采用三维计算流体力学（CFD）模拟和遗传算法相结合的方法，在全负荷范围内优化了直接双燃料分层（DDFS）发动机的运行参数。为了实现清洁高效的燃烧和较低的噪声，选择了对发动机性能有重大影响的十个参数作为优化变量。根据优化结果，基于偏相关系数对不同负荷下的运行参数进行了敏感性分析。结果表明，优化后的DDFS模式能够在全负荷范围内实现高效稳定的燃烧。初始边界条件对中低负荷时的发动机性能影响较大，而在高负荷时，柴油能量占比、喷射正时和汽油直喷压力对燃烧和排放特性的影响更大。

试验和数值研究了预燃室式燃烧系统预燃室容积和喷油量对重型柴油机大负荷燃烧和排放的影响。优化后的研究结果表明：压缩冲程中，预燃室内部的涡流能使预燃室中的燃油卷吸到更多空气，燃烧更加完全，降低了排放；燃烧初期形成的射流火焰与主燃烧油束碰撞，促进了火焰向四周发展，加强了周围流场的扰动作用，提高了指示热效率；燃烧后期预燃室中持续的射流动能将主燃室中贴附在壁面上的燃油剥离至缸内再混合燃烧，提高指示热效率，进一步减少碳烟和CO排放。通过数值模拟与数据量化分析得出重型柴油机大负荷工况下，优化后预燃室容积为3%、喷油量为2%，相较原机得到了较好的优化效果：指示热效率提升6.41%，NOx排放降低2.8%，碳烟排放降低44.4%，CO 排放降低46.3%。

基于高压共轨原尺寸透明喷嘴内部流动及喷雾可视化试验平台，针对D100G0纯柴油与D20G80汽柴油混合燃油，开展了喷孔锥度及喷孔数对喷嘴内空化瞬态流动及喷雾影响的试验研究。对比不同锥度喷孔内混合燃油的喷嘴内空化发展过程，研究孔锥度与燃油混合比例的耦合作用对喷雾的影响。对比1、2、3孔喷嘴内空化现象的差异，分析混合燃油在不同孔数喷嘴内产生差异的原因，以及对喷雾雾化过程产生的影响。结果表明：喷孔锥度对纯柴油和汽柴油混合燃油喷嘴内空化及喷雾的影响明显不同，混合燃油在不同喷孔锥度的喷嘴内均有较强的线空化出现，纯柴油仅在锥度系数为2的喷嘴内出现线空化；两孔喷嘴内纯柴油与混合燃油均发生了线空化且与单孔喷嘴类似，但强度更低，三孔喷嘴尽管发生了线空化，但强度更为微弱，且持续期短。

内燃机的高强化发展导致壁面温度上升，同时燃油撞壁现象无法避免。了解燃油喷雾撞击高温壁面的相关特性，可以有效避免池火现象和降低碳烟排放。本文利用背光法在流动式定容燃烧弹上对柴油喷雾撞击高温壁面的形态特性进行试验研究，分析了喷油压力、背景压力和壁面温度对近壁面喷雾形态特性的影响。结果表明：喷油压力越大，壁面漩涡出现时刻越早，且对铺展半径和卷吸高度的增大起明显的促进作用。背景压力越大，撞壁时刻延迟，铺展半径和卷吸高度下降，背压对铺展半径的影响超过对卷吸高度的影响。壁面温度越高，漩涡出现时刻越早，撞壁油束的铺展半径和卷吸高度越大，但当壁温达到莱顿弗罗斯特温度时，壁面传热模式改变，铺展半径和卷吸高度发生突降。同时引入了综合影响系数的概念，喷油压力的变化对卷吸高度的综合影响系数最大，最后拟合了结合壁面温度的铺展半径和卷吸高度的经验公式。

本文开展了以85%乙醇汽油(E85)与柴油为燃料的双燃料直喷智能充量压缩着火的试验研究，探究两种负荷下三种高活性燃料分层策略对发动机性能与排放特性的影响。在压缩冲程中期喷入主要部分柴油，在压缩冲程早期和上止点附近分别喷入少部分柴油构建了两种不同的高活性燃料分层策略，分别命名为提前的和滞后的分层策略。试验结果表明：与柴油在压缩冲程中期单阶段喷射的分层策略相比，两种两阶段喷射分层策略均有利于小负荷下着火稳定，提高热效率，促进CO和PM氧化而NOx排放增加不明显。在大负荷下，仅提前的分层策略有助于提高热效率，同时排放水平基本不发生恶化；然而滞后的分层策略明显降低了最大压力升高率和缸内爆发压力，有利于拓展到更高负荷。

