为使船用低速双燃料发动机燃油喷射系统结构紧凑、使用寿命提升，创新地提出了一种主-微喷一体化喷油器，并通过分析喷油器的结构特点及工作过程，建立了其AMESim数值仿真模型。喷油器工作时通过改变两个电磁阀的通断电状态，使针阀运动的上限位置能够灵活切换，从而在轨压及喷油控制脉宽不变的条件下改变喷油速率和喷油量，这在仿真模拟的过程中取得了相应的效果，因此从理论层面证明了该喷油器实现主喷和微喷两种喷射功能的可行性。此外，基于该喷油器的仿真模型，研究了其在不同喷射模式及工况下的油量特性及稳定性，并探究了不同针阀最小限位高度下的微喷特性。结果表明，与主喷模式相比，微喷模式下喷油器的喷油量随喷油控制脉宽几乎呈线性变化，且喷油控制脉宽对微喷油量的控制精度更高；微喷模式下喷油器的喷油量相对标准偏差普遍小于相同轨压、喷油控制脉宽时主喷模式下的喷油量相对标准偏差，主喷和微喷模式的喷油量相对标准偏差分别在喷油控制脉宽达到9ms和5ms后降低至5%以内，说明微喷模式下喷油器具有更高的喷射稳定性。随着针阀最小限位高度的增加，喷油控制脉宽对喷油器微喷油量的控制精度逐渐降低；若针阀最小限位高度取值过大，喷油器容易在低轨压、小喷油控制脉宽范围出现较大的喷油量相对标准偏差，从而降低喷射的稳定性。

试验和数值研究了预燃室式燃烧系统预燃室容积和喷油量对重型柴油机大负荷燃烧和排放的影响。参数优化后的研究结果表明：压缩冲程中，预燃室内部的涡流能使预燃室中的燃油卷吸到更多空气，燃烧更加完全，降低了排放；燃烧初期形成的射流火焰与主燃烧油束碰撞，促进了火焰向四周发展，加强了周围流场的扰动作用，提高了指示热效率；燃烧后期预燃室中持续的射流动能将主燃室中贴附在壁面上的燃油剥离至缸内再混合燃烧，提高指示热效率，进一步减少碳烟和CO排放。通过数值模拟与数据量化分析得出重型柴油机大负荷工况下，优化后预燃室容积为3%、喷油量为2%，相较原机得到了较好的优化效果：指示热效率提升6.41%，NOx、碳烟和CO 排放各降低2.8%、44.4%和46.3%。

摘要：为了改善相变材料在储能系统中传热效率偏低的问题，提出一种基于场协同的相变结构优化方法。在非稳态传热速度场与温度梯度场的变化中，以石蜡为测试工质，通过5种不同翅片角度及2种翅片形状对石蜡在储能系统内的传热效率影响进行分析。分析发现在相同时间内，不同翅片角度下石蜡熔化与凝固速率各不相同，以30°为基础其他翅片熔化速率分别提高了4.4%、4.2%、4.1%、1.6%，凝固速率分别提高了67%、65%、38%、1.1%，翅片在45°-60°区间时熔化与凝固速率相对较高。而后通过场协同角对45°-60°区间翅片角度进一步优化，结果表明翅片角度为56°时石蜡熔化及凝固速率最快。在此基础上，通过在弯曲翅片上选择局部协同角的基点的方式确定平均协同角，以全场平均协同角对翅片形状进行优化。结果表明，在设定时间内石蜡在优化后的储能系统内熔化速率提升4.5%，凝固速率提升8%，所提方法的有效性得到了验证。

