本文基于一台高压缩比汽油机，研究了不同几何特征下的被动预燃室燃烧特性。通过改变节气门角度，在两种发动机负荷下分别进行了空燃比扫掠测试。结果表明，预燃室的多种几何特征（包括孔的直径，数量和位置，电极位置以及预燃室的体积）均能以不同的方式影响发动机燃烧特性。中等负荷当量比燃烧模式下，预燃室将发动机指示效率最大提高了1.0％，达到33.61％。而中等负荷稀燃模式下，预燃室将过量空气系数边界从1.3略微扩大到1.5，且热效率最高可达36.9％，与普通火花塞当量比燃烧工况相比，提升幅度可达10.9%。冷起动试验表明，预燃室在冷起动最初几个循环表现较差。但是随着预燃室壁温升高，其燃烧效率和稳定性均反超普通火花塞。预燃室对排放的影响研究结果表明，大多数工况下，被动式预燃室倾向于增加CO和HC排放。相比普通火花塞，小负荷下预燃室能减少NOX排放，而大负荷下预燃室将略微提高NOX排放。考虑到其综合性能，被动预燃室具备一定的应用潜力。

基于对置气缸自由活塞内燃发电机喷油需求，介绍一种采用DSP28335与L9781芯片的喷油特性标定方法，此方法着重于实现喷油次数的限定和喷油器实现稳定可靠的电流波形，并通过改变喷油次数以及调整驱动信号占空比来进行稳定性研究。经过实验验证后，喷油器开启阈值电流与设定电流值偏差为0.7%，喷油器开启时间与设定值偏差为0.1%、喷油器电流维持时间与设定值偏差为0.1%，喷油器维持电流与设定值偏差较小，总体来说应用此方法喷油器电流可以很好的实现电流设定值的要求以及达到良好的运行稳定性。

为了提高车速预测算法的预测准确度和计算速率，提出了一种基于结构自适应广义回归神经网络（GRNN）的在线车速预测算法。首先，采用固定结构的GRNN实现在线车速预测。从阶数和信号组合两方面研究了不同神经网络输入的影响。研究表明固定结构的GRNN并不能一直适应变化的驾驶条件。然后，提出了一种基于赤池信息准则（AIC）的结构确定方法（SDM），用于建立结构自适应GRNN的在线车速预测算法。基于路试数据的仿真结果表明，GRNN有实时应用的潜力。与只使用历史车速的GRNN相比，加入驱动电机扭矩之后可以提高6.1%的预测准确度，而对GRNN结构进行自适应调整之后可以进一步提高16.8%的预测准确度。

活塞在发动机动力缸的几何位置受活塞缩高、缸垫、曲轴、连杆、缸体高度零部件制造及安装公差的影响。而活塞的几何位置公差会影响发动机的压缩比（CR）及活塞和喷嘴的相对位置。从而影响发动机的性能。本研究对某一试验样机的额定工况，基于台架实测的缸内压力曲线和发动机性能数据缸内最大压力（PCP）、平均指示油耗（GISFC）、平均指示氮氧排放和平均指示碳烟排放（GISPM）对三维燃烧CFD模型模型进行标定，以此分析活塞几何位置公差对发动机性能的影响。结果表明：GISFC随着CR从18.8增加到20.8而降低约1.2%。而PCP和GISNOx随之增加，其中PCP增加约15bar。随后该研究亦分析了在活塞的几何位置公差变化范围内同时引入喷嘴的的制造及安装公差（喷油角度及喷嘴伸出高度）对发动机性能的影响。结果表明：和活塞几何位置公差相比，喷嘴公差对GISFC和PCP影响很小。

含氧燃料具有实现高效清洁燃烧的巨大潜力和广阔的应用前景。本研究使用正丁醇/柴油共混物，基于对燃料的理化性质和燃烧边界条件的协调控制，探讨了分段喷射策略对燃烧和排放特性的影响。此外，通过改变EGR气体的引入方式使得缸内组分不均匀分布从而形成EGR分层，最终优化了燃烧过程并产生了更理想的排放结果并寻求了一种先进的缸内净化技术。实验结果表明，与单次喷射相比，分段喷射策略可以减少NOx排放，并且较小的预喷射量可以保持较低的不透光烟度，但积聚态微粒明显增加。随着喷射间隔的延长，NOx排放量呈上升趋势，而碳烟排放量则明显减少。预喷射比例的增加导致明显的低温放热，并且可以观察到明显的两阶段放热。预喷射比例的增加使NOx逐渐增加，不透光烟度在15％的预喷射比例时达到最低点。采用适当的分段喷射参数并结合EGR​​分层可以显着减少NOx，同时改善不透光烟度和积聚态微粒的数量。

To further increase the total thermal efficiency of truck diesel engine, Organic Rankine Cycle (ORC) system model based on bench test has been built for simulation. A simple ORC system with recuperator is analyzed and the influence of expander and recuperator on the ORC system scheme is evaluated. Several working fluids are selected for system scheme optimization, and the high efficiency scroll expander and the high expand ratio piston expander are both considered in the schemes. Comprehensive optimization of recuperator and expander shows that recuperator benefits from the large temperature difference created by large expansion ratio or low expander efficiency, yet the efficiency increase of recuperator is insignificant with wet fluids. Cyclopentane ORC system coupled with piston expander can achieve 8.81kW output for conventional diesel engine waste heat recovery, which is 75.5% of the ideal expander output without utilizing high efficiency expander; while coupled with scroll expander, the system can recover 5.58kW energy from high efficiency engine exhaust, which is 66.3% of the ideal expander output without high evaporation temperature. However, minor optimization of system scheme is inadequate for high efficiency diesel engine waste heat recovery, high quality heat exchangers are required to further improve ORC system power output.

