为了实现在压燃式发动机上的甲醇高替代率和高热效率燃烧，提出了甲醇柴油预混合扩散燃烧模式（Diesel methanol premixed diffusion combustion: DMPDC）。在一台单缸改装后的甲醇柴油双直喷发动机上，进行了不同甲醇预喷射正时和预喷射比例对发动机燃烧和排放性能的影响研究。研究结果表明：DMPDC模式的性能与发动机负荷具有明显的相关性。DMPDC模式在50%负荷条件以下，其指示热效率（Indicated thermal efficiency: ITE）都是低于甲醇柴油扩散燃烧模式（Diesel methanol diffusion combustion: DMDC）；75%负荷时，DMPDC模式可以与DMDC模式的ITE相当；100%负荷时，DMPDC模式相对DMDC模式的ITE提升了5%。DMPDC模式具有最佳的甲醇预喷射正时和预喷射比例，甲醇预喷射正时为-60 ~-50 °CA ATDC，预喷射比例为7.4%~19.7%时，ITE可以达到约55%。在最佳ITE的条件下，相对DMDC模式，DMPDC模式中甲醇的预喷射导致预混合燃烧比例增加，燃烧速率提高，其燃烧持续期明显缩短，热效率提升。而DMPDC模式的NOx排放仅提高了20%~30%，THC排放几乎相当，CO排放增加约50%。因此，DMPDC模式是甲醇柴油双直喷发动机实现高效清洁燃烧更为有效的方案。

高辛烷值的含氧燃料，包括醇类、呋喃类、醚类和酯类燃料，可用作汽油燃料的辛烷值抗爆添加剂。本文系统地评估了这些含氧燃料对汽油燃料的辛烷值响应。设计了含有异辛烷、正庚烷、甲苯、二异丁烯和环戊烷不同典型烃类组分构成辛烷值相同的汽油模型燃料。利用标准CFR发动机测量了含有含氧燃料抗爆剂的汽油模型燃料的研究法辛烷值和马达法辛烷值。结果表明，含氧燃料抗爆剂对汽油模型燃料的辛烷值提升效果并不一样，2-甲基呋喃对模型燃料RON提升效果最大，乙醇对模型燃料MON提升效果最高，而异丙醚和碳酸二甲酯则分别对模型燃料RON和MON提升效果最弱。值得注意的是，含氧燃料添加剂对含有甲苯和二异丁烯成分的汽油型燃料辛烷值的提升效果减弱，表明含氧添加剂和芳香烃和烯烃之间存在拮抗作用。在含氧抗爆添加剂中，乙醇与甲苯组分在RON和MON工况下具有很强的拮抗作用，苯甲醚和二异丁烯在RON工况下与二异丁烯具有很强的拮抗作用，2-甲基呋喃与二异丁烯在MON工况下有很强的拮抗作用。

共轨喷油器的喷油量、持续期及喷油稳定性的性能参数是喷油器的主要考核指标。其中喷油量、持续期可通过性能仿真分析工具进行预测设计，而喷油稳定性大多是通过不断的产品积累进行经验设计。本文通过试验进行了不同针阀升程下的喷油稳定性的变化规律对比，试验表明：最大针阀升程由0.5mm提升至0.7mm时，相同油量下喷油稳定性用标准差表示由1.02mm3提高至2.55mm3。进一步应用仿真手段分析了喷油稳定性的主要影响因素。

对置活塞二冲程柴油机（Opposed-Piston Two-Stroke Engine, OP2S）由于其功率密度高、平衡性好、热效率潜力高等特点，在如今对柴油机高强化、轻量化的需求背景下正在获得越来越多国内外研究机构的重视，尤其使用在辅机、无人机等小型特种装备上。OP2S 取消了发动机气缸盖结构，从而减少了缸内传热损失，发动机可有更高的指示热效率。正是由于此种结构方式，OP2S 喷油器被安装在气缸缸套上，燃油由气缸圆周方向沿径向喷入气缸中心，喷嘴附近燃油较少，油嘴附近空气难以利用，燃烧持续时间长，后燃现象严重。本文设计开发适用于对置活塞发动机的新型燃烧室，将双卷流的设计理念应用到燃烧室结构中，采用两次旋转形成燃烧室廓形。从理论上找出控制燃烧室廓形的最小独立变量，进行参数化设计，为后续燃烧室结构参数对燃烧性能影响研究奠定基础。利用三维仿真软件CONVERGE分别对普通凹坑型燃烧室和双卷流型燃烧室进行计算。计算结果结果表明：采用双卷流燃烧室可以解决喷嘴附近缺油现象，提高空气利用率；双卷流燃烧室改善油气混合均匀度，大幅度缩短燃烧出续期，导致缸内平均温度提高，热效率提升；油束撞击弧脊后可以缩短滞燃期，进而降低预混阶段形成的可燃混合气，同时使缸内最高爆发压力降低。

