基于某型号船用柴油机电液可变气门系统的仿真模型，研究了回油电磁阀的开启斜率、最大开度限值、开启相位和供油压力对液压油路回油阶段瞬时压力的影响。研究结果表明：急降区的瞬时压力变化率几乎不受供油压力的影响，但随回油电磁阀开启斜率增加而增加，随开启相位的提前和最大开度限值的增加而减小；稳定区的波动方差随供油压力和开启斜率的增加而增加，随开启相位的提前和最大开度限值的增加而减小；自由下降区的瞬时压力变化率几乎不受回油电磁阀开启斜率、最大开度限值、开启相位和供油压力的影响。

利用CONVERGE软件建立了二冲程液压自由活塞发动机换气过程的三维计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）仿真模型，并且基于液压自由活塞发动机的独特结构，研究了气口比时面值、扫气箱压缩比、活塞顶倾角和活塞杆直径对换气过程的影响。结果表明：在未发生废弃倒流时，扫气效率主要与扫气比时面值有关，增大扫气比时面值有利于提高扫气效率；捕获率主要与排气比时面值有关，减小排气比时面值有利于增大捕获率；提高扫气箱压缩比有利于提高扫气效率，扫气箱压缩比从1.2增加到2.1，扫气效率提升9.8%；适当增大活塞顶倾角有利于扫气效率和捕获率的提高；减小活塞杆直径有利于提升扫气效率，但同时会导致捕获率下降。

为解决内燃机声品质评价中人工效率低、成本高的问题，引入卷积神经网络（convolutional neural network，CNN）模型和声谱分析方法构建了CNN声品质预测模型；同时模型中设计了带通滤波器，可对噪声样本进行自动特征提取，并以此为输入数据，利用自适应时刻估计（adaptive moment estimation，Adam）算法优化网络中各层权重，并将模型用于声品质评价。为证明CNN模型预测的性能，构建了基于心理声学参量的后向传播算法（back propagation，BP）声品质评价模型，并用于对照试验，在样本标签值（人工评价值）处理时，分析了客观评价心理声学参数与评分值的相关性，选取与人工评价结果相关度最大的4个心理声学参量作为BP模型的输入值进行预测。试验结果表明，基于CNN的声品质评价模型能更精确地预测内燃机声品质，并且在CNN预测模型中基于听觉谱的输入评价值比基于时域的短时平均能量、频域的频谱通量输入评价值精度更高。

为解决承力框架结构的应力集中问题，采用应力流概念，在理论基础上对二维带孔平板结构进行仿真分析，得出应力值越大压差越大的结果，并在二维平板结构的基础上探索是否三维结构具有同样的结论。最后提出一种运用压差的方式对承力结构进行评价的方法，并运用此方法评价了改进后的活塞结构，从另一种角度为降低承力结构的应力集中现象提供了新的依据，扩展了解决问题的途径。

在快速压缩-膨胀机上进行试验，模拟液压自由活塞发动机（hydraulic free piston engine，HFPE）在不同缸内初始压力下的单次燃烧做功过程，并利用OpenFOAM和CONVERGE三维计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）仿真平台进行增压仿真研究。结果表明：液压自由活塞发动机随着缸内初始压力的增大，相同压缩比下发动机循环周期缩短，活塞在上止点附近停留时间缩短，爆震极限压缩比增大，抗爆能力增强。适当提高缸内初始压力有利于提高指示效率，当缸内初始压力提高至0.15MPa时，发动机指示效率由0.30提高至0.31，但当初始压力达到0.20MPa后，指示效率又降至0.30。针对缸内初始压力进一步增大后出现的效率降低问题，在仿真研究中发现采用多火花塞点火方案，即使在初始压力0.80MPa的条件下也能得到较高的指示效率而不发生爆震。

