预混合压燃发动机能够实现低 PM、低 NOx 排放和高热效率，但着火正时的可靠控制仍是其应用的主要障碍．射流控制压燃(JCCI)通过点火室火焰射流控制主燃烧室着火正时，这种控制方式直接有效、环境适应性强．通过一台改装的重载发动机对 JCCI 工作过程进行了试验，验证了 JCCI 控制着火正时的原理，研究了点火室点火正时、进气温度和 EGR 率对 JCCI 工作过程的影响．结果表明：JCCI 的主燃烧室着火直接受控于点火室点火；相同点火正时条件下，进气温度为 60～80 ℃时的 CA 10 变化只有 2° CA，因而着火正时控制鲁棒性好；加入EGR 率能够降低 JCCI 燃烧速率和燃烧噪声，但会造成热效率降低以及 HC 和 CO 排放升高．

随着海拔升高，缸内气体密度减小，喷雾液相长度增加，高海拔环境下液态喷雾油滴会直接撞击活塞表面，形成柴油的附壁燃烧．结合具体的发动机参数，利用定容燃烧弹模拟发动机缸内喷雾和燃烧过程，通过高速摄像研究海拔对喷雾撞壁和燃油附壁燃烧过程的影响．结果表明：随着海拔升高，3000 m 以上会出现较明显的液态燃油撞壁，并发生燃油的附壁着火燃烧；海拔越高，附壁油雾面积越大，滞燃期越长，着火核心距离壁面越近．燃烧前期，在低海拔下，温度较低的壁面主要对碳烟氧化阶段起到了冷却作用；而在高海拔下，此冷却效果主要作用于滞燃期之前的蒸发和焰前反应过程．燃烧中期，壁面被喷雾火焰加热，冷却作用减弱；低海拔环境下的喷雾和燃烧过程在壁面附近不再形成低温碳烟层；高海拔环境下的喷雾过程则由于壁面附近的过浓混合气燃烧产生大量低温低亮度碳烟，且海拔越高，低亮度碳烟层越厚．燃烧后期，海拔的升高会导致壁面附近火焰的厚度和铺展范围增加，燃烧放热重心后移，对柴油机做功和热效率产生不利影响．

利用高速成像方法及激光光学诊断技术系统研究了不同边界条件下多孔直喷喷油器喷雾闪急沸腾特性，分析了环境压力、燃油温度、燃料成分及油束靶点布置等对汽油闪急沸腾的影响程度及范围，进一步明晰了喷雾发生闪急沸腾后空间形态的演变规律．结果表明：降低环境压力和提高燃油温度可促进喷雾闪急沸腾的发生，对于试验用汽油燃料，环境压力每降低 0.04 MPa 与燃油温度升高 10 ℃对喷雾的闪急沸腾影响效果相当．冷态射流喷雾与剧烈闪急沸腾喷雾在空间形态上存在显著差异，剧烈闪急沸腾喷雾在初始阶段时油束便出现整体塌缩，空间形态由空心锥状逐渐演变为实心锥状结构．少量乙醇组分的掺入对冷态射流模式喷雾形态的影响不大，但在过热条件下会使混合燃料喷雾的整体形态向闪急沸腾程度更大的方向发展．通过提高喷油压力，可降低喷雾闪急沸腾贯穿距离对燃油温度的敏感度．

为了探究环境属性与燃油属性对单组分液滴蒸发特性的影响，建立了高温高压单液滴蒸发试验装置，系统研究了正庚烷、正十二烷和正十六烷单液滴在高温高压下的蒸发特性．结果表明：当环境温度超过燃油的临界温度且环境压力接近燃油的临界压力时，液滴周围就会出现“可见蒸气”，且随着压力的升高，“可见蒸气”的量逐渐增多．此外，随着环境温度的升高，环境压力的升高对 3 种燃油液滴蒸发速率的影响由抑制转变为促进，在某一温度下，环境压力的变化对燃油液滴的蒸发速率影响很小，该环境温度接近燃油的临界温度．在当前研究的压力范围内，正庚烷、正十二烷和正十六烷燃油液滴蒸发速率的变化率均随环境温度的升高而增加，且环境压力越高，蒸发速率随环境温度的增加幅度越大．

