本文针对内燃机低温燃烧模式的燃烧过程难以调控的问题，通过改变缸内充量分层状态，在一台可视化发动机上实现了高预混可控压缩燃烧（HPCCI）模式。将缸内充量分为用以形成微火源的高活性局部充量和在缸内充分预混的低活性均质充量，通过对这二级充量的控制，达到对整个低温燃烧过程的控制。通过光学诊断技术，结合图像处理方法，以高活性局部充量的喷油量、喷油正时和低活性均质充量的活性为变量，研究了该二级充量分层的控制效果。结果表明，主喷油量增加可以改善微火源燃烧情况，促进后续预混燃料燃烧；适当增大预混合气整体活性，能够促进主喷燃料的着火提前以及主喷柴油着火点个数增加，缩短微火源的形成持续期，同时引燃更多的预混合气，加剧火焰融合现象，使主阶段放热提前；主喷正时可控制主喷燃料的着火始点，着火始点以及燃烧相位都随主喷正时的提前而提前，进而直接影响预混合气的燃烧放热。

使用缸内后喷再生方式替代HC喷嘴进行后处理再生，最大的风险在于缸内后喷的燃油不参与燃烧，易与机油混合，从而引起机油稀释，导致机油性能恶化。本文从不同试验循环角度对缸内后喷再生方式的机油稀释影响进行研究。结果表明：机油温度对缸内后喷再生方式造成的机油稀释程度有直接影响，机油温度高，机油中的燃油蒸发速度快，在再生间隔期内能快速蒸发，可以减少后处理再生带来的机油稀释风险。

柴油发动机在公路运输中起着重要作用。 但是，在减少烟尘和有害物质排放方面的法规日益严格。导管引导燃料喷射（DFI）是一种有效地大规模消减烟尘的新方法。然而，该技术是如何通过促进喷雾雾化来减少排放的原理仍然未知。 这项研究的重点是导管引导燃料喷射的喷雾特性，这在实验条件下难以获得。 结果表明，导管引导燃料喷射通过减少环境气体的总夹带，限制喷雾的径向发展提高喷雾速度。 射流穿透管道后，拥有较高的速度，导致较高的湍动能，从而增强了环境气体和燃料的混合过程。 本文还进行了蘑菇形头部的形成的分析，将该现象归因于管道内部和外部的压力差的影响。

氢作为一种无碳且可再生的燃料，被认为是未来能源的发展方向。由于氢气与空气混合物的特殊特性，研究火焰和壁面之间的燃烧和热传递特性，有利于设计冷却系统以提高热效率。本文在不同初始压力和当量比的情况下，在定容燃烧弹内测量了热通量，燃烧压力和火焰图像。通过传感器获得热通量，并通过高速纹影成像估计火焰传播。结果表明，当量比增大时，最大热通量和累积热通量均先增大后减小。在初始压力为1.0 bar时，进入定容弹内的热通量占总能量的比例为10.5％至32.4％，并且该值随初始压力的增加而减小。另外，达到最大燃烧压力的时间与达到最大热通量的时间相同。这些结果揭示了传热与火焰燃烧之间的关系，可用于建立氢发动机的传热模型。

为了满足日益严格的排放标准同时提高船用发动机的燃油经济性，米勒循环和EGR技术被证实是改善柴油机性能和排放的有效技术路线。研究米勒循环和涡轮增压系统对EGR废气回流的制约影响规律以及优化决策NOx与BSFC之间的折衷关系对节油减排有着重要意义。本研究中，基于潍柴6170船用柴油机，利用GT-Power搭建一维仿真模型并详细研究了米勒循环，废气再循环（EGR）和可调涡轮增压系统对75％负荷时柴油机性能和排放的影响规律。在EGR率保持恒定的情况下，适当的Miller和涡轮旁通可以减少BSFC以及NOx排放。 Miller和高压级涡轮旁通过高将导致无法克服进排气逆压差驱动EGR废气回流。在中等EGR率，中等Miller和低涡轮旁通率的情况下，可以兼顾NOx排放同时改善燃油经济性。研究通过粒子群优化算法确定了全负荷下的最优稳态控制策略。与仅使用EGR的系统相比，EGR Miller耦合涡轮旁通的协同优化系统在100％负荷时可减少NOx 0.58g / kW·h，降低油耗 12.45g / kW·h。即便在25％的负荷下，NOx排放和油耗仍可分别降低0.38g / kW·h和1.78g / kW·h。

