为了研究音圈电机（voice coil motor，VCM）喷油器特性，利用AMESim软件建立音圈电机喷油系统的一维液力仿真模型，并验证了其准确性。通过对不同喷油器结构参数的仿真研究，分析了喷油器柱塞和针阀的结构参数对喷油压力、动态响应特性及流量特性的影响规律。结果表明喷油器结构参数的变化对针阀动态响应性、喷油压力、循环喷油量等喷油性能参数具有重要影响，柱塞的质量、弹簧刚度过大或者针阀质量过小，都会造成系统的不稳定。

为了探究天然气一汽油双燃料燃烧模式在现代发动机上的适用性及潜在优势，基于一台增压直喷发动机结合进气道喷射天然气和缸内喷射汽油，开展了不同负荷、过量空气系数和天然气替代率下天然气一汽油双燃料燃烧特性试验研究。结果表明，低负荷固定转矩工况下，随着天然气质量流量增加，发动机最高燃烧压力提高，燃烧相位提前，循环变动降低，且在稀燃条件下尤为明显。中等负荷固定转矩工况下的燃烧特性变化规律与低负荷工况相似，而在高天然气替代率、稀燃条件下有效热效率随天然气质量流量增加明显提高。高负荷节气门全开工况下，尽管发动机最大转矩有所下降，但爆震起点和强度得到有效抑制，燃烧相位也明显改善，因此可以通过增压来弥补发动机功率不足的问题。

针对高压直喷（HPDI）天然气双燃料低速船机的燃料喷射系统，研究了不同的天然气预喷策略对发动机燃烧特性及性能的影响，探究了适用于低速船机燃烧系统的天然气喷气规律。利用计算流体力学（CFD）软件Converge建立了HPDI天然气双燃料的单缸机仿真模型，与试验数据进行标定后，计算得到了不同预喷间隔及预喷比例下发动机燃烧性能和排放数据。分析计算结果表明，预喷策略的采用影响了燃烧过程中预混燃烧的比例，从而影响了燃烧放热相位及燃烧等容度。预喷比例相比预喷间隔对燃烧过程的影响更显著，后者在较大预喷比例下才会明显影响缸内燃烧放热过程。合理优化预喷策略可控制预混燃烧程度，从而同时改善NOx排放和油耗。不同的预喷策略使得缸内碳烟分布区域不同；与无预喷算例相比，采用预喷策略的算例最终碳烟排放量偏高。

基于定容燃烧弹系统，分别采用米氏散射法、自发火焰发光法、OH化学荧光法研究了两次喷射策略下喷雾和燃烧特性及预喷射对主喷射的影响。研究分析发现：相比单次喷射，两次喷射在预喷射作用下，主喷射着火位置更加靠近喷嘴且着火延迟期与火焰浮起长度变短；随着预喷射与主喷射时间间隔增加，主喷射喷雾锥角减小，着火延迟期增加，但着火位置无明显差异；间隔时间为0.9ms时火焰最暗，间隔时间为1.2ms时火焰最亮。

采用缸内远后喷技术进行柴油机颗粒过滤器（diesel particulate filter，DPF）再生。通过配制不同质量比的柴油和机油，分析机油黏度和闪点的变化趋势。采用特定循环进行机油老化验证和机油稀释试验，利用热重分析仪研究柴油和机油的挥发特性，并在机油黏度下限进行极限拉缸和高温拉缸试验。试验结果表明：随着燃油稀释率的增加，机油黏度和闪点呈下降趋势，且黏度到达下限值时，燃油稀释率为7%左右。远后喷不会引起柴油的不完全燃烧，也不会导致机油中烟矣（soot）的增加。随着再生次数的增加，机油黏度下降较快，至再生50次后，黏度未达到下限值。热重曲线可以看出柴油和机油的挥发温度差别较大，含7%柴油的机油在120℃会有少量挥发。最小间隙拉缸和高温拉缸试验完成后拆检缸套、活塞环、活塞等主要摩擦副，未出现异常磨损，发动机出现拉缸的风险较小。