利用PRF70掺混燃料作为汽油表征燃料进行仿真研究，将三维计算软件CONVERGE和Chemkin结合，研究了汽油压燃燃烧反应过程的主要放热反应并对其进行了相关的化学反应路径分析。结果表明：在汽油压燃燃烧反应过程中，不同反应对总放热率的贡献不同，由HCO+O2⇌CO+HO2、CH2O+OH⇌HCO+H2O、CH2CCH2OH+O2⇌CH2OH+CO+CH2O是燃料燃烧过程中对放热贡献最大的3个反应，其放出的热量远大于其他反应；汽油压燃燃烧反应过程中参与夺氢反应的自由基主要有4种，分别是HO2、OH、H、O，在不同曲轴转角处上述4种自由基参与夺氢反应的重要性不同，HO2夺氢反应所占比例始终领先其他3种，H、O参与的夺氢反应所占比例随曲轴转角的增加而增加，相应的OH参与夺氢反应所占比例减少；汽油压燃燃烧反应过程中，随着曲轴转角的变化，缸内温度升高，异辛烷发生高温裂解的比例增加。

对一台4缸发动机燃用相同氧浓度的不同醇类混合燃料进行了试验研究，以对比不同三元燃料柴油机在相同转速不同负荷情况下的燃烧特性和常规排放的差异。试验结果表明：甲醇混合燃料在醇类混合燃料中获得最高的燃烧压力，而丁醇混合燃料的热释放率最高。与普通柴油相比，戊醇混合燃料在不同混合物中具有相对最佳的CO和未燃碳氢排放，甲醇混合燃料可获得最优的氮氧化物排放；乙醇混合燃料减小颗粒物效果明显，最大可以减少22.4%~55.6%的颗粒物数量浓度和3.4%~12.8%的颗粒物粒径，其中乙醇混合燃料的核态颗粒物和聚集态颗粒物排放量也最低，戊醇混合燃料达到最高（除高负荷外）。

为了解决柴油机工作时其振动信号的背景噪声对状态监测及故障诊断造成干扰这一问题，提出一种基于变分模态分解（VMD）和去趋势波动分析（DFA）的柴油机振动信号去噪方法。该方法首先利用变分模态分解将振动信号分解为若干分量，再利用去趋势波动分析分别计算各个分量的尺度指数，根据尺度指数的值选取具有长程相关性的分量进行信号的重构，以消除振动信号中嗓声。将该方法应用于仿真信号和柴油机故障振动信号中，取得了良好的消噪效果。

基于试验的方法研究等热值法、理论等空气消耗量法和实际等空气消耗量法3种不同的计算方法对发动机动力性、经济性及排放特性的影响。试验结果表明：等热值法和理论等空气消耗量法对发动机的性能影响差异较小，各工况差异低于5%。实际等空气消耗量法确定的天然气供给量能明显提升发动机动力性，平均增加动力42.33%。不同天然气供给量计算方法在未对燃料供给进行优化时，未能有效降低发动机有效燃料消耗率，在大负荷工况有效燃料消耗率偏差平均为6.85%。双燃料模式下NOx排放得到明显改善，HC+NOx排放在中、高负荷工况时能满足排放限值要求，CO排放在低转速工况满足排放限值要求。

设计了一种双螺纹凹槽织构，通过数控精密机械加工技术在柴油机缸套内表面加工不同深度的双螺纹凹槽，槽深分别为50μm、100μm、150μm、200μm、250μm，槽宽均是3mm。在同一负荷、同一转速下通过TCLPR-1缸套-活塞环摩擦磨损试验机研究不同深度凹槽织构对缸套一活塞环摩擦磨损性能的影响。试验结果表明：不同深度双螺纹凹槽对缸套一活塞环的接触电阻阻值、表面粗糙度和表面性能有较大的影响；合适深度（150μm）的双螺纹凹槽能够增大油膜厚度，提高油膜润滑状态，降低磨损，减小粗糙度，同时提升缸套的储油能力和支承性能；不合适深度（50μm）的凹槽织构的性能却相反。