随着IMO温室气体减排战略的实施，船舶甲烷逃逸近年来备受船舶温室气体减排领域关注。本文对船舶双燃料发动机燃气模式下的排气成分特点及甲烷逃逸浓度范围进行了介绍，对船舶发动机国内、外甲烷逃逸法规和甲烷实时检测方法进行了阐述。目前船舶甲烷排放法规尚未对船舶甲烷逃逸提出实时监测的要求，但甲烷逃逸实时测量为准确测算船舶温室气体排放提供了试验依据。本文针对两种常用的甲烷测量方法，即：氢火焰离子化检测器（HFID）和非分光红外（NDIR）测量方法，分别选取了CAI700 MHFID碳氢分析仪和Horiba VA5011甲烷分析仪作为研究对象，在低速双燃料发动机排气引流试验台开展甲烷浓度测量试验，对两种分析仪的甲烷测试数据进行对比。研究结果表明两种测量方法甲烷测试结果基本一致，为船舶实施甲烷逃逸实时测量提供参考。

以大功率特种柴油发电模块为研究对象，重点开展了稳态性能和瞬态特性仿真研究，基于MATLAB/Simulink进行程序开发和仿真模型搭建，完成了动态过程的仿真计算和控制程序开发，该模型可以模拟计算特种环境条件下柴油机及发电模块的稳态性能，也可以仿真特种柴油发电模块在突加突卸工况时的瞬态调速特性。基于App Designer设计工具进行了界面开发，界面交互性良好，能脱离原开发环境进行程序打包，实现独立运行。开展了相关试验和验证研究，结果表明程序具有较好的仿真精度，可用于柴油发电模块特性分析和性能预测仿真研究。

主轴承磨损作为发动机最主要失效形式，主轴承磨损往往受到多源不确定因素的影响，这也为主轴承磨损预测提出了挑战。首先，建立了主轴承多柔体摩擦动力学模型，并采用平均Reynolds方程和Greenwood-Tripp粗糙接触理论描述了主轴承混合润滑行为。然后，将材料属性、装配间隙、表面形貌参数以及工况参数等不确定因素的样本数据代入主轴承摩擦动力学模型中，以此得到主轴承磨损数据，及其分布特性；最后，基于代理模型建立了多源不确定因素与磨损数据的关系，并以此得到了主轴承的可靠性数据。通过分析发现：(1)多源不确定因素下的主轴承磨损分布满足三参数威布尔分布；(2)在考虑多源不确定性的影响下，当可靠度为50%时，主轴承的寿命约为1.03×104 h。

针对车辆踩油门低速行驶时抖动问题，利用数据采集设备和燃烧分析仪同步采集了车辆振动信号、车辆CAN信号和缸压信号，使用FFT频域分析方法捕捉到车辆抖动时的振动频率特征和振动阶次。在时域上分析出车辆座椅发生抖动时车速、发动机转速、气缸爆发压力和进气歧管压力出现波动。在燃烧分析仪中同步分析气缸爆发压力波动，燃烧分析与振动阶次分析结果相对应，并诊断出发动机排气相位延迟特征。根据同步燃烧分析诊断结论对发动机排气相位进行排查，确定抖动原因为排气凸轮轴存在凸轮相位延迟不良，验证了诊断结论。

以降低增压发动机的由于燃烧所引发的机油消耗导致排放恶化为目的，通过列举解决某次增压发动机机油消耗课题，阐述如何解决机油消耗过大课题，为实现高效清洁燃烧提供参考。某款发动机在耐久可靠性检证试验中突发机油消耗异常，先行结合机油消耗机理对增压器、缸盖总成等进行换装试验，快速锁定异常。锁定异常为缸盖总成后对构成件气门杆、缸盖阀座、气门弹簧及油封等部品规格性能检证确认，检证过程发现气门油封底部及唇部异常周围存较多异物，推断为油封唇部粘附异物导致机油消耗异常。为充分验证推断，设计规律把握试验及结果检证试验。在规律试验中发现油封粘附0.18mm以上异物会使油封开启压力低于规格下限。最终在检证试验中确认油封粘附异物后试验结果与事项品出现相同的异常机油消耗水平，而清洁后的油封试验中机油消耗水平正常。综合可得本次机油为粘附了0.18mm以上异物导致机油消耗过大。此次机油消耗异常解析过程及所得规律，能够为增压发动机的机油消耗的降低及预防提供参考，为发动机的高效清洁的燃烧提供保证。

为全面、直观地评价发动机的性能，通过利用发动机在各种转速下的负荷特性曲线汇出万有特性图进行分析。发动机万有特性是表示发动机在整个工作转速范围内主要的发动机参数的变化关系，是研究汽车动力性和燃油经济性的关键指标。利用万有特性，可以方便地确定发动机的最大功率、最高平均有效压力、最经济的负荷及转速等等数据。本文通过对某款混动2.0L缸内直喷发动机的万有特性进行分析，得出了该发动机进气、喷油、点火等方面的特性，并探索了排气温度与空燃比的关系，以及废气再循环系统对发动机经济性的影响。