将热弹流理论与活塞连杆组柔性多体动力学分析结合，利用AVL EXCITE软件建立连杆小头轴承润滑模型，研究了考虑空穴效应下连杆小头轴承润滑特性及动力学特性。首先建立活塞连杆组有限元模型，并对其进行自由度缩减，然后建立连杆小头轴承柔性多体动力学模型，计算了连杆小头轴承的油膜压力、最小油膜厚度和活塞销速度等参数，以油膜压力、轴心轨迹及润滑油填充率确定连杆小头轴承空穴位置，研究了考虑空穴效应对计算结果产生的影响。结果表明，在发动机整个循环工况中最小润滑油填充率均低于0.12，空穴现象一直存在，且空穴区域的位置并不固定，而是随着工况的变化发生迁移。考虑空穴后由于气泡的存在最大峰值油膜压力增加了14.3MPa，平均峰值油膜压力降低了6.5MPa，最小油膜厚度增加了0.03μm，平均油膜厚度降低了1.35μm，说明润滑油膜形成不充分，连杆小头轴承润滑性能减弱。考虑空穴后，活塞销相对连杆小头轴承的速度及加速度分别增大了1.57μm/s和0.25μm/s2，连杆小头轴承冲击特性变大。

乙醇等含氧燃料的添加具有降低汽油缸内直喷（GDI）发动机颗粒物排放的潜力,混合燃料的物理或化学性质主导缸内燃烧过程中的碳烟形成。将体积分数为40%的无水乙醇混入92#汽油配制了乙醇汽油混合燃料E40，基于定容弹燃烧平台，采用纹影法和折射率匹配（RIM）方法，开展了对于汽油和中比例乙醇汽油混合燃料E40的喷雾特性和油膜特性的研究。结果表明：在0.1-25工况，汽油的喷雾宏观特性参数均大于E40，这说明与E40相比，汽油燃料喷雾蒸发的更好，对于附壁油膜特性的研究也得到同样的结论，在该工况下汽油的油膜厚度和油膜体积均小于E40；在0.1-150和0.4-150工况，E40的喷雾宏观特性参数均大于汽油，而且E40的油膜厚度和油膜体积均小于汽油，在这两个工况下E40燃料喷雾蒸发的更好。

在船舶主机的运行维护阶段，数字孪生模型能够通过与实际运行结果的对比实时发现运行问题并诊断故障，采用数字孪生模型可以与实际船舶主机并行运行。以船用大缸径四冲程某柴油机为研究对象，对大缸径船用柴油机的燃烧过程进行现象学建模。将缸压曲线之间图的对比离散为点的对比，采用遗传算法对100%工况进行智能标定，并预测25%、50%和75%工况的缸压及放热率，使用实验数据进行验证。结果表明：通过遗传算法进行智能标定，可以大幅减少柴油机模型的标定时间。基于混合控制燃烧模型构建的面向数字孪生的船舶柴油机现象学燃烧模型只需标定五个参数，具有实时仿真的潜力，且该燃烧模型对其他工况的预测精度较高。

为拓展柴油/天然气RCCI燃烧模式的高负荷运行范围，本文基于CONVERGE软件耦合柴油/天然气化学反应机理构建了缸内燃烧数值模型，研究了压缩比对柴油/天然气RCCI发动机缸内燃烧过程和污染物生成的影响机制。研究结果表明：随着压缩比的提高，缸内燃烧压力和平均温度升高，虽然有利于缸内火核的形成及火焰的传播，但过快的燃烧速率使得缸内的压力震荡强度逐渐增加，且缸压峰值上升了8.7%。此外，伴随压缩比从16.5增加到18.5，缸内NOx生成量增加了25.9%，但缸内较高的燃烧温度有利于碳烟的后期氧化和甲烷的完全燃烧，进而使得甲烷和碳烟排放分别下降了22.3%和24.6%。

随着全球排放标准日益严格，传统化石燃料造成环境恶化，可再生燃料与传统燃料掺混进可减少实际燃烧中的环境污染。本文基于动量法建立了一套喷射特性测试系统，对不同比例PODE/柴油混合燃料的喷雾冲击力、喷射速率（体积流量）、质量流量、循环喷射量、流量系数和循环波动率等喷射特性进行了测试。结果表明，随着喷射压力和喷射脉宽的增加，混合燃油的喷射特性变得更加稳定。在相同工况下，随着PODE混合比的增加，喷雾冲击力和喷射持续时间增加；在针阀完全打开过程中，喷射速率（体积流量）减小，质量流量增加，循环喷射能量减小，流量系数增大，循环波动率影响不大，这意味着具有良好的喷射稳定性。

