本文研究了轻型汽油车在不同测试循环对排放和油耗性能的影响，在一款15TD汽油车上开展了针对WLTC和CLTC测试循环两版排放标定优化数据在WLTC、CLTC、NEDC和RDE测试循环下的排放和油耗性能试验，并对排放和油耗结果进行分析。结果表明：同一排放标定数据在不同的测试循环下表现出不同的排放和油耗特性，针对WLTC循环排放优化标定的数据在WLTC循环下表现出最优的排放性能；针对CLTC循环排放优化标定的数据在CLTC循环下表现出最优的排放性能，在NOx排放水平相当的情况下，HC降幅达到20%，CO降幅达到15%；两版排放标定数据在WLTC循环下表现出最好的燃油经济性。针对CLTC循环排放优化标定数据在RDE测试循环下表现出较好的排放性能和燃油经济性。不同测试循环对加装GPF后处理方案的车辆的PN和PM排放性能影响不明显。

基于高速往复摩擦磨损试验仪，采用球-板和活塞环-缸套两种摩擦副对碳烟颗粒的摩擦磨损特性进行了研究。结果表明：碳烟颗粒的加入，由于抑制了机油中添加剂发挥作用以及团聚后发生三体磨粒磨损等原因，加剧了钢球的磨损并增加了摩擦系数。而当碳烟浓度为3%时，碳烟颗粒在摩擦副表面生成润滑薄膜，使得磨斑直径减小。碳烟颗粒增加了机油的粘度，提高了润滑油膜在混合润滑状态的承载能力，再加上在摩擦副表面的“滚珠效应”和修复机理，从而减小了活塞环-缸套的摩擦系数，但却加剧了缸套的磨损。

柴油机喷油参数是缸内混合气形成及燃烧过程组织的决定性参数，研究喷油参数对柴油机性能的影响对改善柴油机性能具有重要意义。本文对某共轨式燃油系统的大功率四冲程船用柴油机，基于单缸机试验平台，结合缸内喷雾及燃烧仿真方法，研究分析了包括喷油压力及压力波动、喷油时刻、喷油规律、喷孔孔数、喷油夹角等不同喷油参数对柴油机缸内放热、爆压、油耗、排温、NOx及碳烟排放等性能参数的影响规律及影响程度，为船用柴油机性能优化提供参考。

利用冲击射流对径流涡轮背盘表面进行冷却是微型燃气轮机径流涡轮冷却的一种有效手段。由于涡壳引起的周向不均匀流场，会造成背盘冷却效率的不均匀分布，为了改善这种不均匀性，对背盘冲击射流孔的排列方式进行了研究。气热耦合的数值仿真结果表明：背盘上涡舌附近存高温区，通过改变射流孔的分布能够减少局部高温区及改善局部冷效不均匀情况，其中相比第7孔相位角0°、60°、340°，相位角为40°对背盘冷却效果最好，且较其它方案冷效均匀性最高改善18.5%。冷却流体流入涡轮主流通道后，涡轮机效率会受到冷却流体的影响而降低，射流冷却对涡轮机膨胀比的影响可以忽略。

为了研究燃用B10生物柴油以及市售纯柴油（D100）两种不同燃油时环卫车CO、HC、NOX、PM、PN和粒径分布的排放特性，使用便携式排放测试系统（PEMS）对环卫车分别燃用两种不同燃油进行了实际道路排放测试。结果表明，燃用B10生物柴油相对于燃用D100可以明显降低CO排放，最大降低了69%；生物柴油中十六烷值比纯柴油低、芳烃含量较少，导致B10的THC排放也低，由于生物柴油中含有的氧加速了燃料的燃烧，导致NOx排放量略高于D100。燃用B10生物柴油相比于D100柴油，单位时间内的PN、PM排放增加。

在实际柴油机上进行试验不但耗费人力物力，而且试验周期较长，成本高。由此本文对柴油机进行建模与仿真，并基于半物理仿真平台进行硬件在环测试，及时整改并有效缩短ECU开发时间，降低产品的开发成本。仿真和试验结果表明，柴油机仿真模型数据与计算数据误差较小，证明了所建模型的准确性与可靠性。基于联合仿真平台运用不同的控制算法对转速进行调节，转速的变化情况表明本文所设计的智能控制算法效果较好。最后基于半物理仿真平台进行HIL测试，验证了本文控制策略的正确性。