采用光学电子显微镜分析了某型柴油机喷油器喷孔积碳的分布区域、形状和大小．采用扫描电子显微镜和能谱仪分析了积碳的微观形貌和元素组成．结果表明：按照分布区域划分，喷孔积碳可分为出口积碳、孔内大颗粒积碳和孔内壁面积碳 3 类，出口积碳比较明显，积碳量最多，大致呈圆弧状均匀分布在出口周围，孔内大颗粒积碳较少，形状不规则，孔内壁面积碳大致在壁面均匀分布，但积碳量不显著，导致壁面粗糙度增大；从微观形貌发现，底层积碳呈球状，球状颗粒之间排列紧密，结构复杂，表层积碳整体连成一片，结构紧实，无明显的颗粒状，表面相对整齐平坦；积碳主要由 C 和 O 元素组成，另外还有少量的 Si、Fe、K、Mo、Cl 和 Cr 元素，Fe、Mo 和 Cr 元素可能是由缸套活塞磨损产生的颗粒随润滑油吸附在积碳中，Si、K 和 Cl 元素可能来自机油和机油添加剂．

基于小型 Wankel 发动机的混合润滑情况，首先分别建立转子端面与端盖之间、径向密封片与气缸之间以及轴承的摩擦损失功率预测模型；然后利用倒拖法测试转子端面、径向密封片和轴承的摩擦损失功率，并验证上述模型的正确性；最后利用模型研究了工作状态下小型 Wankel 发动机的摩擦损失功率．结果表明：工作状态下，小型 Wankel 发动机的摩擦损失功率主要由转子端面、径向密封片和轴承的摩擦损失功率组成．其中转子端面引起的摩擦损失功率最大，占整机摩擦损失功率的 60%左右，此比例随转速的上升变化不大．转子端面和径向密封片的摩擦损失功率主要是由微凸体相互接触引起的．

根据燃油一次破碎后形成的油滴运动特点，建立了与实际更加相符的二次雾化模型，通过 N-S 方程和线性化分析方法导出各参数之间的本征关系，并给出本征方程的解，基于方程的解，分别研究 Ma 数、 Bond 数、Oh 数和气/液密度比 κ 对油滴二次破碎的影响，结果表明：气体可压缩性对油滴的二次破碎具有促进作用，但效果不明显，一般情况下可以忽略气体可压缩性的影响，油滴的黏性可以抑制油滴的破碎，而油滴受到气动作用力是油滴破碎的直接原因，因而提高 Bond 数可得到更好的雾化效果．

中文摘要: 为了改善重型柴油机低速高负荷的燃油经济性，在一台两级可变截面涡轮增压重型柴油机上开展了空气系统与喷油参数优化策略研究。试验结果表明：对于缸内最高燃烧压力受限工况，获得最低有效燃油消耗率(BSFC)的可变截面涡轮增压器(VGT)关度应该使泵吸功基本为零；选取合适的喷油压力可提高机械效率，在改善燃油经济性的同时使 NOx 排放有一定降低，而碳烟排放也能保持在较低水平。基于该优化策略，研究了缸内最高燃烧压力限值对不同工况点燃油经济性的影响，进而研究了提高缸内最高燃烧压力对改善燃油经济性的潜力。结果表明：随着转速与负荷的升高，提高最高燃烧压力限值对燃油经济性的改善作用更加明显；但缸内最高燃烧压力提高到一定程度以后，其对燃油经济性的改善作用逐渐减小。 英文摘要: In order to improve the fuel economy of a heavy duty diesel engine at low speed and high load, study on the optimization strategy of intake air system and fuel injection parameters was carried out on a two-stage variable geometry turbocharged heavy duty diesel engine. Results show that in the case of limiting the maximum burst pressure in the cylinder, the turbocharger vane can be adjusted to achieve the lowest fuel consumption only when the pumping loss is substantially zero. Moreover, choosing a right injection pressure can increase mechanical efficiency and improve fuel economy, while reducing NOx emissions and keeping soot emissions low. Based on the optimization strategy proposed in the above study, the influence of maximum burst pressure in the cylinder on the fuel economy under different operating conditions was studied, and the potential of increasing maximum burst pressure in the cylinder to improve fuel economy was further explored. Results show that as speed and load increase, the advantage of increasing the maximum burst pressure limit is more obvious for improving fuel economy. However, after the maximum burst pressure is increased to a certain extent, its effect on improving fuel economy will gradually decrease.

