基于一台光学发动机进行了氨/柴油双燃料燃烧模式试验研究，深入探讨了不同柴油喷射策略对燃烧过程和火焰发展的影响。研究结果表明：在氨/柴油双燃料发动机中，对于单次喷射模式，适当提前喷油相位有利于促进油气混合，缩短滞燃期并增大缸压峰值。喷油时刻过于提前导致滞燃期增大，放热重心远离上止点，也不利于IMEP提高。单次喷射模式下的火焰主要分布于视窗边缘，两次喷射模式改善了缸内的混合气分布和活性分层使得燃烧火焰从油束末端向燃烧室中间传播，在燃烧室中心区域也存在明显的燃烧火焰。此外，两次喷射模式中预喷时刻提前，扩散燃烧比例下降，缸内峰值和放热率峰值逐渐降低，而燃烧相位整体滞后，同时发光强度逐渐降低。

柴油机后处理系统高度依赖于排气温度，为满足国六排放法规的限制，需要针对DOC，DPF，SCR进行排气热管理。在一台国六柴油机上进行了不同模式下的瞬态试验研究，研究三种喷射策略对后处理性能的影响，该策略分为正常模式（预喷+主喷），加热模式（预喷+主喷+近后喷），再生模式（预喷+主喷+近后喷+远后喷）。研究结果表明：在整个WHTC循环中，相较于正常模式，近后喷的加入使得排气温度提升了7%，近后喷与远后喷同时加入使得排气温度提升了24%，可满足SCR低负荷工况的排气温度要求。在低负荷工况下，加热模式下SCR入口排气温度相较于正常模式提升了48 ℃，再生模式下SCR入口排气温度相较于正常模式提升了299 ℃，SCR的最高转化效率均达到99%；再生模式下远后喷开启主要针对DPF再生，在再生模式下，DPF前端温度可达到612℃。近后喷与远后喷的加入在提升排气温度的同时，也使得油耗有所增加，近后喷与远后喷的同时加入使得整个WHTC测试循环的小时油耗增加了36%。

我国六阶段轻型车排放法规里新增了汽油车燃油蒸发控制系统(Evaporative Emission System ，EVAP)泄露车载诊断(On-Board-Diagnostics,OBD)要求，针对这一要求国内制造商分别选择借鉴了多种OBD系统和诊断策略，在蒸发系统内部真空基础上根据不同的检测原理进行泄露检测，但蒸发管路内或多或少存在液态燃油，本文针对这一情况以PHEV车型搭载油箱泄漏诊断模块（Diagnostic Module Tank Leakage，DMTL）系统为例进行测试分析，对于燃油蒸发系统设计上提供一定参考意义。

针对某型号船用柴油机的敲缸故障，提出一种基于振动和缸压信号的联合分析诊断方法。首先结合上止点传感器的脉冲信号，将振动和缸压时域信号根据柴油机曲轴转角位置转换为曲轴转角域信号。根据敲缸特征在曲轴转角域信号出现的位置对应的振动冲击判断柴油机敲缸激励源频率范围，通过带通滤波降噪提高敲缸特征信号的信噪比。最后基于四冲程柴油机工作周期与曲轴转角的关系对振动和缸压曲轴转角域信号提取故障特征，经过某型号柴油机多工况运行试验验证了本方法对识别柴油机敲缸故障的有效性。

选择性催化还原（SCR，Selective Catalytic Reduction）系统是柴油机脱除尾气NOx的核心，喷嘴雾化性能直接影响NOx转化率以及尿素结晶，压力旋流喷嘴比直流喷嘴更具性能优势。以新设计的一款压力旋流喷嘴为对象，结合试验数据，基于流体体积函数法，耦合喷嘴内旋流与喷嘴外近场喷雾开展三维数值模拟。精准获取旋流液膜厚度、液膜锥角。基于喷孔内部流场与喷雾液滴粒径SMD的数学关系模型，实现喷嘴结构对喷雾雾化性能的直接耦合研究。进而分析获得了旋流室长度、旋流室直径、出口段长度、出口段孔径等旋流喷嘴关键结构参数对喷雾性能的影响特性，得出：喷嘴几何参数调整需由气核生长情况判断；当气核发展充分时，减小旋流室长径比、出口段长径比，均可有效降低喷雾粒径，增强雾化效果。该新设计的旋流喷嘴具备喷雾粒径SMD值小于30μm的潜力。

氨作为一种氢载体，具有易于存储、体积能量密度高、可再生制备等优点，作为燃料燃烧不产生碳排放，有望成为实现船舶动力零碳排放的最佳解决方案。然而，氨也存在着点火能量高、火焰传播速度慢、NOx排放增加等问题。本文通过数值模拟方法研究了氨与活性燃料氢气掺混在预燃室式发动机中的燃烧与排放表现。研究结果表明：氢气掺混和当量比提高改善了氨气在稀薄条件下的燃烧特性，提高火焰传播速度发动机动力性。然而，较高的掺氢比和当量比会增加缸内燃烧温度，导致了NOx排放恶化。在当量比为0.5时，燃料机理主导了NO的生成。而随着当量比增加至0.7，燃烧温度显著提高，热力型NO的生成将超过燃料型NO。通过优化预燃室点火时刻，可以降低发动机NOx的排放。

