对采用不同换热器配置的有机朗肯循环（ORC）系统进行了拥分析，理论分析结果表明：在柴油机烟气余热ORC系统所有部件之中，蒸发器的期损失最大；通过增加预热器或回热器能进一步提高热源的利用率，但同时系统的期损失和成本增加。为此对影响ORC系统性能的关键因素进行优化设计：使蒸发器过热度和冷凝器的过冷度取1~2℃；并尽可能提高膨胀机的膨胀比和内效率。试验结果表明：ORC试验系统理论热效率5.7%，实际热效率5.3%，引起偏差的主要原因是膨胀机实际容积效率低于理论值，实际机械消耗大于理论值，且系统混入的不凝气也对系统造成影响。新开发的低温烟气余热ORC系统的设计方法，实现了对烟气余热ORC系统的优化配置，为船舶柴油机烟气余热利用提供了一种切实可行的解决方案。

对微量喷射条件下的柴油喷雾进行了CFD建模仿真，重点对柴油微量喷射的破碎模型进行参数优化研究，并获得了破碎模型参数优化的规律：相比于传统喷射的CFD仿真，微喷喷雾CFD仿真的一次破碎和二次破碎模型对应的尺寸和时间参数均应适当减小，并且根据贯穿距曲线的拐点位置可对一次和二次破碎模型的时间与尺寸参数进行调整，从而能够准确地对不同喷油量下柴油微喷喷雾的发展过程进行数值仿真。

利用大气压力模拟装置，试验研究了可变几何截面涡轮增压器（VGT）对高压共轨柴油机分别燃用纯柴油和生物柴油-乙醇一柴油（BED）含氧燃料的经济性、排放特性及燃烧特性的影响。结果表明：随着海拔的升高，柴油机经济性恶化，氮氧化物（NOx）排放降低，而一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC）排放及烟度升高。燃用纯柴油与含氧燃料，随着VGT喷嘴环开度的增大，柴油机的经济性均有不同程度的恶化，而CO、HC排放及排气烟度也都有不同程度的升高。在高海拔地区，燃用纯柴油的经济性优于含氧燃料，但使用含氧燃料有助于改善柴油机的CO、HC排放及烟度。在中等负荷工况下，NOx排放随着VGT喷嘴环开度的增大呈现先减小后增大的趋势；在高负荷工况下，放热率峰值和最高气缸压力均随着VGT喷嘴环开度的增大而降低，从而降低了NOx排放。

在一台四冲程单缸汽油机上，通过缸内直喷二甲醚（DME）实现了空气稀释汽油混合气的稳定燃烧。研究结果表明：在1500r/min下，固定循环燃油热值时，直喷DME可以降低汽油机稀燃下的循环变动，加速初期火焰发展速度，缩短燃烧持续期，提高汽油稀燃稳定燃烧的过量空气系数上限。稀燃和直喷DME相结合可以改善发动机在稀燃下的燃油经济性。与理论空燃比混合气相比，稀燃能使指示燃油消耗率最多降低11.7%。改变点火时刻和直喷DME比例能实现不同过量空气系数下的最佳燃烧相位。随着过量空气系数的增加，最佳放热中心相位提前。

采用界面追踪法（front-tracking method）对液滴撞击液膜动力学特性进行数值模拟，通过撞击后的形态演变及内部物理场信息分析，研究了韦伯数和无量纲液膜厚度对界面运动过程的影响，并阐述了撞击过程中形成卷吸现象的机理。研究表明，液滴撞击之后，会在颈部区域产生小射流，该射流是后期水花形成的基础；水平方向上，在撞击影响不到的区域压力不变化，而在射流形成处的颈部附近存在局部压差；液滴撞击液膜时其间的气体层被压缩，在流体黏性和剪切力的作用下，压力高的气层中的气体逃逸速度减慢，从而形成卷吸现象。