为了更高效的利用低碳乙醇燃料，结合发动机技术的发展研究了可变气门正时、升程及稀释燃烧对乙醇应用性能的改善潜力。以当量比状态进气门正时在360°CA BTDC为基础进行了对比分析，结果表明，进气门正时前移会导致缸内废气量升高，燃烧速率减慢，PMEP和排气损失降低，结合点火正时优化调控可使乙醇燃料消耗率降低6.34%。在进气门正时前移后，进气门升程降低会使缸内废气量减少，对有效燃油消耗率改善程度减弱，但始终比基准点有改善；进气门升程、节气门和进气门正时联合调控最适合降低当量比状态下乙醇的有效燃油消耗率，相比基准点降低幅度为6.79%。在稀燃模式下前移进气门正时后，与基准点相比有效燃油消耗率改善了12.73%，NOx改善93.69%。

为分析高原冷起动中柴油机喷雾撞击冷壁面的飞溅及铺展特性，本文运用高速阴影法对柴油机的替代组分正十二烷液滴撞击冷壁面的动态行为特性及机理展开了研究。研究发现，当壁面温度处于一区间时，液滴飞溅阈值随壁面温度的降低呈线性降低。针对这一特殊变化规律，充分的考虑低温壁面对液膜物性和近壁面空气性质的影响，建立了能适用于低温壁面的液滴飞溅阈值模型。并基于常用液膜经典的理论，综合考虑了壁面温度对液膜粘性力及最大表面张力的影响，并在最大铺展系数模型中引用了 和 。利用 和 正交线性关系建立了适用于低温壁面的最大铺展模型。

以某高压共轨柴油机第四缸为研究对象，根据缸套失圆变形特征设计了锥形、瓶颈形、纺锤形、椭圆形四种冷态异形缸套，并利用有限元仿真方法计算了热机状态下的缸套型线。建立了活塞环组动力学模型，研究了不同预补偿方案的密封性能与摩擦损失功。结果表明：不同预补偿方案下各项密封磨损性能随曲轴转角变化的规律基本一致，四种预补偿方案对最大窜气量、顶环甩油量都有优化作用；椭圆形缸套的密封性能最好，活塞最大径向位移由0.0956mm减小到0.083mm，减小了14.65%；活塞最大倾角由0.245deg减小到0.206deg，减小了18.87%；最大窜气量由119.688L·min-1减小到111.476L·min-1，减小了7.37%；环开口间隙最大窜油量由1.712g/h减小到1.014g/h，减小了68.84%；最大顶环甩油量由2064.06g/h减小到1523.03g/h，减小了35.52%。

本文针对稀燃发动机原排特征，开展了不同贵金属涂覆量和涂覆比例的GOC在新鲜和老化状态下的氧化性能测试，探讨了汽油机稀燃工况下温度、贵金属涂覆及老化对GOC转化效率的影响。结果表明：在新鲜催化剂中，铂钯比和HC、CO氧化活性没有明显线性关系，当Pt:Pb为4:1时二者氧化活性最低；而NO转化效率随铂钯比增加而升高，但存在上限，且高温和低温下贵金属涂覆对NO转化效率影响不大。贵金属涂覆量与三种物质转化效率有较高的关联性，同温度下转化效率随涂覆量增加而升高，但都存在上限。GOC老化对NO氧化影响最大，T20升高约50℃，对CO、HC影响较小，只在最大和最小涂覆比例情况下T20出现20-50℃升高，且老化后GOC氧化能力与贵金属涂覆量关系更明显：随着涂覆量增加，T20先降低后升高再降低，涂覆量较大时（50 g·ft-3）氧化活性较低。

通过试验联合仿真对比分析了排气门升程策略（EVVL），排气正时提前策略(EVT)，以及进气门正时提前策略(IVT)在汽油，甲醇和乙醇性能燃烧和排放等的变化。结果表明，EVVL,EVT,IVT策略达到相同的气门重叠角时EVT的内部EGR率最大，IVT下的内部EGR率最小。在相同内部EGR率下，EVT下的内部EGR自身温度相对最高，IVT下的内部EGR自身温度最低，另外，IVT的泵气损失最小。不同策略对传热损失和排气损失的改善效果不同，IVT策略在汽油，甲醇和乙醇中对指示热效率的改善效果最大，分别能够达到7.2%，7.7%和7.5%；EVVL对NOx排放的改善效果最好，在汽油，甲醇和乙醇中分别达到了81.9%，84.5%，83.7%。HC排放在只有在汽油燃料中得到改善并达到了35%