基于某1.5L增压直喷氢内燃机，开展缸内喷水时刻对增压直喷氢内燃机爆震的影响规律研究。研究结果表明：缸内喷水措施可以降低氢内燃机的缸压和放热率峰值，抑制爆震的发生。无喷水爆震工况爆震强度为12.3MPa，喷水时刻从-90度提前到-180度，爆震强度从0.72MPa降低到了0.29MPa。缸内液膜质量的变化影响了喷水抑制爆震的效果，喷水时刻从-90度提前到-180度，液膜质量从21mg降低到了14.5mg。过晚喷水使得来不及雾化的液滴同活塞碰撞是导致液膜质量增加的原因。-90度时刻喷水指示热效率从爆震工况的34.5%提高到了36.5%，水雾化为水蒸气后参与膨胀冲程做功提高了做功能力，喷水时刻的提前会让指示热效率略有下降。

氨燃料储存、运输过程相对安全，同时其单位能量成本低于传统碳基燃料，燃烧后不产生CO2及HC等污染物，展现显著的能量载体优势。该工作通过参数化研究综合评价了氨气/柴油双燃料发动机在柴油引燃（DPI）和反应活性控制压燃（RCCI）两种燃烧模式的可控性。研究表明，相对于DPI燃烧模式，RCCI燃烧模式通常具有更低的未燃NH3、CO和N2O排放以及较低的燃油消耗率，但DPI燃烧模式由于氨气不完全燃烧存在DeNOx过程，NOx排放低于RCCI燃烧模式。整体上看，RCCI燃烧模式下发动机性能较好，而与RCCI燃烧模式相比，DPI燃烧模式对于引燃油喷射时刻较敏感，若要获得低的燃油消耗率，则需要特别关注对燃烧效率的改善。

支持向量机耦合Sobol全局敏感性分析方法可以有效地解耦参数，进行深入研究。然而，这一过程受到多种因素的影响。本文旨在分析影响敏感度计算不确定性的因素。研究使用的数据集涉及汽油发动机的性能、排放和燃烧，主要结论如下。随机样本的数量对敏感度计算结果的一致性有较大影响。Sobol准随机序列与拉丁超立方采样法之间的差异小于2%，但计算效率差异很大。[0，1]和[-1，1]归一化方法对敏感指数的影响小于5.3%。训练样本数的影响可以忽略。支持向量机超参数配置不正确会导致模型拟合不足，从而严重影响敏感度结果的可靠性，需要通过特定算法进行优化。当决定系数小于0.9时，敏感度结果的误差会显著增加。

两级增压与燃油喷射匹配特性对变海拔工况柴油机热力循环能量流分布具有重要影响。本文针对双可变几何涡轮增压（VGT）柴油机热力循环特性展开研究，提出一种适应海拔变化的能量流优化控制方法。首先，构建热力学分析模型，揭示关键热力参数对变海拔工况下缸内燃烧、进排气过程的耦合作用机制。在此基础上，提出实现双VGT柴油机变海拔热力循环效率的四最大三最小原则：通过两级压缩与中冷器的协同作用实现最大进气密度，对应制动热效率（BTE）极值；结合燃油喷射策略，在部分负荷工况下实现最低油耗，在全负荷工况下通过最小空燃比获取最大扭矩；通过合理调控高低压级VGT有效流通面积，充分释放海拔变化条件下的废气可用能量，达成总膨胀比（GER）与等熵效率最大化；基于全局增压比（GBR）分配方法确定目标增压压力，实现两级压气机功耗最小化。本研究为双VGT柴油机变海拔高效热力循环提供了能量流调控理论依据。

为探究氢气替代率和废气再循环（EGR）对氢气/柴油双燃料发动机的燃烧特性和排放特性的影响，借助数值模拟方法，针对不同氢气替代率、EGR 率条件下发动机的燃烧特性和排放性能展开全面探究。研究结果表明：随着氢气替代比例的逐步提高，气缸压力与放热速率的峰值显著增大，且峰值出现时间提前；气缸内最高压力和最高温度随之升高，一氧化碳（CO）与碳氢化合物（HC）的排放量呈下降趋势，然而氮氧化物（NOx）的排放却呈现上升趋势。EGR 率的提升对双燃料发动机产生反向影响，气缸压力与放热率峰值均有所降低，且峰值对应的相位延迟。当EGR率增加时,气缸压力峰值最大降幅可达 9.5%，缸内温度峰值最大下降 3.5%。在排放特性方面，EGR技术能有效抑制 NOx 生成，最大幅度达 30.2%，但会导致HC和CO排放量显著增加。其中，HC 排放增幅在不同EGR率下依次达到 6.2%、19.2%、29.3%、57% 和 80.6%，CO 排放增幅则分别为 7.8%、18.8%、30.9%、42.6% 和73.5%。

