建立一个精确的一维仿真模型以模拟航空活塞发动机的实际工作状态，对于缩短发动机的开发周期、节约研发成本具有重要意义。本文提出了一种基于发动机试验结果的高精度一维建模方法。首先根据实际发动机的结构参数建立一维模型，并设计相应的试验台架（包括试验装置和试验方案），对模型进行标定和验证。通过仿真结果与试验结果的对比，对缸内过程的气动参数和热力学参数进行校准，根据仿真结果的变化趋势，推导出各参数的合理取值范围。对影响发动机性能的敏感因素进行分析，确定标定趋势和参数的最终取值。该方法对有效提高航空活塞发动机的一维建模精度具有重要意义，可以在低成本的前提下，为发动机的高可靠性结构设计和结构优化提供指导。

为了实现在压燃式发动机上的甲醇高替代率应用，提出了柴油引燃甲醇双直喷扩散燃烧模式，在一台改造的单缸自然吸气186FA柴油机上进行了可行性试验研究。研究结果表明：相比于D模式，DM模式的放热率型线近似梯形，具有高燃烧速率持续放热的特点，且其高放热率值与喷射速率正相关。而由于柴油滞燃期的存在，传统柴油模式的预混合压燃放热造成较高的放热率峰值，且后期的尾燃也相对较长；DM模式存在一个最佳的引燃和主燃的间隔角度。间隔过大，引燃与主燃无法衔接，做功能力降低；间隔过小，甲醇对引燃柴油的燃烧有抑制作用，燃烧性能下降。本文的最佳间隔是4°CA；主喷甲醇的喷射压力的增加，缸压随之逐步提升，主燃期的放热率也是逐步提高，预混合燃烧能量占比越来越多，燃烧持续期逐渐缩短，热指示油耗率也随之逐步降低；DM模式的NOx排放明显低于D模式和DD模式，大约是降低50%左右，且NO2排放占比约达30%。DM模式的soot排放近乎为零。

随着柴油机强化程度的提高，燃料发生超临界的概率大幅增加，而超临界对油气混合的作用并不明确。本文通过数值模拟对比分析液滴蒸发混合和超临界“气团”扩散混合的油气混合特性，剖析了不同初始速度以及宏观流场速度下，液滴蒸发混合和超临界“气团”扩散混合的浓度场与空气利用能力。结果表明：超临界“气团”扩散混合形成混合气的能力远大于液滴蒸发混合，但其空气利用能力远不及液滴蒸发混合。提高初始动能对液滴蒸发混合方式的空气利用能力的提升显著，而对超临界“气团”扩散混合空气利用能力的提升作用十分有限。宏观气流运动的携带作用下，超临界“气团”扩散混合的空气利用能力优于液滴蒸发混合。

目前有不同的途径来验证曲轴疲劳强度，如使用0-峰值的框架式疲劳试验机，使用峰峰值的全反力共振的振动台，康明斯推荐使用小的振动台来施加峰峰值全反力的方式，由于康明斯东亚6吨振动台动圈为80公斤，如果按照以前的方式来做会产生系统耦合共振，这会导致更长的测试时间及低的信噪比，系统的控制精度较差，本文介绍系统解耦技术用于6吨振动台来完成曲轴的弯曲疲劳试验。

基于WAVE软件由一维发动机模型生成零维模型，并在虚拟标定台架上进行了稳态和瞬态阶跃试验，研究了零维模型的瞬态响应特征，揭示了模型结构差异对标定结果与算法的影响。基于SHERPA算法进行优化标定，并根据解集质量评价体系进行了收敛性与分布性的研究。研究结果表明：基于此标定流程建立的零维模型具有较高的实时性和计算精度，具有在转化效率和物理可解释性上的显著优势；基于零维模型建立的硬件在环仿真系统具备进行控制策略验证的能力；该算法优化后的发动机模型具备有较高的预测精度，能够对各项性能进行良好的折衰。

基于定容燃烧弹实验平台，研究了湍流环境下射流压力、湍流强度和环境背压对气体燃料高压射流特性的影响。结果表明，湍流强度越大，对射流顶端的轴向发展促进作用越强。湍流促进了射流边界的径向上的扩散作用与混合作用，加速了射流边界处的涡团不断合并、破碎的过程，对周围介质气体产生卷吸作用增强，有利于射流内燃料空气的混合，湍流强度越大，近场锥角和远场锥角越大，过量空气系数越大。湍流强度越大，射流体积越大。

