基于颗粒群平衡理论，构建了详细的碳烟模型，采用Monte-Carlo 算法进行数值求解，结合详细的化学反应机理，对乙烯/乙醇/空气层流预混火焰中碳烟的生成进行了研究．通过计算对比了不同比例乙醇(0、10%、20%和30%)添加对碳烟颗粒生成过程的影响，获得了不同火焰高度下碳烟体积分数和尺寸分布等信息．结果表明：乙醇的添加增强了火焰中碳烟前驱物和碳烟颗粒的氧化反应，有效抑制了碳烟的生成；随着乙醇添加量的增加，颗粒尺寸分布的双峰结构越不明显，第2 峰值往前推移．

在一台喷油器中置的单缸直喷汽油机上，基于2,000 r/min、平均指示压力(IMEP)为0.3 MPa 的工况，研究了多次点火技术对喷雾引导分层燃烧性能的影响．基于NI ComPactRIO 开发了一套单缸机控制系统，成功实现多次点火并应用于试验．结果表明：多次点火技术增加了点火次数和点火能量，改善了分层燃烧的稳定性．在相同的喷油开始时刻(SOI)为50° CA BTDC 时，多次点火的稳定点火窗口比单次点火增加了15° CA．此外，多次点火能拓展分层燃烧的EGR 率容忍度．随着EGR 率的提高，分层燃烧相位推迟，燃油消耗率及排放可以得到优化．相比单次点火，在SOI 为50° CA BTDC、点火时刻(IGN)为40° CA BTDC时，其EGR率上限可以从15% 拓展到22% ，指示燃油消耗率(ISFC)降低约3% ，NOx排放降低约20% ；在EGR 率同为15% 时，其THC 排放降低约10% ，CO 排放降低约8.3% ．

在一台1.8 L 直列4 缸涡轮增压直喷汽油机上，分别燃用汽油、异丁醇占混合燃料的体积分数为20%(IB 20)、40%(IB 40)、乙醇体积分数为20%(E 20)和40%(E 40)，保持转速和转矩不变、过量空气系数为1，在不同EGR率下分析异丁醇和乙醇汽油的燃烧和排放特性．结果表明：异丁醇和乙醇都会使火焰发展期延长；乙醇可以促进EGR氛围下的火焰传播，但会导致燃烧温度升高，有效热效率下降；异丁醇能够降低燃烧温度，提高有效热效率．部分负荷时，废气再循环(EGR)结合异丁醇可以实现更低的燃油消耗．异丁醇和乙醇均能降低THC 和颗粒物数量浓度排放，但乙醇会使CO 和NOx排放增加．异丁醇可以在EGR 的基础上进一步降低NOx排放，降低颗粒物数量浓度排放的效果也优于乙醇，排放控制方面比乙醇更有优势．

选取3 个海拔高度(10、1,000 和1,670 m)进行自然吸气小功率柴油机的燃烧和排放试验，其中，1,000 m 和1,670 m 的试验环境通过内燃机高海拔大气状态模拟试验系统获得．结果表明：海拔高度升高，同工况下柴油机的最大燃烧压力减小，燃烧始点推迟，滞燃期延长，预混燃烧比重增加，缸内最高燃烧温度升高．海拔高度愈高，排气烟度快速增加的临界功率点愈向小负荷方向偏移，且烟度上升段斜率变大；但在小负荷时，其烟度略有降低．各气体污染物排放量的变化是：海拔高度增加，HC 排放明显增加，且在中小负荷时最为显著；CO 排放在大负荷和小负荷时增加，在中等负荷附近出现持平或不同程度的下降；NOx 排放随海拔升高变化最小．柴油机整机排放HC、PM明显增大，CO、NOx变化较小．采用等烟度原则减小高原地区自然吸气柴油机的标定功率，能有效扼制CO、HC 和PM排放的恶化．

以加装了甲醇喷射系统的玉柴YC4D120-30 柴油机为研究对象，建立了柴油/甲醇双燃料(DMDF)燃烧模式的能量平衡模型；在1,660 r/min、420 N·m 和1,660 r/min、105 N·m 两个工况点进行了纯柴油(D)模式和DMDF 模式能量平衡分析，结果表明：大负荷时甲醇对柴油的替换比低于理论值，主要原因是双燃料燃烧模式的冷却损失比相应的纯柴油模式低；在小负荷时甲醇对柴油的替换比高于理论值，主要原因是双燃料燃烧的不完全燃烧损失随负荷降低而大幅增加．在1,660 r/min 各个负荷下进行了甲醇替代率试验，结果表明：双燃料燃烧模式的冷却损失均低于纯柴油模式，且随着替代率增加冷却损失进一步降低．在1,660 r/min、420 N·m 工况点进行了不同甲醇温度试验，结果表明：相同替代率下，替换比随着甲醇温度的提高而降低．这些现象都与双燃料燃烧模式下发动机的能流分布有密切联系．