研究中首先采用RANS和LES两种湍流模型对汽油、柴油及汽柴油掺混燃料的喷雾进行了气液相贯穿距的标定。基于标定好的喷雾模型，采用RANS与LES对3种燃料在发动机中的燃烧过程开展了数值模拟研究。通过对比RANS与LES对部分预混燃烧数值模拟的差异，揭示了两种湍流模型对缸内流动、燃料输运及燃烧过程的影响机理。结果表明，RANS与LES都能够对柴油及掺混燃料的燃烧过程实现较好的预测，其中LES对汽油部分预混燃烧中滞燃期及放热规律的预测与试验更为接近。同时，LES对3种燃料NOx排放的计算结果都与试验更加接近，这与燃料在缸内放热的位置密切相关。

采用计算效率较高的经验传热系数计算活塞温度场，并根据活塞温度实测数据自动标定模型的边界条件。计算过程采用有限元软件和优化软件耦合的方法，包括建立活塞温度场分析有限元模型、计算误差优化模型、数据交换方法，研究并分析了采用不同的优化算法的标定效果。结果表明这种方法可以显著改善计算精度，可用于其他换热部件的计算，提高温度场计算的精度和效率，具有较高的理论意义和工程应用价值。

针对一台配备有电辅助涡轮增压器（electrically assisted turbocharger，eTurbo）的6.7L柴油机，建立并试验校准了其GT-SUITE/Simulink联合仿真平台。通过调节eTurbo的电功率，在保持发动机动力性不变的前提下，改变发动机的运行状态，以获得发动机系统的电能平衡和最大热效率。基于该平台，首先在稳态工况下，研究了eTurbo的电功率与发动机热效率之间的相互影响关系，并在全工况内量化评估了发动机等效热效率的改善潜力。其次开展了US06城市工况及FTP-75市郊驾驶循环工况下的仿真分析，循环平均结果显示：随电辅助能量的增加，发动机热效率提高但回收的电能不断减小；在FTP-75循环下，要实现发动机节油就必须使用额外的发电手段，比如回收整车刹车能量；与FTP-75循环相比，US06循环发动机负荷更高，故可回收更多的电能，电能可以实现自平衡。

簧片组的刚度与强度对板簧扭振减振器的减振效果与工作可靠性起决定性作用。基于Bernoulli-Euler梁模型，推导了柴油机板簧扭振减振器的扭转刚度和弯曲应力计算公式，编制了相关计算程序和计算工具，为减振器的设计和使用提供了计算工具。给出了扭转刚度的有限元分析方案和步骤，并检验了力学模型和计算公式的准确性。研究了铜垫片尺寸、簧片的厚度等参数对刚度、强度的影响规律，以指导扭振减振器的设计。

采用数值模拟的方法，研究了天然气缸内直喷自由射流、撞壁射流以及涡旋结构在直口、缩口和敞口3 种燃烧室形状中的形成过程，并在此基础上设计了适用天然气缸内直喷混合气形成的新型燃烧室．结果表明：采用较小的喷射夹角可以改善射流撞壁过程，提高混合气形成质量；喷射夹角为80° 时，缩口燃烧室中，附壁射流脱壁后涡旋结构中燃料不易扩散，天然气混合速度较低，直口燃烧室和敞口燃烧室天然气混合速度接近．3 种燃烧室形状中天然气射流混合过程会经历3 个重要转折点：自由射流撞壁、附壁射流脱壁以及涡旋结构生长和扭曲阶段，其中在涡旋结构生长和扭曲阶段气体燃料与空气快速混合．最后，根据天然气射流在缸内混合过程设计出脱壁型燃烧室(SACC)，大大增加形成可燃混合气的燃料比例，并能提高混合气的均匀度．