为了更好地进行复合涡轮匹配，对各工况下发动机排气能量利用进行研究，建立汽油均质充量压燃(HCCI)发动机热力学模型和串联复合涡轮系统数学模型，构建汽油均质压燃发动机一维仿真模型．基于数学模型计算所得复合涡轮参数，选择合适的复合涡轮系统，并进行一维仿真验证．基于匹配结果对复合涡轮系统中的能量分配进行研究．结果表明：通过所提出匹配方法选配的串联复合涡轮系统能够有效回收废气能量，实现整机性能提升，在转速为2200r/min、平均指示压力(IMEP)为1.26MPa时整机功率提高3.17kW，整机效率改善2.49%；总结所得废气能量分配规律是：动力涡轮适用于转速高于1600r/min及IMEP大于1.07MPa工况，此时存在最优进气压力，使得动力涡轮所得废气能量有最佳废气能量占比，并使发动机整机效率达到最优．

利用基于重复控制的主动控制器“虚拟曲轴”，在自由活塞发动机中实现了同一压缩比下的不同活塞轨迹运行特征(以参数Ω表征，为生成轨迹的椭圆的短轴与长轴之比)，并从指示热效率、峰值压力位置、着火延迟和氮氧化物排放等特征的分析中，获得了参数Ω表征的最优活塞轨迹．以此轨迹作为进一步优化的初始条件，基于遗传算法，以指示热效率为优化目标，对活塞轨迹进行了全局寻优设计．研究结果表明：活塞运动轨迹的变化会影响氨的均质压燃过程．经过寻优设计得出的最优轨迹相较于传统内燃机能够提升3.35%的指示热效率，并减小了42.93%的着火延迟时间．

基于一台3缸1.5L混动发动机，研究了单火花塞、被动预燃室及三火花塞3种不同点火方式对发动机稀燃工况下燃烧和排放特性的影响．通过2000r/min转速、0.8MPa平均有效压力下的测试表明：在高滚流下，采用被动预燃室点火能实现的稀燃极限对应过量空气系数ϕ_a约为1.70，相比单火花塞略低，采用三火花塞点火则可在ϕ_a>1.95的条件下稳定燃烧，进而改善燃油消耗率和NO_x原始排放．随着空气稀释增加，采用被动预燃室点火对燃烧相位的改善效果逐渐减弱，且使得滞燃期和燃烧持续期增加明显．相比之下，三火花塞点火可有效加快燃烧速率，尤其在ϕ_a>1.70时优势显著，其燃烧持续期相比单火花塞和被动预燃室可缩短近4°CA．通过采用ϕ_a为1.80的稀混合气配合三火花塞点火，发动机在选用研究法辛烷值(RON)为92的燃油时可实现45.06%的最高有效热效率(BTE)，选用RON100燃油及进一步采用电子增压器时，最高BTE可分别提升至45.63%和47.04%．

基于高压共轨燃油喷射系统原尺寸量级透明喷嘴内部流动及喷雾可视化试验平台，针对纯柴油(D100)与汽/柴油混合燃油(D20G80)，开展了不同燃油属性下喷孔锥度(锥度分别取值为1、2和3)及喷孔数(单孔、2孔和3孔)对喷嘴内空化瞬态流动及喷雾影响的试验．结果表明：喷孔锥度对D100和D20G80在喷嘴内的空化及喷雾的影响明显不同，D20G80在不同喷孔锥度的喷嘴内均有较强的线空化出现，对应较大的喷雾锥角及喷雾边缘的波动，D100仅在锥度为2的喷嘴内出现线空化；对于锥度为2的喷嘴，2孔喷嘴内纯柴油与混合燃油均发生了线空化且与单孔喷嘴类似，但强度更低，3孔喷嘴内则主要出现几何诱导的壁面空化，喷雾边缘波动性强于单孔和2孔喷嘴．

在内燃机气道和缸内环境下喷射氢气时，喷射压力和环境压力之间会出现高超临界向超临界以及超临界向亚临界的转变，采用高速纹影成像技术，在定容燃烧弹中研究了不同条件下的喷射特性．结果表明：不同条件下氢气射流的贯穿距、射流表面积以及射流体积随时间的增长趋势不同，但射流锥角在1ms后随时间变化不大，差值稳定在2°以内；在超临界喷射进入超临界环境时射流与周围气体相互作用使湍流强度增强，这有利于夹带更多的周围气体．最后提出的氢气射流贯穿距经验公式具有较高的精度，可以利用这些结果优化氢内燃机混合气的形成和燃烧，为喷氢策略提供参考．

基于高压直喷双燃料喷射阀，采用激光诱导荧光成像方法对超高压天然气射流的浓度分布特性进行了研究．优化了天然气射流浓度分布数据处理方法，将天然气射流喷雾划分为激波核心区、浓度速降区、浓度混合区及边界扩散区．结果表明：激波核心区受到马赫盘影响，在马赫盘产生位置出现浓度峰值，发现了浓度峰值同马赫盘位置的高度相关性；天然气轴向浓度研究中，喷射压力对喷嘴附近的激波核心区、浓度速降区影响最大，当喷射压力从22MPa以3MPa步长增加到31MPa时，激波核心区、浓度速降区区域长度增长均为60%，而浓度混合区长度减少2.2%，边界扩散区受到影响最小，区域长度出现先增大后减小的现象；天然气径向浓度研究中，同样显示出天然气浓度对喷嘴附近区域的强影响性，激波核心区、浓度速降区径向浓度随着喷射压力的增加而增大，而在远离喷嘴的浓度混合区及边界扩散区出现浓度波动区．