中文摘要: 为提高航空煤油在点然式发动机中的燃烧热效率，改善发动机爆震及拓宽发动机负荷范围，以3号航空煤油（RP-3）为基础燃料，基于一台单缸水冷、压缩比可调、4冲程点燃式发动机结合高压共轨缸内直喷技术，开展了单双点火、不同负荷、压缩比、喷射压力、喷射时刻和两次喷射策略下航空煤油燃烧特性的试验研究。结果表明，在原机压缩比为10的条件下，将直喷汽油改为直喷航空煤油后，由于航空煤油的抗爆性差、雾化困难、燃烧速率慢等理化特性，发动机的动力性损失约50.0%，油耗增加约60.0%，循环波动也大幅增加；相比于单点火，双点火可使缸内平均有效压力提高，燃烧相位提前，循环波动降低；为了抑制高压缩比下的爆震倾向，可通过降低压缩比来拓宽负荷范围，恢复原机功率。随着压缩比的降低，有效平均压力（BMEP）持续增大，当压缩比为6时，最大转矩可达39.5 N·m，功率恢复至原机的88.0%。同时耦合高压及两次喷射策略，随着喷射压力的增大，有效燃油消耗率（BSFC）减小约30.0%，经济性有所提高。相比于单次喷射，采用两次喷射策略可降低油耗，提升缸内有效平均压力，提升燃烧效率，最终可实现发动机燃用航空煤油的性能接近原机水平，最大负荷达原机的90.0%且油耗增加量不超过15.0%。 英文摘要: In order to improve the combustion thermal efficiency of aviation kerosene in spark ignition engine, suppress knock and broaden engine load range, a single-cylinder water-cooled, four-stroke gasoline engine of adjustable compression ratio was used together with high pressure common rail direct injection technology to study the effects of single and twin sparks, different loads, different compression ratios, different injection pressures, different injection timings, and split injection on the combustion performance of aviation kerosene. The results show that, when the compression ratio of 10 of the base engine is kept and the direct injection of gasoline is replaced by the direct injection of RP-3, the engine power loss is by about 50%, the fuel consumption rises by about 60%, and the cycle fluctuation increases greatly due to the low octane number, poor atomization and slow combustion rate of the aviation kerosene. Compared with the single-spark, the twin-spark can enhance the mean effective pressure in cylinder and combustion phase. In order to avoid the knock tendency at high compression ratios and widen the load range, the compression ratio is reduced, raising the engine power close to the base engine level. With the decrease of the compression ratio, the brake mean effective pressure continues to increase. When the compression ratio is reduced to 6, the optimal torque can reach 39.5 N·m, restoring 88% of the base engine power. Meanwhile, the effective fuel consumption can be reduced by about 30% by coupling high pressure and split injection strategy, improving fuel economy. Compared with the single-injection, the split injection strategy can reduce the fuel consumption, increase the mean effective pressure in cylinder, and promote the combustion efficiency, which enables the engine using aviation kerosene to achieve the performance close to the base engine level.

中文摘要: 采用试验的方法，利用重整器和发动机台架研究了正庚烷和异辛烷体积比1∶1的PRF50燃料在不同重整温度下的低温重整产物及其对压燃发动机中等负荷下燃烧和排放特性的影响。研究结果表明，PRF50燃料在450 K~750K的重整温度下低温反应放热量较少，重整器内温度基本不变。重整产物中的轻烃分子对发动机燃烧具有促进作用，可以使燃料重心（CA50）提前，而产物中的CO、CO2 对燃烧具有抑制作用；随着重整温度的提升，重整产物促进作用逐渐增强，达到最高值后逐渐减弱；在相同喷油时刻下，随着重整温度的增加，指示热效率先逐渐升高后降低，最多提高2%。 英文摘要: The low temperature reformed products of PRF50 operation at different reforming temperature and their effects on engine combustion and emission characteristics under medium load were investigated by using a reformer and an engine test bed. Results show that the use of PRF50 fuel releases a small amount of heat in the low temperature reaction at the reforming temperature of 450 K to 750 K, while the temperature inside the reformer remains essentially unchanged. The light hydrocarbon molecules in the reformed products can promote the engine combustion to advance the angle of 50% mass fraction burned(CA50), and the CO and CO2 in the reformed products have an inhibitory effect on combustion. As the reforming temperature increases, the promoting effect of the reformed products increases first and then decreases gradually after reaching the highest value. Moreover, at the same injection timing, as the reforming temperature increases, the indicated thermal efficiency increases first and then begins to decrease after reaching a peak of 2%.