通过对不同EGR 率、EGR 废气组分以及EGR 温度下产生的颗粒进行采集，采用X 射线近边吸收光谱 (NEXAFS)技术，研究了EGR 对柴油机颗粒官能团的影响．通过分析颗粒的NEXAFS 谱线特征，确定了颗粒中官能团的主要组分，采用分峰拟合方法，考察了EGR 对官能团相对含量的影响规律．结果表明：柴油机颗粒中碳官能团主要分布在近边能量为284～292 eV 范围内，呈典型石墨结构，主要包括不含氧的芳香基碳和石墨碳官能团，醌类、羧基、羰基和酚/酮类等含氧官能团以及脂肪族C—H 官能团；随着EGR 率增加，颗粒中不含氧官能团逐渐降低，含氧官能团以及脂肪族C—H 官能团呈升高趋势，说明EGR 对于提高颗粒的氧化活性具有一定促进作用．废气中的CO2增加了颗粒中含氧和脂肪族C—H 官能团，降低了不含氧官能团，N2对官能团的相对含量影响不大；EGR温度增加，颗粒中不含氧官能团增加明显，含氧官能团以及脂肪族C—H 官能团均有所降低．

采用多维数值模拟研究方法系统研究了燃料结构和不同醇类燃料对定容燃烧弹中正庚烷喷雾燃烧过程中碳烟生成过程的影响．研究结果表明：在高温高压条件下，燃料物性对喷雾破碎和蒸发过程影响较小，滞燃期和含氧量是影响混合过程和碳烟排放的主要因素；正十二烷的碳烟生成量远高于正庚烷，PRF20(80%正庚烷＋20%异辛烷，质量比)的碳烟生成量与正庚烷接近；甲醇、乙醇和正丁醇燃料的含氧与促进混合共同作用可显著降低正庚烷/醇类掺混燃料的碳烟体积分数；与正庚烷和PRF20 燃料相比，含氧作用是B20(80%正庚烷＋20%正丁醇)燃料降低碳烟排放的主要因素；M20(80%正庚烷＋20%甲醇)和E20(80%正庚烷＋20%乙醇)的滞燃期和火焰浮起长度长，含氧量也相对较高，与此对应其碳烟生成量也较低，M20 燃料的碳烟最少；在E20 的滞燃期和火焰浮起长度均比M20 略长的情况下，得益于甲醇较高的含氧量和C—O 分子结构，相同质量掺混比例条件下正庚烷/甲醇掺混燃料降低碳烟的效果更明显．

针对压燃式发动机燃用汽油/柴油混合燃料稳态及瞬态工况下的燃烧及微粒排放粒度分布特征进行了试验研究，分析了汽油掺入比例及EGR 对发动机稳态及不同瞬变率的恒转速增转矩瞬变工况超细微粒数量排放的影响规律．结果表明：在大负荷工况下采用高汽油掺入比例的汽油/柴油混合燃料能够在不引起NOx显著增加的前提下进一步降低排气烟度，有助于拓展预混合燃烧过程负荷工况范围；但较高汽油掺入比例易导致油气过度混合，对HC 及CO 排放有不利影响，尤其会导致小负荷工况下CO 排放显著增加．综合考虑不同负荷工况下运行情况，认为汽油掺入比例在40% ～50% 左右较为适宜．燃用汽油/柴油混合燃料时排气颗粒物更趋于细化，其微粒几何平均粒径较柴油明显降低．瞬变工况增负荷过程中，各模态微粒数量浓度均有所升高，随汽油掺入比例增大积聚态微粒数量增加程度变缓，当汽油掺入比例达到50% 时，在高瞬变率工况时积聚态微粒数量无明显增加．高比例EGR 条件下，瞬变过程中积聚态微粒数量浓度在增负荷初期便急剧增加，燃用汽油/柴油混合燃料有利于缓解瞬态工况积聚态微粒数量急剧增加的程度．

为更好地理解润滑油成分对发动机性能及排放的影响，选用两种不同的矿物基础油用于发动机润滑，并采用AVL 五组分尾气分析仪测量发动机气态排放，利用微栅收集发动机颗粒物．借助于图像处理软件研究颗粒物的粒径分布、分形特征及回转半径分布等参数．试验结果表明：低黏度的基础油恶化了发动机的动力性及经济性，也增加了未燃HC 排放．低负荷工况下，低黏度基础油150 N 基本粒子直径为40.625 nm，高于350 N 基础油的36.237 nm．同时，150 N 基础油也增加了颗粒物的回转半径，但基础油对颗粒物空间结构影响不大．低负荷工况下颗粒物分形维数值在1.4 附近，高负荷在1.1 左右．总之，由于其挥发特性及热特性的差异，润滑油基础油对发动机排放尤其是颗粒物排放有明显的影响．

基于碳烟测试标准方法(预混合稳定滞止火焰法)，研究火焰温度对预混合乙烯火焰中碳烟生成的影响，为发展和验证碳烟模型提供标准试验依据．试验表明：碳烟生成对火焰温度非常敏感．火焰温度约在1,650～1,750 K 范围内对碳烟生成更有利，碳烟体积分数更高；在此范围之外，火焰温度对碳烟生成都有一定的限制作用；当火焰温度约为1,580 K 时，反应动力学速率较低，碳烟成核与长大缓慢，碳烟体积分数较低；当火焰温度约为1,872 K 时，尽管此时碳烟成核反应动力学速率较高，但受碳烟成核过程热力学可逆性的影响，碳烟成核与长大显著受限，碳烟体积分数显著降低．