为挖掘柴油机高密度强化潜力，研究米勒循环对高强化发动机的功率和热效率的提升作用，利用热力学原理进行理论分析。本文基于Matlab软件建立132缸径柴油机热力学模型，不考虑传热损失和换气过程，通过对压缩比、预混燃烧份数和米勒深度等参数进行热力学计算分析，仿真结果表明：非增压下引入米勒循环会降低功率和热效率。有效压缩比主导米勒循环热效率，有效容积的增加是提升功率的关键。爆压限制时，随着米勒深度的增加功率降低，但是因等容放热比例增加热效率有所提高。增压下引入米勒循环因能量回收，热效率有所增加。爆压限制时，功率和效率随几何压缩比的增加而增加。几何压缩比限定时，爆压限值放开，功率和效率都随之增加，但后期增加速率降低。对发动机进行优化设计时发现功率需求越大，增压压力越大，热效率因等容放热比例降低而降低，引入米勒循环，可以使热效率恢复，且功率密度越大恢复效果越好。

在废气再循环技术中，不均匀混合气会导致NOx和颗粒物排放均增加。因此，研究如何提高EGR分布的均匀性具有重要意义。本文采用一维和三维耦合的方法，在GT-POWER中建立了某一非道路用四缸增压柴油机的一维模型，得到了压力、流量等边界条件。然后，利用CONVERGE软件建立的三维模型对进气系统进行了流场模拟，并对进气系统的几何结构进行了优化。通过引入文丘里管混合器，分析了EGR引入角、混合器混合段直径和扩张段张角对EGR均匀性的影响。模拟结果表明，混合段直径越小，扩张角越大，EGR分布越均匀；同时，反向引入比正向引入更有利于气流的混合。与进气结构相比，优化模型结构的EGR率方差降低了96.7%。

本文基于汽油压燃（GCI）燃烧模式，采用三维CFD（computational fluid dynamics）计算程序KIVA-3V和遗传算法的耦合，基于一台轻载柴油机在低、中、高三个负荷条件下针对运行参数和燃油组分进行了联合优化研究，探究了GCI模式在不同负荷条件下对运行参数和燃油组分的需求。优化变量包括进气门关闭时刻（intake valve closing, IVC）缸内温度和压力、废气再循环率（exhaust gas recirculation, EGR）、预混能量比（premixed ratio，PR）、喷油时刻（start of injection, SOI）、喷油压力、喷雾锥角（spray angle，SA）以及燃油组分比例。结果表明，通过发动机燃油组分和运行参数的配合，可以实现完全符合欧六排放标准的氮氧化物（nitrogen oxides，NOx）和碳烟（soot）排放，同时具有满意的燃油经济性。随着负荷的升高，燃烧相位需要向后延迟，同时缸内当量比和温度分层变得明显，低负荷下传热损失较高而高负荷下排气损失较高。低、中负荷下参数分布较广，策略选择多样，而高负荷下实现良好性能条件苛刻，选择单一。低负荷下燃油组分以高活性燃料为主，随着负荷升高，高活性燃料比例降低，低活性燃料比例升高。

本文对不同背压下电控单体泵电磁阀区域内燃油流动的空化特性进行了实验研究和数值仿真。首先对电磁阀区域内燃油流动进行光学观测实验，将二维数值仿真计算结果与实验结果进行了对比，验证了二维数值计算模型的准确性。在此基础上，对不同背压和压差下的电磁阀空化流动进行了计算，结果表明，容易发生空化的区域有三个，分别为锥阀与阀座之间的间隙、锥形间隙下游以及止推挡板与阀芯端面之间的间隙。在背压相同的情况下，随着压差的增大，电磁阀区域燃油的空化现象越来越强烈，阀的流动能力越来越弱。在压差相同的情况下，背压越小，空化越强烈，阀的流动能力越弱。随着空化的发展，电磁阀的流动能力下降，且在一定范围内空化的影响较为明显的。

针对用于航空发动机的点燃式二冲程煤油发动机，提出了一些新技术来改善其经济性和动力性能，包括夹气喷射技术和双火花塞高能点火技术，同时这也带来了更多的发动机标定工作。为了解决发动机控制参数在线标定中的多目标非凸优化问题，提出了混合遗传算法(GA)和同步扰动随机逼近（SPSA）梯度下降算法的在线标定算法。本文利用离线建立的响应模型代替真实发动机，进行研究所提算法在优化发动机点火提前角和过量空气系数方面的可行性。最后使用具有合适初始值的SPSA算法进行台架试验。仿真结果表明，所提的在线标定算法可以找到全局最优解，并且搜索次数较少。台架试验结果为将标定算法应用于实际发动机标定提供了可行性基础。

