本文以生物柴油-柴油双燃料发动机为研究对象，目的是找到双燃料发动机在不同工况下的控制参数最佳组合，从而满足排放法规和实现较低的燃油消耗。通过研究不同参数对双燃料发动机性能和排放的影响，并结合卷积神经-门控循环神经网络 (CNN-GRU) 和帕累托最优-多目标蛇优化算法 (Pareto-SO)探讨了推进特性工况下的最优控制参数问题。首次利用CNN-GRU建立双燃料发动机运行参数和性能之间的预测回归模型。首次将Pareto 优化理论与蛇优化算法相结合，所有优化后的工况均可以实现经济性和排放性之间的权衡。试验结果表明，所有推进特性工况氮氧化物（NOx）排放均满足Tier III法规，额定工况下，方案2对应的NOx排放降低了76.51%，油耗比优化前升高了1.58%。因此，合理的参数有利于缓解柴油机性能与排放特性之间的矛盾。

某增压汽油机在整车售后市场发生多起漏气及异响，经拆机检查发现其中一颗排气歧管紧固双头螺柱断裂。通过对断裂螺栓的材料、金相、断口等检测、排气歧管紧固布置方案分析、CAE分析排气歧管热变形等方法，确认了双头螺柱断裂问题是由于排气歧管定位孔设计及双头螺柱结构尺寸无法满足排气歧管高温变形产生的剪切力导致，经过发动机台架优化方案专项验证，解决双头螺柱断裂问题

正时齿轮是船舶柴油机核心传动组件，其健康状态极大地影响柴油机运转的可靠性和高效性。正时齿轮工作时同时受到多分支传动轴、负载输入的外部激励和时变啮合刚度、传递误差所引起的内部激励的影响，具有高度的非线性特点并长期啮合于由轴系振动带来的多变动态加载与微观混合润滑耦合作用的工作状态，进一步影响疲劳寿命，从而影响柴油机的可靠性、动力性、经济性等各项指标。该研究以某型船用20V柴油机正时齿轮为研究对象，首先考虑多分支传动轴系中各类型内外综合激励影响，对正时齿轮系统进行弯扭耦合动力学建模，并结合实机测试数据验证模型准确性。然后在获取动载荷及转速波动的基础上，结合三维线接触混合润滑模型，考虑瞬变工况和界面真实表面粗糙度，提取油膜刚度及摩擦激励，拓展耦合动力学效应影响的正时齿轮三维混合润滑状态分析模型。最后，开展正时齿轮三维动态应力计算以及疲劳寿命预测研究，为柴油机正时齿轮传动系统稳定性和可靠性运转提供理论指导与技术保障。

两级涡轮增压系统的调节对提高发动机高海拔性能较为重要。然而，柴油机的进气量调节需求的影响因素多，且随海拔变化规律不明，只能通过大量试验标定获得，工作量大且难以推广。基于此，本文提出了一种增压系统变海拔调节方法，建立了多因素耦合增压系调节量预测模型，能够根据工况和运行海拔预测增压系统调节量。试验结果表明，针对稳态工况，柴油机实现了4500m海拔运行进气量不变和扭矩值完全恢复，并提高了柴油机高原运行的经济性。对于瞬态工况，能够根据发动机的运行海拔和工况变化调整旁通阀开度，增压压力能迅速稳定至目标值，并且避免了增压压力的大幅波动。

在当前汽车排放法规日趋严苛的形势下，选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction, SCR）技术在柴油机氮氧化物排放控制领域发挥着重要作用。针对低排温工况下紧耦化后处理系统出现尿素结晶的问题，本文开展了柴油机 SCR 系统尿素结晶风险预测的建模研究，旨在建立一种准确描述氨气供给过程和预测结晶风险的数值仿真模型，从而为解决尿素结晶问题提供一种有效的技术手段。首先，将系统内部气相流动、传热、喷射雾化、组分蒸发、喷雾-壁面相互作用、液膜生成以及尿素热分解反应过程纳入考虑范畴，在Starccm+仿真软件平台上建立了SCR 系统氨气供给过程模型；然后，从尿素水溶液雾化、液膜形成、氨转化和尿素热分解副产物生成四个方面进行综合模型验证。结果表明模型可以较好地模拟尿素水溶液雾化、液膜生成、氨转化和尿素热分解反应过程，建模合理，可用于后续结晶风险预测研究。

以车用发动机有机朗肯循环余热回收用的某型涡旋膨胀机为研究对象，由于动涡旋盘齿头入侵进气口严重，造成进气能量损失，影响膨胀机的气动转化效率，通过开设不同形状结构的进气口，探讨不同进气口下齿头的入侵率变化、进气口的进气特性、有效流通面积以及节流效应下的气流脉动分布和涡旋齿变形规律。结果表明：腰形进气口的开启特性明显优于圆形进气口；腰形进气口齿头入侵时间更短、进气口全开放持续角更广，在同一动盘转角下，有效流通面积更大。进气口形状不同造成的涡旋齿变形差异主要体现在涡旋齿前端，腰形进气口下的变形大于圆形进气口，且主要由温度载荷作用造成。腰形进气口的平均质量流量大于圆形进气口；为涡旋膨胀机进气口开设优化设计提供一定的理论依据。

