为实现超高压力喷射和可调喷油速率喷射，在介绍超高压共轨系统工作原理的基础上，基于AMEsim 软件建立了系统的仿真模型，利用模型研究了系统的压力特性和喷油控制特性，同时分析了电控增压器的关键结构参数对系统性能的影响规律。结果表明：超高压共轨系统可以将燃油压力放大至超高压状态，并且通过控制电控增压器电磁阀和喷油器电磁阀的开启时间，能够获得灵活可控的喷油规律。相比于控制室容积和阀芯质量，出油孔直径对超高压共轨系统增压压力和燃油泄漏率的影响较大，随着出油孔直径的增加，增压压力增大，燃油泄漏率先上升后下降。

在现代柴油机上，喷雾质量对改善和提高发动机的燃烧效率、排放性能有着决定性的影响，而喷嘴内部流动这一伴随着空化现象发生的复杂流动过程很大程度上决定了喷雾的发展过程。本文基于空化模型，通过对柴油工质的模型验证，从喷孔孔径变化、喷孔进口圆角等角度进行数值计算和分析研究，指导掺混燃料在发动机上的优化应用。研究得出：随着喷嘴孔径增大，质量流量相应增大，气相柴油体积分数增大；随着圆角半径增大，质量流量增大，流量系数增加，喷嘴出口平均流速减小，气相柴油体积分数先增大后减小，液相柴油体积分数增大。

稀薄燃烧(稀燃)、废气再循环(EGR)都具有较大的节油潜力，但高压缩比条件下对它们节油特性的差异鲜有研究。本文基于一台1.0L涡轮增压发动机，在不同的空燃比下采用稀燃技术，及在低压EGR的不同EGR率下，使燃油消耗率达到最优。通过更换活塞分别实现9.6及12的压缩比，以此为基础在原机、稀燃及EGR条件下分别研究了小、中、大三个负荷的燃烧及油耗特性。结果表明：小、中负荷在两种压缩比下稀燃节油效果均优于EGR。12压缩比下稀燃相比于9.6压缩比的原机工况，小、中负荷下燃油消耗率分别降低了7.5%和10.4%。大负荷低压缩比下稀燃节油效果更好，而高压缩比下EGR的节油效果则优于稀燃，其燃油消耗率相比压缩比9.6的原机工况最多降低了5.5%。结合一维仿真，分析并对比了不同压缩比最低油耗稀释率下稀燃与低压EGR的节油原因及其差异。

本文针对电动复合增压系统模式切换过程提出电动压气机的转速控制策略，使电机响应迅速，实现电动压 气机的切入切出功能，同时配合电动压气机旁通阀开闭，使切换过程平稳，不发生喘振、倒流等现象。以切出过程为例，经过校核的某6V增压中冷柴油机作为研究对象，建立复合增压柴油机模型、驱动电机模型及控制模型，耦合得到能够反映电机响应特性的电动复合增压柴油机联合仿真模型。在发动机恒扭矩加速工况下，基于电动压气机动态切出过程对复合增压系统性能的影响，并通过模型对控制策略进行验证。

引燃柴油的喷油参数在柴油/天然气双燃料发动机的燃烧过程中起着至关重要的作用。为了明确中低负荷下，柴油单次及二次喷射对燃烧过程的影响，在一台６缸涡轮增压中冷柴油/天然气双燃料发动机上针对柴油的喷油参数进行了研究，其中主要研究的参数有单次喷油时刻，二次喷油时刻以及二次喷油的质量比。为确定合理的二次喷油的时刻及质量比，试验过程中对多组二次喷油时刻的组合和质量比进行了研究。试验结果表明，喷油参数对柴油和天然气的燃烧放热过程和排放物有着很大的影响。首次，由于压力升高率的限制，单次喷射时刻无法提前太多，只能到15°CA BTDC，此时的热效率最高；其次，在柴油二次喷射的条件下，包括缸压、缸内温度、放热率、燃烧始点、CA50、NOx 排放和THC排放在内的燃烧和排放参数的变化趋势与单次喷射下的完全不同；最后， 在对二次喷油质量比的研究中可以看出，在缸压峰值不过高的条件下，第一次喷油质量比越高，热效率越高。总之，引燃柴油两次喷射能够在提高单次喷射有效热效率的基础上进一步降低压力升高率。

