纳米材料是目前研究的热点，纳米滤材在空气净化与车用内燃机空滤上都有应用。相比传统空滤滤材，纳米纤维空滤滤材在效率、使用寿命方面有着一定的优势。市场上汽车发动机用纳米滤材鱼龙混杂，而在实际使用中无法快速有效鉴别滤材的优劣，这导致优秀的纳米滤材难以快速获得用户的认可。本文从纳米滤材的性能指标进行分析着手，通过对纳米滤材的优劣进行对比，从纳米滤材的加工单位如何进行严谨的评价、滤芯生产单位对原材料及产品的科学分析、及终端用户快速合理鉴别三个方面对汽车发动机用纳米滤材的评判提出了自己的一些见解。 通过对比发现，国内单位的纳米纤维涂覆水平能够超过国外的水平，纳米层的制造水平国内单位与国外基本相当。微观品质对比依然能够反映出国内单位在纳米滤材制作过程中存在一味模仿的现象，由于不清楚汽车行业对其性能的真实需求，导致一些跟随者的纳米滤材刻意消除纤维中的串珠等现象，其结果是其QF值比原有样品要高，但使用性能却出现了一定程度的下降。 不同于纳米滤材原先的空气净化应用领域，在车用空滤领域有着不同的要求，本文通过对纳米滤材的加工过程的分析，并逐一分析各种性能指标的重要性和相关性，进一步的对比分析了国内外纳米滤材的对比情况。并结合车用空滤的特殊场景，提出了所需纳米滤材的最优状态，对纳米滤材的评价方法进行了探讨，提出了切实可行的建议评判纳米纤维滤材质量的方法。评判方式的改进将进一步促进纳米纤维空滤滤材的推广应用，纳米涂覆厂家结合车用空滤这一场景的实际需求情况，有针对性的开发出适应大流量的纳米滤材，从而进一步提升国内空滤行业的整体水平。

随着“碳达峰”与“碳中和”政策的逐步推行，降低温室气体排放，实现低碳化转型已成为各行各业所面临的重大问题。“双碳”政策也给交通部门和内燃机行业带来了新的挑战。汽油机稀薄燃烧技术以能耗低、碳排放低及常规污染物排放少等优势受到了广泛关注，但在实际应用中，稀燃汽油机燃用的混合气偏离理论空燃比，因此传统的TWC不能正常工作。针对稀燃汽油机 NOx 排放控制问题，稀燃 NOx 捕集器因其在常规汽油机排气温度窗口条件下具有较高的 NOx 转化效率，且几乎不存在二次泄露污染，逐渐得到越来越多的关注。 当前，有关LNT工作过程的研究多基于实验或半经验方法。针对这一问题，本文基于第一性原理，建立了LNT催化剂 Pt-M(M=Pt、Pd、Rh)/γ-Al2O3 (100) 微观模型，研究了贵金属催化剂对LNT的NOx吸附和还原过程的影响，探究了CO自抑制效应的微观成因。最后，分析了 LNT 还原主要副产物 N2O的生成机理，探究了贵金属催化剂对N2O生成的影响。 首先对 LNT 吸附过程中贵金属催化剂对 NO 吸附过程的影响进行了研究。结果表明：NO 在贵金属催化位点上的吸附强度受吸附构型和贵金属催化剂的影响。不同NO吸附构型的吸附强度依次为N-end型>Bridge型>O-end型，不同催化剂构型对NO的吸附强度依次为Pt-Rh>Pt-Pt>Pt-Pd。从优化NOx吸附过程的角度而言，N-end 构型和 Pt-Rh 催化剂更优。 随后研究了贵金属催化剂对LNT还原过程的影响。结果表明：CO 的吸附强度受吸附构型和贵金属催化剂的影响。CO 的不同构型吸附强度为C-end 型>Bridge 型>O-end型，不同催化剂对 CO 的吸附强度为 Pt-Pt>Pt-Rh>Pt-Pd。CO 自抑制效应本质是 NO 和 CO 在催化位点上吸附成键过程相似，CO 的吸附占据了催化位点，限制了NO吸附与后续过程。从优化 LNT 还原过程的角度，Pt-Pd 催化剂更优。 最后研究了贵金属催化剂对 LNT 还原产物 N2O生成的影响。结果表明：CO与NO 的竞争吸附会限制 N2O 的生成，同时N2O更大的吸附强度会使N2O 脱附困难。Pt-Pd 催化剂会促进 N2O 的生成与脱附。

