为提高船用低速机电控喷油器在低负荷工况下的喷射稳定性，通过MOSO-DNN算法对喷油器结构参数进行多目标优化设计。通过AMESim软件平台建立了仿真模型，并验证了模型的准确性，定义喷油量相对偏差作为喷射稳定性的评价指标，对比探讨了压力波动对低负荷工况下喷油器工作稳定性的影响，通过量化分析确定了影响喷油器喷油量的关键结构参数，并提出了多目标蛇优化算法与深度神经网络代理模型结合的多目标优化方法，对关键结构参数进行多目标优化。结果表明：喷油器在低负荷工况工作时，其针阀更易受到压力波动的影响，进而导致喷射稳定性差；基于量化分析得到的关键参数，结合试验设计方法构建了喷油量相对偏差的深度神经网络预测代理模型，代理模型的R2达到95%，具有良好的预测能力，在此基础上结合多目标蛇优化算法对关键结构参数进行优化后，喷油器在两种目标轨压工作时的喷射稳定性得到良好提升，其中轨压为60MPa下的最大喷油量相对偏差从23.27%下降至8.16%，轨压为120MPa下的最大喷油量相对偏差从11.19%下降至7.37%。

为研究甲醇燃料在内燃机喷油器喷嘴内部的流动特性及近场喷雾演变规律，本研究自主搭建了高压燃油喷射及雾化可视化试验系统，结合开发的背光均光成像技术，成功解决了甲醇燃料与透明喷嘴材料间的光折射率匹配难题。基于该平台探究了不同喷孔直径下甲醇燃料的瞬态流动特征与喷雾宏观特性。结果表明：针阀开启过程中，喷孔内几何空化快速初生并演化为超空化流态，同时伴随喷嘴压力室内持续发展的线空化现象及空泡团簇汇聚运动。完整的喷射周期可分为四个特征阶段：喷射初期、稳定喷射期、针阀落座期和尾喷阶段，其中针阀开启与落座两阶段的空化剧烈波动导致喷雾锥角显著增大。研究发现喷嘴锥角与针阀运动存在相位迟滞效应，且喷孔直径与线空化强度呈非线性关系，当孔径处于合适大小时，喷孔入口与针阀、压力室构成的流道可引致空化强度达到峰值。同时，较小孔径喷嘴在出口区域产生更强的剪切效应，这种流体扰动加速了甲醇尾喷阶段细长液丝的断裂过程，从而导致小孔径喷嘴尾喷持续时间缩短。

本研究基于定容弹模型，结合实验与大涡模拟（LES），系统探究液氨/二甲醚（A40D60）混合燃料在亚/跨临界压力下的喷雾特性及其影响规律。通过对比不同环境温度（300–600 K）、背压（0.2–1.2 MPa）及燃油温度（300–350 K）下的喷雾，揭示了跨临界状态对燃料蒸发与扩散的核心调控机制。结果表明：跨临界高温显著促进燃料蒸发与气化，抑制液相贯穿并缩小喷雾面积，其效应远超亚临界闪沸；第二类跨临界条件下（燃油温度350 K、环境温度450 K），混合燃料喷雾特性明显区别于亚临界状态，跨临界喷射优化了喷雾动力学性能，表明燃油温度提升可有效促进喷雾扩散与混合。研究结果为氨/二甲醚混合燃料喷雾动力学建模及压燃式发动机燃烧优化提供了理论依据，助力低碳燃料技术开发与“双碳”目标实现。

控制柴油机缸内空气流动能够显著改善燃油与空气的混合效果，从而提升燃烧效率并降低污染物排放。本研究搭建了一套进气稳流试验台，以装备螺旋/切向双进气道的4气门柴油机为研究对象，深入探究了基于最大气门升程的气门升程差异策略对缸内流动和燃烧过程的影响。研究结果显示，相较于螺旋/切向双进气道在最大气门升程下的表现，该策略可使流量系数最高提升14.3%，涡流比最高提升11.0%。这一策略能够更高效地利用缸内空间，有效减少进气道之间气流的相互干扰及能量损失，进而促进燃油与空气的均匀混合，显著提高燃烧效率，其中放热率最高可增加8.1%。本研究为优化柴油机性能及排放控制提供了新的思路，对设计高效环保柴油机具有重要的技术参考价值。

氨燃料是内燃机实现碳减排的潜在手段之一，但其点火困难且燃烧缓慢的特性限制了氨在内燃机中的直接应用。利用氢燃料助燃，结合主动射流点火技术，可有效改善氨内燃机的着火稳定性和燃烧效率。采用实验结合仿真计算的方法，对一台13L主动预燃室射流点火的氨燃料发动机进行了数值模拟，分析其缸内流动、混合气形成及燃烧特性。研究结果显示，预燃室内换气过程分三个阶段：前两个阶段（-130°CA ATDC前）废气再循环（EGR）率变化微弱，第三阶段（-130°CA ATDC后）氢气喷射后EGR率迅速降至3-4%。燃烧过程呈现双阶段特征：射流火焰控制阶段湍动能较大，燃烧速率快，峰值压力高；而氨化学反应主导的后期阶段，湍动能减弱使燃烧速率降低，燃烧持续期长，导致指示热效率低。增大主燃室内涡流比，可以有效的缩短燃烧持续期，提高热效率。

