良好的雾化过程是实现内燃机高效、低排放的关键环节，而发动机燃油喷射雾化过程特别是喷雾初次雾化过程在很大程度上受到喷孔内部湍流和空穴现象的影响，本文基于耦合大涡模拟的界面追踪法研究了四种典型流态对近喷孔区域射流破碎的影响。为此，通过改变喷嘴的结构产生了四种不同的流态：仅在喷孔入口处有少量空化，空化长度基本达到喷孔的一半，空化延伸到喷孔出口以及线空化。在喷射压力为100MPa背压为0.1MPa的喷射条件下，首次系统的对四种喷嘴内部典型流动以及近场喷雾特性进行了全面研究。结果表明：从孔内的流动特性来说，发生线空化的喷嘴与空化长度近乎为孔长一半的喷嘴在孔内的流动特性较好；从喷嘴喷射雾化角度来说，发生线空化的喷嘴不论喷雾锥角还是射流破碎长度均比发生其他流态的喷嘴效果要好，但从喷雾破碎效果来说，贯穿整个孔的几何诱导空化喷嘴破碎比更高。

为探究戊醇燃料对于发动机的适应性，基于试验数据建立戊醇/正十二烷二元燃料的燃烧模型，探究不同喷射压力下二元燃料的燃烧与排放特性。结果表明随着二元燃料中戊醇比例的增加，IMEP的降低和未燃燃料的增加导致ITE降低，其中200 MPa时的P40D60的ITE达到全工况中最高的45.4%。同时缸内低温区域和低当量比区域增加，NOx和Soot排放均降低。但不完全燃烧增多，因此CO和HC排放增加。此外，提高喷射压力增强了二元燃料的雾化效果，平均缸内温度提高，高温富氧区域增多，NOx排放增加而Soot排放降低。由于不完全燃烧的减少，CO和HC排放降低，但由于300 MPa时易出现撞壁现象导致二者再度升高。综合来看，中低比例的戊醇燃料适合较高的喷射压力，而高比例戊醇燃料适合低喷射压力。

零碳燃料液氨在实际发动机工况下极易发生闪沸，然而目前对液氨闪沸喷雾特性的影响机制还并不明晰，因此基于高速阴影成像法对液氨不同闪沸阶段的高压直喷特性开展了详细研究。结果表明，在完全闪沸阶段，峰值锥角主要受过热度影响，随环境背压以及喷孔直径的增加而降低，而在过渡闪沸阶段，峰值锥角受环境背压影响，随着背压以及喷孔直径的增加而增加。利用结合动力学破碎和热力学破碎的方程进行无量纲分析，发现在完全闪沸阶段峰值锥角与雅各布数和奥内佐格数成正相关，而在过渡闪沸阶段与奥内佐格数成负相关。总体来说选择液氨初始温度下对应的饱和物性参数建立无量纲方程对不同闪沸阶段的峰值锥角具有更好的预测精度。

在满足国六排放的柴油机上，基于发动机台架海拔模拟系统，分别测试了国六基准柴油（G6）、直接和间接煤制油调和油样（D1）以及煤直接液化油（D2）三种油样在0m、1700m和3000m海拔高度下的动力性、燃油经济性和排放性能，结果表明：动力性方面，三种油样随海拔高度的升高外特性扭矩下降，D1和D2相对于G6平均降低0.79%和0.95%，加入氧含量改进剂的D1油样在3000m海拔高度和G6油样动力性持平；燃油经济性方面，0m海拔下，D1油样平均有效燃油消耗率相对G6油样降低1.22%，D2油样和G6油样相当；排放性能方面，油样D1和D2相对于G6油样在0m海拔下的氮氧化物（NOX）排放增加3.42%、4.6%，随着海拔高度的增加，NOx排放有不同程度的增加，对于颗粒物（PM）排放颗粒数（PN）排放则呈相反的趋势，D1和D2油样在碳氢（HC）一氧化碳（CO）排放方面，都要高于基准柴油机G6，不同海拔下三种油样均为出现氨泄漏。

为改善连杆小头润滑及活塞销冲击特性，基于粗糙峰接触理论、平均流量模型及弹流润滑理论，以某高压共轨四缸柴油机为研究对象，运用AVL Power Unit软件搭建混合润滑活塞连杆组多体动力学模型，研究该机型连杆小头轴承参数（轴承半径间隙、轴承型线、轴承粗糙度）对轴承空穴、润滑及冲击特性的影响规律。结果表明：连杆小头轴承半径间隙和轴承粗糙度对润滑和空穴影响显著。轴承半径间隙增加，峰值油膜压力增大，最小油膜厚度减小，空穴区域润滑油填充率减小，加大了活塞销对于连杆小头轴承的纵向（Z向）速度，不利于改善连杆小头轴承润滑与活塞销冲击特性；轴承粗糙度增大，峰值油膜压力降低，最小油膜厚度增加，空穴区域润滑油填充率减小，空穴程度加重。轴承型线为抛物线和双曲线相较锥型线而言，随着径向切削量的增加，平均润滑油填充率呈现的下降趋势及活塞销相对于连杆小头轴承的纵向（Z向）速度上升更为明显，不利于改善空穴效应及活塞销冲击特性。