通过水溶液离子交换法和初湿浸渍法制备Cu和Ce改性的Fe-ZSM-5催化剂，研究其在NH3选择性催化还原NOx中的作用。通过各种表征技术（NH3-SCO，BET，XRD，XPS，UV-Vis，NH3-TPD，H2-TPR）研究催化剂活性位、酸性位和孔结构的变化。发现活性Cu物种和Fe物种的分散情况是影响整个催化过程中催化活性的重要因素。Fe-ZSM-5催化剂中Cu的掺杂带来了新的活性物种：孤立Cu离子和CuO颗粒，从而改善了低温催化活性。然而，催化剂的氨氧化作用也随之加强，催化剂中的部分Fe3+活性位和Brønsted酸性位被Cu物种取代，这导致了高温活性的降低。进一步掺杂Ce后，高温活性的恢复可以归因于Ce促进了活性Cu物种和Fe物种的高度分散，并形成了新的强Brønsted酸性位。这些发现为多金属掺杂调节铁基SCR催化剂的活性窗口提供理论支持。

在喷油器性能试验台架上研究了驱动电流参数对某型共轨喷油器性能的影响。结果表明：驱动高压、峰值电流和一阶保持电流的提高均有利于减小喷油开启延迟，且喷油性能稳定；一阶电流保持时间的变化对喷油器的稳定性和响应性影响不明显；降低二阶保持电流，对开启延迟无影响，关闭延迟明显减小，但过低的二阶保持电流，喷油稳定性变差。综合考虑喷油稳定性、响应性以及功耗等要求，优选出合适的驱动电流，与原驱动电流相比，其响应性能提高，功耗下降。

摘要：本文以船用中速柴油机为研究对象，利用CONVERGE三维仿真软件建立了发动机仿真模型，同时利用试验数据对所建模型进行了标定以及可靠性验证。通过调整油束夹角以及喷油策略理论分析了发动机在满负荷（100%负荷）时燃烧和排放情况，改善高功率密度要求下的船用柴油机燃烧火焰集中挤流区并附着在气缸壁面的现象。确定了在保证燃烧效率的前提下，对NOx和soot排放综合优化效果最佳的设计方案：在喷孔夹角为144°时，采用主-后喷的喷油策略，可使NOx降低6.8%，soot降低59.02%，同时指示功提高了1.34%。

受机械单体泵喷油特性以及发动机结构的影响，多缸柴油机在工作过程中各缸的油量与进气量存在差异，导致各缸工作不均匀，进而对柴油机的动力性、经济性与排放性造成影响。为了优化多缸柴油机的性能，需要对其不均匀性进行在线地判断、评估、修正。本文以某V8柴油机为对象，基于合成转速的方法，修正瞬时转速信号，并通过频域分析验证合成转速方法的有效性；基于动能定理与修正的转速信号，提取表征工作不均匀性的特征参量，并通过敏感性分析验证特征参量与反映发动机输出功的相关性；基于所提出的特诊参量，设计了以转速不均匀度为控制目标的开闭环控制算法，并通过硬件在环验证了在线控制算法的有效性。

为了提升内燃机的热效率及寻求化石能源的替代燃料，本项目组开发了一台醇氢发动机（GDM）原型机。该发动机采用汽油和甲醇裂解气为燃料，甲醇裂解气通过甲醇燃料和回收的尾气余热制取。醇氢燃料对于发动机的影响主要通过仿真和实验进行，其发动机性能的计算结果与改装前的汽油机进行了比较。研究结果显示：在理论空燃比的情况下，GDM发动机的热效率随着甲醇替代率的升高而升高，这是因为通过回收尾气的余热提升了醇氢燃料的热值和氢气改善了燃料缸内燃烧情况两个因素导致的。当甲醇替代比从0%提升到80%时，热效率在40Nm的工况下提升了9.72%，在60Nm的工况下提升了8.79%。然而GDM发动机在80Nm工况下的最大缸压和放热率峰值比原汽油机提高了22.29%和57.97%。GDM发动机的扭矩较原机更低，差值最大时为19.5%。在稀薄燃烧工况下，GDM发动机的热效率也高于原机，其缸压和放热率的峰值会更接近上止点。