为预测柴油机碳烟排放的粒径分布，选用90%摩尔分数的正庚烷和10%摩尔分数的甲苯作为柴油替代物，分别构建气相动力学机理和表面动力学机理，并将二者耦合，构建成柴油替代物机理(简称HTS机理)，将HTS机理结合矩量法数值模型进行了机理验证。在化学反应器验证中，滞燃期、层流火焰速度、预混火焰关键组分、预混火焰碳烟粒径分布的的模拟值与文献中的试验值基本一致。在CFD验证中，柴油机缸压与放热率，HC、CO、NOx排放及碳烟粒径分布的模拟值与文献中的试验值吻合较好。使用HTS机理结合矩量法数值模型能有效预测柴油机的燃烧、HC、CO、NOx排放和碳烟粒径分布，为柴油机的清洁燃烧提供理论依据。

文章基于化学动力学的模型方法，对乙醇/汽油/二氧化碳（EGR的主要成分）进行研究，得到不同边界条件对于燃烧参数的影响机制。结果表明：乙醇汽油混合物加入二氧化碳后，混合物的层流燃烧速度出现显著降低。二氧化碳/乙醇/汽油混合物的层流燃烧速度随着当量比的增加先增加后减少；随着初始温度的增加而增加；随着初始压力的增加而减少。随着二氧化碳稀释比的增加，反应R1的ROP数值减小。另外，生成H自由基的主要反应随着二氧化碳稀释比增加产率降低，直接造成体系内H自由基浓度降低。体系内二氧化碳稀释比例提高时，三种自由基团的浓度均出现显著下降。这种现象在二氧化碳稀释比为0.1时更加突出。由于二氧化碳稀释比的提高，导致多项反应物与生成物含量降低，火焰结构发生细微变化。当体系内二氧化碳增加时，可以明显发现体系温度发生了下降。

为解决氩气(Ar)循环氢气发动机在高效率时的低功率密度问题，以热力学方法分析了米勒循环兼顾热力学循环效率和功率密度的提升潜力。将引入化学平衡的奥托/米勒循环称为变比热容比奥托/米勒循环。计算结果表明：在压缩比为10、当量比为1.0、循环工质Ar与O2的摩尔比(Ar比例)为79:21时，相较于变比热容比奥托循环，变比热容比米勒循环效率从52.0%增加到65.7%，同时功率密度提升了26%。Ar比例是影响功率密度的关键因素；将Ar比例从79%分别增加至91%和95%时，功率密度分别降低42%和64%。在Ar比例为91%时，假设由于热损失等引起的实际损失为20%，为实现指示热效率分别超过55%、60%和63%，氩气米勒循环氢气发动机的压缩比应分别不低于7、12和20；当压缩比分别增加为50和100时，变比热容比米勒循环效率将分别达到84.6%和86.5%。

为了研究BED（生物柴油-乙醇-柴油）多组份燃料在高原环境下燃烧过程的特点和变化规律以及与纯柴油燃烧时的差异性，在一台高压共轨柴油机上分别燃用纯柴油和BED多组份燃料进行燃烧试验，并应用AVL FIRE软件进行高压共轨柴油机燃用BED多组份燃料的燃烧过程三维仿真模拟，从气缸压力、放热率、气缸温度、燃烧温度压力分布、喷雾发展、燃油浓度变化等方面深入分析柴油机燃用BED多组份燃料的缸内燃烧过程特点与规律。试验结果表明，燃用BED多组份燃料后，气缸压力和燃烧温度均有所下降。在2200r/min外特性下，燃用B10E5，B15E5和B25E5后，相较于纯柴油，最高气缸压力分别下降1.89%，3.4%和4.24%，最高气缸温度分别下降2.78%，3.44%和3.43%。多组份燃料的燃烧始点与柴油相差不大，但气燃烧持续期比纯柴油明显缩短，燃烧速度加快。多组份燃料的放热率峰值随着生物柴油比例的增加而逐渐增大。

针对高原环境的特殊性，对某型船用柴油机开展动力性能适应性研究分析。首先分析高原环境对柴油机的性能影响，提出柴油机动力性能改善主要技术方案，并对涡轮增压器、喷油参数和进排气正时进行仿真研究。研究结果表明，该船用柴油机应用于高原环境时，功率下降约37%；涡轮增压器使功率恢复约5.5%，可满足使用需求。涡轮增压器、喷油参数和进排气正时是柴油机动力性能适应性改进的重点方向，研究结果可为船用柴油机高原化性能匹配和工程设计提供一定参考。

