随着我国能源结构的调整和节能减排战略的实施，天然气发动机越来越多地应用在内河船舶中。针对2135G型天然气发动机的电子节气门控制系统进行软硬件设计，并进行配机实验。结果表明：采用本套控制系统可实现对天然气发动机电子节气门的精确控制，最大阶跃超调量8.8%，最大稳态波动率1.4%，满足控制要求。

柴油在低温条件下的碰壁燃烧是柴油机冷起动及低速小负荷等工况下的关键过程。本文基于定容燃烧弹系统和自行设计的燃油喷雾碰壁装置，利用高速相机获得了燃烧碰壁射流的燃烧过程图像，研究了不同壁面条件对着火过程的影响规律。发现较小的碰壁高度可以一定程度上加快燃油的雾化和混合过程，缩短着火滞燃期，加速火焰强度的发展速度；壁面角度的增加使得在沿着壁面向下的方向上，火焰快速发展，其长度和高度都明显大于相反方向，并且在混合气前端形成的涡旋处形成最大的火焰高度和亮度；壁面温度越低，着火点更加远离壁面，燃烧程度明显下降，火焰发展越慢。本文的研究成果将为柴油机低温冷起动过程的控制策略提供依据。

针对高压共轨非道路柴油机油底壳振动偏大的问题，采用多体动力学分析方法，结合振动仿真与模态测试手段，以一阶模态最大为目标，二三四阶模态值为约束条件，对油底壳进行形貌优化，构建了考虑燃气力、活塞侧击力和阀系作用力下的整机振动仿真模型，对油底壳优化前后的振动噪声进行了对比分析。结果表明：优化以后，油底壳约束模态前六阶固有频率平均提高32.25%，油底壳表面单个点处的声压级平均降低了10.52dB，而距发动机外表面1m处通过空气传播的声压级平均降低了2.316dB。

缸内滚流运动对于直喷汽油机油气混合及燃烧过程具有重要作用，本文利用数值模拟方法，对采用可变滚流装置的直喷汽油机缸内气流运动进行了研究。研究结果表明：高滚流工况，在进气的早期阶段（90°CA ATDC）就可以形成明显的滚流趋势，而低浪流工况只有到压缩中期（270°CA ATDC）才形成稳定的大尺度滚流。高滚流工况滚流比可以达到同一转角时刻低滚流工况的4-6倍，且滚流比峰值谷值的变化幅度也明显增大。

传统的柴油机设计方法仅仅考虑柴油机的稳态性能，往往对柴油机动态性能关注较少，这种设计方法已经不能满足柴油机设计的要求。为了准确地预测稳态及动态工况下柴油机各性能参数的变化规律，缩短柴油机研发周期，必须建立能同时进行动态和稳态性能仿真的柴油机模型。本文基于曲轴转角，在MATLAB/Simulink平台中建立了某型单缸柴油机的仿真模型，并进行了柴油机在螺旋桨推进特性下的稳态及动态仿真，预测了柴油机输出扭矩、转速及瞬时角加速度等重要参数的变化规律，将仿真结果和实验数据对比，结果显示两者吻合良好，表明了模型的准确性，为柴油机设计和优化分析提供了重要支持。

基于LES及FEM计算了进气系统的气动噪声，结合实验研究其频谱特性。首先采用k-ε模型计算稳态流场，获得的流动阻力与实验结果相吻合，验证了CFD模型的准确性。其次以稳态结果为初始值采用LES模型计算瞬态流场，获得壁面的脉动压力。最后建立了进气系统有限元模型，采用FW-H模型计算了额定流量下的气动噪声，各测点的噪声水平与实验结果趋势一致。额定流量300m3/h时进气口噪声在2000Hz以下与实验值吻合较好，同时在210Hz、420Hz、600Hz频率处存在显著的蜂值。数值模拟方法的准确性，可有效分离实际进气口的气动噪声成分，为工程应用提供指导。

在一台汽油直喷发动机内分别采集了不同部位（节气门、进气歧管、进气歧管翻板、进气门杆、进气阀、进气阀座和活塞顶部等）的沉积物。利用热重分析仪对沉积物样品进行了研究，主要包括恒温氧化和升温氧化试验。结果表明：沉积物主要包含挥发性有机物、高分子组分、固体碳和灰分，其中节气门沉积物中固体碳含量极少。除了进气阀和活塞顶部沉积物，其它沉积物绝大部分为挥发性有机物：进气阀和活塞顶部沉积物灰分含量较高，占沉积物总重量的将近一半。沉积物主要来源于发动机润滑油、燃烧室回流废气和空气中的悬浮颗粒，其中节气门受回流废气的影响较小。

掌握燃气的高压脉冲喷射特性是实现天然气发动机燃烧系统优化设计的前提。本文基于纹影法对单孔喷嘴在多种气源压力和不同喷管结构条件下的高压燃气射流特性进行了研究。天然气发动机高压燃气脉冲喷射会在喷孔出口处形成不充分膨胀射流，射流的进一步膨胀和加速会在喷孔出口附近产生激波，从而对下游燃气的宏观结构及混合特性产生影响。同时，根据激波的结构特征也可以获得对于研究燃气喷射过程喷孔处的压力变化信息。因此，本文基于纹影法对不同气源压力条件下射流诱导激波的特征参数随时间的变化规律进行研究，结果表明，高压脉冲燃气喷射过程存在明显的状态变化，且实际喷射持续期明显大于控制脉宽。同时，通过改变喷管的内径与长度，实验结果表明喷管内径对喷孔处的压力升高速率有明显影响，更小的喷孔内径有助于提高喷孔处的压力建立并降低喷射持续期。增加喷管长度对喷孔处的压力升高速率影响较小，其最直接的影响在于提高了燃气的喷射持续期。

分析了天然气喷射阀的工作原理，提出了一种基于实时电流反馈的闭环控制技术，采用Peak-Ho1d分时控制方式，并设计相关电路。驱动电路工作时，通过连续检测喷射阀电流大小并与预设值进行比较，利用M0SFET的开断，可以自动控制峰值电流与维持电流，产生理想电流波形，实现喷射阀的快开快闭。针对H2200型天然气喷射阀进行驱动测试，结果表明：峰值电流与维持电流可以达到预设值，喷射阀响应速度快，可在1.6ms内开启。

本文主要介绍了自主研发的新软件《GypsLyon Compressor》，从原理、应用的过程和一些设计手段，其中主要介绍基于单直角网格原理下的定义、划分、计算，包括调整、基线结构、阻力系数、叶流夹角等，以及介绍了这些调节方法在使用过程中的表现，并且得出一些较实用的结论。