传统燃烧模式柴油机高负荷下面临高热负荷、高氮氧化物（NOx）排放等问题，缸内喷水是解决此类问题的有效手段。本文的研究目的是确定高负荷下喷水的最佳方式，并深入理解缸内喷水的改善效果。为便于比较分析，本研究采用三维数值模拟程序KIVA-3V结合遗传算法（GA）针对喷水和非喷水工况分别进行了优化计算。结果显示，喷水的最优时刻为-108 °CA ATDC，喷水量为18%到30%的燃油质量。与其他参数相比，喷水量和喷水时刻被认为是对燃烧和排放影响较大的参数。当单独使用喷水并且不使用废气再循环（EGR）时，喷水最多可以降低30%的NOx排放。由于存在阈值（40%的燃油质量），喷水在高负荷下无法独立取代EGR。喷水的冷却功能可以延长滞燃期，从而增加预混合时间，导致燃烧速率以及声响强度（RI）的增加并略微改善油耗。总体来看，喷水的优点是相比于EGR可以在不牺牲油耗率的情况下降低NOx排放，且喷水的运行区间大，易于控制。

转速的控制效果对柴油机运行品质有重要影响，但面临多种不确定性因素的干扰。例如，对于发动机-变速箱耦合系统，整个转动惯量受到变速箱大小和传动比的影响，而负载转矩也是未知的。为了提高系统的抗扰性能并简化标定，本文章提出了一种复合抗扰控制算法。首先，基于面向控制的发动机转速动态模型设计了扩展状态观测器，用于实时估计和补偿负载转矩。再次，为了提高性能，运用两个转动惯量在线估计方法，包括极值搜索(ES)和递推最小二乘（RLS）来尝试和评估仿真。结果表明，采用转动惯量学习算法后，在负载扭矩突变的情况下，最大转速偏差比无转动惯量在线学习时降低39%。与ES相比，RLS比ES收敛更快(62秒比300秒)，但在惯性估计精度较低，且对模型不确定性更敏感。

为分析凸轮轴扭振在轴段的影响，本报告对配气机构进行了动力学仿真计算，分析了凸轮轴动态扭矩，扭振的结果。通过模态分析，得到凸轮轴临界转速和扭振状况，在此基础上，分析扭振随工况变化的关系，进一步讨论扭振对配气机构影响。本报告中采用 AVL Excite Timing Drive 软件，使用集中质量法建立数学模型，对配气凸轮轴在运行中产生的扭振进行仿真分析。

随着柴油机车排放法规的升级，排放认证测试中，除了基于测试台架的发动机排放循环测试外，还增添了基于整车实际道路的排放测试（整车PEMS测试）。整车PEMS测试考虑了路况、车型、载重、驾驶以及发动机选配等多种因素对污染物排放的影响，使得排放测试更加真实地反映柴油机车在实际使用状态下的排放水平。但从另一方面看，要保证整车PEMS测试合规，发动机前期开发设计时就需要将路、车、驾驶、载货等诸多因素考虑进来， 这无疑增添了发动机开发设计的难度。本文介绍了一种基于模拟计算的PEMS排放性能的稳健性评估方法，可以将基于整车及应用的各类因素前置到发动机开发设计中，在发动机及整车设计的早期阶段对产品的PEMS排放合规性有全面的预测，起到识别风险，指导设计，规避风险的作用。

传统故障诊断方法受限于测取手段，且船舶柴油机故障特征与故障原因映射关系存在复杂性和不确定性，因此在准确性和实用性等方面有各种不足，本文引入机器学习方法，提出一种基于支持向量机(SVM)的船用柴油机故障诊断方法。首先根据实船数据对WinGD 5X52型船用低速机建立仿真模型并验证其有效性；然后运用支持向量机算法对故障模拟生成的故障数据进行故障分类诊断，并对模型的泛发性进行验证。结果表明：SVM对训练样本集和测试样本集的故障识别率分别为95.7%和96.7％，具有较高的故障识别准确率，数据扰动对模型最终的分类结果影响较小，模型具有很强的泛化性。

