针对空气辅助喷射系统中的气体喷嘴开展了优化设计工作。对空气辅助喷嘴的整体结构和部件细节进行设计和探讨，得到了完整的结构方案。为保证喷嘴的高效稳定运行，针对电磁特性开展仿真工作，得到了阀体材质、磁轭厚度、线圈位置以及电流激励对电磁力的影响规律。最后，采用机-电-磁学科联合仿真方法对喷嘴整个工作循环进行检验和校核，检验设计方案可行性。

本文调查了目前增压器出厂试验台的现状，国内大部分增压器试验台基于航空发动机燃烧室作为自循环和开式循环的燃气发生器，主要方案是通过改装单管或双管燃烧室与涡轮增压器组合类似燃气轮机工作循环的试验台，只能出厂前间接模拟涡轮增压器在柴油机配机效果，该方案目前国内缺乏专业制造商和批量的产品。根据内燃机车涡轮增压器出厂试验的要求，本文提出了一种采用柴油机作为燃气发生器的涡轮增压器出厂试验台方案，直接再现增压器与柴油机配机性能，能满足增压器标定工况点试验、最高转速试验、惰转试验等出厂试验检验项目，可直接检验增压器配机核心性能参数压比、流量、转速和效率。

孔隙微结构是影响热障涂层有效导热系数的重要因素，使其隔热性能发生改变，从而进一步影响涂覆热障涂层的活塞热力特性。分别建立了双层热障涂层孔隙模型以及不同孔隙率下的热障涂层活塞分析模型，基于有限元数值模拟定量地分析孔隙率改变对涂覆热障涂层的柴油机活塞的热力特性变化影响。结果表明：在孔隙率为0%~20%范围内，随着孔隙率的增大，陶瓷层的有效导热系数降低，热障涂层的隔热性能提升，涂覆热障涂层的活塞的隔热性能也随之提升，同时热障涂层活塞的热应力以及热变形均有所下降。

本文主要针对柴油机排气管螺栓松动问题，利用有限元进行螺栓材料热机耦合的方法计算出螺栓在实际工作温度下的预紧力，从而确定螺栓的工作状态、以及耐温性能对螺栓预紧力的影响方面的研究，提出螺栓松动的解决方案。

喷油器的作用是将喷油泵供给的燃油雾化成细微颗粒，以一定的喷射压力和喷射角度喷入缸内，使雾化燃油与燃烧室内的空气充分混合，喷油器出现故障直接影响发动机功率和燃烧效率，本文以某柴油机用喷油器清洁度超标造成漏油问题，结合喷油器的设计结构、安装、使用等情况，开展系统的分析与验证，通过改善清洁度控制，达到防止喷油器渗漏，提高产品可靠性的目的。

发动机凸轮轴是配气机构中质量最大,功能最为关键的部件之一,一台发动机的燃油经济性是否优越、动力性是否可靠、噪声与振动能否控制在较低的限度等,都与凸轮轴的设计密不可分. 基于轻量化的凸轮轴动力学分析与结构优化,以某款发动机的整体式凸轮轴为研究对象,满足机械性能可靠性的前提下,基于轻量化研究实现对该凸轮轴的结构优化。主要工作如下:(1)建立原发动机配气机构的简化三维模型,基于多体动力学模型完成配气机构动力学分析,研究凸轮轴与配气机构其余各部件的运动状况,验证简化后模型的合理性。(2)基于有限元模型完成原凸轮轴的瞬态动力学分析,证明原凸轮轴结构可靠性高于实际使用要求,造成材料浪费,结构优化可行。(3)基于瞬态动力学分析验证了优化后的凸轮轴机械结构合理可靠。

为了提高重型天然气发动机的燃烧速度，将燃烧室结构进行优化。利用CONVERGE软件对天然气发动机模型进行模拟计算，分析了燃烧室结构对重型天然气发动机流动和燃烧特性的影响。研究结果表明，平均湍动能幅度的变化主要来源于Y方向的滚流破碎，与涡流破碎的关系不大；改变燃烧室结构，改变了缸内气流组织，气流组织影响缸内湍动能和火焰发展，从而影响燃烧；缩口型燃烧室和直口型燃烧室对于加快缸内燃烧是通过不同的气流组织协同来实现的。

准确预测液滴与壁面相互作用的结果对于发动机喷雾燃烧模拟至关重要。本文采用基于光滑粒子流体动力学(SPH）的数值方法模拟了燃油单液滴撞击液膜的过程。本数值方法首先使用由水滴冲击液膜产生的液冠高度和液冠直径的实验数据进行对比验证。然后，研究了异辛烷液滴对液膜的撞击过程。数值结果表明，飞溅阈值随着膜厚的增加而增加；飞溅液滴的质量随着入射液滴动能的增加而增加。液膜厚度对飞溅质量的影响由两种相互竞争的机制决定。一方面，随着液膜厚度的增加，更多的入射能量将被吸收并转移到液冠，从而产生更多的二次液滴。另一方面，随着液膜厚度的增加，在扩散过程中会消耗更多的撞击能量，从而产生更少的二次液滴。当液滴撞击薄液膜时，随着液滴撞击韦伯数的提高，飞溅产生的二次液滴的质量也随之增大，同时飞溅液滴中包含的入射液滴的质量占比也逐渐增大。对于液滴撞击厚液膜的情况，飞溅产生的二次液滴中含有更多的液膜组分。

针对大功率柴油机对于可变配气机构的需求，选用电液式驱动方式设计无凸轮可变配气机构（EHVVA）。根据EHVVA系统原理搭建基于AMEsim软件平台的机电液多学科耦合仿真模型并进行参数匹配研究。研究发现高频电磁阀性能参数对气门运动型线影响较大，因此高频电磁阀为系统关键部件；根据参数匹配结果与EHVVA原理设计并搭建了EHVVA试验平台。EHVVA通过了气门最大升程12 mm，发动机转速3000 r/min，气门开启持续角240°CA目标发动机工况的试验测试；通过试验探索了EHVVA在四种发动机转速（2500 r/min、2000 r/min、1500 r/min和1000 r/min）下的动态运行特性。与凸轮驱动式配气机构不同，EHVVA运行特性受发动机转速影响较小，丰满系数高于传统凸轮驱动配气机构；探索了EHVVA的循环变动特性，结果表明气门型线丰满系数、气门最大升程以及气门开启持续角的循环变动率均小于5%。

随着内燃机的功率强化和轻量化要求日益提高，连杆大端轴承轴瓦的磨损和疲劳问题更加突出，研究连杆大端轴承损伤特性对提高内燃机的可靠性意义重大。针对连杆大端轴瓦内表面建立了三维磨损和疲劳仿真模型，找出磨损疲劳严重位置并分析规律，并分析了轴承-轴颈配合间隙对轴承磨损和疲劳寿命的影响，结果表明，计算范围(10,70)μm内，随着轴承间隙的增大，内表面单循环磨损量先减小后增大，最小单循环磨损深度对应的轴承间隙为35μm；内表面疲劳寿命先上升后下降，最大疲劳寿命对应的轴承间隙为30μm，适当提高轴瓦过盈量可降低轴承内表面磨损量并提高轴瓦使用寿命。