为研究大型氢发动机的燃烧、排放特性，基于一台13L六缸天然气发动机改造而来的单缸氢燃料低压直喷发动机，在低转速与中、高负荷下开展了性能试验研究。首先进行了过量空气系数、点火正时和喷射正时三种控制参数对氢燃料发动机性能以及燃烧特性影响的研究，了解了三种控制参数对于氢燃料低压直喷发动机运行性能的基本调控规律。在此基础上，进行了氢燃料发动机负荷特性的研究，探究了氢燃料发动机在0.28 MPa的最大进气压力下的运行边界，总结了不同性能参数的负荷特性规律。最后，对试验过程中出现的早燃现象及其成因进行了分析和讨论，结果表明，在运行过程中出现的轻微爆震是早燃发生的主要成因。

本文基于三线制恒压法测量氮氧传感器加热铂电极温度，分析了温度测量系统中误差因素，给出了温度标定方法。试验结果显示，温度测量值满足使用要求。

两级增压器具有增压度高、使用范围广的优点，可以作为恢复柴油机高原性能的解决方案。通过热力学分析软件AVL-Boost建立了两级增压中冷柴油机的仿真模型，调整边界条件实现了高原工况的模拟。研究结果表明：随着海拔高度增加，缸内压力降低明显，导致有用功减少，有效热效率最大降幅为2.39%。高原环境对机械损失、传热损失和燃烧不可逆损失的影响均很小，但会造成排气焓流的增加，从而加快了增压器转速，使得高海拔工况的总增压比提升。在保持喷油参数相同的条件下，5000m高原工况的增压进气压力为267kPa，输出功率为155kW，相比平原地区降幅仅为5%，说明两级增压器有助于恢复高原环境下的发动机动力性能。

利用基于重复控制的主动控制器“虚拟曲轴”，通过活塞运动轨迹控制自由活塞发动机中氨的HCCI燃烧过程，并以指示热效率为目标对活塞轨迹进行最优控制。研究表明：不同的活塞轨迹对指示热效率、峰值压力位置、点火延迟、氮氧化物排放等燃烧特性具有显著影响；通过改变活塞轨迹能够提高热效率、减小点火延迟、降低氮氧化物排放；经过优化设计的活塞轨迹可实现相同压缩比下的最优指示热效率。

目前火花点火天然气发动机缸内流动主要以涡流为主。为探索不同缸内流动下燃烧特性，基于CONVERGE数值模拟研究了缸内流动对标定工况下发动机燃烧过程与热效率的影响。结果表明，通过减小活塞喉口直径提高缸内挤流可以加快整个燃烧过程火焰传播以减小排气损失，但传热损失大幅增加导致热效率改善潜力较小。使用直进气道可以将缸内主要流动从涡流转变为滚流，加快燃烧初期火焰传播。然而，燃烧中后期火焰传播被减慢，导致快速燃烧期被大幅延长，热效率改善潜力为负值。直进气道和半球形活塞结合可以进一步加强滚流，使得点火时刻湍动能足够大，从而导致燃烧事件主要处于燃烧膨胀行程前半段，以至于整个燃烧过程火焰传播加快，热效率改善潜力提高。

柴油机是重型商用车的主要动力，在双碳背景下为了满足市场动力需求和严格排放法规的要求，柴油机的强化程度和污染物排放要求越来越高。本文以某高功率密度柴油机钢活塞组件为研究对象，通过试验与仿真相结合的方法研究了活塞环组结构参数对柴油机摩擦和密封特性的影响。并基于柴油机漏气量与环组摩擦损失功进行帕累托多目标优化得多活塞环组结构参数最优解集，分析结果表明：合理的活塞环组结构可以有效减少柴油机漏气量和降低活塞环组摩擦损失功。与原机对比，方案A的环组摩擦损功的降幅最大，达7.13%，减少了0.03kW，漏气量减少了1.80L/min，机油耗减少了0.07g/h；方案B的环组摩擦损失功下降了0.003kW，漏气量下降了2.24L/min，机油耗也下降了0.07g/h；方案C的漏气量降幅最大，达22.89%，降低了2.90L/min，机油耗降幅也最大，达6.67%，降低了 0.10g/h，但摩擦损失功只降低了0.002kW。

针对内燃机燃油湿壁问题，为对撞壁燃油液滴的行为进行主动控制，采用分子动力学（Molecular dynamics，MD）方法研究壁面润湿性及粗糙结构对纳米液滴的静态及动态润湿行为的影响。结果表明：随着固液作用系数的降低，润湿状态会由Wenzel状态转变为Cassie状态，表观接触角增加。与光滑壁面相比，粗糙壁面的微结构对液滴的铺展有抑制作用，使得液滴在具有不同微结构的壁面上的表观接触角均大于其在光滑壁面上的本征接触角。二级凸台结构可明显增强壁面的疏油性。此外，随着固液作用系数的降低，液滴在不同壁面上的接触角滞后均不断减小。与Wenzel状态相比，壁面与处于Cassie状态的液滴间的相互作用减弱，导致接触角滞后减小。

为研究高压共轨燃油系统高压油路内压力波动抑制方法的作用效果，建立了高压共轨燃油系统动态喷射数学模型，并采用不同工况下喷油规律和喷油器入口处压力的实验数据对数学模型进行了校核验证，基于模型分别开展了蓄压腔、T型滤波器和H型滤波器对压力波动抑制效果的仿真分析，并提出了一种新型低压力波动共轨喷油器。研究结果表明，在动态喷射过程中的第一个压力波动周期内，蓄压腔和T型滤波器对压力波动的抑制效果分别为40.8 %和39.3 %，而H型滤波器几乎没有波动抑制作用；在第一个压力波动周期之后，蓄压腔对压力波动不再有抑制作用，而在T型滤波器和H型滤波器的作用下，喷油器入口压力分别在时间为50 ms和25 ms时恢复至轨压水平。提出的新型低压力波动共轨喷油器在第一个压力波动周期内的波动幅值平均减小了71.4 %，之后随着时间的增加压力波动迅速降低，喷油器入口压力在时间为12 ms时恢复至轨压水平。

热障涂层提升缸内温度同时恶化了燃料汽化。而B30燃料由于其本身性质，热障涂层对燃烧的恶化效果可被部分抵消。在提高热效率方面，使用B30燃料发动机的热障涂层在50%和75%工况下表现更好。在75%工况下，D100燃料的发动机的NOx排放量减少了，而使用B30和P30燃料的发动机的NOx排放量增加了。B30燃料发动机的HC排放量在所有工况下均有所降低，而D100燃料发动机的HC排放量则有所提高。在50%和75%工况下，热障涂层对B30和D100燃料发动机CO排放的影响没有显着差异。

为描述和阐释不同形式能量之间的关系，基于声光相似现象提出“相对以太”能量假说。“相对以太”能量假说假想宇宙中充满一种密度非常高的微小理想介质粒子，其运动速度等同于光速，质量和体积小于已知最微小的粒子的质量和体积。为便于研究验证，以理想气体分子模型表征理想介质粒子，以“质能方程”验证为例，介绍了通过LAMMPS软件建立理想气体模型及粒子碰撞模型的方法，以及分析了数据和结果，共验证“光速极限”、“质能方程”和“电磁感应”三个物理规律，以证明相对以太假说的自洽性与合理性。