Hydrogen possesses several advantageous combustion properties that can be leveraged to enhance the combustion and emissions characteristics of compressed natural gas (CNG)-fueled spark ignition (SI) engines. This present work investigates the effect of hydrogen and Exhaust gas recirculation (EGR) addition on the performance and emissions of a compressed natural gas internal combustion engine under low load and low-speed conditions. The experiment was conducted to analyze the effect of different hydrogen ratios (0-50%), EGR ratios (0-20.6%), Spark timing (4-44 oCA bTDC) with a low load and low speed under stoichiometric conditions. There are several parameters have been investigated as: torque, brake thermal efficiency, NOx, CO2, CO, THC, CH4 to calculate the suitability of laboratory-based CNG SI engine. The peak torque is increased by 1.18% with the count of 20% hydrogen in comparison to CNG fuel with 2oCA advancement in maximum brake torque. The maximum brake thermal efficiency increases by 3.17% to increase 6% exhaust gas recirculation and also 4oCA retard the maximum brake torque. CO2, CO, THC and CH4 emissions are reduced by 1.5%, 5.7%, 6.1% and 5.4% by the addition of 10% hydrogen fraction respectively and NOx is decreased 5.3% by increasing the 2.2% exhaust gas recirculation. The heat release rate is also investigated which is increased by 1.3% by increasing the 10% hydrogen fraction in CNG and 3.2% reduced by increasing the 2.2% EGR and increased by 4.2% by advancing the spark timing from 14o to 20o before the top dead center.

失效载荷谱是预测、评估零件强度和疲劳寿命的必要条件，但由于发动机工作工况多变，气缸盖热边界复杂，传热介质存在热惯性等，导致运行时的气缸盖温度谱预测非常困难。笔者提出一种基于改进直接搜索模拟退火算法(简称DSA算法)优化BP神经网络的气缸盖时域温度谱预测模型，通过改进DSA算法的初始温度确定方法和新点修正方法，增加动态调整的新点产生方式提高算法寻优稳定性和效率，用改进的DSA算法取代标准BP神经网络梯度下降法对神经元之间的连接权值进行求解，以误差为目标函数，搜索最优连接权值，将最优解赋值给BP神经网络并建立DSA-BP神经网络模型，预测气缸盖时域温度谱结果。 1）DSA-BP神经网络具备更精确、稳定计算能力。以发动机转速(r/min)、扭矩(Nm)、进气流量(kg/h)和燃料消耗量(kg/h)为输入参数，理论排气温度(℃) 为输出，进行样本训练，相较于标准BP神经网络，DSA-BP神经网络模型的训练相对误差均在5%以内，误差稳定，结果偏差小。 2）气缸盖温度主要受排气温度、排气流量、水温和水流量等因素影响，具有时滞特性。为了验证DSA-BP预测模型精确度，按热电偶测温法，笔者设计了缸盖底板鼻梁区的温度场试验，参考冷热冲击试验方法，进行变工况下的气缸盖温度测试。在低负荷工况(冷冲击)，气缸盖温度较低(60℃左右)，此时排气温度150℃，排气流量80kg/h，水温15℃，水流量65L/min；高负荷工况(热冲击)，气缸盖温度达到峰值(340℃)，此时，排气温度740℃，排气流量850kg/h，水温100℃，水流量280L/min。气缸盖温度与排气温度、排气流量、水温和水流量等因素存在强相关关系，且相对于发动机工况的变化，排气温度和缸盖温度时域谱的响应存在时滞特性。 3）DSA-BP气缸盖温度预测模型计算精度高，可应用于变工况下的发动机气缸盖温度预测，为评估零件强度、疲劳寿命提供数据基础。考虑热边界传热时变时滞特性，通过气缸盖传热模型推导得到气缸盖温度的数学模型。结合DSA-BP神经网络，应用MATLAB编写程序实现气缸盖温度时域谱的计算，对比测试结果：DSA_BP气缸盖温度预测模型计算的排气温度最高值绝对误差5.1℃，相对误差0.68%，排气温度最低值绝对误差8.4℃，相对误差5.57%；气缸盖最高温度绝对误差8.87℃，相对误差2.62%，最小温度绝对误差0.26℃，相对误差0.42%。 考虑时变时滞特性，推导气缸盖温度数学模型，结合DSA-BP神经网络，提出了一种变工况下的气缸盖温度预测模型，对气缸盖时域温度谱的计算精度高，适应性强，为分析气缸盖时域温度谱提供一种有效方法。

