结合柴油机尾气组分，采用固定床反应器研究了水和催化剂对碳黑氧化时气体排放特性的影响，结果表明：温度升高、氧浓度增加与加入催化剂均会促进碳黑氧化，且加入催化剂CeO2或Pt/Al2O3可使CO2排放大量增加，CO排放几乎为0，前者对CO2促进效果更加明显。水蒸气加入会使气体排放降低，氧化效率下降，碳黑氧化受到抑制，对CO的抑制效果更明显；且抑制作用在21%氧浓度下更强。当水浓度由0%增加至9%，气体排放先下降后上升，3%水浓度时抑制效果最强。此外，研究发现水的存在对碳黑氧化过程中CO2的选择性有积极作用，CO2与CO总排放比值随水浓度升高而逐渐增加。

基于柴油机台架，采用排气颗粒粒径谱分析仪（EEPS 3090），研究了不同启动工况时不同碳载量以及不同载体温度情况下催化型柴油机颗粒捕集器（catalytic diesel particle filter，CDPF）的过滤特性。结果表明：CDPF受启动工况、碳载量和温度的影响。冷启动工况下，CDPF对大于50 nm的颗粒物过滤效果明显；而热启动工况下，CDPF对小于50 nm的颗粒物过滤效果更好。碳载量越高，过滤效率越高。相较于冷启动，热启动工况的过滤效率更高。CDPF载体温度对过滤效率有明显影响，载体温度越高，过滤效率越高。随载体温度的上升，CDPF出口会有50 nm以下的颗粒物产生，使得CDPF的过滤效率为负值，进一步增加载体温度，50 nm以下的颗粒物排放逐渐减少。

为了研究甲醇替代率和废气再循环（EGR）结合柴油氧化催化器（DOC）对F-T（Fischer-Tropsch）柴油/甲醇双燃料发动机燃烧和排放的影响，对一台4缸高压共轨柴油机进行改造，增加一套进气歧管甲醇喷射系统和高压冷EGR系统，在排气管中安装柴油氧化转换器。在2000r/min和75%负荷下进行试验，主要关注排放参数。试验结果表明：随着甲醇替代率（MSR）的增大，CO、NO2、甲醇、甲醛和Soot排放增加，NO和NOx排放降低。加装DOC后，CO、NO2、甲醇和甲醛排放大幅下降，NO排放基本不变，NOx和Soot略微升高。EGR结合DOC后，随着EGR的增大，CO、NO、NO2、NOx、MEOH、HCHO排放减少。

基于相平衡的发动机喷雾模型在模拟跨/超临界发动机喷雾过程方面取得了很大的进展，但传统的相平衡算法采用迭代格式来求解复杂非线性方程，在效率和稳定性方面存在缺陷。传统算法的效率较低，限制了仿真中可以考虑的细节量，而不稳定性可能导致非物理结果甚至仿真发散。在这项工作中，开发了一种基于人工神经网络(ANN)的方法，作为传统算法的潜在替代应用于发动机喷雾模型，以实现快速和稳健的相平衡计算。构建三个人工神经网络，分别为TPn-ANN、HPn-ANN和AMT-ANN。后两种模型结合TPN-ANN可分别应用于传热传质流动和绝热混合问题，实现对相平衡温度、相稳定性和相分裂的预测。目前的工作表明，神经网络方法导致显著的效率提高，同时保持与传统算法几乎相同的精度。高保真正十二烷喷雾模拟的执行时间分析表明，传统的相平衡计算大约占用70%的总计算时间，而目前提出的人工神经网络方法可以将这部分时间减少到可以忽略的水平。

为研究预燃室安装位置对四冲程点燃式航空重油活塞发动机缸内燃烧影响规律，建立了不同预燃室安装位置的燃烧室CFD模型；研究预燃室安装位置的变化对预燃室进气过程、主燃室火焰传播过程的影响规律。结果表明：合理的选择预燃室安装位置，可以使气流在喷孔附近形成高速气流，促进预燃室排出内部的残余废气，增加压缩终了时预燃室内部的新鲜工质质量，获得更好的燃烧加速效果；同时，射流进入主燃室的过程中，还可以增大射流在主燃室内部的贯穿距离，从而加速主燃室内混合气的燃烧速度

为了研究液滴撞击薄液膜后形成的冠状结构的破碎过程，本研究搭建单液滴撞壁的光学观测系统，采用激光诱导荧光法研究单液滴撞击不同黏度薄液膜的过程。试验中采用无水乙醇作为入射液滴，丙三醇水溶液作为壁面液膜，观测液滴撞击薄液膜后形成的冠状结构的破碎过程，根据其破碎过程的特点分为三类：飞溅破碎、孔洞破碎和混合破碎。对每种破碎类型的特性，破碎机理及破碎后形成的二次液滴的直径和空间分布做定性描述，在混合型的破碎过程中，出现直径较大的二次液滴的现象较多，研究表明孔洞破碎和飞溅破碎的双重作用导致了大液滴的出现。液膜黏度和入射液滴韦伯数对冠状结构破碎形式有显著影响，随着液膜黏度的降低和液滴韦伯数的增大，冠状结构破碎过程由不破碎向飞溅破碎、孔洞破碎和混合破碎演变。根据试验数据，建立冠状结构不同破碎状态的临界数模型。

