目前发动机排气中的N2O因其强温室效应而受到重点关注，但其复杂的均相与碳异相还原过程而导致其反应动力学机制并未明确。详细理解N2O反应动力学的基本机制是设计N2O高效控制技术策略的基础。为此，基于量子化学理论中的密度泛函理论（DFT）计算，从原子尺度理解碳与N2O之间氧化还原机理的详细反应途径。借助过渡态理论（TST）计算，获得N2O反应的动力学参数，构建了N2O气相分解分解、N2O-碳反应的化学动力学模型，并以实验值验证了模型的可靠性。研究表明，N2O-碳反应体系中，N2O是作为一种作为电子受体的氧化剂，而碳作为电子供体的还原剂。锯齿型与自由边缘碳原子结构活性比扶手椅结构更高，对N2O还原具有明显促进作用。碳烟中芘基的自由边碳位点可准确模拟N2O与碳的反应机理，可用标准的阿仑尼乌斯（Arrhenius）公式表示为k=4.48×103×T2.72×exp(-20100/RT) cm3mol-1s-1。这项研究提供了一个可准确描述N2O热分解、碳烟异相还原N2O的反应体系，可为柴油车尾气中强温室N2O与碳烟协同降解提供新思路。

为提升燃料电池重载商用车经济性，根据整车动力性与经济性指标要求，对整车动力系统进行性能设计，构建燃料电池商用车及关键部件模型，制定了一种基于规则控制的能量管理策略，并通过动态规划结果对该控制策略进行了优化。最后在CHTC_TT与C_WTVC工况下通过AVL-Cruise/Simulink环境下设计的整车构型与能量管理策略进行联合仿真实验。仿真结果表明，与优化之前相比，优化后CHTC_TT工况下平均效率提升3.24%；等效氢耗降低6.7%；C_WTVC工况下平均效率提升3.42%；等效氢耗降低6.7%，并且动力电池SOC变化都稳定在合理范围内。

为配合公司开发汽油机分层稀燃压燃SPCCI技术，提出了一种ECU旁路控制方法。在一台直喷汽油机上，实现了SI/SPCCI两种燃烧模式的快速平稳切换。通过MATLAB/Simulink软件搭建了SI/SPCCI燃烧模式切换的控制模型，利用自动代码生成工具进行C代码编译并把代码下载到ETAS公司的ES910设备中。利用快速原型ES910和原机ECU联合实现了对发动机的控制。台架试验结果显示，制定的SI/SPCCI燃烧模式切换策略合理可行，开发的ECU旁路控制系统可以较好的支持进一步的试验研究。

随着国家双碳战略的提出和绿色甲醇合成技术的成熟，甲醇发动机逐步受到行业重视。本文在一台汽油机改制的甲醇发动机上开展了500小时交变负荷试验。试验过程中，发动机运行280小时，缸内出现早燃，造成发动机停机。拆机检查，发现火花塞烧蚀、活塞穿孔、缸壁划痕等零部件损坏现象。本文对甲醇发动机早燃的机理和故障问题进行研究，制定了发动机改进的对策。通过采用低热值火花塞、增加活塞冷却喷嘴、优化机油成分等措施，同时优化了试验过程方法，顺利通过发动机500小时交变负荷的可靠性考核。

该论文通过射流搅拌反应器研究了常压、化学计量比下氨/聚二甲氧基二甲醚（NH3/PODE2）混合燃料的氧化特性，实验中初始氨气的摩尔分数为10%、25%、50%，温度区间覆盖500-1100K。实验结果表明：氨气的添加对聚二甲氧基二甲醚的消耗影响较小，但主要影响了烃类中间产物的浓度。三种混合物均呈现负温度系数现象，并且随着NH3掺混比的增加而减弱，这是因为NH3对氧气的竞争加强。该论文构建了PODE2/NH3混合物的详细反应动力学模型，包含二者间的耦合反应，并通过反应路径和敏感性分析方法开展了研究。模拟结果表明机理具备良好预测能力，NH3和PODE2之间的耦合作用通过CH3、NH2和NO-NO2反应循环实现。中间产物里包含碳-碳双键的物质浓度明显降低，这是因为CH3自由基主要通过NO2 + CH3 = NO + CH3O反应路径消耗。这一反应同时促进了CH3的氧化和NO-NO2循环，进而大大提高了系统的反应活性。

为了更好的探究不同醇能分数的正丁醇/柴油混合物在重型柴油机应用过程中的可持续性及对环境消耗的影响。作者采用纯柴油(D100)、体积比85%柴油+15%正丁醇(B15)和体积比70%柴油+30%正丁醇燃料(B30)，在一台满足国六b排放标准的重型柴油机上进行试验。结果表明，醇能分数越高，燃油经济性越差。但在中高负荷下，B15表现出和纯柴油相近的燃油经济性。作者从热力学第一定律和第二定律对发动机能量流动进行分析，得出不同醇能分数的混合燃料对发动机效率的影响有一致趋势。添加正丁醇均能提升有效热效率和㶲效率，在各个工况下㶲效率均高于有效热效率，相同工况下最高效率值分别达到43.27%和40.04%。排气㶲损在各项㶲损失中占据主要地位，且随负荷的增加呈现降低趋势在各项㶲损失中，排气㶲损和冷却液㶲损对醇能分数的变化较为敏感。排气㶲损随醇能分数增加而降低，冷却液㶲损呈现相反趋势。对可持续性参数可持续性指数和改进潜力而言，均在14bar负荷下发生突变，可持续性指数骤增，改进潜力降低。而随着醇能分数的增加，该突变点提前。颗粒排放物随醇能分数的增加而显著下降，最高下降65.2%。在低负荷下，正丁醇的添加对NOx排放没有明显影响。在中高负荷下，混合燃料的NOx排放有明显的上升。作者使用环境影响指数和环境成本来描述NOx排放对环境及人类健康的影响。在中高负荷下，正丁醇的添加对环境影响显著增加。在18bar附近负荷，环境成本提高7.1%，达到243.21￥/kWh。

