本研究以186型甲醇/柴油双燃料发动机为对象，建立了GT-Power仿真模型，并结合台架试验数据对模型进行了标定与验证。在此基础上，基于并行仿真框架批量生成大量仿真数据，进一步构建了基于极端梯度提升（XGBoost）算法的机器学习模型，用于预测发动机的热力学性能、燃油经济性及排放特性。所构建的机器学习模型以甲醇替代率、喷射正时与甲醇温度作为输入参数，CA1090、BMEP、BSFC、CO、NOx与HC作为输出参数。结果表明，预测模型在关键性能指标上的决定系数（R2）分别为0.87987（CA1090）、0.99309（BMEP）、0.99999（BSFC）、0.99989（CO）、0.99991（NOx）与0.99999（HC），验证了XGBoost模型能够高效准确地预测甲醇/柴油双燃料发动机的热力学性能、燃油经济性与排放特性。

甲醇燃料喷射器作为甲醇燃料喷射系统的关键执行部件，其性能直接决定了甲醇燃料的喷射状态，并进一步影响了甲醇缸内燃烧过程。因此，基于 AMESim 仿真平台构建了甲醇燃料喷射器仿真模型，探究了不同结构参数对喷射器喷射特性的影响规律，通过量化分析确定各因素对喷射器喷射特性的影响权重，并利用遗传算法对这些结构参数进行多目标优化。结果表明：在平均喷射速率和喷射量方面，进/回油孔直径和针阀最大升程在整个喷射过程中均具有显著影响。回油孔直径是对针阀开启响应特性影响最大的结构参数，其次是进油孔直径和针阀最大升程，影响权重分别为48.40%~51.97%、25.73%~27.14 %、7.12%~7.30%。对于针阀关闭响应特性，进油孔直径是最主要的影响因素，其影响权重为38.26%~39.50%。基于各结构参数对甲醇燃料喷射器进行多目标优化，与原参数相比，优化后的参数使得总响应时间缩短了6.06%，同时平均喷射速率提升了10.64%。

本文采用数值模拟方法研究了两通道预燃室系统对重型柴油机大负荷工况下性能和排放的影响，通过优化两通道预燃室的通道夹角和通道直径，在NOx排放基本保持不变的情况下，提高了指示热效率，并降低了碳烟的排放。结果表明：在柴油机大负荷工况下，与原机对比，采用两通道预燃室方案可以缩短燃烧持续期，保证良好的燃烧相位，增强燃烧后期的湍动能，加强碳烟的氧化，提高指示热效率。最终选取预燃室两通道之间夹角为30°，两个通道与主燃烧室之间倾角为30°，通道直径为2mm的工况作为最优方案，该方案在NOx排放基本保持不变的情况下，使指示热效率提高0.12%，碳烟排放降低31.84%。

来源于可再生电力的E-fuels可实现内燃机动力升级、排放控制以及缓解能源危机等方面的共赢。F-T柴油与PODEx是E-fuels序列中与石化柴油最接近的产品，本文针对F-T柴油及其与PODEx的混合物F-T75/P25、F-T50/P50的喷雾燃烧特性展开了多重光学诊断研究。结果显示，在F-T柴油中添加PODEx将缩短点火延迟并大大降低碳烟量。在火焰结构特征方面，F-T75/P25与F-T 柴油的火焰结构十分相似，因为烷烃化学反应占据了主导地位。800 K以上的高温下，F-T50/P50的CH2O倾向于生成HCO与CO而非PAH，并且HCO与CO在向气相边缘传播后使得OH外围形成主要包含CO2的高温储层。

HPDI技术能够在保证低排放的同时提供高热效率和强劲动力性。为研究过量空气系数对 HPDI 燃气发动机燃烧及排放性能的影响，对一台压缩比为19.5的天然气柴油双燃料发动机加装同轴喷射器，搭建试验平台重点研究宏观燃烧性能，搭建三维仿真平台研究缸内燃烧过程及排放性能。试验研究结果表明，随过量空气系数的增加，发动机动力性和经济性提升，燃烧持续期缩短，燃烧终点提前，且燃烧重心及循环变动上升。仿真研究表明，7°CA BTDC天然气喷射时刻下，过量空气系数增加能抑制湍动能的增长，混合气分层更加明显，燃烧速度加快，排放产物中HC、CO和碳烟排放量下降，NOx变化趋势出现拐点。研究结果可为商用车双燃料发动机开发工作提供参考。

