，防止过大的EGR率导致燃烧恶化。

基于高压缩比缸内直喷单缸汽油机搭建了发动机试验台架，并对进气管路进行改造，将气态氨引入进气道；阐明了不同氨/汽油掺混比例、点火时刻、负荷等因素对发动机爆震特性、燃烧特性、动力特性、经济与排放特性的影响规律。结果表明，NH3有助于抑制爆震并优化燃烧相位，与使用纯汽油相比，掺入NH3可在无爆震条件下将CA50提前10 °CA，且CA50 - CA10更小；相比小负荷工况，大负荷下掺混氨气对发动机动力性和经济性有较大改善，即大负荷有助于扩大氨的掺混量限制；掺入氨气会增加NOx排放并引入NH3排放，但NOx浓度与氨掺混比关系不大，且掺混氨气时，随着点火时刻的提前，缸内温度和压力峰值增加，NOx反而降低，与纯汽油工况相反，即燃料型NOx对压力变化更为敏感。

本文研究了被动射流点火模式下天然气浓度、氨气能量占比和点火正时等对发动机射流燃烧和排放特性的影响。试验分为两部分：纯天然气被动射流点火和天然气-氨混合气被动射流点火。对于前者，在天然气喷射脉宽19~23 ms范围内扫略点火提前角；对于后者，调节天然气和氨气的喷射脉宽，使得氨气能量占比为10%、20%，并扫略点火提前角。试验结果表明，掺混氨气降低混合气的燃烧速度，使得缸内峰值压力和峰值放热速率降低，最大压升率下降，燃烧持续期延长；氨气能量占比为10%时对循环波动率无显著影响，氨气能量占比为20%时循环波动率有所增大，但仍处于稳定燃烧工况（循环波动率＜3%）；相同负荷下，天然气-氨混合被动射流点火的排气温度降低，指示热效率升高且掺氨比例越大，指示热效率越高；相同负荷下，掺氨会降低THC和CO排放，但NOx排放升高，且主要为“燃料型”NOx。

该研究采用了一种“3+1”维建模方法，通过仿真计算效率和计算精度的合理折中，实现高效的大尺度三维仿真。该模型充分考虑了电池内部气、水、热和电传输机制、电化学反应机理以及局部微观结构的影响，并利用文献中的实验数据进行了变工况的验证。另外，针对目前应用最为广泛的两种流场形式—平行流场和蜿蜒流场，在单电池尺度下进行了多工况的仿真对比。研究发现蜿蜒流场的性能表现在较高和较低电流密度下均优于平行流场，这一点在低进气加湿和高工作温度工况下更为明显，主要原因在于横向分配的改善和蜿蜒结构的存水效应，中间电流密度段二者基本一致。

甲醇燃料在内燃机领域的推广应用对能源、环境均具有重要意义。此项研究以ACD320柴油发动机结构为原型，以与纯柴油机等热值的原则按照甲醇占比95%、引燃油占比5%的策略并运用数值模拟手段建立了可以准确预测大缸径中速甲醇/柴油双直喷发动机燃烧、排放特性的三维模型。针对大缸径发动机中存在的柴油引燃甲醇燃烧持续期长、燃烧效率低等问题，本研究在主燃油喷射策略不变的情况下对引燃用柴油的喷射持续期及其与甲醇的喷射间隔进行了研究，拟从上述两因素中得到提升发动机性能降低排放的方法及规律。研究表明：引燃油/甲醇喷射间隔的缩短有利于加快甲醇引燃速度从而提高发动机性能，然而甲醇、柴油同时喷射效果不佳；引燃油喷射持续期的适当延长使得甲醇引燃均匀性增加，这提高了发动机性能、减少了排放，对于此型号的发动机20°CA左右的引燃油喷射持续期下各项指标达到最佳。本研究可为大缸径甲醇/柴油双直喷发动机的工程化优化设计提供理论参考。

传统的混合动力汽车设计方法是在确定动力系统布置形式后，先进行构形参数选取，再针对特定的能量管理策略进行控制参数优化。然而，这种“顺序优化方法”没有考虑到动力系统构型参数与能量管理策略控制参数之间的耦合关系，即：构型参数取值影响着控制参数的选取，双方共同决定着能量管理策略的节油潜力。针对功率分流式PHEV，以A-ECMS作为控制策略，建立了以构型成本、燃油消耗量和电池SOH损失为优化目标，以发动机最大输出功率P_ICE、发电机最大输出功率P_MG1、电动机最大输出功率P_MG2、等效因子初值s(0)，微分因子K_p和积分因子K_i为优化变量的多目标优化问题，并提出了一种基于NSGA-III算法的协同优化方法。该方法在NEDC-WLTC工况下对多目标优化问题进行了协同优化，获得了Pareto最优解集。仿真结果表明，与原机相比，构型成本、燃油消耗量和电池SOH损失分别最大降低了14.8%，10.4%和5.2%。在硬件在环平台上，以3×CLTC作为验证工况进行了优化效果的验证，结果表明，在相同的构型参数下，优化后的A-ECMS比优化前提升了15.3%的燃油经济性并降低了9.6%的SOH损失。

在实际的网联交通环境道路中，交通信号灯影响着车辆的实际运行速度以及燃油经济性的变化。生态驾驶问题解决了多交通信号灯场景下的燃油经济性、驾驶安全性以及出行效率的协同优化。能量管理策略直接影响着混合动力汽车的燃油经济性，每一时刻的发动机、发电机以及电动机的输出功率分配都至关重要。等效燃油消耗最小策略通过引入等效因子的概念，每时刻求解汉密尔顿量的最小值，从而获得各部件的功率分配。通常情况下，生态驾驶问题和能量管理问题被单独考虑，然而这种方法没有考虑到两种问题之间的耦合关系。因此，本文基于强化学习方法中最有效的SAC策略，进行了生态驾驶和能量管理的协同优化与控制。结果表明，与传统的单独考虑生态驾驶与能量管理问题的解决方法相比，协同控制方法节约了8.7%的燃油消耗。