在“双碳”政策的驱动下，发展氢能源是解决交通行业碳排放的有效途径之一，氢内燃机作为“零碳”动力装置，是内燃机行业实现“碳中和”目标的技术路线之一。在氢内燃机中采用直喷技术后，相比进气道喷射进气道喷射式具有热效率更高、动力更强、NOx排放更低等优点。提高燃料喷射质量是优化直喷氢内燃机混合气、燃烧、排放的重要手段之一。而外开式压电晶体喷嘴具有流量大、开闭速度快的特点，非常适合在直喷氢内燃机上应用。因此利用纹影法在定容喷射装置上开展了不同喷射压力、环境背压下的氢气射流特性试验，研究不同喷孔形貌的氢气射流特性及喷射参数的变化规律。结果表明，条形喷孔和开环喷孔的氢气射流的轴向贯穿距、径向贯穿距随喷射压力的增大而增大；当喷射脉宽持续增大时，两者喷孔的氢气射流远场会逐渐形成不同尺度的球形涡流结构，其涡流结构大小主要受容弹内环境压力的影响；同时，对比两种喷孔的氢气射流形态发现，条形喷孔氢气射流近端形态并不会发散成为“伞”型，且喷射的轨迹线对比开式喷孔的轨迹线更为集中。此外，条形喷孔的氢气射流锥角发展趋势不同于开环喷孔，前者受环境压力影响的敏感性大于后者。增加金属遮挡帽可以改变喷孔处的几何结构，进而优化氢气的射流特性，可以为直喷氢内燃的混合气形成提供试验数据支撑，为直喷氢气喷嘴的喷射策略优化和提供依据。

“双碳”愿景目标下和严苛排放法规的实施对柴油机提出了更高的要求，合理的活塞环组结构可以降低机油耗。以某非道路高压共轨柴油机为研究对象，通过实测的缸压以及活塞、缸套温度场，并结合漏气量和机油耗试验测试结果建立了活塞环组动力学数值仿真模型。系统研究了活塞环组结构参数对机油耗的影响规律，才用响应曲面法建立了机油耗回归数学模型，并在此基础上进行合意性优化最终获得活塞环组参数得最优解。分析结果表明：油环刮油刃厚度对机油耗影响最大，二环刮油刃厚度的显著性最低。随着顶环上端缩减量和油环刮油刃厚度的增大，机油耗逐渐减小。合意性为1的最优解为顶环上端缩减量0.02mm，油环刮油刃厚度0.40mm，二环刮油刃厚度0mm，此时机油耗为3.07L/min，较原机减小了15.89%。

“双碳”愿景目标下和严苛排放法规的实施对柴油机提出了更高的要求，合理的活塞环组设计可以降低柴油机的漏气量和机油耗。以一款非道路柴油机为研究对象，通过实测活塞和缸套温度场建立了活塞环组动力学仿真模型，并实测漏气量和机油耗进行模型标定。基于响应曲面法分析了活塞环岸间隙对柴油机漏气量和机油耗的影响规律，发现第二环岸间隙与漏气量存在线性关系，火力岸间隙对机油耗的显著性最高。引入帕累托多目标优化算法降低漏气量和机油耗。结果表明适当减小顶环开口间隙和二环侧隙可降低漏气量，同时适当降低顶环和二环的切向弹力可以减小机油耗。与原机对比，方案A的漏气量降低了3.69 L/min，降幅达23.5%，而机油耗只减少了0.27 g/h；方案B的漏气量和机油耗分别降低了2.55 L/min和0.49 g/h；方案C的漏气量只减小了1.39 L/min，但机油耗降低了0.44 g/h，降幅达12.1%。对降低柴油机漏气量和机油耗提供了理论依据和参考。

针对某型气缸盖进行了基于Monte-Carlo法和应力-强度干涉模型的疲劳可靠性评估。考虑气缸盖多种因素的分散性，采取单独分析各危险部位应力分布的方法，并利用Python将Monte-Carlo法和有限元法相结合，提高了计算效率。最后采用应力-强度干涉模型对气缸盖进行各部位的疲劳可靠性评估。评估结果展示，顶板、火力面和力墙的可靠度都超过99.99%，而由于水腔位置的可靠度低于90%。

