随着柴油机缸内最高爆发压力的提高，传统的铝合金活塞已无法承受缸内燃气带来的高温高压作用，钢质活塞逐渐成为了柴油机活塞的首选。此研究以一款小缸径柴油机为研究对象，建立钢活塞的热机耦合有限元仿真模型，通过经验公式和内冷油腔振荡流动CFD计算得到钢活塞的稳态温度及换热系数，将其作为边界条件施加到钢活塞上。在钢活塞最大爆压工况下，使用Abaqus计算得到了钢活塞的温度场，并将其与山东大学石小明的温度场试验数据进行了对比验证，然后以此为基础计算得到钢活塞的热负荷、热机耦合负荷以及热负荷变形和热机耦合变形，最后使用FEMFAT计算得到了钢活塞的安全系数分布。研究结果表明，在最大爆压工况下，钢活塞燃烧室喉口的温度高达443℃；在热机耦合负荷下，最大应力达到了443.8Mpa，最大变形为0.296mm；高周循环下最低安全系数为2.05，说明在最大爆压工况下活塞能安全运行。

为探究汽柴油等常规碳氢燃料掺混氨气的碳烟排放特性，本研究选择正庚烷为表征燃料，采用平面激光诱导炽光法（LII）和激光诱导荧光法（LIF），结合CHEMKIN对相关试验工况进行模拟，探究火焰条件变化对正庚烷/氨气扩散火焰中碳烟及相关物质生成的影响。首先，分析正庚烷/氨气对冲扩散火焰中的碳烟变化规律，剥离碳烟氧化过程聚焦分析掺混氨气对碳烟生成过程的影响；其次，结合实验与模拟探究了不同射流出口速度对火焰中碳烟生成特性的影响；最后，探究不同氧气浓度条件下掺氨火焰中碳烟的生成情况。研究结果表明，在本文范围内，出口速度增加会降低碳烟及PAH含量，计算显示其主要通过抑制PAH生成及促进含氮物种生成发挥作用。氧气增加使碳烟及PAH的信号强度增大，且在更高氧气浓度下，碳烟信号强度峰值随氨气添加的降幅增大，而A4信号变化则相反。计算表明主要是由于温度升高及C4H5、CN等物种受氧气浓度影响后通过系列反应作用于A4与碳烟的生成。

针对柴油机存在低温冷起动困难甚至无法起动的问题，基于柴油机起动/发电机集成一体化技术，在高原低温发动机冷起动试验舱，研究-50号柴油A0（氧质量分数0%）、A1（氧质量分数2.1%）、A2（氧质量分数4.5%）燃料在-43℃下对柴油机冷起动过程的影响和燃烧特性分析。结果表明：相比A0柴油，燃用A1、A2含氧燃料起动时间分别缩短了36.64%和42.71%；起动油量分别降低47.8%和60.6%；怠速运行前60 s内转速波动率分别降低25.3%和43.8%。燃用燃料含氧量越高，起动燃烧首循环的缸内压力、燃烧放热率和缸内压力升高率峰值越高，且燃烧重心前移，燃烧持续期越短；起动转速上升过程循环数越少，平均最大缸压越大，起动过程燃烧稳定性越好。

以针对某液态天然气（LNG）发动机船设计的供气系统为例，根据其工作原理，采用复杂系统建模与仿真软件AMESim建立仿真模型。仿真典型负荷下的工艺过程，将仿真值与设计值对比，以加热汽化单元、低压缓冲罐、进入主机和锅炉物料的压力、温度和流量为主要研究对象，对供气系统的设计及供气系统性能的影响因素等进行分析。结果表明，LNG供气系统的供气能力满足系统的设计要求；当换热介质水乙二醇的流量增大或者汽化器进口温度升高时，都会导致汽化器出口天然气温度升高，降低发动机充气效率和额定功率，这应在供气系统设计中进行充分考虑。

选取一辆最大设计总质量24500kg的自卸车，先进行了整车转毂油耗测试，然后构建整车模型，利用发动机在环的试验方法，研究了三种驾驶习惯（激进型、经济型、保守型）及不同转速换挡对油耗的影响，结果显示：不同驾驶行为组合对CHTC-D油耗测试存在影响，整体来看，保守型驾驶习惯为了满足CHTC-D车速跟随的要求，会在加速换挡后，延长油门动作时间，提高发动机转速，增大输出功率，导致总油耗增加，对高速油耗的影响更为明显，车速跟随性在三种驾驶习惯中最差。相同油、离合配合，挡位调整情况下，因换挡转速差异CHTC_D最高油耗和最低油耗差异有5.184L/100km。研究表明在满载的CHTC-D工况下，升档转速设定为1400r/min可获得更好的燃油经济性。

