背压波动会导致柴油机涡轮前排气压力和缸内最高燃烧压力呈现周期性变化；负荷突加突卸则会影响柴油机的调速特性。通过建立某特殊VGT柴油机的一维性能仿真模型，在额定转速下，研究背压波动、负荷突加突卸对柴油机性能的影响规律。试验及仿真结果表明，在排气背压为1.34、1.64bar的标定工况下，柴油机满足二级调速精度的要求；在一个完整的背压波动周期内，其涡轮前排气压力和缸内最高燃烧压力均未超过限制值，通过调整VGT的喉口档位，平均有效功率分别提升0.7%、1.4%，证明VGT在特殊柴油机上的应用是有效的。

天然气作为清洁能源，被越来越广泛地应用于船舶推进和发电等领域。本文围绕目前CNG发动机的进气组织方式的，结合船舶推进和陆用发电的不同负荷特性，对CNG发动机采用进气旁通制和废气旁通控制技术进行研究，分析了不同旁通控制技术对CNG发动机性能的影响，研究了CNG发动机旁通控制技术匹配和增压器匹配设计要求，为大功率气体发动机研发设计提供了理论支撑。

EGR和进气温度是影响柴油机低速性能的重要因素，以TCD2015V08柴油机为平台，通过计算分析确定内部EGR和进气温度对过量空气系数及低速性能的影响规律，结合实测试数据进行验证和对比分析。认为，采用内部EGR可适当提高过量空气系数，改善低速性能。进气温度对过量空气系数影响较大，应确保低速过量空气系数大于1.2。

在节能环保和电气化的大背景下，进一步提升汽油机热效率并兼顾排放具有重要意义。基于均质超稀薄混合气的快速燃烧是提升汽油机热效率的有效途径之一。当前，吉利汽车正在基于超稀薄燃烧技术开发热效率为45%的高效混动专用汽油机。可靠的点火系统是实现超稀薄混合气快速燃烧的前提，但是，传统火花塞点火系统点火能量低（<120mJ），可靠引燃稀薄混合气的极限小（λ<1.6），无法满足高效燃烧系统开发要求。基于传统火花塞的高能点火系统（>120mJ）虽然能够一定程度上扩展稀燃极限，但是过高的点火能量易导致火花塞电极损耗过快，火花塞寿命短。另外，尽管一些新型等离子点火系统（如电晕点火系统）能够提供较高的点火能量，可拓宽稀燃极限至λ~2.0，但是系统复杂价格贵，且可靠性需要进一步验证。 因此，开发可性靠性高且成本合理的新型点火系对于汽油机实现45%热效率至关重要。 预燃室点火技术具有点火能量大，多点点火的特点，能够极大地拓宽混合气的稀燃极限（λ>2.2），可有效满足高效稀燃汽油机燃烧系统对点火能量的要求。另外，预燃室采用传统的火花塞点火，系统相对简单，成本低，具有较大的量产潜力，已成为世界各大主机厂高热效率汽油机技术的开发热点之一。 本文着重介绍了开发预燃室高能点火系统，并通过快速压缩机试验和发动机试验验证预燃室高能点火系统对发动机性能的影响，实现指示热效率49%。

本文将不同比例的废气再循环(EGR)气体和氧气引入柴油机进气道，探索了不同的进气组分和进气分层对柴油机污染物排放特别是颗粒物排放的影响。结果表明:将氧气引入进气道有利于缓解高EGR率导致的颗粒物和HC排放恶化。与进气道中仅通入纯空气相比，在高EGR率条件下引入适量氧气可以同时降低氮氧化物(NOx)和颗粒物排放。对于不同模态的颗粒物排放，在相同的EGR比例下增加进气充量中的氧浓度有利于降低积聚态颗粒物数量，而核态微粒数量先降低后升高。此外，分层进气形成的缸内氧浓度分布相对于均质进气有利于进一步改善NOx与颗粒物排放的trade-off关系，这种现象在NOx或颗粒物排放恶化的情况下更为明显。同时，分层进气相对于均质进气对HC排放也有一定的改善作用。