随着工业的发展，柴油机日益复杂化，以往基于维修人员经验和定性判断的策略，已不能满足柴油机维修的需要。因此，针对柴油机维修策略问题，本文采用威布尔比例危险模型描述柴油机总体状态与故障率之间的关系，以平均费用最小为维修决策目标，建立了柴油机的最佳维修时机策略。为了提高维修效率，对柴油机各个子系统建立模糊综合评价模型，以系统当前的运行状态为依据，决策出柴油机的最优维修目标。本文以某船用柴油机为例，通过调研从初始状态到故障或预防性维修而终止的全寿命监测数据，决策出了柴油机的最佳维修时刻；同时，以润滑系统为例，对各子系统的模糊综合评价模型的建模的关键过程进行了说明。该策略有效地融合了历史故障信息和运行状态信息，提高了柴油机的可用度。

我国因润滑系统故障导致的舰船柴油机故障占所有故障的80%以上，对此提出一种柴油机润滑系统故障诊断策略优化方法，该方法优化后的诊断策略能以最少的检测步骤完成故障诊断过程。首先对柴油机润滑系统进行FTA分析，梳理各种故障模式、故障部件和他们之间的逻辑关系。然后对润滑系统进行FMECA分析，获取故障检测手段和部件故障概率等关键数据。根据获取的数据建立相关性矩阵，运用信息熵等算法对矩阵进行数据处理，以模拟故障检测和故障隔离过程，最后绘制故障诊断策略树。实践表明，故障诊断策略树的运用提高了故障诊断效率，减少了故障诊断费用，降低了维修工人的工作强度。

为了控制船舶尾气排放，船舶排放法规日益严格，IMO自2020年开始在全球范围内实施燃油限硫令，尾气后处理技术作为最为有效的减排方法之一，将迎来更大的机遇和挑战。排气组成和温度是决定船舶尾气后处理技术的重要因素，本文分析了各类船舶发动机的尾气排放特征，综述了近年来中高速船舶和低速船舶中各种尾气后处理技术的实际应用和研究进展，讨论了未来清洁能源船舶适用的后处理技术，认为多污染物协同控制的一体化系统与技术是船舶尾气污染控制的发展方向，并提出了可行的尾气后处理优势组合方案。

基于传统侧卷流燃烧系统的混合燃烧机理，本文并结合OP2S柴油机的特点，提出了OP2S柴油机侧卷流燃烧系统。采用CFD仿真和灵敏度分析方法，研究了不同燃烧室参数对OP2S柴油机侧卷流燃烧系统的混合燃烧性能、动力性和排放性的影响规律，并对燃烧参数进行的优化。结果表明，这种燃烧系统有助于改善OP2S柴油机混合燃烧的不均性，加快燃烧速度，并提高OP2S柴油机的动力性和降低Soot排放。此外，在一定的供油条件下，需要同时利用好燃烧室轴向截面和径向截面的空间，并使分流造型高度充分发挥导流作用，才能较好地提高OP2S柴油机侧卷流燃烧系统的性能。

大功率柴油发电模块广泛应用在交通运输、采矿、农林业、建筑施工、通讯和国防工程等各部门。除了其主要能满足持续供电要求外，还可作为辅助、移动、备用应急等替代或联合运行的能源。对大功率柴油发电模块的主要要求为，随时能自动启动发电、运行可靠、保证供电的电压和频率符合发电品质等。故对大功率柴油发电模块的可靠性、维修性及保障性提出较高要求。随着行业发展及科技进步，上述要求已经成为必要条件。文中以某大功率柴油发电模块为例，提出了可靠性、维修性及保障性的定量定性要求和改进建议，为大功率柴油发电模块安全、可靠、稳定运行提供了指导。