化石燃料的燃烧造成的环境问题日益严重，船舶作为航运业的重要交通工具，每年向大气中排放了大量的CO2气体，CaO因其相对较低的成本、可用性和高适应性等优点而被广泛用于捕获CO2的应用中。借助Materials Studio软件的Castep模块，对CaO吸附CO2的作用机理开展密度泛函理论研究。论文主要研究了CO2在CaO（110）晶面不同位置的吸附性能，并基于吸附模型的几何尺寸、原子电荷进一步分析CaO吸附剂对CO2的吸附规律。研究结果表明：CaO（110）表面O Top位是吸附CO2的最佳位置，吸附能为-2.900 eV。通过模型原子电荷分析可知CaO（110）表面O Top位吸附CO2时原子间相互作用强，电子转移数目多且易形成新的共价键，这更有利于捕集船舶发动机废气中的CO2。

高压天然气自热重整(ATR)技术被认为是未来主要的零碳制氢技术之一，在ATR燃烧区形成的碳烟可能会沉积在下游的催化剂表面，致使催化剂失活，降低制氢效率与制氢经济性。基于课题组之前的研究工作，梳理了关键燃烧参数调控对ATR燃烧区碳烟生成的影响机制。具体而言，利用激光诱导白炽灯、激光诱导荧光、OH自发光和数值模拟技术，研究了燃烧压力和重整原料（CO2/CH4）对碳烟、碳烟前驱体多环芳烃、OH *分布和火焰结构的物理化学作用机制，并提出了一个能准确预测自热重整燃烧模式下的化学键成核模型。实验结果表明，碳烟体积分数随燃烧压力呈线性相关性，这可以用多环芳烃摩尔浓度随压力线性增加来解释。另一方面，提高原料中的CO2/CH4摩尔比可以抑制碳烟的形成，但效果随燃烧压力的增加而逐渐减弱。模拟分析表明，CO2的化学效应主要是通过CO2 + H→CO + OH反应实现，其对碳烟的抑制效果是热效应的2倍。研究结果有助于进一步优化ATR过程。

研究了以Fe和Mo共掺杂BiVO4为敏感电极和Ag为参比电极的基于氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）固体电解质的混合电位型氨（NH3）传感器。采用溶液燃烧法合成了掺杂Fe和Mo的BiVO4敏感材料，并用XRD、SEM、EDS和XPS对其进行了表征。结果表明，Fe掺杂能显著提高响应速率，Mo掺杂能提高响应电势和灵敏度。基于Fe和Mo各自的最佳掺杂比，研究了Fe和Mo共掺杂对性能的协同提升作用。Fe0.2Mo0.05-BiVO4敏感电极的传感器在525 ℃下对低浓度的10-50 ppm NH3具有显著的敏感性能，灵敏度为-148.988 mV/decade。Fe和Mo掺杂还提高了传感器对NH3的选择性，其他典型气体的干扰在 ± 8 %以内，包括NO、NO2、CO、CO2和CH4。此外，该传感器表现出对氧浓度波动的良好抵抗力和对水蒸气浓度变化的良好稳定性，以及良好的长期稳定性。最后，对混合电位传感机制进行了进一步的分析和讨论。

为探究庚酸甲酯的燃烧和排放特性，以柴油为基础油，分别掺混10%和20%的庚酸甲酯，记为MH10B，MH20B。在一台电控高压共轨柴油机上，主喷时刻为10°CA BTDC，主预喷间隔角为8°CA，转速固定为1600r/min的条件下对不同缸内平均有效压力和废气再循环率(EGR)下的燃烧排放性能进行研究。研究结果表明：中高负荷下缸内压力呈现MH20B＞MH10B＞D100，负荷增大MH10B和MH20B放热率预混峰值迅速增大，扩散峰值增长幅度较小与柴油相差不大。EGR率由0提高至12%时MH10B，MH20B，D100的缸压峰值分别降低了0.27MPa，0.33MPa，0.25MPa,瞬时放热率峰值分别降低了6.52%，6.17%，4.46%。各负荷下MH10B和MH20B的缸内温度都远高于D100。低中高三种负荷下峰值温度分别提高了139K，187K和199K。缸温随EGR率提高而降低，EGR率12%时缸温峰值分别降低了74K，78K，94K。添加庚酸甲酯后燃烧性能和NOx排放无显著恶化，NOx排放随负荷增大而增大，EGR率提升其排放明显降低。庚酸甲酯的添加有效抑制了颗粒物排放，改善了PM和NOx的trade-off关系。随着掺混浓度增大排放进一步降低。EGR率增大颗粒物生产迅速增加，EGR率为12%时的浓度分别增加了276.8%，266.6%，384.5%。