针对发动机概念设计一维性能仿真优化阶段爆震约束问题，使用末端混合气自着火延迟期积分法，提出一个同时考虑温度、压力、EGR 率和空燃比影响的爆震预测模型．通过一台带冷却废气再循环(EGR)系统的增压汽油机进行爆震试验，使用滤波法和图像处理方法提取爆震特征．采用绝热压缩求解每个爆震循环末端混合气温度，并探讨比热比的影响以及比热比求解方法对末端混合气绝热压缩温度的影响．结合多岛遗传算法对爆震模型系数进行标定，并对比改进后的新模型与 Hoepke 模型的预测性能．结果表明：升高进气温度或加浓混合气都会减小混合气比热比，而引入冷却 EGR 则会增加混合气比热比．采用定值比热比得出的末端混合气温度会大幅高于变比热比得出的末端混合气温度，Hoepke 模型在非理论空燃比下预测误差偏大，重新优化后的误差仍然较大．改进后的考虑多参数影响的爆震模型预测性能较好，在不同发动机之间能保持较好的适应性．

建立臭氧(O3)与微粒(PM)的化学反应动力学模型，探究微粒层分布、微粒层最小厚度和微粒加载量对微粒捕集器(DPF)再生过程的影响，并对再生模型进行验证．结果表明：DPF 内部微粒层的均匀分布可有效避免 O3 穿透现象，提高 O3 利用率，增大 DPF 再生速度，缩短 DPF 实现再生所用的时间；当微粒加载量一定时，微粒层最小厚度越大，微粒层分布越趋于均匀，DPF 壁面峰值温度和再生速度越大，DPF 实现完全再生时间越短．O3/N2 氛围下，DPF 离线再生的壁面峰值温度较低，可显著降低对 DPF 载体造成的热损坏；增加微粒加载量，可提高微粒的氧化速率和 O3 利用率；可在不严重影响发动机工作性能的前提下，尽可能增加 DPF 的微粒加载量，提高再生经济性．

在应用有限元方法对内燃机受热件的低周热疲劳寿命进行计算评估时，材料的力学循环响应迟滞回线所表征的能量被认为是最合理的损伤参量，因而采用能量法则对气缸盖低周热疲劳寿命进行评估将使结果更加准确．对气缸盖铝合金材料进行高温下等幅值恒应变负荷低周疲劳试验，得到材料高温下基于能量法则的低周疲劳寿命预测模型及其参数．对气缸盖在其典型低周热疲劳负荷-启停循环下的寿命进行计算评估，得到气缸盖火力面低周热疲劳寿命及其分布规律．结果表明：爆发压力与热负荷相比，对火力面应力负荷的贡献相对较小，并且各缸火力面疲劳寿命最低区域位于排气门边缘区域，此外各缸排气门鼻梁区、气门与喷油孔鼻梁区和进/排气门鼻梁区的寿命相对较小．

针对高压共轨喷油器的回油量小、针阀动作响应快及循环喷油量控制精度高等要求，笔者提出了双密封面电控喷油器．双密封面喷油器在进油处增加一个密封面，双密封面进行喷油开启和关闭过程的控制．利用 AMESim 建立双密封面喷油器数值仿真模型．结果表明：喷孔直径为影响双密封面喷油器循环喷油量的主要特性参数；针阀最大升程、电磁阀预紧力、衔铁残余气隙和控制阀杆最大升程为影响循环喷油量次要特性参数；高压油管长度、针阀预紧力、控制活塞配合间隙、控制腔容积和进油孔直径对循环喷油量的影响不显著．与传统的单密封面喷油器相比，双密封面喷油器能够有效减少喷射过程中高压燃油的回油量，提高针阀的动作响应，缩短两次喷射的最小时间间隔，同时降低进/回油孔径对喷油量影响的敏感性．