基于DPF过滤和再生性能试验台，研究了不同炭黑颗粒担载量和不同颗粒沉积分布下DPF出口的颗粒排放和高温过滤特性。利用气溶胶发生器（Palas-rgb1000）将炭黑颗粒引入DPF入口，用Nanometer 3粒子仪测量DPF入口和出口的颗粒浓度，获得DPF的过滤特性。前期研究发现，在没有来流炭黑颗粒的情况下，沉积颗粒的DPF在加热过程中在出口处存在明显的颗粒排放峰，颗粒浓度增加1-2个数量级。而本文主要研究稳态温度条件下DPF的高温过滤特性。研究结果表明，DPF可以减小颗粒的入口脉动范围，随着温度的升高，大颗粒在出口颗粒中的比例增大，颗粒的粒径分布范围减小。颗粒担载量对DPF的过滤有正、负两方面的影响，且DPF具有最佳的颗粒担载量，使得其综合过滤效率最大。沉积过渡段的加入可以使DPF通道中沉积的颗粒均匀，但同时会降低DPF的过滤效率。

Compared to the 4-stroke engines, 2-stroke engines have the advantage of higher power density due to their doubled firing frequency. In order to improve the power output in the traditional 4-stroke diesel engines, running in 2-stroke operation was proposed. In this study 2-stroke operation in a single cylinder poppet valve diesel engine was investigated. In the meanwhile, 2-stroke scavenging process with the traditional poppet valves was analyzed. The 1-D and 3-D CFD simulation were carried out to improve the scavenging efficiency and trapping ratio of 2-stroke operation. The effects of valve timings and operating parameters, such as EVO, intake pressure, and so on, on 2-stroke operation were studied. In addition, an online scavenging efficiency measurement based on CO2 concentration variations in the cylinder was demonstrated. According to its cycle-resolved measurement results, the simulation models were verified. The results show that by advancing the timing of the exhaust valve open, the cylinder pressure during intake process was reduced, and thus less back flow to the intake port led to the increase in scavenging efficiency and trapping ratio. The increase in the exhaust valve opening duration not only effectively improved the scavenging process, but also caused the increase in short-circuiting and thus the reduction in trapping ratio due to the longer valve opening overlap. The effects of exhaust valve lift were quite similar to that of the exhaust valve duration. Finally, with the original 4-stroke engine intake/exhaust port structures, by optimizing the scavenging system, the air flow rate was reduced by 27.1% at the engine rated operating condition (120kW @ 3000rpm), while the scavenging efficiency increased by 0.8-2% and trapping ratio increased by 2.6-3.6%.

为了提高搭载涡轮复合柴油机的长途商用车的节能潜力，对涡轮增压器、动力涡轮和发动机在典型发动机工况下的匹配特性进行了分析和优化。首先，利用GT-POWER建立了重型柴油机的仿真模型，并用实验数据进行了验证。其次，在仿真和实验的基础上，分析了与固定几何涡轮(FGT)、可变几何涡轮(VGT)和废栅涡轮(WGT)匹配的涡轮复合发动机的性能。结果表明，在不同的发动机转速下，涡轮的最佳尺寸是不同的。因此，FGT不能在所有速度条件下获得最佳燃油经济性。VGT和WGT可以根据发动机转速调节两级涡轮之间的能量分布，从而降低燃油消耗。WGT由于其成本低、可靠性高，是一种较好的选择。第三，研究了动力涡轮与发动机曲轴传动比和燃油喷射正时对发动机性能的影响。选择了22的最佳传动比。在ESC循环工况下，未进行正时调整的涡轮复合发动机的燃油消耗和NOx排放分别降低了1.2%和10.2%。优化燃油喷射，燃油经济性提高1.6%，而NOx排放保持原机水平。最后，涡轮复合发动机被安装在长途商用车辆上进行道路测试。在实际路试工况下，燃油经济性提高了2.54%。

本文通过蒸发和非蒸发的spray A工况评估了五种亚格子弥散方法在喷雾大涡模拟中的表现。弥散模型可预测亚格子弥散速度，该速度在计算气、液相对速度时尤为重要。本文提出利用Kolmogorov微尺度来调整随机弥散速度的方差和湍流相关时间。结果显示弥散模型的缺失会导致蒸发喷雾中液态贯穿距离的过度预测。本文所提出的湍流相关时间可使大涡模拟在细网格和粗网格条件下都能准确预测气态贯穿距离。在非蒸发喷雾中，本文所提出的方法使得喷嘴附近区域中的液相喷雾呈现合理的圆锥形，而非细长的线状。在喷雾的下游，添加基于Kolmogorov微尺度的湍流动能可以更好地捕获小尺度的弥散效应，更好地预测下游喷雾形态。