本文针对一款采用二级可调增压系统的柴油机开展了增压压力闭环控制算法研究。二级可调增压系统的增压压力受发动机转速、循环喷油量以及涡轮旁通阀开度等多参数影响，增压压力控制是一个多输入单输出的控制问题，同时输入、输出呈现较强的非线性特征。为解决这一多输入单输出、非线性控制问题，本文设计了基于神经网络的模型预测控制器。为了简化控制器设计，本文设计了带输入延迟和输出延迟的外部回归神经网络预测模型，减少了输入的数量且保证了良好的模型精度。采用牛顿-拉夫森迭代法推导了神经网络模型预测控制优化函数的求解算法，并在联合仿真平台上验证了算法的有效性，与变增益PID控制相比，较好地解决了动态工况的增压压力控制问题，避免了大量的参数标定。

以某型非道路四气门高压共轨柴油机为研究对象，建立了整机装配耦合模型，在进行缸盖与缸套温度测试的基础上，基于流固耦合分别研究了柴油机薄壁干式缸套在机械载荷、温度载荷作用下的缸套变形规律。研究表明：缸套在预紧力作用下变形较大的区域分别为第一缸的270°方向和第四缸的90°方向，最大变形量为10.14μm， 出现在第四缸90°方向；缸套的温度出现明显的两端高中间低三段式分布，缸套在温度载荷作用下变形量急剧增大到304μm，最大变形量出现在第四缸缸套的90°方向顶端；从各缸的径向变形来看，每个缸套都呈现出“心”形结构， 从轴向热变形来看，各缸出现两端窄中间凸的“酒桶”状变形。

内冷油腔振荡传热作为一种非常高效的强化传热方式，可以有效应对内燃机活塞日益严重的热负荷问题， 但现有内冷油腔试验方法还不能完全成熟。为此，采用相似理论，建立内冷油腔振荡传热的相似模型，研发了内冷油腔振荡传热模型试验装备，提出一种反向传热试验思路，分别研究了发动机转速、机油压力与机油温度对振荡传热性能的影响。研究结果表明，越靠近油腔入口的油腔壁面的温升速率越大，越靠近油腔出口的油腔壁面的温升速率越小。在转速、机油温度与喷射压力中，对内冷油腔的传热性能影响最大的是机油温度，影响程度为65.3%。 此外，还验证内冷油腔振荡传热的计算流体力学仿真模型。为降低活塞热负荷、满足未来更高强化柴油机活塞内冷油腔的振荡传热性能需求提供参考。

为探究航空煤油在压燃发动机上运用的可行性，本文采用航空煤油和柴油两种燃料，利用现有的喷雾燃烧 可视化试验平台，在不同的喷射条件和环境条件下进行了喷雾实验。结果表明：非蒸发态时，燃油喷射压力提高， 喷雾贯穿距增大；背景压力提高，喷雾形态会变得粗短，但是气体量的增加促进了油气混合；喷油器孔径增大，喷雾贯穿距增大但喷雾锥角减小，对雾化不利；在相同条件下两种燃油的变化趋势差别不大，两者理化特性的差异并没有体现出来。

为了研究发动机机体缸盖的温度场，以某型号的柴油机为例，由一维热力学仿真计算结果和冷却系统的流 动特性计算结果提供热边界条件，采用有限元分析方法，对缸盖机体一体化模型进行热负荷和冷却流场流动与传热的耦合计算。计算结果显示：缸盖最高温度为393.4℃，出现在排气道薄壁处；缸套的最高温度为341℃，出现在缸套内壁面上部区域；机体的最高温度为210℃，高温区域出现在机体上部和缸套的接触处。