本文考虑热疲劳损伤和振动疲劳损伤，建立了综合损伤的理论模型和计算流程。首先，对排气净化器进行热机耦合分析，危险点CP1的ΔPEEQ值为0.4 %，危险点CP2的ΔPEEQ值为0.56 %。然后，对排气净化器进行振动频响分析，危险点CP1的应力水平为10MPa，危险点CP2的应力水平为12MPa。最后，对净化器危险点进行综合损伤计算，危险点CP1的综合损伤值为1.02，危险点CP2综合累积损伤为1.31，不满耐久要求，并提出结构优化建议。本文研究方法和结果，为评估净化器结构的高温耐久性能，提供了较好的指导和依据。

流道结构是影响质子交换膜燃料电池（PEMFC）性能的主要因素之一，优化流道结构对提高电池性能和使用寿命具有重要意义。为研究流道截面周期性收缩的锯齿形流道的运输特性和性能表现，设计建立了具有锯齿形流道的PEMFC单电池三维模型，在有限元软件COMSOL中进行了电化学反应、质量传递和气体扩散的多物理场耦合，基于计算流体动力学（CFD）方法探究流道截面收缩的尺寸和变化周期对燃料电池性能的影响，进行了五组锯齿形模型和直流道模型的对照仿真实验。结果显示，在高电流密度下，周期性收缩的锯齿形流道的性能与直流道相比有明显提升，最大功率密度提高了6.24%，并且在流道末端的氧气浓度、气体法向流速和冲扫液态水的能力等方面都有所提升。对于锯齿形流道结构，截面收缩的最窄处宽度越小，电池的功率密度和氧气分布的均匀性越高；流道截面变化的周期越长，气体进出口之间的压降和流道收缩处的最大流速越小。结合两个几何参数的影响规律，得到了更优的锯齿形流道尺寸。研究得到的结论对PEMFC流道的结构优化与性能提升有重要参考意义。

为使船用低速双燃料发动机燃油喷射系统结构紧凑、使用寿命提升，创新地提出了一种主-微喷一体化喷油器，并通过分析喷油器的结构特点及工作过程，建立了其AMESim数值仿真模型。喷油器工作时通过改变两个电磁阀的通断电状态，使针阀运动的上限位置能够灵活切换，从而在轨压及喷油控制脉宽不变的条件下改变喷油速率和喷油量，这在仿真模拟的过程中取得了相应的效果，因此从理论层面证明了该喷油器实现主喷和微喷两种喷射功能的可行性。此外，基于该喷油器的仿真模型，研究了其在不同喷射模式及工况下的油量特性及稳定性，并探究了不同针阀最小限位高度下的微喷特性。结果表明，与主喷模式相比，微喷模式下喷油器的喷油量随喷油控制脉宽几乎呈线性变化，且喷油控制脉宽对微喷油量的控制精度更高；微喷模式下喷油器的喷油量相对标准偏差普遍小于相同轨压、喷油控制脉宽时主喷模式下的喷油量相对标准偏差，主喷和微喷模式的喷油量相对标准偏差分别在喷油控制脉宽达到9ms和5ms后降低至5%以内，说明微喷模式下喷油器具有更高的喷射稳定性。随着针阀最小限位高度的增加，喷油控制脉宽对喷油器微喷油量的控制精度逐渐降低；若针阀最小限位高度取值过大，喷油器容易在低轨压、小喷油控制脉宽范围出现较大的喷油量相对标准偏差，从而降低喷射的稳定性。

试验和数值研究了预燃室式燃烧系统预燃室容积和喷油量对重型柴油机大负荷燃烧和排放的影响。参数优化后的研究结果表明：压缩冲程中，预燃室内部的涡流能使预燃室中的燃油卷吸到更多空气，燃烧更加完全，降低了排放；燃烧初期形成的射流火焰与主燃烧油束碰撞，促进了火焰向四周发展，加强了周围流场的扰动作用，提高了指示热效率；燃烧后期预燃室中持续的射流动能将主燃室中贴附在壁面上的燃油剥离至缸内再混合燃烧，提高指示热效率，进一步减少碳烟和CO排放。通过数值模拟与数据量化分析得出重型柴油机大负荷工况下，优化后预燃室容积为3%、喷油量为2%，相较原机得到了较好的优化效果：指示热效率提升6.41%，NOx、碳烟和CO 排放各降低2.8%、44.4%和46.3%。