为应对“双碳”战略的挑战和能源环境的威胁，清洁、可再生的甲醇燃料发挥着重要作用。基于数值仿真方法，对柴油引燃高压直喷甲醇扩散燃烧模式进行了研究，分析了发动机燃烧放热过程，研究了引燃喷孔参数、喷油角度和柴油和甲醇喷油正时对发动机燃烧性能的影响。结果表明，柴油引燃直喷甲醇燃烧的放热过程分为引燃油燃烧、甲醇初期预混及引燃油后燃、甲醇扩散燃烧三个阶段。引燃油单向喷射形式能够获得更大的引燃火焰覆盖面积，引燃效果更好，有利于提高燃烧稳定性。过小或过大的引燃油喷油角度都不利于引燃着火，喷油角度为145°时最佳。较小的喷油间隔角下，柴油自燃与甲醇初期预混放热阶段重合，而当间隔角为4 CAD时会产生“火包油”现象，燃烧恶化。本研究可以为重型柴油/甲醇双直喷式发动机的设计优化提供理论依据。

针对煤矿井下矿用防爆柴油机的PM排放污染问题，对防爆柴油机采用了干湿复合的PM捕集技术，根据MT990-2006《矿用防爆柴油机通用技术条件》对防爆柴油机表面温度不超过150℃和排温不超过70℃的要求，通过对干湿捕集原理的分析，结合隔爆技术要求，设计了符合煤矿用防爆柴油机的防爆干湿复合捕集系统，然后按照标准对防爆柴油机及干湿复合捕集系统进行台架试验，研究了干式、湿式、干湿复合捕集系统降低防爆柴油机PM排放的效果及对其性能的影响。试验结果表明：1、采用干式或湿式捕集技术，防爆柴油机PM在全工况下的降幅均在90%以上；2、湿式捕集技术相比于干式捕集技术噪声要小很多；3、采用防爆DPF+水浴式废气处理装置的干湿复合技术，PM降幅最大，安全性更好；4、干湿复合系统的表面温度低于150℃,排温低于70℃，符合MT990-2006的要求，且加装干湿复合系统后的防爆柴油机PM排放明显降低，改善了煤矿井下的作业环境，为该技术在煤矿井下的应用提供了借鉴意义。

通过将EGR阀设置在涡轮进口与EGR进口交叉处，将发动机气缸分组喷油分别进行控制，在柴油机上搭建了集成EGR系统，详细研究了小负荷工况下，EGR率、非对称喷油、节气门开度组合对柴油机性能、排气温度和排放特性的影响规律。试验表明：集成EGR系统可以实现不同转速下EGR率在0~50%之间灵活调节。发动机小负荷工况下，随着EGR率增加，油耗呈先降低后升高的趋势，进气量减小，排气温度升高，NOx排放大幅度减小。随着喷油非对称度增加，油耗不断增加，进气量增加，排气温度升高。非对称称喷油对排气温度的提升能力大于EGR率，EGR率对进气量的影响大于非对称喷油。减小节气门开度，可以进一步提升排气温度，但导致油耗增加。

即将出台的EURO7法规将实施更严格的氮氧化物排放限制，同时进一步降低二氧化碳车队目标值，因此需要对发动机做进一步开发，尤其是重型柴油发动机。为了应对这些雄心勃勃的目标，排气温度管理将发挥关键作用。促进排气后处理系统的快速预热，以及尽量降低发动机裸机排放将是重型柴油发动机开发主要任务的一部分。此外在整车行驶过程中需要保持排气后处理的温度，通常（特别是在低负载条件下）这与降低二氧化碳排放相冲突。 在此背景下，舍弗勒的研究了在重型直列六缸发动机上实现创新的气门升程和正时策略与最先进的发动机架构相比的潜力。 第一步，通过在选定的工况点进行一维充气循环的仿真来优化气门升程和正时，设计和标定基准是未来重型柴油发动机的 EURO7 排放限值。第二步，通过对所选驾驶循环中的气门控制策略进行优化，来预测对燃油经济性和排放性能的影响。随后，该研究展示了这些结果与最先进的发动机设计以及外部EGR、排气凸轮相位调节、电加热催化剂等替代概念的比较。 可变进气门正时和升程的创新概念结合了精确控制的的内部EGR，可以连续控制气缸充气过程。因此可以在低负载工况点提高排气温度，并同时保持低油耗。通过这些补充自由度，发动机裸机排放可以保持在最低值。同时，可以在中高负荷工况（高负荷米勒）以及瞬态工况（每工作循环的EGR率控制和空燃比控制）进一步优化油耗。 总之，iFlexAir连续可变气门系统是满足内燃机即将到来的极具挑战性的排放目标和效率目标的关键技术。此外，进一步增加排气侧气门机构的灵活性（例如通过可切换的iRockAir系统），为（滚动）停缸和压缩释放制动等附加功能铺平了道路。