为了提高柴油机微粒过滤器（DPF）在碳烟捕集过程中的整体性能，提出了基于响应面模型的DPF捕集性能多目标优化方法。首先，在对DPF物理数学模型进行分析的基础上，利用GT-POWER建立DPF捕集模型,并通过发动机台架试验验证了仿真模型的可靠性。然后以最大压降和初始过滤效率为优化目标，孔隙率、孔直径、过滤体长度、壁厚和通道直径五个结构参数为优化变量，基于Box-Behnken实验设计构建DPF捕集性能二阶响应面模型，并对每个响应进行了诊断分析（ANOVA），分析结果表明，构建的响应面能够准确反映DPF捕集性能响应规律，具有较高准确性。同时，对响应面回归方程进行方差分析（ANOVA），分析结果表明，所选的五个结构参数对DPF捕集效率都有显著影响，孔隙率、过滤体长度、壁厚和通道直径四个结构参数对DPF压降有显著影响。最后，使用Design Expert软件中Optimization模块进行多目标寻优，并利用仿真模型对多目标优化结果进行了验证。结果表明，优化后的DPF压降对比优化前下降51.34%，优化后的DPF初始过滤效率趋近于100%。

由于较高的热效率和可靠性，柴油机在交通运输及建筑业得到了广泛的应用。最近几年，随着人们对环境保护的意识的提高，针对柴油机污染物排放的法规不断升级，大幅降低了柴油机污染物的排放限值。同时，严苛的限值也驱动了主机生产制造企业不断采用新技术及新办法去满足法规要求。其中，基于虚拟标定对产品开发周期的压缩和降成本优势，该技术目前在发动机开发过程中已经逐渐得到应用。虚拟标定系统由不同的模块模型集成及迭代计算输出结果，而集成系统中的NOx原排排放模型则尤为重要，该模型不仅是原机集成模型的输出，同时也作为后处理系统的输入值。在本次研究中，采用BP神经网络模型搭建了NOx原机排放数值模型，同时采用油门变化梯度，实现发动机急加速工况判断，实现了对瞬态加速过程中NOx排放修正。基于NOx排放对缸内过量空气系数的强相关性，分别在台架采集了EGR正常工作以及EGR完全关闭的万有数据作为训练集，并通过NOx生成机理及算法实现相关性分析，对其中的强相关参数进行提取。在优化完成的模型上，利用WHSC和WHTC数据作为验证集进行最终结果验证，结果显示，WHSC循环NOx决定系数R^2=0.98, WHTC循环NOx决定系数R^2=0.93。

船用柴油机的燃烧质量直接影响整机的经济性和动力性，先进的燃烧故障诊断方法对船舶运行的稳定性尤为重要。基于标定的二冲程船用发动机仿真模型模拟计算常见发动机故障，包括：喷油定时故障、喷油器喷孔磨损、喷油器阻塞等故障。通过获得的热工参数构建数据库，并通过主成分分析（PCA）进行数据降维以及布谷鸟搜索算法(CS)优化BP神经网络初始权值和阈值提高故障预测准确度。研究结果表明：通过PCA-CS优化的BP神经网络能够很好地对柴油机的故障模式做出诊断，提高柴油机故障诊断准确率。

缸内流动是柴油机油气混合及燃烧过程的关键影响因素。涡流是柴油机中主要流动形式，但引入缸内涡流通常会造成进气量的损失，而涡流对高强化柴油机的作用仍然缺乏认识。本文利用数值模拟方法，研究了不同涡流下高强化发动机的燃烧过程。结果表面光，增大涡流发动机的指示功先增加后降低作用，SR=1时燃烧持续期最短且指示功最大。由于涡流的输运作用，提高涡流能够降低缸内的高当量比区域，但过高的涡流可能会加剧喷雾之间的相互作用，从而在气缸中心区形成较浓混合气。通过化学反应路径分析可知，适中的涡流比能够增加局部反应区的可用自由基池，从而提高反应速率；而过高的涡流会造成燃油过度混合，降低局部氧气浓度，抑制小分子碳氢的氧化，进而降低燃烧速率。并且，单独依靠提升喷射压力不足以满足高强化柴油机燃烧的需要，会导致严重的后燃现象，合适的缸内涡流在高强化柴油机中仍然是必不可少的。