为实现瞬态空燃比有效控制，提出基于逆模型前馈控制附加无模型自适应反馈控制的复合控制策略。利用最小二乘支持向量机（LS-SVM）建立空燃比系统逆模型，对瞬态空燃比模型中的进气量进行动态前馈补偿，并结合无模型自适应（MFAC）通过修正喷油量对空燃比进行反馈控制，对系统扰动、误差等实现修正。利用瞬态工况试验数据进行仿真，并与台架试验实际数据进行了对比。结果表明，LS-SVM逆模能高精度地逼近空燃比瞬态过程，结合MFAC反馈控制提高了系统的鲁棒性和抗干扰能力。因此该复合控制策略可行，可用于发动机瞬态工况空燃比的精确控制。

针对某款单缸大排量摩托车发动机，在Matlab/Simulink中建立带油膜补偿器的基于BP神经网络进气量预估模型，对上述组成的空燃比控制模型进行了仿真研究。结果表明，基于BP神经网络的进气量预估控制模型能将超调量控制在10%以内，并能够在1.4s内将混合气恢复至当量比，避免了传统PID控制可能出现的震荡情况，表明基于进气预估的空燃比控制效果良好；加入油膜补偿后，其空燃比超调量不超过5%，能够在1.2s内将混合气恢复至当量比，说明加入油膜补偿前馈控制能够有效降低燃油传输动态特性带来的影响，提高控制精度。

为了改善柴油机瞬变高负荷工况下缸内燃烧恶化和烟度骤升的问题，以8.6L车用重型柴油机为对象，开展了燃油后喷策略对瞬变工况性能的影响研究。试验研究了在柴油机瞬变过程的高负荷工况段加入后喷时不同后喷参数对瞬变工况性能的影响，并利用模拟手段分析了后喷对缸内燃烧状况、缸内气体的流动和碳烟排放的影响和作用机理。为了更好地说明缸内气体混合情况，引入氧气驱动能量这一概念。研究结果表明：在主喷燃烧阶段，氧气驱动能量对混合气的形成起主导作用；随着后喷油量增多，缸内气体扰动增加，缸内稀混合气比例增加，放热率第二峰值和第三峰值均提高且相位前移；后喷油量对NOx排放影响较小。综合考虑指示热效率和碳烟排放，对于瞬变过程90%负荷工况，主后喷间隔为4°曲轴转角且后喷量25%时排放效果整体最佳。

通过一款涡轮增压汽油直喷（gasoline direct injection，GDI）发动机低压废气再循环（exhaust gas recirculation，EGR）的试验，研究了EGR率和点火提前角的综合作用对增压GDI发动机的燃烧、缸压、排放和油耗等方面的影响。结果表明，在GDI增压发动机中加入EGR后，由于废气的稀释和热容作用，使缸内燃烧持续期增大，排气温度下降，燃烧相位也发生了改变。这对发动机外特性的有利影响是油耗减少，CO和NOx排放也明显减少；不利影响是EGR的加入提高了增压发动机的排气压力，导致泵气损失增加。此外，总碳氢（total hydro carbons，THC）排放也有所增加。在GDI增压汽油机中使用EGR系统并配合点火角的调节能够有效提高热效率，降低NOx排放。

为提升燃油系统电控化改造后4190ZLC-2船用中速柴油机的经济性能和排放性能，开展了燃油系统多参数优化试验；利用AVLFIRE软件对试验得到的经济性最优匹配参数下的柴油机高压工作过程进行了仿真计算；通过对燃烧室内三位流场的分析，提供进一步提高喷油压力和修改燃烧室形状的方案；再利用仿真计算得到喷油压力进一步提高后较优的燃烧室匹配方案。研究结果表明：喷油压力提高后，柴油机总体性能提高；为适应喷油压力的提高，燃烧室的深度和开口直径分别应该减小和增加，但燃烧室的深度太浅会造成燃烧不完全，导致油耗率上升。研究结果为该柴油机的燃烧系统改进提供了理论依据。