重型柴油机在低温工况下出现粗暴燃烧及其诱发的烧蚀故障的内在机理尚不明确。因此，本文通过CONVERGE仿真对以上问题进行阐明。结果表明：随着进气门关闭时刻进气温度的降低（380-288K）：燃油附壁量显著增加，高温着火前油膜蒸发速率和质量显著降低，而着火后则显著增大；着火严重滞后，高温着火时刻混合气质量增加，同时均匀性变好。因此，着火以后瞬时放热率和压力升高率峰值急剧增大；最大压力偏离平均压力曲线的程度增大，缸内压力波动明显，燃烧变得不稳定、工作粗暴，307K时最高压力高出平均压力近一个数量级，约90MPa。进气温度328-307K时，PPmax>5MPa，达到破坏性粗暴燃烧程度。缸内高强度压力波冲击和局部高温是烧蚀故障发生的根本原因。 关键词: 重型柴油机；低温；燃油附壁、粗暴燃烧；烧蚀

柴油机在低温或高原环境运行时，燃油贯穿距离过长，会发生碰壁而形成油膜，一旦着火易对活塞造成热冲击，进而引发烧蚀破坏。本文基于预燃式定容燃烧弹，成功再现了附壁油膜的燃烧。通过光学手段分析火焰特性，利用高速响应热电偶测试浅壁面温度。结果表明：附壁油膜面积随着喷油压力或喷油量的增加而增大，喷油压力对壁面油膜影响受到撞壁距离限制；附壁燃烧火焰面积随喷油压力的增加先减小后增大，随喷油量的增加而增大，附壁燃烧火焰强度随喷油压力或喷油量的增加而增大；附壁燃烧导致浅壁面温度显著升高，且壁面温升幅度随着喷油压力或喷油量的增加而增大，壁面最高温度可达600℃，远超过活塞设计温度，应为导致烧蚀的关键因素之一。

本文基于一台高指标船用单缸机开展了高爆压条件下性能试验研究并探索了30MPa爆压条件下的效率提升潜力。分析了喷油压力、喷射正时、压缩比、喷孔参数等多个性能配置对效率提升的影响，同时分析了效率提升的同时，性能配置变化对NOx排放、压升率、烟度等性能参数影响，探索了30MPa爆压时效率的提升程度。结果表明：高燃油喷射压力有利于效率提升，在等爆压条件下，“高喷射压力匹配靠后的喷射正时”所能达到的热效率高于“低喷射压力匹配靠前的喷射正时”；高压缩比匹配不同喷射正时在等爆压条件下，能够实现相近的效率，但高压缩比方案能够实现更低的NOx排放、压力升高率。实现相当的效率水平，总面积较小的喷孔方案的爆压稍低，研究表明喷射持续期与喷雾雾化水平同样重要，为提升燃烧综合效率，在设计过程中需要关注；效率与爆压呈正比关系，本文实机验证了当爆压达到30MPa时，船用中高速柴油机的指示热效率超过50%，与原型机相比，其燃烧放热率特征明显不同，燃烧重心更靠前，燃烧持效期更短。

在化石燃料短缺的今天，丁醇由于其优异的物化和燃烧特性，成为替代化石燃料可持续应用的绿色燃料之一。ABE（丙酮/正丁醇/乙醇）和IBE（异丙醇/正丁醇/乙醇）是丁醇生产过程中微生物发酵的中间产物，它们不仅保留了含氧燃料的诸多优点，而且作为掺混燃料使用能降低丁醇纯化生产的高成本。丁醇在发酵生产中带有水分，将含水的丁醇掺混燃料与柴油混合来制备复配燃料将减少除水的能耗。因此，本文在0、20、40和60℃温度下分别研究了ABE和IBE与柴油混合后的燃料特性及持水能力。结果表明， ABE和IBE与柴油的混合物在实验温度下互溶良好，均为透明且稳定的单相液体。ABE-柴油混合物的密度大于IBE-柴油混合物的密度，而IBE-柴油混合物的低热值大于ABE-柴油混合物的低热值，同时，两者的密度和低热值均小于纯柴油。随着温度升高，ABE和IBE与柴油的混合物中持水能力逐渐增加。在所有不同组分体积比的ABE和IBE共混物中，IBE（3：6：1）表现出最大的持水性和最佳的油水平衡能力。同时，研究表明丁醇在掺混燃料的持水性能中起到关键作用。因此，为了提高ABE或IBE发酵产物中丁醇的含量，本文还基于BP人工神经网络建立了ABE发酵的预测模型，对于丁醇生产发酵工艺进行了优化探究。结果表明，所建模型具有良好的拟合性和预测性，当葡萄糖浓度为51g/mL、初始PH为5.5、初始温度为33℃和接种量为5%时，ABE发酵具有最大的丁醇预测产量为10.2504 g/L。