基于OpenFOAM平台采用VOF耦合LPT方法，系统研究了uniform、1/7power law、round nozzle及pipe flow四种射流初始速度型对液体横向射流破碎雾化特征的影响。研究表明：射流初始速度型对射流表面不稳定性及雾化特征有显著影响。uniform、1/7powerlaw、round nozzle三种速度型的迎风面中心对称处根部附近R-T表面波较少，液柱面较为平整，而pipe flow速度型则在根部存在大量表面波状结构，表明其R-T表面波更早出现。相比于uniform速度型，其他三种速度型截面最大速度的下降更为缓慢，使得穿透深度更大。在射流轨迹方面，基于射流的平均动量比，真实动量比与峰值动量比对现有的轨迹公式进行了修正，四种速度型基于峰值动量比构建的轨迹预测公式与计算结果吻合良好，表明射流轨迹由峰值动量比决定而非平均动量比。uniform速度型因峰值动量比最小，导致射流穿透深度最低，其他三种速度型的射流轨迹相差不大。横向射流雾化粒径由真实动量比主导，其中round nozzle速度型的实际动量比较基准工况提升8%，促使液滴SMD减小并显著改善雾化均匀性。本研究为如何优化喷嘴结构实现特定雾化特征提供了理论依据。

以氨/柴油双燃料发动机燃烧及含氮污染物排放特性为研究对象，基于Converge软件搭建三维数值模型，通过氨/柴油双燃料发动机台架试验验证模型准确性。通过仿真与测试方法，研究氨替代率、转速、负荷、主喷正时及喷油压力对燃烧过程及NH3、NO、NO2、N2O排放的影响。研究结果表明：氨替代率为10%时，缸压峰值较纯柴油模式下降且相位推迟；氨替代率提升至40%时，缸压峰值升高且相位提前，放热率峰值在氨替代率为30%时达到最高。转速升高使缸压及放热率峰值递减，缸内平均温度峰值升高，未燃NH3排放随转速升高而增加。负荷增加时，缸压峰值呈先升后降趋势，放热率与缸内平均温度峰值持续升高；排气门开启时，未燃NH3含量随负荷增大显著降低，100%负荷时基本耗尽。主喷正时推迟导致缸压、放热率及温度峰值同步下降，排气门开启时缸内NO2和N2O含量随主喷正时推迟而降低。喷油压力升高使缸压、放热率峰值上升，未燃NH3排放和NO排放随喷油压力升高而降低。氨替代率通过影响燃烧效率和当量比改变缸压特性；转速和负荷主要通过燃烧持续时间和温度分布影响排放；主喷正时调整高温高压环境持续时间进而调控NO2和N2O生成；喷油压力提升促进燃料雾化和燃烧效率，减少未燃NH3排放。

摘 要: 本研究提出一种基于预燃室射流点火的甲醇喷雾扩散燃烧系统，以解决甲醇在发动机中压燃着火困难的问题。在验证模型可信性的基础上，采用RANS模拟并结合简化反应机理，分析了主燃室喷射正时对甲醇喷雾燃烧特性的影响。研究结果表明，喷射正时提前时，甲醇能够充分燃烧，但会导致缸内压力及其升高率显著增加，热负荷加重，存在燃烧粗暴的风险，同时NOx排放大幅上升。相反，喷射正时延迟将引起燃烧起始延后，火焰扩散受限，燃烧持续时间明显延长，主燃烧后期占比增加，进而造成燃烧效率降低，指示燃油消耗率上升。尽管NOx排放下降了67%，但CO、HC、未燃甲醇和甲醛排放明显增加。通过将喷射正时优化至-10°CA ATDC，兼顾了发动机性能、排放控制与燃油经济性，实现了较优的平衡。

高功重比的椭圆转子发动机可以实现高压缩比，但其提升受到爆震的限制。利用经实验验证的椭圆转子发动机CFD模型，研究了自行设计的湍流射流点火和空气辅助湍流射流点火等技术提高压缩比的潜力。结果表明，低温化学反应受燃烧火焰前锋面的传质传热、压力波的汇聚和压缩以及燃料的负温度系数的影响。这些都是自燃形成的关键因素。当压缩比从9.26增加到12时，快速燃燃烧期缩短了71.02%，燃烧速度显著提升，但是燃烧室前后端高温岛先后出现了自燃点。自燃火焰降低主火焰传播速度，甚至导致了回退。实施湍流射流点火和空气辅助湍流射流点火技术后，滞燃期分别提前了4.60°EA、3.22°EA,KI由0.61 MPa分别降至0.17 MPa、0.13 MPa。空气辅助湍流射流点火不仅改善了点火和燃烧，还可以抑制了爆震，进一步实现椭圆转子发动机高压缩比。

为改善增程器曲轴扭转振动特性，基于轴系当量扭振理论，以某高压共轨4缸柴油机增程器为研究对象，应用AVL-Excite-designer软件搭建增程器扭振动力学模型，研究不同转速下的曲轴扭振幅值与转速波动率变化，并且通过搭建扭振测试与仿真对比验证模型的准确性。研究结果表明：增程器扭振幅值最大值相比原机降低了约23.9%，转速波动率整体低于原机；增程器在第8主谐次产生共振，峰值为0.1373deg；合理改变飞轮转动惯量与电磁阻尼均可以抑制转速波动和扭转振动。基于Box-Behnken试验设计与响应曲面法对响应参数进行多目标优化，根据响应曲面结果得出：优化前后对比误差小于5%，验证了优化结果的准确性，共振峰值降低约12.6%。