在“碳达峰”“碳中和”双碳发展战略背景下，对发动机性能和排放提出更高要求。本文基于高压缩比柴油机燃烧开发平台，匹配不同涡流比进气系统，研究涡流比变化对燃烧和性能影响。分析放热率、缸内压力，平均指示压力、燃油消耗率等动力性和经济性指标，探索涡流比变化对优化高压缩比柴油机燃烧过程的方法，为改善产品开发提供理论基础和数据支撑。

基于某重型柴油机，应用converge仿真平台，研究异型燃烧室对缸内油气混合和燃烧过程的影响，在异型燃烧室的基础上研究涡流比和粗糙度对燃烧特性的影响，并与传统燃烧室只改变涡流比的燃烧性能进行对比。结果表明：传统燃烧室中，涡流比适当增加能加快放热速度，改善燃烧。与传统燃烧室相比，异形燃烧室的燃烧性能有所提升，但是燃烧持续期变化区间与传统燃烧室改变涡流比时的燃烧持续期变化区间基本相当；异形燃烧室最优方案的指示热效率（ITE）和指示燃油比油耗（ISFC）与传统燃烧室改变涡流比时的ITE和ISFC基本相等。采用异形燃烧室时，燃烧优化效果不理想，燃烧室形状需要进一步优化，隔热图层和表面工艺需要进一步加强以降低表面粗糙度，进而优化燃烧性能。

为保证发动机的排放和负荷能够满足要求的同时，减少燃油消耗。在75%负荷工况下，对一个船用柴油机的燃烧系统进行优化。首先基于热力学和喷雾燃烧理论获得最佳热效率所需的目标放热率，确定喷孔直径、喷油开始时刻和喷油持续期，然后使用三维数值模拟仿真数据以燃烧室结构和喷油夹角作为输入，油耗、爆压、压升率、Soot、NOx作为输出搭建机器学习模型并结合遗传算法对燃烧室进行搜索优化。结果表明，优化后的燃烧系统增强了缸内空气利用改善了混合控制燃烧效果，从而提高了燃油效率。在满足排放和负荷的要求下，燃油消耗较基线情况减少了14.2%。

能量㶲是系统相较环境具备的最大做功能力，发动机缸内燃烧：化学反应，传热，传质和湍流耗散会引发其损失。研究结果发现喷雾燃烧过程中主要的㶲损失来自于化学反应占总损失的56.34%，其次传热造成的㶲损失占42.56%，传质和湍流耗散带来的㶲损失小于2%，因此喷雾燃烧是化学反应和传热㶲损失为主的燃烧过程。从当量比和温度分层角度分析，当量比1.0-2.0损失占比46.8%，温度1000-2000K损失占比66.3%为两种分层下的主要损失源，然而当量比1.0-2.0和0.5-1.0段释放的单位体积机械㶲(缸内温度压力不平衡包含的㶲)相同，这意味这当量比1.0-2.0释放相同机械㶲需要损失更多的㶲，因此改变混合气分层结构促进混合气向当量比小于1.0的区域混合有利于提高机械㶲。

针对某型号双燃料发动机，在燃烧系统的设计和开发过程中，运用CONVERGE v2.3.6软件进行双燃料模式3D-CFD燃烧模拟，采用ω1型燃烧室对四种不同版本的微喷喷油器进行评估确定用于试验台开发的版本，并以选定的最优的微喷喷油器对ω1型和ω2型两种燃烧室进行评估，以匹配最佳燃烧室结构。模拟分析结果表明：相同喷射速度（HFR）下，ω2型燃烧室的燃料消耗率比ω1型燃烧室低2.5%；在给定的HFR条件下，喷孔较少的喷油器表现出更好的燃烧性能；喷孔数量为3、喷射速度（HFR）为760 cm3/min、喷雾锥角为140°的微喷喷油器匹配ω2型燃烧室能获得较好的动力性、经济性和排放性。