为应对全球环境污染和气候变暖等问题，国际海事组织(IMO)针对于海船排放制定的法规更加严格，对船舶温室气体的排放也做出了明确要求。甲醇燃料由于其高氢碳比、不含硫等特性，可有效降低二氧化碳及有害气体排放水平，受到新燃料研究人员的重点关注。将甲醇直接应用在现有发动机上会出现发动机动力性能变差、异常燃烧现象增加等问题。研究工作基于某船用双燃料发动机，在GT-Power软件中搭建了该发动机的准维仿真模型，并通过实验数据验证了模型的准确性，利用该模型研究低负荷工况下甲醇替代率对发动机性能的影响。然后在GT-Power软件中设置二甲醚数据库，研究二甲醚掺混比对甲醇发动机性能的影响趋势。通过仿真实验，研究喷射策略等相关参数对发动机性能的影响趋势。研究结果表明，在将燃料替换为甲醇燃料后，随着甲醇替代率的提高，发动机的动力性能降低，失火现象更加严重。适当延后喷油时刻，提高喷油温度，降低进气温度，将有助于提高柴油-甲醇发动机和二甲醚-甲醇发动机的热效率和燃烧效率。在保证发动机不发生失火以及动力性能不变的条件下将喷油时刻由-2.0deg推迟到-0.5deg，喷油温度由300K提高到320K，压气机后进气温度由350K降低到340K，可以将柴油-甲醇燃烧模式的甲醇替代率提高到5%；喷油时刻推迟到0.6deg，喷油温度提高到320K，压气机后进气温度降低到340K，可以将二甲醚-甲醇燃烧模式的甲醇替代率提高到25%。

日益严苛的海事排放法规促进了航运业对低碳燃料的研究。氢燃料因其零碳、低热值高等特点受到越来越多的关注。然而关于船用氢发动机的燃烧特性与稳定运行边界尚未得到很好的研究。本研究以船用天然气发动机模型为原型机，在CONVERGE软件中建立了三维CFD仿真模型，并通过实测缸压曲线验证模型的准确性。利用验证后的模型，将天然气替换为纯氢气，研究了点火提前角、当量比等因素对氢发动机爆震现象的影响，并分析了爆震对氢发动机的运行边界的影响。结果表明，纯氢气模式下，点火提前角由-14°CA提前到-22°CA，爆震强度整体呈现先降低后升高的趋势；爆震强度随过量空气系数的增大呈降低趋势，并且爆震指数受过量空气系数影响更大，因此发动机的运行边界可以通过过量空气系数确定。

基于12V280中速柴油机，利用仿真软件建立了柴油机一维仿真模型，并根据试验数据进行了模型标定。在标定的柴油机一维仿真模型的基础上，将柴油机的燃油系统改为氢燃料系统，建立了氢燃料内燃机性能预测模型，并开展了进气道多点喷射和缸内直喷两种喷射方式的仿真分析研究。仿真结果表明：当使用进气道喷射方式时，氢燃料内燃机在额定转速下功率可以达到2830kW。在氢气当量浓度为 0.46 时，有效热效率可达41.07%，氮氧化物(NOx)排放值略高于2g/kW·h。当氢内燃机的压缩比从12.5增加至14.5时，功率增长2.6%，有效热效率从 40.38%增加至 41.40%。当喷射方式改为缸内直喷时,氢燃料内燃机的功率在不同氢气浓度下功率增长值均超过15%，但NOx排放有较大提升。

为了探究喷射压力和燃料温度对于船用氨燃料喷射器喷孔内流动特性的影响规律，利用瞬态雷诺平均纳维斯托克斯 (RANS) 模型对喷孔内氨的流动进行数值研究。研究结果表明，喷射压力为70MPa时，喷孔内氨燃料的的空化已经发展完全，空化形态不会再发生改变，此时空化主要集中在喷孔的上部，并且在出口附近会有所脱落。喷射压力的升高会显著提升喷孔内氨燃料质量流量和流速。喷射压力较高时燃料温度的升高几乎不会改变喷孔内氨燃料的质量流量，但会小幅度的提高喷孔内氨燃料的流速和流量系数，还会使喷孔出口燃料的温降更加明显。并且当考虑热力学效应后，空化区域的温降会降低氨的饱和蒸汽压，使喷孔内部的空化区域在一定程度上缩小。相关研究结果会为氨燃料喷射器的总体设计提供一定的理论依据。