针对双燃烧模式船舶柴油机模式切换过程中多输入多输出空气系统的控制问题，研究了基于滑模控制策略的船舶柴油机空气系统瞬态控制方法。以具有VGT、高压EGR回路和节气门的双燃烧模式船舶柴油机为研究对象，提出了一种适用于全工况范围的通用滑模控制器来控制其瞬态过程的进气状态，以进气压力、排气压力和进气废气分数为控制目标，极大地简化了控制器结构。同时建立了均值发动机模型以进行控制系统的仿真性能测试，仿真结果表明，通用滑模控制器能有效控制瞬态过程，尤其是模式切换过程的进气状态。

基于同步辐射真空紫外光电离质谱技术，在4.0 kPa的低压条件和1223~1448 K的相对低温条件下研究了一氧化氮（NO）对苯流动管热解过程的影响。采用可调同步辐射真空紫外光电离技术和分子束质谱技术全面探测了上述体系中的热解物种，并采用近阈值光电离效率谱鉴定了质荷比26~180范围内的诸多热解产物，包括14种来源于苯裂解的烃类产物，16种芳香烃生长产物和7种含氮/含氧产物。计算了上述产物摩尔分数的温度分布。探测发现了3种未见相关研究报告的中间体，包括苯酚（C6H5OH）、亚硝基苯（C6H5NO）和1-吡咯啉（C4H7N），并根据实验发现和文献机理讨论了其生成路径。实验显示，NO添加对苯热解存在明显的促进作用，将苯开始热解的初始温度降低了约175 K，并降低了苯和苯基自由基各种初级裂解产物的生成温度。NO添加同样促进了芳香烃生长产物的生成，降低了联苯（C12H10）和茚（C9H8）的生成温度。实验发现，在物种分布方面，NO添加对苯热解过程的影响和升温影响具有一定的相似性。在实验条件下，NO将被还原为N2O、HNO和CH3OH，苯对NO的脱除效果较为有限。

由于焦耳-汤姆逊效应，高压燃油经喷孔喷射时会生成大量的热导致喷嘴处燃油温度升高，进而影响到喷射特性，因此，本文开展了共轨喷油器喷嘴处燃油温升的实验和理论研究,结果表明：随着喷油器工作时间的增加，喷嘴处燃油温升开始迅速增加，之后达到稳定；喷嘴处燃油温升不仅和压差有关，而且还受到喷射脉冲占空比影响；在稳态条件下，喷孔处燃油温升只取决于喷射压差和脉宽，不取决于喷孔直径和流量系数；提出了适用于脉冲喷射的共轨喷油器喷嘴处稳态温升的焦耳-汤姆逊修正公式，计算结果和实验数据的吻合性证明了提出的公式的正确性。

船用柴油机是船舶动力的主要来源，柴油机的燃烧状态对柴油机的安全性能、降低污染和能耗具有重要的影响，所以对柴油机各缸的燃烧状态进行评估及故障诊断十分必要。本文以船用柴油机为研究对象，利用GT-Power仿真软件建立四缸柴油机仿真模型并验证了该模型的可靠性。在柴油机模型的基础上，在100%负荷下进行了单缸的故障模拟仿真，模拟故障有喷油延迟、喷油提前、喷油量增加、喷油量减少和单缸停油，并利用瞬时转速信号、废气种氧气含量信号和排气温度信号建立了四类燃烧状态特征参数，研究燃烧特征参数对应不同故障的变化规律，从而根据其变化的规律以确定燃烧异常的气缸和造成燃烧异常的原因，为故障诊断提供了可行的依据。

现有的高压共轨喷油器喷射特性优化研究中大部分涉及的是结构参数对喷油器动态响应、喷油量的优化，而未涉及到驱动参数的优化。因此,本文中以Bosch高压共轨喷油器为研究对象，建立详细的电-磁-机-液多物理场耦合的共轨喷油器数学模型，模型计算结果与实验数据吻合程度较高，验证了模型的可靠性。改进了遗传算法，并将算法与模型耦合，优化喷油器的结构参数和驱动参数，提出了兼顾高速电磁阀高动态响应特性、喷油量和机械能转化率的共轨喷油器优化设计方法。