液化天然气（LNG）发动机的供气压力波动较大，对供气管路会造成损坏，且LNG发动机存在供气响应较慢，燃料燃烧性能较差的问题。本文在Simulink中建立自适应模糊PID控制器，对PID参数进行在线自整定，将Simulink中建立的控制器模型与AMESim中供气系统物理模型进行联合仿真，控制进入发动机的天然气的压力，并将自适应模糊PID控制结果与传统PID控制结果进行对比分析。结果表明，相较于传统PID控制，自适应模糊PID控制能够有效缩短系统响应时间，供气压力能够更加快速的达到稳定值，系统具有良好的动态特性，改善了LNG发动机供气压力波动大及供气响应较慢的问题， LNG发动机的供气精度和速度得到明显提高，其安全性及动力性得以改善。

高压共轨柴油机燃油喷射压力直接影响到喷油精度、燃油雾化和燃烧过程，精确的轨压控制是实现精确多次燃油喷射的前提，当前发动机轨压控制策略多采用控制燃油计量单元开度以控制油箱至高压油泵得流量偏差进而调控轨压，不符合利勃海尔公司新型高压共轨系统采用双阀对低压油路、高压油路同时进行调控的方式。根据高压共轨系统中轨压产生与传递的物理过程并考虑影响轨压的内部、外部因素和新型高压油泵的结构，建立了从高压泵到共轨管的共轨系统数学模型并进行合理的简化。针对新型共轨系统，充分考虑高压油泵工作特性的情况下，设计基于PCV/VCV双阀的控制策略。将共轨系统模型与控制策略联合仿真可知，基于新型高压共轨系统的双阀控制策略相较于之前的控制策略稳态工况下轨压稳态误差更小，变工况下超调量更小，整体控制性能更好。

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)效率高、燃料适应性强，但动态响应能力较差，当其与内燃机(Internal Combustion Engine, ICE)进行联合循环后，在保持高热效率的同时还能获得良好的动态响应特性，是具有前景的船用动力系统。该研究使用MATLAB与GT-Power搭建了SOFC与ICE的仿真模型，并通过Simulink将二者进行耦合，构建了以天然气为燃料的联合循环系统。系统将SOFC阳极尾气通入到ICE中进一步利用，并且通过两级余热回收策略充分利用了燃料电池与内燃机尾气的废热。为进一步探究该系统的工作特性，开展了关键运行参数功率分配比、电流密度、燃料利用率对于系统性能的影响，并研究了天然气掺混适量氢气对于提升系统效率与㶲效率的作用。研究结果表明，联合系统的效率比两个单个动力系统部件的效率都要高，且系统效率随着SOFC与ICE功率比的增大而提高。当SOFC与ICE有着相当的功率，SOFC效率为50.46%，ICE效率为43.01%时，系统效率能达到54.63%。在燃料利用率为0.8时，系统最高效率达到了折中最优值62.51%，燃料掺氢体积比为25%时能使得系统效率提升3.52%，㶲效率提高5.04%。

为了提高大缸径天然气发动机的燃烧速度，降低NOx排放，采用数值模拟的方法研究了缩口燃烧室与进气道喷水温度对天然气发动机的影响。结果发现：缩口燃烧室会减小燃烧室中心深度，缩短纵向火焰传播距离；另一方面，缩口结构使得燃烧室两侧以及底部的混合气形成良好的贴壁流动，促进了燃烧室壁面附近的燃料与空气混合。这些因素提高了火焰传播速度。燃烧室P4的缩口角度增大26°，导致CA50较原机提前了3.15°CA。火焰传播速度与NOx排放量呈反比关系。随着喷水温度升高，进气道水蒸发量增多，液膜量减少，更多的蒸发水进入缸内。缩口燃烧室耦合喷水有利于加快天然气发动机缸内燃烧速率，降低燃烧温度峰值，减少NOx排放。

EGR对于燃烧的影响主要有四个方面：热作用、稀释作用、化学作用以及雾化作用。本文利用雾化作用及热作用将热EGR作用于单缸机冷启动阶段，以改善其冷启动性能。试验通过改变EGR阀及排气背压阀开度，获得不同的EGR量。试验结果显示：加入热EGR后，单缸机在所有工况下均能着火，并在特定阀门开度下达到了启动转速。