本文通过对某6缸天然气发动机进行500小时耐久性试验，针对可靠性试验中出现的气缸盖火力面裂纹等问题及天然气发动机热负荷偏大的现象，采用ABAQUS软件对天然气发动机的气缸盖进行了机械-热耦合强度分析。求得缸盖的温度场、热机耦合应力场等，计算的缸盖最大应力值产生位置与试验中缸盖裂纹所在区域相一致。 通过对气缸盖施加不同换热系数和环境温度对其温度场和应力场进行了详细的模拟，提出了可以通过优化进排气道以及燃烧室结构，改进气流等相关参数，来降低缸盖热负荷，为气缸盖冷却结构的优化改造提供了参考。

本文采取试验的方法对高温凝结核颗粒计数器常温下的计数效率进行了研究，主要研究了饱和段温度、冷凝段温度对高温凝结核颗粒计数器计数效率的影响规律。试验表明这些因素对高温凝结核颗粒计数器的计数效率均有不同程度的影响。随着饱和段温度增大，计数效率上升，在饱和段温度达到一定值后出现自发成核现象，严重影响计数的准确性。随着冷凝段温度的下降，计数效率有一定的提升，但是提升幅度并不很明显。数值模拟结果与实验结果有一定偏差，需要进一步探究。

通过离心式压气机特性图谱分析，建立了压气机通流特性模型来表征节流线。基于压气机通流特性模型，针对车用柴油机典型工况建立了性能指标函数，从而指导增压系统匹配方案的确定。针对典型双涡轮增压系统，明确了增压系统匹配流程，建立基于压气机通流特性的匹配方法。针对某型6缸增压柴油机不同工况的性能参数指标，进行了相继增压系统和可调两级增压系统匹配计算，分别进行了大小增压器和高低压级增压器选型。通过搭建柴油机相继和可调两级增压系统试验台架，试验验证了双涡轮增压系统匹配方案，试验结果表明所匹配的相继和可调两级增压系统能够满足不同典型工况的压比和流量要求，进而实现柴油机不同工况的性能指标，保证了柴油机全工况范围的正常运行。同时根据柴油机试验结果，以燃油经济性最优为目标，确定了相继和可调两级增压系统全工况控制策略。

为充分利用柴油机活塞顶余隙容积，扩大燃油在燃烧室内的分布范围，提高混合气质量，设计了双层分流燃烧室。应用FIRE软件对柴油机工作过程进行三维模拟分析，模拟结果显示双层分流燃烧室能够扩大燃油分布空间，充分利用余隙容积，加快混合气形成，改善燃烧过程，降低燃油消耗率。在135单缸柴油机上试验证明，该型燃烧室的有效燃油消耗率最髙下降7% 。

针对单片高速ADC芯片实现高频模拟信号数字化，不但转换精度受限，而且速度受限的问题，提出了频率相同而相位不同的一组时钟同时驱动多片速率相同或者不同的ADC模块同时工作实现高速ADC数据采集系统的原理。设计了基于AD9520的时钟模块和AD9480的ADC模块及数据处理模块。研究结果表明：利用n路QMHz相位相错2π/n的时钟同时驱动n路AD9480可以实现nQMSPS的采样频率，为单片AD9480采样频率n倍，即为各ADC采样频率之和。

为了降低某发动机的声压级水平，本文采用声源定位相机对该发动机进行声源定位测试，找到其排气系统上噪声较大、最易优化的部件。通过优化排气歧管隔热罩设计，使某发动机的声压级水平降低，并最大限度的节约了改造成本，达到降噪目标。

以往的柴油机瞬态性能研究集中于瞬态性能的计算模型以及性能改进的措施，但没有提出一个统一的瞬态性能评价方法，难以对发动机的设计提供依据和指导。本文通过分析发动机典型瞬态过程中的各个参数变化及能量传递关系，提出了一个通用的评价涡轮增压柴油机瞬态响应性能的方法，建立了发动机的关键结构参数、涡轮增压器尺寸、初始运行工况参数与瞬态响应性能指标的显式关系。最后，采用一维计算模型对提出的评价指标在不同机型上进行了计算验证。本文提出的涡轮增压柴油机瞬态性能评价方法适用性强，且在整机设计的初始阶段就能够定量研究瞬态性能并判别设计方案的可行性。

近年来，越来越严格的排放法规对柴油机的燃油经济性、运行可靠性和操作灵活性提出了更严格的要求。本文在燃油系统的理论原理基础之上搭建一个燃油共轨系统数学模型，其中主要包括计算高压油泵的泵油量、燃油轨压力、喷油嘴的循环喷油量和喷油压力的模块。并运用Matlab/Simulink软件搭建一个燃油共轨喷射系统仿真模型。通过对模型进行仿真获得典型工况下的燃油轨压力曲线、单缸循环喷油量曲线和喷嘴压力曲线。经仿真分析，得到比较准确的燃油共轨喷射系统模型，这对发动机燃油系统的设计具有一定的指导作用。

构建包含双气道的高压共轨柴油机的一维仿真模型，计算得到进气歧管及缸内的压力、温度变化曲线，以此为初始及边界条件，通过CFD计算得到气道-缸内气体场分布、流线分布的对应关系。计算结果表明：进气门开至50%时刻，由双气道进入缸内的气体尚未交叉，当进气门全开，螺旋气道进入缸内的部分气体会迅速侵入切向气道一侧空间，出现气道间气流干涉现象；将双气道进气截面独立分区，可避免流线交错、堆叠，实现对气道内不同区域的进气流动，与气体在缸内流入位置、分布范围对应关系的单独研究；从进气道不同进气截面进入气缸的气流，其在缸内的流动方向、分布范围各不相同。

本文对低速二冲程小缸径柴油机机体组件进行了有限元计算，分析不同结构的机体在工作时的应力分布情况，最后通过对比来分析两种结构的优缺点。首先对单缸机柴油机机体组件进行了结构优化，并在装配状态和最大爆压状态下进行了有限元求解计算。计算结果显示所有机体组件具有良好的强度和刚度，机体组件在工作过程中不会出现大变形或者断裂现象。从各组件的应力和位移云图清楚地看出，危险地带主要集中在螺栓孔周围，通过改进螺母结构，增加接触面积来减少应力集中，对柴油机机体组件的设计和结构优化提供了准确的方向。