摘要：为了改善相变材料在储能系统中传热效率偏低的问题，提出一种基于场协同的相变结构优化方法。在非稳态传热速度场与温度梯度场的变化中，以石蜡为测试工质，通过5种不同翅片角度及2种翅片形状对石蜡在储能系统内的传热效率影响进行分析。分析发现在相同时间内，不同翅片角度下石蜡熔化与凝固速率各不相同，以30°为基础其他翅片熔化速率分别提高了4.4%、4.2%、4.1%、1.6%，凝固速率分别提高了67%、65%、38%、1.1%，翅片在45°-60°区间时熔化与凝固速率相对较高。而后通过场协同角对45°-60°区间翅片角度进一步优化，结果表明翅片角度为56°时石蜡熔化及凝固速率最快。在此基础上，通过在弯曲翅片上选择局部协同角的基点的方式确定平均协同角，以全场平均协同角对翅片形状进行优化。结果表明，在设定时间内石蜡在优化后的储能系统内熔化速率提升4.5%，凝固速率提升8%，所提方法的有效性得到了验证。

柴油发动机冷起动后较低的尾气排放温度会导致SCR催化剂的NOx转化率下降，因此冷起动条件下柴油发动机的NOx排放量较高，具有NOx定温吸附与脱附功能的被动氮氧化物吸附（Passive Nitrogen Oxide Adsorption, PNA）材料具备解决柴油发动机冷起动NOx排放问题的潜力。 Pd-SSZ-13是一种NOx吸附性能较好的PNA材料，为了探究Pd-SSZ-13材料的NOx吸脱附性能及机理，对不同Pd负载量和水热老化温度处理的Pd-SSZ-13材料进行了NO-TPD, XRD, SEM和XPS表征，分析了不同制备条件对Pd-SSZ-13材料Pd物种分布和分子筛结构的影响。考虑到柴油发动机常见组分CO和HCs对PNA材料工作过程的影响，分别在理想混合气，CO和C3H6环境中对Pd-SSZ-13的蜂窝状涂覆样品和粉体进行了PNA性能测试和原位红外测试，解释了CO和C3H6影响NOx在Pd-SSZ-13材料表面吸附和脱附过程的机理。0.5 wt.%-4.0 wt.% Pd负载量的Pd-SSZ-13样品表征结果显示，Pd-SSZ-13在NO-TPD测试条件下的脱附峰分布在100 ℃-290 ℃和300 ℃-550 ℃的温度范围内；当Pd负载量在2.0 wt.% 附近时，有利于NO吸附的Pd(Ⅱ)物种含量最高，贵金属Pd利用率最高；Pd负载量大于2.0 wt.%的条件下，过量的Pd物种在煅烧阶段生成PdO2，Pd(Ⅳ)物种的比例增加，Pd利用率降低。经过650 ℃-850 ℃水热老化处理的Pd-SSZ-13样品表征结果显示，650 ℃-750 ℃的水热老化处理会导致Pd物种在Pd-SSZ-13材料表面重新分布，Pd2+离子的比例增加，Pd-SSZ-13的PNA性能得到提升；高于750℃的水热老化处理会破坏Pd-SSZ-13的分子筛结构，分子筛在高温下脱落的硅铝结构会影响Pd-SSZ-13的NO脱附规律导致其无法满足PNA材料的要求。管式炉内Pd-SSZ-13蜂窝状涂敷样品的PNA性能测试表明，在加入氧气和水蒸气的理想进气条件下，Pd-SSZ-13的NO脱附峰的位置改变至80 ℃-150 ℃和150 ℃-300 ℃；根据原位红外测试结果，NO与Pd离子生成的亚硝酰基配合物能够解释80 ℃-150 ℃脱附峰的出现，单齿硝酸盐的分解与位于150 ℃-300 ℃的NO脱附峰有关。在理想混合气的基础上通入CO后，管式炉内Pd-SSZ-13样品的NO吸附量降低，80 ℃-150 ℃的NO脱附峰接近消失；原位红外观测到NO，CO与Pd离子形成了配合物，CO在有限的Pd位点上同NO竞争吸附，导致了Pd-SSZ-13材料的PNA性能下降。在通入C3H6的条件下，Pd-SSZ-13样品在80 ℃-150 ℃的NO脱附峰也出现下降，同时在300 ℃-400 ℃出现了新的NO脱附峰；原位红外测试表明C3H6及其氧化物存在与CO类似的竞争吸附机制，因此减弱了低温脱附峰强度；由C3H6带来的有机官能团形成的有机硝基化合物具有较高的分解温度，导致了Pd-SSZ-13在300 ℃-400 ℃的温度范围内出现了新的NO脱附峰。