以某自然吸气高压缩比直喷汽油机为研究对象，利用一维软件和三维软件对汽油机的工作过程进行了数值模拟，探究了超高滚流进气系统在高热效率燃烧系统中对燃烧性能的趋势性影响。研究中设计了三款不同滚流比气道和四种计算方案，对不同计算方案的瞬态滚流比、瞬态湍动能、缸内速度场、当量比分布、放热率和缸内平均压力等进行了对比分析。研究结果表明：滚流比的大小影响缸内混合气的分布和湍动能的强度，较强的滚流比可以将更多能量保留到上止点附近，提高点火时刻缸内平均湍动能，从而影响缸内燃烧，进而影响发动机的性能；带凹坑的活塞形状设计可以使湍动能在不同滚流比下都保持在相对中心位置，使火花塞处在湍动能较高区域，有利于点火之后火焰的迅速传播；在此燃烧系统中，滚流比增大到一定程度后，缸内的平均压力峰值难再提高，对性能的增益已接近极限，过高的滚流比对发动机性能的提升已无明显作用。

为了研究可变喷嘴涡轮增压（VNT）技术、排气再循环（EGR）技术及大气压力三者共同作用对车用柴油机性能与排放的影响，利用大气压力模拟装置开展了相应的试验研究，基于响应曲面法以响应曲面图的形式分析研究VNT喷嘴环开度、EGR阀开度及大气压力3个参数交互作用对柴油机性能与排放的影响。结果表明：随着大气压力的降低及EGR阀开度的增大，柴油机动力性下降，经济性恶化。当VNT与EGR耦合时，在最大转矩工况，在EGR阀关闭及开度较小时，随着VNT喷嘴环开度的减小，转矩呈现增大的趋势，有效燃油消耗率逐渐降低；而在EGR阀开度较大及全开时，随着VNT喷嘴环开度的减小，转矩降低，油耗升高。在标定功率工况，无论EGR阀置于何种开度，随着VNT喷嘴环开度的减小，转矩均增大，油耗均降低。随着大气压力的升高，NOx比排放升高，烟度降低。当VNT与EGR耦合时，在不同的运行工况下，NOx比排放与烟度表现出不同的变化趋势。欲获得良好的整机性能，针对不同的运行工况，需要合理匹配VNT喷嘴环开度与EGR阀开度。

基于计算流体力学（CFD）程序耦合动力学机理，研究了一台大型低速二冲程船用柴油机改装的柴油一天然气双燃料发动机预燃室系统的布置方案对射流火焰发展过程的影响，以及由此对缸内流动、燃烧和有害污染物氮氧化物（NOx）生成历程的影响。结果表明：预燃室方案造成射流火焰对撞会对碰撞区域及周围流场产生较大扰动，同时在碰撞区域形成富燃区，抑制该区域内NOx的生成；射流火焰不碰撞则会增大其贯穿距离，实现更大空间范围的多点着火，放热更集中，同时会因较高的温度使NOx排放上升；此外射流火焰与缸盖、活塞和缸套等壁面接触会显著降低其流动速度和燃烧温度，造成燃烧效率下降，缸内湍动能减小，在实际应用中应尽可能避免。

在一台汽油缸内直喷（GDI）增压发动机上，研究了稀燃条件下燃用不同甲醇汽油混合燃料的燃烧特性和排放特性。试验结果表明：稀燃条件下，随混合气浓度逐渐变稀，当量燃油消耗率呈现出先降低后升高的趋势，并且随着甲醇比例的增加，当量燃油消耗率增加，但均低于原机。在混合气逐渐变稀的过程中，燃烧时缸压峰值和燃烧温度总的变化趋势是逐渐降低，而燃烧持续期和循环变动率逐渐升高。稀燃条件下，CO排放量逐渐降低，碳氢化合物排放呈先降低后增加的趋势。NOx排放量总的变化趋势是先增大后逐渐降低，随着甲醇体积分数的增加，NOx的排放量逐渐降低，且3种甲醇、汽油混合燃料的NOx和CO排放量都低于汽油燃料。

基于微自由活塞动力装置（micro-free piston engine，Micro-FPE）的单次压燃过程，建立考虑自由活塞与燃烧室壁面泄漏间隙的物理数值模型；比较试验与模拟结果，验证泄漏间隙模型的正确性。在此基础上通过数值计算，研究分析泄漏间隙对Micro-FPE做功能力的影响。数值模拟结果表明：与无泄漏间隙比较，合适的泄漏间隙能够提升Micro-FPE的做功能力；存在某一个特定的泄漏间隙能使Micro-FPE的做功达到最大值。针对输出功率为100W的Micro-FPE直径3mm的微小燃烧室，在文中的计算条件下，当径向间隙为2µm时，Micro-FPE的指示功高于无泄漏间隙情况；但当径向间隙进一步增加，Micro-FPE燃烧压力升高率减小，做功能力下降；存在临界径向间隙δcrit，大于该临界径向间隙值时Micro-FPE无法着火燃烧及对外做功。