随着我国船舶动力的不断升级换代，对自主可控大功率船舶柴油机技术指标要求越来越高，对轴瓦的性能要求也越来越苛刻。而我国的连杆轴瓦涂层工艺技术仍存在技术难题这一现状，导致国产轴瓦在新一代船舶柴油机研制过程中成为故障高发件。通过监测诊断技术实现船舶柴油机轴瓦异常状态识别及预警是提高轴瓦服役性能的主要途径之一，常见的监测手段如：温度监测、油液监测、振动及声发射监测技术等。但上述监测手段在工程应用时会面临诸如：传感器安装困难、响应速度慢、故障定位识别难度大等问题。近年来，基于曲轴-轴瓦摩擦副间电势特征的柴油机轴瓦状态监测技术，仅依靠曲轴-轴瓦间电势特征即可实现柴油机各档主轴瓦、连杆瓦润滑状态监测，且具有响应速度快、故障识别准确、无需改造柴油机结构的优点，得到学者较多关注。但对于利用电势实现轴瓦监测的关键环节：异常接触状态下，曲轴-轴瓦间电势信号的产生机理及特征形式研究，目前尚未有公开的研究成果，同时，也未有试验结果能直接证明电势特征在轴瓦状态检测领域的优势。 首先，本文针对异常接触下，曲轴-轴瓦间电势信号的产生机理及特征形式不明确问题，构造非接触状态和接触状态下曲轴-轴瓦等效电学模型。得出非接触状态下曲轴-轴瓦间存在油膜，使曲轴与轴瓦见存在可测电势差，且该电势差由曲轴与轴瓦间的温差电效应产生；接触状态下曲轴-轴瓦间表面存在凹凸体接触，使曲轴-轴瓦间的可测电势差消失这一特征规律。 为进一步验证上述接触状态和非接触状态下的曲轴-轴瓦电势特征规律，本文基于轴瓦疲劳试验机平台开展不同接触状态下的轴瓦模拟试验研究。研究结果表明：曲轴轴瓦间处于动压润滑状态时，轴与轴瓦间不存在接触，此时曲轴-轴瓦间存在可测电势；随着转速等外界条件变化，曲轴与轴瓦间润滑失效造成曲轴与轴瓦间存在接触时，曲轴-机体间不存在可测电势。即利用曲轴与轴瓦间的电势特征，可明显区分曲轴与轴瓦的润滑状态，实现曲轴与轴瓦间异常接触状态的识别。 为更直接对比电势监测方法在轴瓦状态检测领域的优势，本文利用轴瓦疲劳试验机开展了曲轴“抱轴”故障模拟试验：通过逐步增加被试轴瓦载荷，使被试轴瓦与曲轴之间的油膜失效。同时在轴瓦疲劳试验机上安装温度传感器，监测被试轴瓦的瓦被温度；安装曲轴电势信号传输装置，采集曲轴-轴瓦间的电势信号，对比两种信号在抱轴故障发生前的表现。试验结果表明：电势特征在抱轴故障发生前表现出明显突降特征，相对于瓦背温度超限报警，响应时间提前约15s。 以上研究结果表明：基于轴瓦电势特征可实现轴瓦异常接触监测，且在抱轴故障发生时，相对于瓦被温度监测响应时间更短，具有更高的实机应用推广价值。

采用米勒循环的柴油机普遍存在低负荷工况下燃烧恶化，尤其是低温环境下柴油机启动过程中发火困难的问题。采用新型启动控制方法，在不改变柴油机机械、电气架构的情况下，能够通过控制柴油机启动过程中首先运行在低于原怠速转速的预定转速下，实现在一定程度上优化扫气压力，部分解决低温环境下柴油机启动困难、冒白烟的现象，提升柴油机启动性能。

气体发动机气门异常磨损问题是制约发动机可靠运行的重要因素，同时也会导致发动机无法满载运行，发动机的排温以及经济性也会受到极大的影响，而大功率气体发动机由于强化程度更高，因此气门异常磨损问题带来的后果更加严重。某20V天然气发动机在用户现场应用时，气门异常磨损现象较为严重，问题亟待解决。本文以气门弹簧设计作为变量，通过对不同气门弹簧的阀系方案建立EXCITE分析模型，对该发动机阀系动力学、气门导管接触、气门阀面接触分别进行了模拟分析，计算结果表明，气门弹簧对气门和座圈的异常磨损有明显的影响。基于此计算结果，对气门弹簧进行了优化设计，优化后方案在现场应用情况良好。

针对压燃式（CI）重型发动机，氨由于其高氢含量和液化体积能量密度，是一种更具成本效益的可再生燃料。然而，研究发现，与传统柴油燃料相比，随着氨能量分数的增加，氨混合燃烧特性表现出不同程度的恶化。因此，本文将研究氨/柴油双燃料燃烧发动机在IMEP 0.45MPa~1.2MPa、过量空气比从1.5到3.5、氨能量分数分别为30%和50%的情况下的空燃比控制方法，并找出这些组合中的多目标优化因素。结果显示，低负荷时掺氨的热效率相较于纯柴油工况下降最明显。在小负荷下，燃烧效率几乎整体低于90%。且此时的NO/NO2排放与中高负荷相当，未燃NH3排放水平也在λ=3.5时达到了接近100 g/kWh。此外，CO排放也高于纯柴油工况下；在中负荷工况下，指示热效率在30%掺氨比工况下达到最高，在此掺氨比工况下提升当量比会使指示热效率略有下降，在大负荷工况下，λ=2附近的较大过量空气系数工况的纯柴油和30%、50%掺氨比工况的指示热效率最高，此时掺氨工况的NO/NO2排放约为纯柴油的二分之一，但未燃氨排放仍在约20~35 g/kWh，当量温室气体排放也约为纯柴油的1.4倍。减小过量空气系数能够降低未燃NH3和总当量温室气体排放，掺氨工况的指示热效率在λ=1.5以上时大于纯柴油工况，但此时对于柴油而言极度缺氧，CO排放量上升10倍。

