在瞬态工况下，军车柴油机存在压气机喘振和倒流、增压压力响应滞后、转矩突降、燃油消耗量和有害排放物(NOx、PM)增加等问题。本文从柴油机关键性能参数响应、缸内燃烧过程、缸内微观物理场三个层次分析了柴油机及增压器瞬态性能劣变原因，综述了国内外解决涡轮增压柴油机瞬态特性劣变的几种对策，包括增压器内部非定常流动控制、喷油参数调整、二级可调增压系统、EGR阀控制、先进的控制策略等几个方面。最后，并从柴油机瞬态特性劣变机理、柴油机多系统协同控制和变海拔柴油机瞬态特性优化三个方面提出下一步柴油机瞬态特性研究发展的方向。

为了主动控制预混合气压缩着火相位，提出了柴油燃料射流控制预混合压缩着火(JCCI)模式。在一台改进186FA发动机上进行性能及排放的性能测试。结果表明：柴油射流正时可以有效控制柴油与汽油混合燃料预混合气的着火相位，且鲁棒性较强；JCCI燃烧分为两个阶段，分别为柴油射流压缩自燃阶段和预混合气燃烧阶段；随着预喷射燃油比例的增加，预混合气燃烧速度明显加快，燃烧温度增加，导致NOx排放增加；预喷射正时存在敏感区间，当预喷射正时在敏感区间外时，预喷射正时对燃烧及排放特性影响较小。

采用车载排放测试系统，对工作于上海外高桥港区的港作拖轮进行了实船颗粒物排放试验，分析了港作拖轮颗粒物排放特性，结果表明：在离港、进港及加减速工况时，颗粒物质量(PM)、颗粒物数量(PN)浓度波动剧烈， 出现波峰或波谷；快顶工况下，PM、PN浓度均达到最高值，分别为43.45mg·m-3、7.39×10e6#·cm-3；各工况下，PM2.5占据了港作拖轮颗粒数量排放的主导地位，PM0.1占颗粒总数的47%~61%，PM0.1~2.5占颗粒总数的39%~53%；PM2.5~10占据了颗粒质量排放的主导地位，占颗粒总质量的65%~68%，PM0.1~2.5占颗粒总质量的31%~34%；PM的排放因子为3.42~96.92g·km-1，PM的排放量为2.36~18.0g，PN的排放因子为6.76×10e14~1.64×10e16#·km-1，PN的排放量为1.92×10e14~3.99×10e15#；在慢顶工况下，PM、PN排放因子最高，在快顶工况下，PM、PN排放量最高。

本文对增程式电动客车能量管理策略及相应能量管理策略的排放特性进行了研究。在已知循环工况条件 下，研究了两点式及功率跟随式能量管理策略，并对两种策略下百公里油耗、充电系数及排放特性进行分析比较。 结果表明，功率跟随和两点式能量管理策略都可以降低锂电池组循环充放电以及带来的储能系统消耗，百公里油耗均有降低。在排放方面，后处理系统后NOx排放差别较小，功率跟随式能量管理策略发动机在循环工况下排温较高，对应NOx排放较低。颗粒物数量排放方面，两种策略下后处理系统后排放相近，但粒径小于50nm的颗粒物数量均有一定增加。

对缸内高压直喷式柴油微引燃LNG发动机进行了三维数值模拟，通过切片分析缸内当量比、速度场和温度场变化研究了天然气喷射正时，天然气喷射持续期，喷油正时和柴油与天然气喷孔周向夹角对缸内高压直喷式柴油微引燃LNG发动机喷雾特性和着火特性的影响。结果表明，柴油与天然气喷孔周向夹角和天然气喷射持续期主要影响天然气喷束的动量进而影响喷雾特性和着火特性；喷油正时和喷气正时主要影响喷束喷入气缸时与活塞在时间和空间上的位置关系进而影响喷雾特性和着火特性。

传统内燃机面临着碳排放和污染物排放限制的压力，还面临着其他清洁能源动力的竞争。射流控制压燃 (JCCI, Jet Controlled Compression Ignition)技术能够有效控制预混合压燃发动机的着火正时，实现高热效率和低NOx排放。使用氢气作为JCCI发动机点火室的燃料，能够有效利用清洁能源，并且降低HC和CO排放。在一台改装的JCCI发动机上分别使用CH4和H2作为点火室燃料，通过实验研究了对发动机性能和排放的影响。实验 结果表明点火室燃用H2 的总体效果较好，热效率更高，HC和CO排放大幅降低，EGR对热效率的影响更小。

为进一步提升内燃机鼻梁区过冷沸腾传热效率，向未来发动机设计生产提供可靠支持，根据实体内燃机鼻 梁区内通道尺寸、流动雷诺数等参数设计了强迫对流过冷沸腾模拟实验台，研究了氧化硅纳米流体对强迫对流过冷沸腾传热的影响。结果表明：纳米流体的浓度对强迫对流过冷沸腾传热有着关键性的影响，纳米颗粒的添加提高了湍动能，提升了扰动和液体导热性，合适浓度的纳米流体对传热有强化作用。而纳米颗粒沉积增加了壁面导热热阻，对传热有明显削弱作用。改变壁面疏水性，减少纳米颗粒沉积能有效提升传热效率。

对于二冲程发动机，换气过程对发动机性能产生十分重要的影响，由于对置二冲程柴油机取消了传统的换气系统而采用“气口-气口”式换气结构，气口结构尺寸会直接影响换气过程的优劣，因此，以某对置二冲程柴油机为研究对象，基于一维仿真模型，利用遗传 支持向量机的方法，以油耗为优化目标，进行不同转速工况下进排气口高度组合的自动化寻优。结果表明：基于遗传 支持向量机方法所研究的对置活塞二冲程柴油机在1200r/min下，优化的进排气口高度组合为[0.075,0.105]，所得最小油耗为220.320g/kW·h；对于对置二冲程柴油机，气口高度应随着转速的提高逐渐增大，在高转速下，排气口高度增加趋势更加明显。

缸内传热制约着柴油机高强化发展，如何合理控制柴油机缸内传热是高强化发展下的关键，从传热形式着手，利用柴油机燃烧室部件表面改性控制柴油机缸内辐射传热将是一种最佳方式，微纳米结构表面具有独特的辐射特性，因此将其应用于柴油机燃烧室壁面调控缸内辐射换热将能达到较好效果。为此，本文针对二维微纳米光栅结构表面的热辐射特性，利时域有限差分(FDTD)法，模拟计算从深紫外到近红外(0.3~3μm)波段内的光谱发射率，并通过电磁场的分布分析其作用机理。同时，还研究偏振和角度对结构发射率的影响。结果表明：微表面结构的改变可以有效改变热辐射的光谱辐射特性，故可以根据柴油机缸内辐射传热特点，设计合理的表面结构，进而调控缸内辐射传热。

本文基于MATLAB/SIMULINK平台针对二冲程柴油机柴油机气缸组件及燃烧系统建立了工作过程仿真模型，以6S35低速二冲程柴油机为研究对象进行了三种典型的故障情况模拟，分为正常、轻微、中等、严重四个等级，并着重研究其缸内压力和缸内温度的变化，发现高压油泵磨损时缸内最大爆发压力减小，缸内温度最大值也减小；燃料恶劣时，缸内最大爆发压力减小，缸内温度变化不大；排气凸轮磨损时缸内最大爆发压力增大，缸内温度最大值也增大。通过故障模拟揭示了各故障与热力学参数之间的联系，在实际应用中对柴油机的操作维护具有指导意义，同时为故障诊断提供了故障样本集。