相比于平原地区，高原地区环境工况更加复杂，因此对当量空燃比天然气发动机性能的影响更加突出。因此探究高原环境工况对当量空燃比天然气发动机性能的影响，对发动机应对高原工况技术的革新具有较大的意义。通过模拟高原环境工况下当量空燃比天然气发动机的运行，可以为试验研究提供具有意义的数据参考和理论支持。本章基于GT-power当量空燃比天然气发动机一维仿真模型进行高原环境工况下的模拟研究。通过模拟0~4 500 m海拔下的环境工况，从动力性、经济性、排放性等方面探究高原环境对当量空燃比天然气发动机性能的影响。

摘 要：针对某小型柴油机主要在高原地区高转速工作特性，基于平原工况增压匹配在高原地区增压器超速，排温超限问题，开展3000米与4000米增压匹配研究工作。以4000米海拔下3200r/min工况为例，研究研究柴油机性能随旁通阀直径变化规律，寻找最佳的旁通阀控制策略。结果表明：与平原相比，高原地区高转速工况的柴油机与压气机联合运行线穿过压气机高效率区，且离堵塞线有一定裕量，低转速工况存在喘振风险。高原地区高转速工况下，柴油机功率、扭矩与涡轮输出扭矩随旁通阀开度先增大后减小，有效燃油消耗率与涡前排温随旁通阀直径先减小后增大。增压压力与压气机压比随旁通阀直径增大先缓慢减小，当达到一定值时快速减小。涡前压力与涡轮膨胀比变化趋势相同，旁通阀直径越大，推动涡轮做功能量越小，涡轮膨胀比与涡前压力越小。4000米海拔下，旁通阀直径为3.1毫米时，柴油机性能较好，说明合理的旁通阀控制策略可以改善高原柴油机工作特性。

随着我国不断出台更为严苛的环保标准和发动机强化程度的增加，对内燃机的动力性、经济性和环保性提出了更高的要求。而缸套失圆会导致诸如功率损失、窜气、机油消耗量高等问题，对发动机动力性和经济性有较大影响。因此综合研究缸套失圆特征对机油消耗和摩擦损失的影响，对改善发动机性能、降低机油消耗和减少颗粒物排放都具有重要意义。以某型高压共轨柴油机为研究对象，采用仿真和测试相结合的方法研究了干式缸套的失圆变形特征，在考虑缸套失圆变形的基础上，研究活塞环结构参数对窜气量、机油消耗量和摩擦损失的影响。通过采用正交设计方法进行了活塞环径向弹力、开口间隙和侧向间隙对窜气量、机油消耗和摩擦损失的影响研究。正交试验结果表明，窜气量受二环径向弹力、二环开口间隙和顶环侧向间隙影响最大；机油消耗量受油环径向弹力、二环开口间隙和顶环侧向间隙影响最大；摩擦损失受油环径向弹力、油环开口间隙和油环侧向间隙影响最大。

基于EXCITE-Powerunit软件，建立连杆小头热弹性流体动力学润滑模型，研究了空穴现象对连杆小头润滑特性的影响，以润滑油填充率等指出空穴区域的判别方法，分析了不同转速、空穴压力和润滑油粘度对空化现象的影响。结果表明，与非空穴润滑模型对比，考虑空穴效应后最大峰值油膜压力为199MPa，增加8.7%；最大粗糙接触压力为207MPa，降低6.7%；最小油膜厚度减小。空穴区域随发动机运转工况而变化，在进排气冲程主要集中在连杆小头轴承90°至270°的下半区，做工冲程主要集中轴承270°至90°的上半区。对比不同因素发现，转速升高时，空穴区域逐渐增大；空穴压力减小，空穴区域减小；改用高粘度润滑油，空化区域大致不变，但有利于减小空穴程度。

为了研究高原环境下进排气节流对柴油机性能的影响，基于高原环境，对一台废气涡轮增压柴油机进行了台架试验，分别研究了进气节流和排气节流对柴油机进气量、燃烧、排气温度、排放、油耗的影响。结果表明：高原环境下，在柴油机扭矩为50N·m，转速为1400、1800、2200r/min的三个工况下，进气压力降低25kPa，柴油机进气量降低，缸内最高压力降低，最大燃烧放热率增大，排气温度分别提升65、58、55℃，NOX排放分别增加100、204、162×10-6，烟度分别增加0.045、0.047、0.052FSN，比油耗分别增加5、6、5g/(kW·h)；排气背压升高25kPa，柴油机进气量降低，缸内最高压力降低，最大燃烧放热率增大，排气温度分别提升35、47、62℃，NOX排放分别增加30、85、94×10-6，烟度分别增加0.075、0.033、0.024FSN，比油耗分别增加14、14、15g/(kW·h)。研究结果为柴油机排气热管理提供了试验依据。