目前，先进燃烧方式面临着高负荷拓展的挑战。而现有的燃烧方式主要是通过延迟燃烧相位来提高负荷，但发动机热效率大大降低。为此，提出了直喷双燃料分层燃烧技术以降低最大压力升高率（PPRR）从而拓展负荷。本研究利用KIVA-3V对DDFS，RCCI和GCI燃烧模式进行了系统的比较。结果表明，DDFS发动机具有比RCCI和GCI模式更低的PPRR（小于15 bar / deg）和循环变动，同时将热效率保持在47.8％。 在DDFS发动机中，由于近上止点喷射的燃油进行的是扩散燃烧，在不延迟燃烧相位的情况下大大降低了DDFS发动机的燃烧速率。 因此，合理的喷射策略可以在获得高热效率的同时实现稳定的燃烧。

柴油机的燃烧室部件发生故障，往往表现为一果多因，若能采用单一传感器对燃烧室部件进行故障诊断与隔离，对柴油机故障诊断技术的工程应用具有重要意义。为了提高燃烧室部件故障隔离的效率和精度，提出了一种基于声发射信号的自编码网络特征降维与BP神经网络故障隔离相结合的方法。以淄柴Z6170型柴油机为例，在试验室环境下进行了排气阀和活塞环的故障模拟试验，采集了气缸盖的声发射信号，提取了不同信号段的时域特征参数和频域特征参数。使用自编码网络对特征参数进行降维，DBSCAN聚类算法进行异常值检测，然后利用BP神经网络建立燃烧室部件的故障诊断与隔离模型。通过模型训练和验证表明：所提出的诊断与隔离方法是有效的，能够对柴油机燃烧室部件的排气阀和活塞环故障进行识别，具有很好的应用前景。

船舶柴油机调速系统设计多不考虑轴系扭振的影响，导致机组运行存在发生耦合振荡的隐患，同时从控制系统层面进行柴油机轴系的减振降噪具有成本小、易实施的特点。因此，本文基于柴油机调速系统与轴系扭振耦合模型，通过系统辨识的方法得到等价传递函数模型，采用三种极点配置的方法对耦合作用条件下的柴油机调速系统PID控制器参数进行优化整定设计。经过综合考量调速系统特性指标和轴系扭振特性指标，给出了一组经过优化整定后的PID控制器设计参数。

前期已在某量产三缸发动机中采用米勒循环和稀燃实现有效热效率40%，为在满足排放规定的条件下实现更高的热效率，本文在一款热力学单缸发动机上研究了均质超稀薄燃烧，通过采用电晕等离子体点火系统实现了过量空气系数＞2.0混合气的稳定燃烧，指示热效率最高可达49.5%，NOx原始排放低于50 x 〖10〗^(-6)。基于验证的燃烧系统开发了三缸原型样机，在采用电机驱动机械增压时，实测有效热效率45.6%，并对稀燃后处理系统进行了初步测试，为了进一步减少稀燃发动机的氮氧化物原始排放，未来需实现更高的过量空气系数＞2.4，这就需要一个更强大的点火系统诸如预燃室点火来保证稳定的燃烧。

由预燃室系统引燃的天然气-柴油双燃料船用发动机是满足国际海事组织排放法规的一种有前景的技术路线。该发动机系统采用在预燃室直接喷射柴油的引燃预混天然气，其点火能量较高，稀燃极限低，热效率较高。此外预燃室式双燃料发动机在预、主燃烧室内具有复杂的多模式燃烧特性，这使得对其数值模拟的成本效益提出了挑战。为此，本文对大缸径二冲程船用双燃料发动机的多工况燃烧进行了三维建模研究，提出了一种将搅拌反应器模型与g -方程模型耦合的双模型切换方法，以同时实现计算精度和效率。采用具有代表性的放热反应分析和预混湍流燃烧理论进行深入分析，以更好地理解燃烧过程，并为模型切换时间的选择提供指导。结果表明，使用g -方程模型进行映射和转换，可有效降低71.5%计算时间时长，此外，探讨了用卡洛维茨数确定模型切换时间以及通过模型常数调整优化预测精度的可能性。

为应对严格的船舶NOx排放法规要求，以某船用中速机为研究对象，在GT-POWER软件中建立柴油机模型。在100%、75%、50%和25%负荷推进特性下，计算分析了不同的喷油正时、压缩比和进排气阀正时对柴油机NOx排放性能、动力性能和经济性能的影响。结果表明，延迟喷油正时、降低压缩比和调整进排气阀正时均能一定程度降低机内NOx排放，但其程度有限，且会降低整机的动力性能和经济性能；采用SCR后处理方法能有效控制NOx排放，同时系统的阻力损失增加使排气背压升高，降低柴油机的工作性能；通过机内参数的调节改善燃烧，分别将喷油正时提前1℃A，压缩比增加0.3和进气阀正时延迟4℃A，均能在SCR系统有效降低NOx排放的同时，保证柴油机的动力性能和经济性能。

针对电动复合增压系统两种不同的安装方案，本文以某二级增压柴油机为原机，匹配电动压气机组成电动复合增压系统，并提出简化方案，通过仿真计算将两方案中不同的电动复合增压发动机的稳态性能与稳态工作区域进行了对比研究，可以在不同工作条件下选择最优方案来保证发动机性能。

涡轮增压器可以提高燃油经济性、减少污染物的排放，有利于缓解日益突出的能源问题与环境问题，在内燃机领域应用广泛。涡轮是增压器的核心部件，采用增材制造方法制造的3D打印镍基合金涡轮大幅提升了力学性能，为分析合金的微观组织特征，采用电子背散射衍射技术这种先进的测试手段。电子背散射衍射技术是基于扫描电子显微镜，并可以通过分析计算从而确定晶体结构、取向及相关晶体学信息的一种观测手段。本文首先介绍了电子背散射衍射技术的基本组成、原理和优势，然后以3D打印镍基合金涡轮为基础，总结了电子背散射衍射技术的具体应用。结果表明，电子背散射衍射技术这种新的零部件测试技术对内燃机研究探索现象、获取信息和解决问题起到了重要作用。

以某船用中速柴油机为研究机型，基于ACTUS软件建立其一维热力学仿真模型，采用米勒循环和高压比高效率增压器措施，对该柴油机性能升级进行仿真研究，通过优化气门定时和增压器规格，提出了两种米勒定时和增压系统解决方案，结果表明：米勒循环和高压比高效率可变几何涡轮增压系统组合措施，将某船舶中速柴油机实现降低排放从IMO Tier I升级到IMO Tier II法规的NOx限制要求，同时，可获得节省燃油运行成本4%左右。

针对某重型柴油机油烟炱含量高问题，首先分析了机油烟炱含量高的影响因素，通过理论校核和缸内燃烧过程模拟研究，分析确认了燃油撞击缸壁可能是导致机油烟炱含量高的主要原因。其次，开展了燃烧室型线和油嘴优化工作，应用AVL FIRE软件对缸内燃烧过程开展仿真分析工作，确定了优化方案，并开展了机油烟炱含量试验方法研究及试验验证。最后，机油烟炱含量测试结果表明：大流量喷油器对该重型柴油机的机油烟炱含量改善效果明显，机油烟炱含量较小流量喷油器降幅约72%。该研究对未来长寿命机油的开发具有直接和重要的指导意义。