选择性催化还原（SCR）技术是控制柴油机氮氧化物（NO_x）排放的主流技术，尿素水溶液（UWS）作为还原剂前体物在其中扮演关键角色。然而，UWS在低温、变工况下不完全分解导致的固体沉积物问题，严重影响SCR系统效率、可靠性与耐久性。本研究梳理了近年来围绕该问题的研究进展，系统总结了尿素沉积物的复杂组分构成，剖析了以异氰酸为关键中间体、以液膜为“微反应器”的详细反应机理。重点分析了排气温度、喷射参数和结构设计等多因素对沉积物生成的耦合影响规律，并在此基础之上，全面梳理了多层次的协同抑制策略，包括优化喷雾混合与热管理的物理过程调控、添加表面活性剂以改变液滴界面性质的化学改性、发展智能预测控制等。结果表明，沉积物问题的根治需基于精准的机理认知，通过系统层面的协同设计与过程融合，方可实现SCR系统在全工况、全生命周期内高效、稳定、低维护成本的运行。

为了系统研究入口流速参数对中冷器换热性能的影响，通过计算流体力学（CFD）方法，建立了基于代表性单元的两级中冷器整体三维数值模型。研究采用 k-ω SST湍流模型，完成网格无关性验证并与试验数据对比，模型精度满足工程要求。通过分析一级和二级中冷器在不同水侧入口流速下的温度分布、散热量及气侧压降，得出以下结论：一级中冷器进水流量最佳值为10 m³/h，且应大于2.5 m³/h，以防止冷却水汽化；二级中冷器进水流量最佳值为20 m³/h；增大水侧流量可显著改善温度分布均匀性。研究发现气侧入口流速存在明显分布不均现象，建议气侧流速控制在1.75 m/s内，以优化流动均匀性。

在多级压缩等实际应用场景中，离心压气机常面临上游设备引发的非定常脉冲进气，当前针对该情形下压气机动态响应的系统性研究较少。为此，本研究基于自主搭建的非定常进气离心压气机试验平台，设计了可调节频率与振幅的流量进气脉冲发生装置，针对40 000 r/min转速工况，系统开展了脉冲进气条件下压气机气动特性的试验研究，分析了脉冲频率和振幅对压气机瞬态响应及时均性能的影响规律。结果表明：脉冲进气下，压气机瞬态压比流量特性呈现闭合的细长型迟滞环，脉冲频率主要影响迟滞环形状与斜率，脉冲振幅则决定迟滞环尺寸，且非定常度随振幅增大单调升高；时均性能方面，大流量工况下脉冲进气会降低压比，且瞬态非定常度越高，时均性能恶化越明显，而小流量工况下，时均性能则趋近稳态特性。

为满足国六排放标准下中重型柴油机全工况性能提升需求，针对其匹配的离心压气机开展气动性能与结构可靠性协同优化。通过对叶轮平均子午型线与叶片载荷分布进行优化设计，结合NUMECA软件三维流场仿真，获得了压比与效率同步提升的叶轮方案，峰值效率提高约3个百分点。流场分析表明：优化后叶轮内部静压沿流向分布更均匀，叶顶间隙流动改善，流动损失显著降低；同时叶轮出口掺混损失减小，进而扩压器扩散损失降低。在此基础上同步开展叶轮结构可靠性设计，优化后叶轮关键位置应力分别降低27%和67.5%，出口倒角处应力降低10%以上。采用五轴铣削工艺完成样件试制，压气机台架试验验证了优化方案的可行性。发动机台架对比试验表明：搭载优化压气机后，发动机外特性油耗降低0.6~1.9个百分点，最佳油耗点改善1.1个百分点，各项性能指标均满足技术要求。

基于可视化定容燃烧弹试验平台，利用CONVERGE仿真软件搭建计算模型，对预燃室射流引燃甲醇混合气及主燃室燃烧过程进行数值模拟研究，分析了预燃室腔体内无挡流板、平板挡流板和锥形挡流板三种预燃室结构对甲醇燃烧性能的影响。研究结果表明，燃烧室内燃烧过程包括四个阶段：预燃室内火焰传播阶段、射流发展阶段、主燃室燃烧阶段和燃烧末期阶段；预燃室射流是连续过程，包括冷射流、热射流和逆射流三种形态。主燃室当量比为0.5时锥形挡流板预燃室结构对应的燃烧性能最优，相较于无挡流板预燃室结构，平板挡流板和锥形挡流板预燃室结构对应的燃烧持续期分别缩短了3.5%和10.5%；三种预燃室结构下甲醇稀燃极限均为0.4，主燃室当量比为0.4时无挡流板预燃室结构最有利于甲醇燃烧，放热率峰值为3 329 J/ms。