为进一步准确预测在用乘用车实时驾驶排放，搭建了以发动机-后处理虚拟仿真为核心的在用排放预测模型．首先建立了发动机一维模型，与稳态和瞬态发动机原排测试数据进行了对比和标定．结果表明：在用实际行驶排放测试(RDE)工况下，CO和NO的原排累积质量相对误差分别为9.2%、5.8%；其次进行后处理性能试验，对后处理温度、起燃和老化模型进行标定验证，在全球轻型车测试循环工况(WLTC)前35s，三元催化转化器轴向最大温度误差为52℃，CO、NO的排放累积质量误差为0.0385g(5.90%)和0.0011g(0.75%)；最后利用RDE排放预测模型在不同催化器老化状态下，进行WLTC、RDE和95%分位的激烈驾驶参考循环(RTS-95)工况的排放规律探究．研究发现：NO排放对工况更加敏感，超限风险更高．设定NO瞬时质量排放阈值为8mg/s，以RTS-95循环在分散因子为0.6条件下的NO仿真结果为例，对催化器分散因子进行预警窗口宽度探究，结果表明：增加预警窗口宽度将会降低误判率和冷启动超限的识别概率．

在稳态循环(WHSC)与瞬态循环(WHTC)工况条件下，基于选择性催化还原(SCR)反应机理设计了前、后级不同氨氮比(ANR)和排气温度，研究了不同基材紧耦合SCR(cc-SCR)在不同ANR和温度下的性能表现．结果表明：增压器后端增加cc-SCR可大幅提升后处理系统的NO_x转化效率；在进行紧耦合催化剂选型时，前级喷射的ANR不宜超过0.8；相较于铜基cc-SCR，钒基cc-SCR具有N₂O生成量较低的优势；在低温条件下，铜基cc-SCR的NO_x转化效率优于钒基cc-SCR，300～450℃条件下，两种基材催化剂的NO_x转化效率相当；在稳态点排气温度为180℃时，钒基＋铜基催化剂方案的NO_x总体转化效率随着ANR的增大而减小，铜基＋铜基催化剂方案的NO_x总体转化效率随着ANR的增加而增大，高温时，两种方案对NO_x的转化相当；在热态WHTC循环条件下，铜基＋铜基催化剂方案的NO_x总体转化效率随着ANR的增加而增大．

为研究船舶中速柴油机应用柴油氧化催化器(DOC)技术的可行性，试验了船舶柴油机典型低温大流量工况下DOC对选择性催化还原器(SCR)催化性能及共同作用下颗粒物(PM)理化性质的影响．结果表明：在典型的低温大流量工况下DOC的应用会提升SCR系统的催化效率，在柴油机高负荷排气工况(空速为18000h^-1)下催化效率提升了65%；DOC和SCR共同作用会降低PM的石墨化程度，且排气温度越高，石墨化程度越低；共同作用会增加PM表面含氧官能团的浓度，其中C—OH官能团含量增加了100%，PM的氧化活性大幅提升；在碳氢官能团中，作为PM生长核心的脂肪族C—H官能团浓度大幅降低，降低幅度达到了50%，减少了PM的继续生长和聚集的机率．

基于密度泛函理论(DFT)和过渡态理论(TST)，利用苯基加成环化(PAC)机制，对内燃机缸内的苯并芘生成历程进行探索．结果表明：蒽自由边和锯齿边与苯基的入口反应均表现出无能垒、高放热和速率快的特点．分析各路径限速步速率可知，蒽自由边C1位点比锯齿边C2位更易生成苯并芘，最优反应路径限速步能垒仅为176.2kJ/mol，反应速率为3.7×10⁹s^-1．锯齿边C2位的两条主路径限速步为五元环转化成六元环的异构化反应，能垒分别高达417.2kJ/mol和421.7kJ/mol，反应速率分别为8.7×10⁴s^-1和5.8×10⁴s^-1．此外，芳香环上H迁移反应的难度高于脂肪链上H迁移．该研究提供了苯并芘的PAC生成机理，这为构建苯并芘的化学动力学模型提供理论依据，对预测内燃机缸内的苯并芘生成具有重要意义．

以某汽油机碳罐冲洗控制策略为研究对象，基于Simulink平台以模块化建模思路搭建了包含目标冲洗率计算、目标冲洗流量计算和电磁阀流量特性标定模块的控制策略仿真模型．使用流量计实测车辆转毂循环工况冲洗流量，验证模型控制精度与空燃比控制效果，进而基于模型优化控制特征参数，探究提升冲洗流量途径．研究表明：模型仿真与实测累积冲洗流量分别为402.69L、373.62L，仿真误差为7.78%；常规冲洗率因子、电磁阀开启速度、电磁阀最大开度限制和初始冲洗率因子均对冲洗过程产生重要影响，且相互独立；基于模型综合优化控制策略特征参数，累积冲洗量由373.62L提升至499.61L，且空燃比控制效果良好．试验为在保持空燃比控制在当量比的前提下，尽可能提高汽油机碳罐冲洗流量的控制策略设计提供参考．