柴油发动机冷起动后较低的尾气排放温度会导致SCR催化剂的NOx转化率下降，因此冷起动条件下柴油发动机的NOx排放量较高，具有NOx定温吸附与脱附功能的被动氮氧化物吸附（Passive Nitrogen Oxide Adsorption, PNA）材料具备解决柴油发动机冷起动NOx排放问题的潜力。 Pd-SSZ-13是一种NOx吸附性能较好的PNA材料，为了探究Pd-SSZ-13材料的NOx吸脱附性能及机理，对不同Pd负载量和水热老化温度处理的Pd-SSZ-13材料进行了NO-TPD, XRD, SEM和XPS表征，分析了不同制备条件对Pd-SSZ-13材料Pd物种分布和分子筛结构的影响。考虑到柴油发动机常见组分CO和HCs对PNA材料工作过程的影响，分别在理想混合气，CO和C3H6环境中对Pd-SSZ-13的蜂窝状涂覆样品和粉体进行了PNA性能测试和原位红外测试，解释了CO和C3H6影响NOx在Pd-SSZ-13材料表面吸附和脱附过程的机理。0.5 wt.%-4.0 wt.% Pd负载量的Pd-SSZ-13样品表征结果显示，Pd-SSZ-13在NO-TPD测试条件下的脱附峰分布在100 ℃-290 ℃和300 ℃-550 ℃的温度范围内；当Pd负载量在2.0 wt.% 附近时，有利于NO吸附的Pd(Ⅱ)物种含量最高，贵金属Pd利用率最高；Pd负载量大于2.0 wt.%的条件下，过量的Pd物种在煅烧阶段生成PdO2，Pd(Ⅳ)物种的比例增加，Pd利用率降低。经过650 ℃-850 ℃水热老化处理的Pd-SSZ-13样品表征结果显示，650 ℃-750 ℃的水热老化处理会导致Pd物种在Pd-SSZ-13材料表面重新分布，Pd2+离子的比例增加，Pd-SSZ-13的PNA性能得到提升；高于750℃的水热老化处理会破坏Pd-SSZ-13的分子筛结构，分子筛在高温下脱落的硅铝结构会影响Pd-SSZ-13的NO脱附规律导致其无法满足PNA材料的要求。管式炉内Pd-SSZ-13蜂窝状涂敷样品的PNA性能测试表明，在加入氧气和水蒸气的理想进气条件下，Pd-SSZ-13的NO脱附峰的位置改变至80 ℃-150 ℃和150 ℃-300 ℃；根据原位红外测试结果，NO与Pd离子生成的亚硝酰基配合物能够解释80 ℃-150 ℃脱附峰的出现，单齿硝酸盐的分解与位于150 ℃-300 ℃的NO脱附峰有关。在理想混合气的基础上通入CO后，管式炉内Pd-SSZ-13样品的NO吸附量降低，80 ℃-150 ℃的NO脱附峰接近消失；原位红外观测到NO，CO与Pd离子形成了配合物，CO在有限的Pd位点上同NO竞争吸附，导致了Pd-SSZ-13材料的PNA性能下降。在通入C3H6的条件下，Pd-SSZ-13样品在80 ℃-150 ℃的NO脱附峰也出现下降，同时在300 ℃-400 ℃出现了新的NO脱附峰；原位红外测试表明C3H6及其氧化物存在与CO类似的竞争吸附机制，因此减弱了低温脱附峰强度；由C3H6带来的有机官能团形成的有机硝基化合物具有较高的分解温度，导致了Pd-SSZ-13在300 ℃-400 ℃的温度范围内出现了新的NO脱附峰。

本文以生物柴油-柴油双燃料发动机为研究对象，目的是找到双燃料发动机在不同工况下的控制参数最佳组合，从而满足排放法规和实现较低的燃油消耗。通过研究不同参数对双燃料发动机性能和排放的影响，并结合卷积神经-门控循环神经网络 (CNN-GRU) 和帕累托最优-多目标蛇优化算法 (Pareto-SO)探讨了推进特性工况下的最优控制参数问题。首次利用CNN-GRU建立双燃料发动机运行参数和性能之间的预测回归模型。首次将Pareto 优化理论与蛇优化算法相结合，所有优化后的工况均可以实现经济性和排放性之间的权衡。试验结果表明，所有推进特性工况氮氧化物（NOx）排放均满足Tier III法规，额定工况下，方案2对应的NOx排放降低了76.51%，油耗比优化前升高了1.58%。因此，合理的参数有利于缓解柴油机性能与排放特性之间的矛盾。

