天然气/柴油双燃料低速船机中，高反应活性的引燃油燃烧产生的热量和热产物，直接影响天然气的着火和燃烧过程，对发动机的燃烧特性具有重要作用。本文基于实际船用低速机，采用计算流体动力学软件CONVERGE建立三维数值模型并耦合化学反应动力学机理，模拟研究了高压直喷模式（HPDI, High Pressure Direct Injection）双燃料船用低速机引燃柴油喷射量对缸内燃烧过程的影响。结果表明：随着引燃油量降低，缸内平均压力和平均温度均有所下降，燃烧初期放热率降低；此外，引燃油量降低使前期扩散火焰减少且低温燃料相对较多，火焰发展速度更慢且火焰沿涡流方向的偏转更大；组分分析发现，引燃油量降低使缸内燃烧强度有所降低，富燃区存在较弱的低温反应区域，且火焰前锋的H2O2分布范围相对较广，说明火焰前锋处的高温反应相对较弱。

本文利用三维数值模型耦合骨架反应机理，利用热力学第二定律详细对比氢气/柴油反应活性控制压燃（RCCI）燃烧和汽油/柴油RCCI燃烧的优劣，并分析主要影响因素，评估氢气/柴油RCCI燃烧发动机的应用前景。结果显示小分子氢气的化学反应路径与汽油和柴油存在较大差异，在本质上有利于降低㶲损失。此外，氢气/柴油RCCI由于具有更高的燃烧温度和更短的燃烧持续期，进一步有助于产生更低的㶲损失占比。虽然在输出㶲占比方面，氢气/柴油RCCI并未表现出明显优势，但其换热和尾气传递的㶲更多，因此具有更高的能量回收潜力。

为探究高海拔条件下柴油机工作恶化的原因，采用火焰自然发光直接高速摄影法对不同环境条件下燃油的燃烧特性进行可视化研究。结果表明：随着环境压力和温度的下降，燃油的火焰亮度和发光强度下降，几种燃油着火初始位置距离减小，滞燃期增大。在不同条件下，4号柴油的着火性能较差，出现多次未燃现象。在温度较低时，滞燃期受运动粘度影响较大；温度较高时，滞燃期主要由十六烷值决定；当温度达到一定程度后，滞燃期趋于一致且变化很小。

为探究高海拔条件下内燃机工作性能恶化的原因，采用直接高速摄影法和阴影法对不同环境条件下蒸发态喷雾的发展过程进行可视化研究。结果表明：同一环境压力，燃油的理化性质如表面张力、粘度、较高的馏出比例有利于蒸发，四种燃油的喷雾锥角相差不大，气相锥角大于液相锥角。随环境压力增加，燃油气相、液相贯穿距离下降。环境介质密度相同，随环境温度上升，四种燃油的液相贯穿距离呈现出先分化后接近的趋势，燃油的蒸发与馏程曲线相关。

为了研究不同海拔条件下催化型颗粒捕集器的O2-NO2再生特性，在排量为1.9L的皮卡上测试了海拔高度为0km、2km、4km下的大气环境参数和尾气污染物排放情况，并建立了催化型颗粒捕集器的有限速率再生反应模型。数值结果表明：基于发动机的原始排放参数，高原环境下仅依靠被动再生无法达到再生平衡；为达到再生平衡，基于单因素法研究了尾气入口温度、MNOx/Msoot比例、氧气浓度和iVs/VFilter比例对O2-NO2再生速率的影响，在海拔高度为2km下尾气入口温度需高于510℃或MNOx/Msoot比例需大于70，在海拔高度为4km下MNOx/Msoot比例需大于98；基于正交试验设计法，发现高原环境下尾气温度和MNOx/Msoot比例是影响O2-NO2再生的显性因素，绘制了尾气入口温度耦合MNOx/Msoot比例对O2-NO2再生速率影响的MAP图。

