为了揭示氨燃料的添加对氨/柴油双燃料（ADDF）发动机缸内燃烧过程与排放特性的影响规律，在低负荷工况下，针对不同氨能量分数进行试验。结果表明：氨的燃烧特性较差，对柴油着火具有抑制作用，随着氨能量分数的增加，双燃料燃烧滞后，滞燃期与燃烧持续期显著增加；氨能量分数为60%时，缸内燃烧恶化，指示平均有效压力仅为纯柴油燃烧模式的31.2%；同时氨燃料的引入降低了缸内燃烧温度，CO、HC与未燃氨排放增加，掺入氨燃料后CO2排放水平明显降低，相较于纯柴油燃烧，氨能量分数为60%时，可减少50.2%的CO2排放，然而却增加了N2O的排放，这抵消了氨燃料的减碳效果；不完全燃烧是限制低负荷工况下发动机热效率提高的主要因素，氨能量分数从0增加至60%时，ADDF发动机的热效率从30.2%降低至26.1%。

可靠的反应动力学机理是进行氨气发动机工作过程数值模拟的关键。针对目前缺少适用于发动机工况的高压氨气反应机理的问题，本文对现有的氨气机理进行了多维度评价，构建了包含34种组份、283步反应的详细氨气机理，采用遗传算法与鲍威尔算法完成了详细氨气机理反应动力学参数的优化确定。优化后的机理氨气反应机理得到了多种基础试验及发动机试验的验证，结果表明，优化的氨气机理既可以精准预测着火延迟期、层流火焰速度和NH3、H2等组份浓度，又可以精准的模拟氨气发动机的工作过程，为氨气发动机的数值模拟提供了精准的反应机理。

近年来船舶运输量逐渐增加，作为船舶主要动力装置的柴油机需在大功率下长时间地工作。涂层是一种常用的内燃机保护措施，具有良好的隔热效果，在船机上具有较大的应用前景。利用数值模拟方法分别探究不同YSZ涂层厚度（0.2mm、0.5mm、0.8mm）的活塞对大缸径船用中速机燃烧和性能影响。结果表明：(1)与原机相比，添加涂层后功率最高提升了2.66%，而燃烧持续期、缸压和放热率基本不变。(2)通过活塞的热流量最大降低64.1%，总散热减小。(3)三种涂层厚度下，活塞顶部温度分别降低6.7%、13.6%、18.6%，涂层表面温度则最高上升67.8℃。(4)活塞顶部平均应力降低最高达5.41MPa，活塞形变则随着厚度增加至多减小23.79%。涂层是一种降低基体温度，缓解基体应力集中和形变的有效措施

可变气门正时技术可有效增益发动机换气过程，提高充气效率，增强发动机动力性及改善经济性。研究工作以一台1.5T VVT缸内直喷氢内燃机为原型机搭建了一维GT-POWER模型，研究了进排气门正时变化对发动机的换气过程、动力性及经济性的影响。发动机转速为2700r/min，外特性工况时保持氢气量一致采用稀薄燃烧模式，进气门正时提前、排气门正时推迟策略可使进气质量流量增大，有效热效率增大至41.24%，有效燃气消耗率下降。发动机转速为5500r/min，外特性工况时保持过量空气系数一致，进排气门同时推迟策略可使缸内气体质量增多，泵气损失降低，功率增大至97kW，有效燃气消耗率小幅降低。值得一提的是，排气门正时变化对缸内直喷氢内燃机动力性及经济性的影响较进气门更为显著。

国7排放法规可能将汽缸A/F不均匀纳入OBD强制监测项。提出了利用上游UEGO信号监测汽缸间A/F不均匀状态的方法，实验验证了该诊断方法的可行性，并分析了可能影响A/F不均匀诊断指数的因素（发动机转速、喷油、汽缸不均匀量、多汽缸不均匀）、标定了汽缸不均匀临界状态。实验结果表明：利用UEGO信号诊断A/F不均匀是可行的，中高负荷下的诊断指数区分性更优，且需对不同喷油脉宽下的诊断指数引入修正系数，汽缸不均匀临界状态的诊断指数相当于某汽缸单独出现15%不均匀量。最后还比较了提案方法应用于三缸机和四缸机的差异性，并针对四缸机故障模式识别的局限性给出了解决方法。