本研究通过三维数值仿真的方法建立了大尺寸的针栓式液体火箭发动机模型，采用常温下的MMH/NTO液体作为燃料和氧化剂，探究了燃料和氧化剂初始粒径对推力室燃烧性能和流场结构的影响。仿真模型通过VOF方法计算获得了不同位置推进剂的流量、流速以及混合比等初始参数，并将其作为燃料与氧化剂液滴的输入条件，在拉格朗日框架下计算液滴混合、破碎和燃烧的过程。推力室流场计算采用SST k-ω湍流模型、涡耗散燃烧模型以及描述两相液滴运动的离散相模型。研究结果显示，在氧化剂中心式的针栓式喷注器中，当燃烧室内处于富氧条件且混合不均时，过度减小燃料粒径并不能提高发动机的燃烧效率。相反，这可能会恶化推进剂在燃烧室内的混合效果，燃料粒径为60 m 左右时发动机燃烧性能最佳。可以通过调整单位面积上MMH或NTO流量的方式来提高燃烧效率，其中增加单位面积上燃料路流量的方法效果更为显著。

改善柴油机排放水平的有效手段之一是应用米勒循环技术。米勒循环的凸轮轴进气门早关必然会带来缸内的进气量不足。针对这一现象，两级增压系统能够很好地解决这一难题。新鲜空气经过两级增压器的压缩，为柴油机提供更大的增压压力及进气量，以弥补进气门早关带来的进气量不足。 但是，两级增压系统的高温高原和低温的全程适应性略差了一些。本文研究了两级增压系统，在满足高温高原的情况下，低温的运行特性。受增压器特性和废气旁通门的限制，低温适应性受到影响。针对适应性差的问题，提出优化改进措施。使柴油机在满足高排放水平的同时，具有面对高温高原和低温的更好的适应性。

国7排放法规可能进一步加严排放限值，且汽缸A/F不均匀可能纳入OBD强制监测项。通过引入汽缸间A/F不均匀控制，可精确控制单个汽缸的A/F，在现有基础上进一步降低排放。 本研究简述了利用上游氧传感器UEGO信号监测各汽缸间A/F不均匀状态，提案了一种基于UEGO信号的汽缸间A/F控制策略，并采用改进的smith控制减少UEGO信号延迟的影响，并分析了发动机参数（喷油量、不均匀水平、转速、汽缸个体差异）对不均匀参数的影响。

面对愈加严格的排放法规要求，OEM和各大供应商必须通过开发更加绿色、高效燃烧的发动机及其配套后处理技术与设备。特别地，随着国六法规RDE要求的全面实施，结合市场应对国六法规的后处理策略，可以发现暖车后的车辆排放处于极低水平，排放基本都集中在冷起动阶段。换言之，面向下一阶段排气法规（国七/欧七）的发动机后处理开发，重点集中在如何进一步降低冷起动排放。 碳氢捕集器（HC trap, HCT）具有低温吸附HC、高温脱附HC的特性，因此受到排放开发人员和相关学者的青睐。本文主要研究了HCT在整车转毂实验的HC吸附、脱附动态特性，分析了WLTC和CLTC模式中HCT吸附、脱附的多类特征，并据此讨论利用此特征监测HCT性能异常的可行性，最后形成了HCT性能异常诊断的逻辑策略。本研究为HCT捕集器标定开发提供了重要支撑，特别是对于HCT性能诊断策略的多种情形探讨，为排放和OBD诊断开发同行提供了进一步优化的可行方向，有利于推动搭载HCT系统的车型落地量产。

船用柴油机排气管道漏气现象会严重影响发动机效率和安全运行，针对600℃高温高压管道系统箍带式卡箍的密封性能研究现状和进展进行综述，介绍了卡箍的基本结构、密封原理以及密封失效的原因。揭示了卡箍结构、垫片性能和螺栓预紧力等因素对卡箍漏气影响较大，并对卡箍密封优化方案进行了总结。此外，介绍了卡箍密封性能试验装置、测试方法和密封性能评估方法研究现状。为高温高压管路系统卡箍密封性能优化方案设计提供理论支撑，对解决船用柴油机管道漏气问题，提高排气系统可靠性等方面具有重要实际应用价值。

氨氢燃料发动机较低排气温度、高NOX浓度、高含水量以及存在未燃氨等排放特性对于传统SCR催化剂提出了更高的要求。本文探究了船舶氨氢燃料发动机尾气处理中的挑战，并提出使用Cu-SSZ-13铜基分子筛催化剂替代传统的V2O5/TiO2基催化剂。使用流动反应试验系统研究氨氢燃料发动机原排特性对催化剂活性、抗水性、氧化性等综合性能的影响。研究表明，在200℃-400℃温度范围内，Cu-SSZ-13催化剂在高NOX浓度、高含量条件下对NOX的去除效率超过95%，满足IMO Tier III排放标准。实验还发现，水在不同温度下对催化剂的影响不同：低温下抑制催化剂催化效率，高温下则会增强催化效率，这一现象随含水量增加而增强。此外，随着入口气体浓度的增加，催化剂去除NOX的效率受到气体浓度和水的共同作用。这一研究为船舶氨氢燃料发动机的后处理超低排放控制提供了新的解决方案。