某增压汽油机在整车售后市场发生多起漏气及异响，经拆机检查发现其中一颗排气歧管紧固双头螺柱断裂。通过对断裂螺栓的材料、金相、断口等检测、排气歧管紧固布置方案分析、CAE分析排气歧管热变形等方法，确认了双头螺柱断裂问题是由于排气歧管定位孔设计及双头螺柱结构尺寸无法满足排气歧管高温变形产生的剪切力导致，经过发动机台架优化方案专项验证，解决双头螺柱断裂问题

正时齿轮是船舶柴油机核心传动组件，其健康状态极大地影响柴油机运转的可靠性和高效性。正时齿轮工作时同时受到多分支传动轴、负载输入的外部激励和时变啮合刚度、传递误差所引起的内部激励的影响，具有高度的非线性特点并长期啮合于由轴系振动带来的多变动态加载与微观混合润滑耦合作用的工作状态，进一步影响疲劳寿命，从而影响柴油机的可靠性、动力性、经济性等各项指标。该研究以某型船用20V柴油机正时齿轮为研究对象，首先考虑多分支传动轴系中各类型内外综合激励影响，对正时齿轮系统进行弯扭耦合动力学建模，并结合实机测试数据验证模型准确性。然后在获取动载荷及转速波动的基础上，结合三维线接触混合润滑模型，考虑瞬变工况和界面真实表面粗糙度，提取油膜刚度及摩擦激励，拓展耦合动力学效应影响的正时齿轮三维混合润滑状态分析模型。最后，开展正时齿轮三维动态应力计算以及疲劳寿命预测研究，为柴油机正时齿轮传动系统稳定性和可靠性运转提供理论指导与技术保障。

两级涡轮增压系统的调节对提高发动机高海拔性能较为重要。然而，柴油机的进气量调节需求的影响因素多，且随海拔变化规律不明，只能通过大量试验标定获得，工作量大且难以推广。基于此，本文提出了一种增压系统变海拔调节方法，建立了多因素耦合增压系调节量预测模型，能够根据工况和运行海拔预测增压系统调节量。试验结果表明，针对稳态工况，柴油机实现了4500m海拔运行进气量不变和扭矩值完全恢复，并提高了柴油机高原运行的经济性。对于瞬态工况，能够根据发动机的运行海拔和工况变化调整旁通阀开度，增压压力能迅速稳定至目标值，并且避免了增压压力的大幅波动。

在当前汽车排放法规日趋严苛的形势下，选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction, SCR）技术在柴油机氮氧化物排放控制领域发挥着重要作用。针对低排温工况下紧耦化后处理系统出现尿素结晶的问题，本文开展了柴油机 SCR 系统尿素结晶风险预测的建模研究，旨在建立一种准确描述氨气供给过程和预测结晶风险的数值仿真模型，从而为解决尿素结晶问题提供一种有效的技术手段。首先，将系统内部气相流动、传热、喷射雾化、组分蒸发、喷雾-壁面相互作用、液膜生成以及尿素热分解反应过程纳入考虑范畴，在Starccm+仿真软件平台上建立了SCR 系统氨气供给过程模型；然后，从尿素水溶液雾化、液膜形成、氨转化和尿素热分解副产物生成四个方面进行综合模型验证。结果表明模型可以较好地模拟尿素水溶液雾化、液膜生成、氨转化和尿素热分解反应过程，建模合理，可用于后续结晶风险预测研究。

以车用发动机有机朗肯循环余热回收用的某型涡旋膨胀机为研究对象，由于动涡旋盘齿头入侵进气口严重，造成进气能量损失，影响膨胀机的气动转化效率，通过开设不同形状结构的进气口，探讨不同进气口下齿头的入侵率变化、进气口的进气特性、有效流通面积以及节流效应下的气流脉动分布和涡旋齿变形规律。结果表明：腰形进气口的开启特性明显优于圆形进气口；腰形进气口齿头入侵时间更短、进气口全开放持续角更广，在同一动盘转角下，有效流通面积更大。进气口形状不同造成的涡旋齿变形差异主要体现在涡旋齿前端，腰形进气口下的变形大于圆形进气口，且主要由温度载荷作用造成。腰形进气口的平均质量流量大于圆形进气口；为涡旋膨胀机进气口开设优化设计提供一定的理论依据。