喷雾特性对船用柴油机的性能有重要影响。环境温度和密度、喷射压力、喷嘴结构是影响喷雾发展的重要因素。本文通过某光学窗口直径为205mm的高强化定容室模拟了船用柴油机缸内的热力工况。采用Mie散射和纹影技术分别测量了液相和气相喷雾特性。试验结果表明，随着喷射压力的增大，喷雾贯穿速度和扩散角增大，而贯穿距减小。环境温度和密度对液相喷雾特性有显著影响，目标柴油机在低负荷时更易发生喷雾碰壁现象。在喷嘴结构上，喷嘴孔径越大，液相贯穿距越大，扩散角越小。增加喷嘴孔数对燃烧室气体空间利用率有不利影响。总的来说，本文的助于了解柴油机类工况下喷雾特性的具体表现，实验结果可为柴油机的设计和数值模拟的验证提供有价值的指导。

为探究碳烟对含ZDDP（二烷基二硫代磷酸锌）的液体石蜡润滑后磨损表面化学及力学性能的影响。采用高频往复摩擦磨损试验机（HFRR）对含碳烟和ZDDP的液体石蜡进行了摩擦学试验，分别使用三维形貌仪、SEM/EDS、XPS、拉曼光谱仪及纳米压痕仪对磨痕表面的形貌、元素分布、成分组成及力学性能进行了分析。结果表明：1 wt%含量的碳烟具有减摩抗磨作用，高含量的碳烟会加剧摩擦磨损；碳烟会嵌入试盘表面的犁沟中保护摩擦面，起到转移磨损的作用，刮离ZDDP摩擦反应膜，并使ZDDP摩擦反应膜中的焦磷酸盐减少，偏磷酸盐增多，其自身会在应力作用下形成碳化物摩擦反应膜，磨痕表面的硬度（H）和弹性模量（E）因碳烟的作用而剧烈波动，5 wt%碳烟润滑后的磨痕表面的H./E值降低至0.018。基于此，碳烟会引起ZDDP摩擦反应膜结构的转变以及磨痕表面力学性能的降低。

双燃料发动机在未来船舶制造中，以其生产、改装方便、经济性好、燃料选用灵活、热效率高，以及良好的环保性、节能性、经济性等多重优点，已成为国内外船舶新动力的发展方向。本文对开发的船用油气双电控型双燃料发动机基本参数和系统控制原理做了简介，并对发动机控制系统、燃油系统、天然气进气系统及发动机整机安保系统及采用的关键技术做了详细介绍。在螺旋桨推进特性下，对发动机纯柴油模式和双燃料模式运行下台架试验研究。通过油气双电控协同控制策略的应用，双燃料发动机不但实现了发动机低负荷双燃料模式运行，中高负荷高替代率的要求，而且满足了船舶发动机即将实施的GB15097第二阶段的严苛的排放要求。

预知未来的行驶车速进而开展内燃动力系统的预测性能量管理，是提升系统综合能效的技术途径。随着智能网联技术和基础设施的迅速发展，车速预测算法成为领域内的研究热点。然而，由于驾驶员行为和交通流信息的高度不确定行，未来车速的准确预测其实比较困难。为此，本文基于车云协同、车路系统，提出了一种考虑驾驶风格、交通信息与历史数据的车速迭代优化预测算法。首先，基于历史数据，在云端利用多元高斯过程回归（GPR）对不同的驾驶风格下的车速进行全局预测。其次，通过对实际驾驶场景的学习，以迭代学习的方式对多个GPR子模型进行结合。其次，采用一种基于长短期记忆（LSTM）神经网络，设计了短期局部速度预测算法。最后，利用马尔可夫转移概率矩阵将局部和全局预测结果融合形成局部复合车速。该算法在交通灯前方300米的道路上进行了实验验证。结果表明，该方法能有效提高预测精度，与传统GPR方法相比，预测误差可降低70.67%。

基于一台最高爆压能够达到30MPa的船用中高速单缸机，本文开展了高爆压条件下效率提升潜力的研究。本文分析了喷油压力、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，同时分析了性能配置变化对NOx排放、压升率、烟度等性能参数的影响。结果表明：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”，高燃油喷射压力有利于效率提升；在等爆压条件下，高压缩比匹配不同喷射正时能够实现相近的效率，但高压缩比方案的NOx排放、压力升高率更低。采用更较小的喷孔方案，在相当的效率水平时，爆压更低，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，本文通过单缸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，等容燃烧比例更高，燃烧持效期更短。