将燃烧相位适当提前能够有效地提升柴油机的热效率，但这会引起过大的缸内压力升高，从而增加燃烧噪声和压力振荡强度。因此在燃烧相位提前时，对柴油机振动噪声的优化尤为关键。随着高压共轨技术的发展，采用灵活的靴形喷油策略能够精确控制柴油机的燃烧过程从而影响其性能。前人的研究已经证明靴形喷射对于车用柴油机减振降噪的巨大潜力。但考虑到喷射条件以及缸内燃烧环境的不同，靴形喷射在车用柴油机中的优化规律很难完全适用于船用中速柴油机。因此，本文利用GT-Power构建一维船用中速机仿真模型，结合DOE（Design of Experiment）和多目标优化方法，重点研究不同负荷/转速条件下，当燃烧相位提前时，靴形喷射形状参数对船用中速机振动噪声的影响。同时探究能够实现船机高热效率与低振动噪声的靴形喷射优化策略，并讨论与车机优化策略的不同。

我国幅员辽阔，但地理环境复杂。因此，亟需改善柴油机对高海拔地区的适应性。柴油机变海拔燃烧特性研究，是解决上述问题的基础，有助于揭示高原环境对柴油机性能与排放的影响机理。针对某重型实验用柴油机，通过模拟杭州（41.7m）、昆明（1891.4m）、拉萨（3658m）这三个城市的进气状态，开展了不同海拔高度对缸内燃烧影响情况的试验研究。结果表明：柴油机在高原环境下工作，会减少过量空气系数，降低缸内压力，提升燃烧过程中的缸内温度。但这会增加冷却系统热损失，提升排气温度，并导致更多废气能量不能得到有效利用。因此，相比于杭州工况，在拉萨运行的柴油机，在燃烧效率和热效率上分别降低了6.2%与6.5%。在燃烧相位上，海拔高度的提升会延长柴油机滞燃期，并导致峰值压升率的增高。此外，高原柴油机虽然会导致燃烧结束时刻的延迟以及燃烧持续期的延长，但是对燃烧放热重心影响不大。因此，柴油机在高原环境下燃油利用率的降低，主要是由于缸内燃烧恶化所导致的。总之，青藏高原上工作的柴油机在热效率与排放控制上都需要优化。混合气密度的下降以及每循环吸入空气量的减少是导致缸内燃烧恶化的主因。因此，涡轮增压技术与燃用含氧燃料会有助于改善重型柴油机在高原环境下动力下降和燃烧恶化的问题。

采用火焰喷雾热解法制备了一种被纳米微粒包裹的Pd0.01Ce0.75Zr0.25O2纳米空心球，并应用于电场中甲烷的催化氧化过程。 FSP方法得到的催化剂（Pd0.01Ce0.75Zr0.25O2-F）表面暴露更多的Pd活性位点并展现出更高的氧化还原性能，与溶液燃烧法合成的样品相比，Pd0.01Ce0.75Zr0.25O2-F催化剂的甲烷转化率更高（5mA 电场中T50 = 320 oC，空速=50,000 mL·g-1·h-1），电场作用下转化频率（TOF）显著增大（ΔTOF=4.3310-4s-1）。由于Pd0.01Ce0.75Zr0.25O2-F催化剂表面氧空位和表面羟基含量更高，电场与Ce-Zr亚稳态结构之间存在很强的相互作用。

为了了解燃料的着火特性，本文描述了一种使用骨架机理模型预测研究法辛烷值（RON）和马达法辛烷值（MON）的方法。首先，构建了包含215个反应和62种物质的甲苯、异辛烷和正庚烷（TPRF）混合燃料的骨架机理模型。并对机理进行了着火延迟时间敏感性分析的优化，通过敏感反应的评估过程来提高骨架机理模型的准确性。同时对该机理模型进行了基于快速压缩机和激波管的着火延迟时间验证，结果表明机理预测性能良好，确保了所提出的TPRF骨架机理模型能够满足被用来预测辛烷值的初步条件。然后，将构建的骨架机理模型用于辛烷值预测研究，探求直接使用着火延迟时间来预测RON和MON的可能性。基于Naser等人[1]提出的假设，即在特定的RON类和MON类条件下，若燃料与异辛烷和正庚烷混合燃料（PRF）的着火延迟时间相同，则燃料具有与PRF相同的辛烷值。本文通过研究甲苯、异辛烷和正庚烷混合物的着火特性验证了采用着火延迟时间预测辛烷值的方法。结果显示与采用标准RON和MON测试方法和混合规则获得的测量值相比，本文所采用的着火延迟时间预测的RON和MON表现出了良好的预测能力，进一步表明本文所构建的骨架机理模型适用于预测辛烷值。