某配套催化消声器的柴油机排气噪声偏大，利用 LMS 声学测试系统进行声压测试，频谱分析后发现：高频消声性能不足是导致催化消声器消声效果变差的主要原因．针对催化消声器后半段结构提出扩张腔和穿孔管组合结构的改进方案，建立有限元模型，进行流场和声学仿真分析，最后进行试验验证．结果表明：扩张腔和穿孔管的组合结构能稳定气流速度，降低涡流强度，具有良好的流场特性，同时对排气噪声中的高频成分有良好的抑制作用；保持催化消声器前半段结构不变，仅对后段结构进行改进，在提高消声性能的同时还可保证其净化性能．

笔者分析了对冲孔形状和位置对分流气体对冲消声单元压力损失及传递损失的影响．结果表明：对冲孔的形状为矩形，对冲孔中心距取平均时(最大极限中心距和最小极限中心距的平均值)，消声单元压力损失最小，传递损失较大，即具有较好的综合性能．利用数值模拟法和实测法对新型消声单元的压力损失和传递损失进行了计算，并与某型单缸柴油机原装消声器进行了性能对比试验．结果表明：入口流速为 30m/s 时，新型消声单元与原装消声器相比，压力损失减小 15.3%，平均插入损失增大 3dB，验证了新型消声单元原理的可行性，为该类消声单元设计理论研究及优化设计提供了参考．

运用模态综合法对大型船舶低速柴油机机体和曲轴有限元模型进行缩减，获得二者弹性流体动力润滑耦合下计入非线性缩减的系统动力方程，采用时域积分的 Newmark 方法进行数值求解．二者间接触力根据 Reynolds 方程和 Greenwood/Tripp 微凸峰接触理论，运用有限体积法获得．由此建立大型船舶低速柴油机柔性曲轴与柔性机体耦合下的三维振动计算模型，通过与经典模型计算结果对比，该建模方法和模型得到验证．结果表明：该计算模型能够同时获得曲轴瞬态整体扭振、横振和纵振三维振动形貌；曲轴的横振和纵振呈典型非线性分段特性；曲轴水平横振较垂直横振对轴瓦的振动冲击危害更大．该建模方法有益于进一步揭示曲轴的振动机理，为曲轴优化提供参考．

在某增压柴油机上分别燃用0#柴油、F-T柴油和三种不同配比的F-T柴油/甲醇微乳化燃料（简称FT微乳化燃料），分析了其燃烧排放特性，试验中柴油机结构和参数未进行调整。研究结果表明：相比于0#柴油，燃用FT微乳化燃料缸内压力下降，放热率峰值降低。FT微乳化燃料有效降低了CO、NOx和碳烟等常规排放，平均降幅范围分别为20%~40%、25%~27%和65%~97%。非常规排放中未燃甲醇排放随着燃料中甲醇比例的增加而增加，随着负荷增大而降低；甲醛排放均较0#柴油有所增加，随负荷变化趋势与未燃甲醇相同，但并未与燃料中甲醇含量形成线性相关。

根据改装的双燃料发动机特点设计了基于当量燃料的油气控制策略，该控制策略通过柴油天然气双闭环实现两种燃料的合理控制，并在改装成双燃料发动机的潍柴X6170上进行试验。试验表明，在不改变原柴油机主要结构下，改装双燃料发动机能够替代原柴油机作为船舶动力，燃油消耗降低且排放相应减少，能够平稳进行油气切换，替代率过大时对HC排放及排气温度影响较大。

通过AMESim软件建立了喷油速率可调的超高压共轨系统仿真模型，分析了相同喷油量条件下喷油率的变化特点。采用GT-Power软件建立单缸柴油机模型，将不同喷油率导入柴油机的燃烧计算模型，研究了不同喷油率对柴油机缸内压力、缸内温度、放热率、NOx排放、碳烟排放及输出转矩和油耗率的影响。仿真结果表明:靴形喷油速率匹配合适的喷油提前角可优化柴油机的综合性能。搭建了超高压共轨柴油机台架，开展了不同喷油速率的喷控试验，结果表明:与相同油量条件下的高压共軌喷射相比，柴油机实施变喷油速率超高压喷射可获得更优异的动力性和燃油经济性，动力输出提高了5%，燃油消耗量下降了6%，碳烟排放降低，但NOx排放升高。