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。

船舶二冲程柴油机EGR系统复杂，包含控制部件较多，单一变量或几个变量的单独变化并不能完全对EGR柴油机进行优化控制，因此，需要寻求多目标优化方法进而求取最优解。本文利用某船舶二冲程EGR柴油机仿真模型进行多目标遗传算法计算，得到了EGR柴油机不同运行模式下基于优化变量的最优解，为NOx排放和主机优化控制提供了优化方法。

两级可调增压具有良好的全工况适应能力，在提升发动机节能潜力、改善低速性能和复杂环境适应性方面的作用日益突显。本文详细探讨了两级可调增压系统中两级涡轮性能的耦合作用规律与机理。结果表明，可调增压系统中的低压级涡轮性能对两级耦合作用具有高敏感性。旁通阀关闭时，低压级涡轮性能在高负荷工况较该级涡轮独立运行工况提升约3.8%；旁通阀开启后，低压级涡轮气动效率急剧降低，最高降幅达6.7%。针对旁通阀开闭状态下的低压级涡轮流动损失机理分析表明，旁通阀关闭时，耦合作用降低了叶轮流动损失；但旁通阀开启后，蜗壳内部流动损失显著增加。该研究为两级涡轮优化匹配设计及可调增压系统管路系统优化设计提供了理论指导。

建立三维发动机缸内工作过程计算模型并修改自适应优化算法，通过将大规模的缸内燃烧计算与遗传算法优化程序进行耦合，本文分析了某11L国六柴油发动机不同轨压下燃油单次喷射、三次喷射、变喷油速率-靴型规律喷射对发动机裸机排放造成的影响，比较不同喷油方式的优缺点，探讨何种喷射方案最适合目标发动机，从发动机缸内燃烧排放对燃油系统需求的角度出发，为共轨系统开发提供方向性的指导意见。

本文以某高速柴油机为研究对象， 利用 CFD 数值模拟计算方法研究喷油正时和夹角对柴油机排放性能的影响。首先，利用 AVL FIRE 软件建立柴油机缸内三维燃烧模型；其次，将单缸机试验结果与缸内燃烧仿真结果对比，进一步减小仿真计算误差；然后，使用正交优化方法，对喷油正时和喷油夹角进行双参数方案设计；最后，对比得到的各方案的计算结果，得到最优方案为方案 6，NO 下降了 24.6%，Soot 下降了 2.1%，功率只下降 2%。

针对电力混合动力汽车的电池效率低且废旧电池回收困难的问题，提出了一种液压混合动力系统，可改善车辆的燃油经济性，对环境友好；内燃机提供高于平均功率需求的动力保证车辆的机动性和续航里程，超高压液压蓄能器削峰补谷储释能量，二者通过动力合成传动装置形成混合动力并传递至运载工具驱动端，该方案采用并联式配置，保留了传统汽车的传动系，传统汽车不改变其主体结构而额外增加了一套液压系统即可实现该配置，易于实现对传统给汽车的改装；基于某4缸增压内燃机实际运行状态建立 GT-suite 仿真模型，在不同循环工况下通过燃油消耗量、加速响应、能量损失、发动机输出功率等工作参数的性能曲线验证了液压混合动力汽车相对于传统燃油车在经济性和排放性上的优势；基于校准后的一维仿真模型深入研究了不同循环工况驾驶体验的影响，随着加减速频繁增加加速响应逐渐降低；因此在起停、加减速相对较少和在起停、加减速工况无太大差别时，平均车速高的加速响应性更好，驾驶体验感更好。

介绍了柴油机共轨喷油器用电磁阀的结构和原理，分析了影响其性能的相关因素。在此基础上，对全球主要厂商喷油器电磁阀的结构、参数、性能、发展情况等进行了分析和对比，得到了它们的技术路线和发展趋势，并对自主产品的开发提出了建议。

近年来数字孪生技术在工业界和学术界得到了广泛的关注，随着船用发动机和智能机舱的发展，开展服务于船舶柴油机故障诊断与预测的数字孪生模型非常必要。针对目前数字孪生技术在船用发动机领域应用实践不足的问题，以某型船用柴油机为研究对象，在NI LabVIEW软件平台下构建了由孪生模型、信息传输模块和服务应用软件组成的数字孪生系统。其中数字孪生模型包含基于Matlab/Simulink软件具有故障仿真功能的零维实时仿真模型，和基于Python软件的燃烧室部件故障诊断模型；信息传输模块获取实体柴油机的工况信息、热力参数和缸盖振动特征参数传输给孪生模型；服务应用软件根据获取的信息，调用孪生模型分析发动机状态，诊断燃烧室部件故障。最后，通过模拟柴油机燃烧室部件易出现的几种故障，验证了该模型满足数字孪生技术的精度和实时性要求，可应用于柴油机故障诊断，并为智能机舱的发展提供了一定的技术参考。