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%

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%。