以某大功率船用两级增压柴油机为研究对象，针对高负荷爆压超限问题，通过一维仿真计算，研究了采用不同废气旁通方式控制爆压时对柴油机性能的影响。通过对比不同废气旁通方式下柴油机在5℃～45℃进气温度范围的性能变化及其对两级增压系统匹配与运行的影响，分析了不同废气旁通方式的环境适应性及其优劣势，给出了适用不同条件的废气旁通优选方案，最终通过对比分析确定了适用于该柴油机的废气旁通方式。

通过对多物理场耦合的三维阴极开放式质子交换膜燃料电池(PEMFC)单电池模型进行仿真计算，分析阴极流道结构设计对电池内部水热及电流传导特性的影响。在干燥条件下对阴极直型流道单电池稳态特性进行分析，发现阴极开放式PEMFC内部的温度、湿度和电流密度分布与阴极流道结构有关，电池内部水热不均匀分布是导致膜内电流密度分布不均匀的主要原因。提出两种阴极流道改形结构，改变了脊下区域形状，计算结果表明不同入口温度时渐扩型和渐缩型流道设计的电池输出性能均有所提升，同时渐扩型流道设计表现出了更均匀的水分布与电流密度分布。

基于某满足国六排放标准的重型天然气发动机排放耐久期间的NOx污染物比排放测量结果，使用统计学方法对测量中因失误或突发因素导致的排放结果的离群值进行检出和剔除。从实验室实际检验情况出发，分析了被测量不确定度来源和影响因素，建立了NOx比排放量数学模型。从检测设备工作原理角度出发，给出了重复性测量、测功机设备、排放分析设备、全流稀释系统、NOx湿度校正系数等方面引入的不确定度的评定过程，最终得到NOx比排放量的扩展不确定度评定结果。在不确定度分量计算过程中涉及的置信因子选取、设备误差类型、数学模型区分、非线性数学模型灵敏系数计算、标准气体引入的不确定度计算等方面给出了详细的分析计算过程，为试验室开展类似的不确定度评定提供了借鉴作用。

研究中面向车辆RDE排放的自适应控制需求，基于仿真与试验数据建立了BP-LSTM (Back-Propagation-Long Short-Term Memory, BP-LSTM)车辆排放监测模型。其中，BP-LSTM排放监测模型包括发动机BP原排模型与LSTM三效催化器工作过程仿真模型。结果表明，所建立的BP-LSTM车辆排放监测模型针对CO、THC以及NOX的发动机原排仿真精度R2均大于0.99。在车辆WLTC(Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Cycle, WLTC)循环测试中，对各污染物排放总量预测的相对误差绝对值均小于2%。在树莓派4B计算平台中进行计算速度测试，BP-LSTM排放监测模型每次调用计算耗时约为0.74 ms，其计算需求可在车载端满足，具备实车应用潜力。

基于等过量空气系数条件下，在一台改装后的甲醇/柴油RCCI实验台架上系统研究不同海拔（0m、1000m、2000m）下最大扭矩转速1800r/min、100%负荷下甲醇替代率和柴油喷油压力以及柴油主喷时刻参数对发动机综合性能的影响。结果表明：1800r/min转速下，在甲醇替代率达到最大时相比纯柴油模式，各海拔下当量有效燃油消耗率降低了5.06%、4.39%、4.56%，有效热效率提高了5.33%、4.59%、4.79%。高海拔下通过提高替代率的方式可促进燃油经济性的提升，甚至优于纯柴油模式的平原水平。1800r/min下随甲醇替代率的升高，各海拔下NOx和碳烟平均降低了16.61%、0.12FSN，THC、CO、未燃甲醇及甲醛平均升高了142.03ppm、388.24ppm、84.48ppm、47.09ppm。基于甲醇替代率及柴油喷射参数的协调控制，研究了不同海拔下发动机实现最大功率输出时燃油经济性以及污染物排放的变化规律，结果表明：综合调整甲醇替代率及柴油喷射参数后，就经济性及动力性而言，双燃料模式在平原地区下，可实现与纯柴油模式相当的动力性并有效改善了燃油经济性。但在高海拔地区，双燃料模式对动力性及经济性的恢复与提升受转速限制；就NOx及PN排放而言，不同海拔下，双燃料模式NOx和PN排放均低于纯柴油模式。