在高强化柴油机提升轨压、缩小孔径的背景下，对3种工况下不同喷孔直径的柴油机燃烧过程进行了试验研究，将燃烧及排放结果进行了对比分析，并通过仿真研究揭示其工作机理。研究表明：单缸机试验过程中，随着孔径从0.30 mm减小到0.25 mm，燃油消耗率和烟度均减小，其中燃油消耗率最多可减小2.5%，烟度可减小63.9%；当孔径从0.25 mm继续减小至0.24 mm，缸内的燃烧过程均有恶化趋势。标定工况的缸内三维仿真表明：孔径对工况的匹配有一定的适用范围，对于超过这一范围的0.24 mm和0.30 mm孔径，燃烧均出现恶化现象，而当孔径为0.25 mm时缸内的油气混合较好、热效率最高，具有最好的燃烧效果。

基于国六远程排放监控平台获取的385辆重型车实际道路运行数据，参照美国研究低负荷测试循环（low load cycle，LLC）的方法，采用短行程窗口法、分峰拟合等技术分析国内重型车实际道路低负荷工况运行特征及NO_x排放特征。研究发现，我国重型车窗口负荷中位数低于20%，瞬态运行工况超过57%的时间负荷低于20%，而该负荷区间排温偏低，后处理系统催化效率下降，NO_x排放明显偏高，同时，窗口负荷呈现集中于0%~40%的“单峰”分布，和美国重型车负荷分布差异显著。因此，提出平均负荷小于等于13%作为中国重型车低负荷工况窗口上限值，为构建适合国内重型车实际道路运行特征的低负荷工况提供参考。此外，NO_x传感器露点保护策略致使14.60%~23.88%高排放时长数据未纳入监管，需引起重视。

冷却废气再循环(简称冷却EGR)技术可以有效提高发动机燃油经济性、抑制爆震，同时显著改善发动机排放。本研究通过数值分析，探究采用冷却EGR技术的高压缩比混合动力发动机的燃油经济性优化机制。分别在基准发动机全负荷工况下和冷却EGR发动机部分负荷工况下对发动机性能、油耗和燃烧策略等进行了优化对比分析，得到了不同工况下的最低油耗点及对应的最优燃烧策略。本研究为混动专用发动机燃油消耗优化提供了理论依据和技术支撑。

下阶段排放法规趋于引入基于冷起动与热稳运行阶段分段考核的PEMS试验方法，深入探究各阶段PN排放的关键影响因素具有重要意义。基于发动机台架模拟PEMS试验的方法，研究了不同碳载量下冷起动与热稳运行两个阶段的PN排放特性。研究结果表明：在冷起动阶段，因初始滤饼层厚度对DPF物理过滤效率的决定性影响，PN排放随碳载量增加呈现先急剧下降后小幅回升的趋势；在热稳运行阶段，受高温下碳烟被动再生引发二次颗粒生成的影响，PN排放随碳载量增加显著提高。基于上述规律，进一步识别出可实现全工况最优PN排放平衡的DPF碳载量窗口。

针对百叶窗翅片换热器性能预测问题，系统对比了多种机器学习模型的预测能力。通过计算流体力学（CFD）数值模拟构建了包含343组数据的数据集，涵盖翅片角度、间距和长度三个关键几何参数，并基于j因子、f因子和jf因子评估换热性能。研究选取了线性模型、树模型、集成模型、神经网络等共13种机器学习方法，采用R²和RMSE作为评估指标。结果表明，集成学习模型，尤其是CatBoost模型，在各项预测任务中均表现最优，测试集R²均高于0.997，RMSE控制最为稳定，展现出卓越的拟合能力与泛化性能。此外，通过SHAP值分析揭示了各几何参数及其耦合作用对性能因子的影响机制，为后续换热器的高效设计提供了参考依据。

爪式氢气循环泵作为质子交换膜燃料电池（PEMFC）的核心组件，其性能直接影响燃料电池的整体效能。为提高爪式氢气循环泵的供氢量和工作效率，对其结构开展了多目标优化设计。首先，基于高斯过程回归（GPR）建立爪式氢气循环泵平均流量与容积效率的预测模型。然后，将该模型与非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)结合，对平均流量与容积效率进行优化。最后，将Pareto前沿解集代入多准则决策（MCDM）分析方法，以寻找最优结构参数组合。结果表明：基于高斯过程回归建立的预测模型的决定系数大于0.95，均方根误差小于0.5，具有良好的预测精度和相关性，实际应用中可以极大地减少仿真与试验次数。使用NSGA-Ⅱ对结构参数优化后的爪式氢气循环泵的平均流量相对增长了12.04%，容积效率相对增长了2.68%。