为了研究在不同柴油喷射角度下氨-柴掺混燃料在发动机中的燃烧与排放特性，使用GT-Power一维模拟仿真软件与CONVERGE三维CFD模拟仿真软件对卡特彼勒3401进行了建模。使用数值模拟方法研究了不同柴油喷射角度下氨-柴燃料的掺混过程、燃烧过程与排放物的生成。结果表明：在相同工况下，40%氨能分数（E40）是比较合适的氨气掺混比。在E40与柴油喷射开始时间为-30°ATDC的情况下，不同的柴油喷射角度会使柴油在燃烧室内的分布产生变化。在80°与50°喷射角度的情况下，燃烧室内的氨气燃烧比较完全，发动机的排放性能得到大幅提升。

利用CONVERGE燃烧模拟软件，建立符合富氧汽油转子机燃烧规律的CFD模型，与工况一致下的实验值相比，证明模型可用性。对不同氧气浓度下汽油转子机的燃烧数值进行模拟，分析富氧燃烧状态下转子机缸内火焰传播，燃烧特性和排放的生成过程。当氧气浓度升高时，气缸内火焰温度提升，未燃区面积逐渐缩小，燃烧区域的体积增大，火焰面积向燃烧室后部区域略有扩展；火花塞周边区域的湍动能逐渐升高，火焰传播速度提升；缸内压力峰值有明显提高，其所对应的曲轴转角也相应提前，缸内燃烧情况得到改善；气缸内平均温度最大值显著增大。此外，碳烟、HC排放物生成量浓度明显降低；CO排放物生成量减少，空间分布面积增大；NOx排放物生成量增加。提升氧气的浓度，可在一定程度上提升汽油转子发动机的燃烧和排放特性。氧气浓度为50％时呈现出最优性能。

氢气是内燃机的理想替代燃料，可以实现零碳排放，且具有较高的热效率。本文通过建立一维仿真模型研究不同喷射与点火策略对缸内直喷氢内燃机性能的影响。为了在GT-power中获得适合氢内燃机的燃烧模型，修正了层流火焰速度的关键参数，通过氢内燃机在不同当量比下的试验缸压和放热率验证了燃烧模型的准确性。开展了不同喷氢时刻和点火时刻下发动机性能模拟分析，结果表明，喷氢结束时刻的适当延迟可以降低压缩负功，同时加快燃烧速度，提高等容度，有利于指示热效率的提高；喷氢时刻和点火时刻对排气能量、壁面传热损失、热效率及NOx排放有较大影响，在进行发动机控制时需要协同调节喷氢时刻和点火时刻。

随着对氢内燃机性能的要求越来越高，研究者采用了多种技术来达到预期目标。其中，米勒循环和高压缩比是提高热效率的两种有效方法。本研究研究了可变气门正时和压缩比对2.0 L 直喷氢内燃机性能的影响。结果表明，在2500 r/min中负荷时，优化后的气门正时将有效热效率（BTE）从38.8%提高到40.7%。提前IVO（进气门开启时刻）可以提高热效率，而推迟EVC（排气门关闭时刻）可以通过增加空气流量来提高动力性能。在研究IVO和EVC的影响后，采用了两种VVT设置，以在全工况获得较高的热效率和动力性能。最高BTE达到42.57%。此外，在2500r/min时，最大扭矩为326.4 N·m，最大功率在4500r/min时达到124.8 kW。然而，当压缩比从12.5升至13时，爆震燃烧将发动机的最大扭矩限制在271.7 Nm，最大功率为99.5 kW，且最高BTE仅为42.52%。研究表明，较高的冷却损失和混合气分布可能与BTE的降低有关，混合气分布可能靠近缸壁，因此在提高BTE的过程中，需要高压缩比和良好匹配的混合气分布。

基于某增程搭载车型性能需求，开发的一款1.5L增程专用自吸发动机，匹配专用发电机，提升增程车型续航里程。通过台架性能开发及整车仿真验证，主要结论：1.增程专用发动机使用工况点更为集中，通过高效燃烧系统、催前EGR方案、阿特金森循环、电动化及热管理等技术措施，发动机最高热效率达到42%，同时大幅拓宽用户使用高效区。2.相比基础机型，混动专用自吸发动机在整车WLTC馈电油耗收益0.58L/100km，续航里程能够提升12%。3.通过发动机与发电机高效区匹配，提升增程器总成效率，结合总成台架试验验证，最高油电转换率达到3.5kwh/L。