为应对汽车制造业高产量的市场需求，为产品提供更可靠的质量保证，本文结合机器视觉识别检测技术，提出了对发动机零件外观特征进行机器视觉检测控制的方案。本文首先对机器视觉识别检测技术原理和核心关键技术进行了介绍，包括成像系统、图像采集、图像预处理、标定与分割、特征提取、测量评估等关键核心技术。结合图像滤波技术，阈值转换技术，边缘检测算法技术，复合算法技术，在发动机外观检测中的方案应用做了相关研究。根据机器视觉识别检测技术不断发展的智能化，高精度作业的发展趋势，探讨机器视觉识别检测控制技术所面临的新挑战。

为了进一步提高天然气/柴油双燃料发动机性能，通过发动机试验研究了预喷策略对双燃料发动机燃烧与排放的影响。结果表明，与单次喷射相比，采用柴油预喷策略可以有效提高双燃料发动机热效率，同时减少CO和THC排放；随着预喷正时提前，双燃料发动机的热效率先上升后下降，CO、THC和Soot的排放降低；增加柴油预喷率，双燃料发动机热效率下降，但是CO和THC排放降低，而Soot变化不大。因此，适当提前预喷时间和采用较小的预喷率可以有效提高双燃料发动机的热效率，同时降低CO、THC和Soot排放。

本文以一台增压中冷高压共轨柴油机为原型，建立数值仿真模型，计算缸内壁面温度；通过校核不同负荷下稳态与瞬态工况试验与仿真值，验证模型的可用性与准确性。选择负荷为25%、50%和75%作为试验稳态工况，3s内负荷从10%线性加载到100%作为试验瞬态工况。结果表明同负荷下瞬态工况气缸壁面平均温度在小负荷时高于稳态工况，在大负荷时低于稳态工况；缸盖壁面温度在瞬态过程随负荷增加变化不大；在温度分布上，燃烧室附近气缸壁面温度高于其他区域，排气门周围壁面温度较高，进气门处温度较低；瞬态工况各个负荷缸内温度高于稳态，对流传热系数低于稳态，由于传热过程的滞后性，瞬态工况在高负荷壁面温度却小于稳态工况。

为了研究燃烧室背景流场和喷射压力对混合气形成机理和燃烧过程的影响，在已开发的2.0L型高压共轨直喷柴油机上，利用FIRE软件建立仿真计算模型，仿真分析了三种不同燃烧室结构对背景气流特性的影响，以及不同背景气流下喷射时对缸内两相流场、浓度场等微观物理场的影响，引入表征液体喷流和周围气体之间由摩擦力引起的液滴粉碎作用强度的无量纲参数jet数，研究了燃烧室背景气流与喷射压力对混合气形成机理、燃烧过程以及NO和SOOT生成质量的影响。结果表明： 燃烧室结构的合理设计能够改变缸内背景流场，有效地控制混合气的形成和燃烧过程，同时降低NO和SOOT排放；增大喷射压力时，jet数增大，改善喷雾质量，并有效缩短喷射持续时间，同时促进扩散燃烧过程，但同时缸内平均温度升高，高温区扩大，造成NO生成量增加，SOOT排放减小。

随着颗粒物捕集器（DPF）的广泛应用，颗粒物传感器将被应用于DPF的失效检测以及颗粒物的浓度检测，本文以一种新型的漏电流式颗粒物传感器为研究对象，具有一定的实际意义。利用多物理场耦合模拟软件COMSOL分析了传感器内的电场和流场分布，并对传感器电极间距、电极长度、电极电压对传感器内电场和流场分布的影响规律进行探究。改变颗粒物的带点特性，并对不同带电粒子在电场和流场耦合作用下的动力学特性进行研究。模拟发现电极电压变大或电极间距变小，传感器内的平均电场强度变大，且带电粒子向两极运动的趋势越明显；减小电极间距或增大电极长度可提高传感器内的排气流动稳定性，且随电极长度增长，带电粒子向两极运动的趋势越明显；综合模拟结果可知电极间距为1.25mm,电极长度为12.5mm, 电极电压在1000V到1500V范围内时，传感器内排气和颗粒物的流动状况较好。