针对低压铸造成型的高功率密度发动机铝合金气缸盖整体结构的空间力学性能分布进行了分析研究。对气缸盖不同位置取样进行试验，并对拉伸试验、疲劳试验、疲劳断口以及微观组织数据进行了分布统计。结果发现，铸造铝合金的晶粒尺寸分布与材料拉伸性能的分布一致，疲劳裂纹源孔隙率分布与材料的疲劳寿命分布一致。所以，气缸盖顶板位置的拉伸性能分布的分散性最大，且晶粒尺寸是影响拉伸性能的重要因素，孔隙率是影响疲劳寿命的重要因素。

为满足航空发动机中涡轮叶片进行合理延寿工作的需要，采用部件取样试验与有限元仿真结合的方法进行涡轮叶片剩余力学性能测试研究。通过有限元方法计算叶片温度场与应力场得到叶片的工作环境参数，从而确定危险截面，基于该截面进行了部件取样、工装设计校核以及高温力学性能测试试验，对测试所得试验数据进行分析得到叶片剩余力学性能与服役时长的联系，其结论可为该型航空发动机涡轮叶片的寿命预测以及合理延寿提供数据支撑参考。

本文以低速二冲程低压喷射发动机RT-flex 50DF为模型，基于数值仿真方法，利用CHEMKIN中的零维发动机模型以及三维仿真平台CONVERGE对氨裂解条件下氨-柴油双燃料船用低速发动机的燃烧与排放进行研究。结果表明：氨裂解气的通入会促进发动机缸内的火焰传播，增强了射流火焰强度以及主燃烧室内的燃烧状况，使预燃室引燃油着火与主燃烧室燃烧延迟期缩短，放热重心前移，燃烧持续期缩短。同时，通入裂解气会降低未燃NH3排放，促进NOx生成。裂解比10%的工况下，NO增长近60%。此外，由于氨裂解引入了H2，排放物质中出现了一定量的未燃H2。因此，应进一步优化氨裂解气的比例，在降低未燃NH3、H2排放的同时减少NOx生成。

通过CFD仿真分析的方法，对某筒式产品的旋流管与金属丝网组合的尿素混合器性能进行评估。喷嘴位置距金属丝网上端面的距离，直接影响喷束的发展过程以及喷束的着壁位置及着壁时间，从而影响气流与尿素溶液的混合程度，进一步的还会影响产品的结晶风险。分析结果表明：随着流量的增大，相同结构金属丝网背压显著增加。相同流量下，随着金属丝网的下移，丝网前端面速度分布均匀性变差，且金属丝网压力损失占混合器总压力的比值减小；综合考虑流速、温度及压力分布等多方因素，可以判定该结构下金属丝网中心位置结晶风险高于边缘。

使用基于小样试验数据建立的一维DOC化学反应动力学模型来拟合发动机台架瞬态试验数据，发现模型预测结果较差，结合国内外学者的相关研究并综合分析模型可能存在的问题，通过修改反应抑制项表达式、合理设置影响扩散传质的参数、增加低温大分子碳氢化合物的吸附脱附机理三种方法对模型进行合理优化，然后根据CO、HC、NO2气体的两种评判指标评价原模型与优化模型，最后结果表明：本文提出的三种优化方法对三者反应的模拟结果均有很好地改进，优化后模型能较好地预测DOC后端各气体浓度的大小以及变化趋势，提出的优化方法对使用DOC稳态模型来拟合瞬态试验数据的标定过程具有一定的参考意义。

以某2L柴油机为研究对象，就如何降低内燃机碳排放以及如何满足下一阶段氮氧化物排放的实现方法进行了试验研究，一方面论证了提高主喷提前角及爆压对碳排放的影响；另一方面分析了采用紧耦合SCR催化剂以及两级尿素喷射系统的技术路线实现超低氮氧排放的可行性。经多轮试验结果统计，在无碳排放进一步降低需求情况下，通过尿素双喷策略可以满足NOx尾管0.12g/kwh的法规阈值；而在法规循环中降低约1%碳排放情况下，则双喷策略可以满足NOx尾管0.23g/kwh的法规阈值。试验结果表明：单纯以提高爆压手段实现柴油机的降低碳排放目的会极大增加后处理SCR的工作负担，影响超低NOx排放的工程目标实现。