氨燃料作为船舶发动机领域的新兴燃料，其燃油喷射系统的关键技术亟需突破。本文对氨燃料喷射器喷射性能开展研究，基于一维仿真模型考虑燃料流动过程中的非等温可压缩性，进行了氨燃料喷射器各个特性影响的关键参数的影响计算并进行量化分析，获取各个特征结构对喷射性能的作用机理。研究表明：对于喷射量，喷孔直径、柱塞直径、进油孔的影响权重最大，分别占38.6%、30.3%、9.6%。对于针阀开启响应，针阀最大升程，柱塞直径，回油孔的影响权重最大，分别为38.7%、19.4%、17.4%。对于针阀关闭响应，柱塞直径影响权重65.3%，其次是进油孔直径、针阀最大升程，分别为7.3%、5.9%。对于压力波动，柱塞直径、喷孔孔径、进油孔孔径影响权重最大，分别为34.4%、31.8%、9.2%。对于盛油腔温度，喷孔孔径、柱塞直径、电磁阀预紧力影响权重最大，分别为46.5%、23.5%、7.6%。

亚共晶铝硅合金作为轻量化材料被广泛应用，如内燃机气缸盖、机体等。ZL114A合金是我国自主研发的一款亚共晶铸造铝硅合金，为提高力学性能，拓宽应用范围，同时提高废铝回收利用率，利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、维氏硬度实验和室温拉伸实验等对亚共晶铸造铝硅合金ZL114A的锌元素强化进行了研究。结果表明：添加Zn后，ZL114A析出相种类没有增加；Zn加快了析出过程，时效工艺相同时，Zn使GP区数量和尺寸增加、β´´相数量和尺寸都增加。利用合理的时效工艺，Zn使屈服强度小幅提高的同时保证较高伸长率。时效工艺是165℃+1h--120℃+12h时，ZL114A+0.35wt.%Zn合金的屈服强度为236MPa，伸长率为7.8%。

46MnVS5作为连杆非调质钢的典型代表，因具备优异的综合性能，目前已成为发动机连杆的主流材料。与传统高碳合金钢相比，在材料成分和配比、轧制工艺、连杆锻造风冷工艺控制上有更严格的要求，本文基于可变压缩比发动机下连杆胀断口质量问题的改善工作，通过提高锻件的硬度、改善晶粒度、降低断面收缩率、优化原材料碳单量等试验工作，研究原材料合金成分的优化与锻件技术指标的变化对胀断面质量改善效果。通过试验，原材料合金成分碳当量、P含量、Nb含量的控制优化对提高下连杆胀断口质量水平发挥主要的作用，而锻造工艺的控制对连杆胀断口质量的改善效果并不显著。

由于柴油机工作环境复杂多变，信号中包含较多噪声导致诊断率低。为提高燃油系统喷油器的故障诊断性能，提出了一种基于麻雀搜索算法优化变分模态分解（Sparrow Search Algorithm - Variational Modal Decomposition，SSA-VMD）与鲸鱼算法优化BP神经网络(Whale Optimization Algorithm - Back Propagation Neural Network，WOA-BP)相结合的共轨燃油系统喷油器故障诊断方法。针对VMD分解效果受参数制约的问题，采用SSA优化VMD参数，进而对压力信号进行自适应分解，再根据相关系数筛选有用的本征模态分量对信号重构来完成降噪。针对BP神经网络容易陷入局部最优的问题，用WOA对BP神经网络的初始权重和偏置进行优化，进而完成分类器训练和故障识别。最后通过试验验证该方法的有效性，结果表明该方法能自适应寻找VMD最优参数组合，准确率比BP神经网络提高了将近4%，为喷油器的正常运行提供了可靠保障。

多尺度加权排列熵（Multi-scale Weighting Permutation Entropy，MWPE）在处理非平稳非线性信号具有高抗噪的优点，但MWPE计算过程中由于粗粒化过程较粗糙，易丢失特征信息导致故障诊断精度不高。针对上述问题，在MWPE的基础上，提出一种方差粗粒化形式的复合多尺度加权排列熵（Composite Multi-scale Weighted Per-mutation Entropy，CMWPE）特征提取方法，增强对故障冲击和动力学突变信号的敏感度，从而更全面准确地提取共轨喷油器故障的特征信息。然后，提出了一种基于方差粗粒化形式CMWPE和BP神经网络（Back Propagation Neural Network，BPNN）的共轨喷油器故障诊断方法，通过实验结果表明，与其他方法相比，该方法能有效提取故障特征信息，具有更高的故障诊断精度和更强的鲁棒性。