针对对置活塞对置气缸二冲程发动机存在机油周向分布不均导致缸套局部拉伤、机油耗升高的问题，设计了透明缸套发动机，结合荧光诱导技术，实现了对水平双对置发动机缸套活塞环油膜分布状态的在线模拟测量。研究了转速为200r/min、润滑油温度为85~150℃时缸套活塞环润滑油膜分布状态，发现当活塞位于上止点位置时，随润滑油温度升高，活塞环处油膜厚度变化不明显，而活塞环靠近燃烧室一侧润滑油膜的荧光强度曲线的峰值和宽度都显著增大，说明随湿度升高润滑油向燃烧室的输运效应增强，这与润滑油黏度随湿度升高而下降有关

为了研究结构参数对全地形车排气系统散热的影响，采用Fluent软件对排气系统进行流场分析，得到壁面的温度分布图，并通过试验验证有限元模型的准确性。以消声器内隔板孔的直径、隔板到消声器前端的距离、消声器未端圆角半径为设计变量，以排气系统壁面平均温度为优化目标，应用响应面法进行结构参数优化，得到使壁面平均温度最小的一组设计变量值。最后，对改进后的排气系统进行流场分析，并与优化前的数据对比。结果表明，通过设计变量的合理改变，重点关注的消声器处壁面温度明显下降，消声器处壁面4个测试点温度分别下降了10.3%、11.5%、8.0%、10.4%。

为优化大型船用柴油机的燃油喷射策略，采用微种群遗传算法结合三维数值模拟，在一台大缸径低速船用柴油机上对两个喷油器的主喷时刻、预喷间隔和预喷比例进行了优化，并在优化算例的基础上研究了大型船用柴油机各个喷油器预喷参数和顺序喷射对性能与排放的影响。研究结果表明，在采用顺序喷射的前提下，顺序喷射间隔影响NOx排放和指示燃油消耗率。第一个和第二个喷油器的预喷策略对大型船用柴油机的性能与排放有不同的影响，前者是预喷放热与主喷滞燃期缩短综合作用的结果，而后者主要是预喷放热自身的影响。通过以上研究和优化，柴油机的NOx排放降低了21.27%，表明该方法可以用于优化大型船用柴油机的喷射策略。

以某直列6缸柴油机为研究对象，建立活塞销一连杆一曲柄销柔性多体动力学分析模型。基于热弹性流体动力学（TEHD）润滑和微凸峰接触理论，建立连杆小头轴承的TEHD模型，分析了热负荷影响下轴承间隙和表面粗糙度对润滑性的影响规律。研究结果表明：计及热负荷影响，轴承最大油膜压力增加7.5%，最小油膜厚度降低8.1%，摩擦功耗增加10.1%，粗糙峰接触增加6.0%，轴承产生温升现象，最大温升为20.1℃；轴承间隙增加，轴承最大油膜压力增幅提高50%，最小油膜厚度减幅保持不变；表面粗糙度增加，轴承最大油膜压力增幅提高50%，最小油膜厚度减幅缩小55%。该热弹流模型研究方法为动力机械热负荷条件下摩擦副失效机理分析提供了一种可行的途径，研究结果对摩擦副滑动轴承加工精度制定具有一定的指导作用。

针对配备电辅助涡轮增压器（electrically assisted turbocharger，eTurbo）和高压废气再循环（exhaust gas recirculation，EGR）的发动机的油耗和电耗最低、进气氧浓度跟踪误差最小等多目标优化问题，提出了一种eTurbo在线优化控制算法：根据目标进气氧浓度和增压压力，采用自抗扰方法调节EGR阀的开度和压气机需求功率；然后采用模型预测控制（model predictive control，MPC）算法，在线将压气机的需求功率分配给涡轮机和电机，以实现发动机油耗、电能消耗和进气氧浓度跟踪误差的最佳折中。在GT-SUITE/Simulink平台上的仿真结果表明：在FTP-75驾驶循环下，相比于传统增压柴油机，eTurbo柴油机在该优化算法控制下，增压压力的跟踪误差减小87.20%，进气氧浓度的跟踪误差增加1.93%，发动机等效比油耗改善0.82%，验证了该方法的有效性。