本研究提出一种基于预燃室射流点火的甲醇喷雾扩散燃烧系统，以解决甲醇在发动机中的压燃着火困难问题。在验证模型可信性的基础上，通过大涡模拟结合简化反应机理，研究了预燃室射流孔角度（20°、40°、60°）对甲醇喷雾燃烧特性的影响。研究发现，小角度射流孔（20°）因与预燃室主流方向一致，射流引导性较强，质量流量最大，火焰集中于喷雾下游气相区域，适合快速点火；而大角度射流孔（60°）通过射流火焰与液相喷雾的强烈作用，显著缩短液相贯穿距和火焰浮起长度，扩展高温区域，提升燃烧稳定性和均匀性。此外，射流孔角度增大使实际火焰长度增加，表明燃烧持续性增强。结果表明，大角度射流孔设计可优化甲醇喷雾蒸发与混合过程，为射流点火高压直喷甲醇发动机的设计提供了理论依据。

电控高压共轨系统是现代船舶发动机节能减排的关键技术，多次喷射技术作为其发展的核心对提高船舶发动机经济性和控制排放意义重大。为保证电控高压共轨系统多次喷射油量一致性，探索油量波动控制方法，对预主喷射时主喷油量波动特性进行试验，得到了主喷油量波动机理。将电控高压共轨系统高压油路等效为在水平光滑平面上做往复直线运动的无阻尼二自由度弹簧-质量自由振动系统，以相对阻尼系数、轨压、预主喷射间隔及主喷油脉宽四个特性参数作为输入变量，以修正脉宽为输出变量，提出预主喷射时主喷油量波动控制策略，试验结果表明所提出的控制方法可以有效降低多次喷射时循环喷油量波动，修正后最大主喷油量平均波动减小了37.96%。

摘 要:为深入研究可控喷油规律这种先进的燃料喷射模式，本工作基于双电磁阀驱动（NCV-1和NCV-2）的喷油器设计了多种驱动电流时序控制策略，构造了包括单阀矩形、双阀矩形及斜坡等多种喷射模式，并针对不同喷射模式，开展了喷油速率、喷射延迟、喷油持续期以及喷油量等喷射特征的研究。研究结果表明：斜坡喷射模式在NCV-2驱动前喷油速率增长较为平缓，而在NCV-2驱动后喷油速率显著提升，进入快速增长阶段。斜坡喷射模式的喷油器开启延迟与单阀矩形喷射模式基本一致，其喷射起始时间显著滞后于双阀矩形喷射模式。但关闭延迟与双阀矩形喷射模式相近，且关闭时间明显长于单阀矩形喷射模式。双阀矩形和斜坡喷射模式的喷油持续期随喷油压力升高而缩短，而单阀矩形喷射模式的喷油持续期在低压区保持稳定，仅在高压区随压力增大而减小。在长脉宽工况下，矩形喷射模式的喷油量随喷射脉宽的增加呈线性增长，而斜坡喷射模式的喷油量在相同NCV-2驱动时间增量下，其增长速度呈现逐渐递增的趋势。

该研究旨在利用纳秒脉冲表面介质阻挡放电（nSDBD）生成的非平衡等离子体，实现高环境压力下氨燃料的可靠点火并提升燃烧性能。在定容燃烧系统内实现了从常压到发动机工况下的高压（20bar）环境下氨空气混合气的点火。实验结果表明：1）当电压幅值达到20kV时，环境压力的升高会通过增强彭宁电离来提高nSDBD的放电强度；2）高放电强度和非平衡等离子体助燃作用下，相比火花塞，nSDBD形成的大面积火核使得燃烧速度提高了25%；3）nSDBD点火相比火花塞点火时的NOx排放浓度更低。电压优化后的nSDBD（>20 kV）可克服压力诱导的放电衰减效应从而实现高环境压力下的点火，为发动机工况下氨燃料应用提供了关键参考依据。

为了将射流不稳定性模型中的不确定性量化，指明参数优化方向，提升参数优化效率，采用Morris敏感性分析方法同流体射流不稳定性理论相结合，对多气流下幂律流体燃料射流不稳定性模型中12个主要参数进行全局敏感性分析探究。结果表明：对于幂律流体燃料环膜射流类-反对称模式，燃料射流速度、内外气流强度以及燃料液膜厚度对射流过程的敏感程度较强，气液速度与其余参量的耦合作用较大，但燃料自身流变特性对射流过程影响较小；对于幂律流体燃料环膜射流类-正对称模式，幂率指数、环膜内半径以及外部气流运动强度对射流过程的影响较强。