本文基于一台柴油引燃缸内高压直喷甲醇发动机，采用三维流动燃烧模拟和化学反应动力学分析，对发动机燃烧过程和反应机理开展了研究。柴油和甲醇在喷射初期均通过可燃混合气累积主导初始放热率，柴油低温氧化形成局部热点自燃，产生氧化基团和活性基团，甲醇则被柴油高温氧化产物引燃；缸内逆时针涡流促使顺流方向甲醇喷雾优先着火，其与柴油喷雾水平重叠角较小的扇面区域燃料完全反应转化率更高；CH2O和CO是柴油和甲醇的共同中间产物，未燃甲醇主要分布于喷雾前端及近喷嘴区，分别体现在CO和CH2O残余；柴油低温氧化中H2O2到OH的热解反应对温升贡献最大，而甲醇氧化路径单一，其脱氢反应为主要放热反应，OH与O2分别主导脱氢与氧化进程。

使用纹影法，通过试验探究了不同环境温度(300K、500K)与湍流条件对柴油宏观特性(喷雾形态、交并比、喷雾贯穿距以及喷雾锥角)的影响。采用Matlab软件对原始喷雾图像进行处理，流程包括图像裁剪与拉伸、去背景、二值化以及滤波，通过分析喷雾形态时空演化提取关键参数。结果表明，在所有工况下交并比均呈现先增加后减小的趋势，“收敛流场”通过约束喷雾径向扩散，进一步提高喷雾形态一致性，为内燃机燃烧过程中优化油气混合均匀性提供量化依据。喷雾贯穿距在喷雾初期受喷射动能主导，各工况下差异较小；后期受环境阻力以及湍流强度影响显著。揭示了湍流场作用下喷雾动力学机制，为高温高压下喷雾形态优化以及燃烧效率提升提供了理论支撑。

建立了快速压缩-膨胀机燃烧室三维数值模型，研究了关键进气参数对高海拔条件下可燃混合气形成及浓度分布的影响规律，利用快速压缩-膨胀机试验台架研究了进气温度和进气压力对混合气燃烧特性的影响。结果表明：喷油持续阶段高进气压力时易燃混合气质量分数低于进气压力，喷油结束后趋势相反；进气压力增加使混合气变稀，进气压力4 MPa时，当量比低于0.4的混合气质量分数超过40%；进气温度升高通过减小进气量和增加燃油蒸发质量两方面使混合气变浓。进气压力提高使燃烧压力峰值增大，峰值相位分别提前了20.90 ms、18.76 ms以及9.51 ms；进气压力增大引起的滞燃期缩短幅度大于进气温度，因此高海拔条件下进气压力过低是抑制着火的重要因素；高海拔条件下较长滞燃期导致的预混合燃烧强度较大是导致爆震的重要原因，进气压力3.0 MPa以上的工况压力振荡幅值均超过0.1 MPa，提高进气温度至373 K进一步使压力振荡幅值达到0.55MPa。

为提升重型柴油机在高原高寒环境下的冷启动成功率，基于GT-Power仿真平台构建了覆盖燃烧、喷油、摩擦、传热和起动电气系统的多物理场一维冷启动仿真模型。以某型V12柴油机为研究对象，系统分析了喷油量、喷油时刻与喷油次数三类关键喷油参数对压缩终点温度与压力、起动时间、起动转速及着火滞燃期等冷启动关键指标的影响规律。研究结果表明：喷油量越大，缸温越高而缸压略有下降；喷油次数增加能缓冲喷油参数变化对温度和压力的敏感性。单次喷射在–30°ATDC可获得最高起动转速，但三次喷射策略在稳定性、响应速度与滞燃期控制方面表现更优。最终提出适用于高原高寒环境的三次喷射优化策略：预喷、主喷与后喷分别布置在–35°ATDC、–5°ATDC 和 +15°ATDC，总喷油量控制在40–60 mg，可有效缩短起动时间、提升转速并抑制滞燃期波动。研究为极端环境下柴油机冷启动喷油标定提供了理论依据与工程参考。

本文应用神经网络模型，建立了发动机工况、控制逻辑、催化器参数与整车尾管排放的对应关系，从而建立了整车排放仿真模型。神经网络经过训练后，精度可保证在0.2%以内，在训练集范围内的整车排放仿真误差可保证在3%以内，经过对泛化能力的调整，可以保证仿真精度在训练集±15%范围内误差保证在15%以内，基于神经网络的排放仿真模型能够反映整车结构和运行参数对排放的影响规律，且能够保证一定的精度。该仿真模型可以用于催化器参数、排放控制策略、不同测试循环的排放优化和结果预测，应用此排放仿真工具，使得在整车开发早期对排放性能进行干预和评估成为可能，能够缩小排放开发方案数，缩短开发周期，节约开发成本。