针对船用大缸径低速二冲程氨/柴油双燃料机，利用CONVERGE建立三维数值仿真模型，并依据实验数据对柴油、液氨喷雾及整机模型进行验证。基于高压直喷模式探究了液氨喷射正时及掺氨比对缸内燃烧、单缸性能及排放的影响。结果表明，高压直喷式氨/柴油双燃料机缸内燃烧基本分为三个阶段；随着液氨喷射正时提前，燃烧持续期缩短，功率输出、指示平均有效压力、热效率提高，NOX排放量增多，超过Tier III标准；随着掺氨比增加，燃烧持续期延长，功率输出、指示平均有效压力、热效率降低，NOX排放量减少，逐渐符合Tier III标准。现有结果表明：需要通过耦合喷射正时与掺氨比以同时保证发动机性能及NOX排放。

通过机内净化技术对燃烧系统进行多因素优化匹配可以达到改善发动机燃烧过程及排放特性的目的。基于此，采用数值模拟、正交试验设计等方法，针对某商用车柴油机燃烧系统的燃烧室结构参数设计了4种新方案，并选取主喷提前角、预喷提前角、喷油夹角、喷雾锥角等4个参数开展多因素影响研究。结果表明：燃烧室的最大深度、形状曲线、最大半径等结构参数对缸内湍动能、放热率、浓度场、温度场等燃烧特性的影响较明显，但对缸压影响很小；综合分析可知燃烧室形状曲线向内收缩且最大半径增大的方案1燃烧室可提升缸内湍流特性，改善燃油浓度分布，使油气混合更好，为燃烧最优方案。在喷油参数研究方案中：主喷提前角和喷油夹角对商用车柴油机排放特性影响较明显，喷雾锥角与预喷提前角的影响不大；以NOX排放为优化指标时，对排放特性影响最大的因素是主喷提前角，参数匹配的优方案是A3B3C1（即喷油夹角为160°、喷雾锥角为25°、主喷提前角为-1°CA），优化后的NOX排放较原机下降37.79%；以SOOT排放为优化指标时，喷油夹角对排放特性影响最大，最优匹配方案是A1B1C1（即喷油夹角为147°、喷雾锥角为15°、主喷提前角为-1°CA），优化后的SOOT排放较原机下降13.91%，同时NOX排放较原机减少13.98%。

以国六柴油机为研究对象，通过试验研究了EGR开度和尿素喷射量对柴油机性能和NOx排放的影响。结果表明：随着EGR开度的增加，发动机过量空气系数降低，排气温度升高，比油耗（BSFC）增加，NOx排放减少。随着尿素喷射量的增加，NOx转化效率逐渐提高，最终NOx排放接近于零。此外，利用9个温度传感器测试了SCR载体的内部温度。结果表明：随着尿素喷射量的增加，SCR载体的内部温度略有升高，SCR载体温度呈现中心温度高、边缘低、前端低、后端高的趋势。边缘温度低是由于排气流量不均匀造成的，前端温度低是由于尿素喷雾水解吸收了一些热量。通过对EGR开度和尿素喷射量的协调控制，可以减少氮氧化物排放，同时降低柴油发动机和后处理系统的总体成本。本研究工作可为柴油机EGR控制和尿素控制提供指导。

两相混合程度对振荡条件下气液两相流的换热特性有较强的影响。为进一步提升腔体的换热性能，通过加入金属颗粒来提升振荡状态下的两相混合程度。采用振荡流动试验方法，结合数字图像处理技术，研究金属颗粒在振荡状态下的运动学特性和两相振荡流动特性，进一步讨论转速、充液率对金属颗粒运动和最大气泡直径和混合率的影响。结果表明：转速是影响气液两相流振荡换热效果的主要因素。随着转速的增加，金属颗粒到达方腔上壁面时间缩短，瞬时速度增大，冲击壁面的强度增加，提高了换热效率。充液率过高或过低，影响方腔内气液两相流混合程度。

该研究分析了柴油机排气颗粒物的力学特性和理化性质，从而为减少颗粒物排放和颗粒物的后处理提供理论指导。采用原子力显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱仪、傅里叶红外光谱仪分析了颗粒物的吸附力、黏附力、黏附能、初级粒子粒径、石墨化程度和表面官能图。结果表明：后喷工况下颗粒物的吸附力、黏附力和黏附能都有明显增大。当颗粒物经过DOC之后，吸附力、黏附力和黏附能发生不同程度的减小。通过结合理化性质的分析，颗粒物的吸附力与初级粒子粒径具有非常强的相关性；黏附力则与非晶碳含量和脂肪族C-H官能图含量具有相关性。