基于一台主动预燃室甲醇射流点火发动机，利用CONVERGE仿真软件建立仿真平台，在原有预燃室结构的基础上，将预燃室喉部截面积沿着轴线方向进行缩小或扩大，将预燃室结构分为喉部渐缩型（P1）、正常结构（P2）和喉部渐扩型（P3），对在不同预燃室喉部结构下的火焰射流和发动机燃烧特性等进行了研究。研究结果表明，3种结构的混合气均在喉部呈现出了明显的浓度梯度变化，其中喉部渐扩型预燃室由于速度梯度小更利于扩散，混合气在预燃室内分布更加均匀。而渐缩型的预燃室结构设计燃烧约束作用更强，射流方向更集中，预燃室和主燃室压差最大，从而火焰传播速度更快，射流能量更高，进一步优化了主燃室混合气燃烧，使得主燃室峰值缸内压力相较于P2型，P3型预燃室分别增大了0.129 MPa和0.912 MPa，峰值放热率显著提升，燃烧相位提前。

汽车脱附系统里的文丘里管是一种能够利用流体动力学原理实现气体混合与传输的装置，其结构参数优化对于改善车辆排放性能尤为重要。运用数值仿真技术，分析了车用文丘里管内部的流体力学特性，并探索关键结构参数对其流动特性和工作效率的影响机制，其中关键结构参数包括混合管长度、驱动喷嘴与混合管直径之比（d_mr/d_td）、推力间距、扩散器直径及扩散器角度等。结果发现，以上参数均对文丘里管的抽吸性能与工作效率有显著影响。针对不同驱动压力区间，详细阐述了各参数的影响规律，并提出了优化策略。

受爆震限制，氢气发动机的压缩比普遍低于柴油发动机，因此克服高压缩比下爆震燃烧限制对氢气发动机的应用具有重要意义。本研究通过数值模拟，研究了高压缩比条件下喷射策略结合点火时刻对缸内直喷氢气发动机爆震的抑制潜力。结果表明：压缩比为15时，随着喷射压力的增大，爆震强度（KI）先减小后增大；喷射压力为6 MPa时，KI最小，此时火花塞附近氢气分布更为富集，混合气较易点燃，火焰核心更为稳定；爆震强度随着喷射正时的变化呈非线性，当喷射正时为－100°时，缸内混合气分布更均匀，燃烧重心（CA50）更接近上止点，KI降到最低；仅通过调整喷射压力或喷射正时，最低KI值均未能降至1 MPa以下，需要延迟点火提前角以降低KI值。

基于 CONVERGE 3.0 软件建立了柴油机燃烧室的三维计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD）模型，并耦合 CHEMKIN 程序中包含 182 个反应和 52 个组分的化学动力学机理。采用该模型研究了喷油夹角对甲醇柴油混合燃料发动机缸内压力、温度及排放特性的影响。结果显示，当喷油夹角θ=60° 时，油束轴线更靠近燃烧室凸台，大量燃油在凸台表面聚集，混合气形成效果较差，导致Soot生成增加；而在 θ=75° 条件下，油气混合更为均匀，缸内峰值压力与温度均达到最大值。随着喷油夹角进一步增大，NOx与N2O排放先升高后降低，均出现明显拐点，HCHO排放则呈持续下降趋势。

为提高柴油机燃油系统故障诊断准确率，解决故障数据量不足的问题，提出了一种结合关联规则和一维卷积神经网络（1DCNN）的故障诊断方法。通过建立SC7H型柴油机仿真模型，在6个工况下模拟燃油系统四类典型故障：喷油不足、喷油过量、喷油正时提前和喷油正时滞后，并生成相应故障数据。使用Apriori算法将故障数据转化为关联规则，实现1DCNN训练数据量扩增，利用粒子群优化算法优化最小支持度和最小置信度。结果表明，该方法的故障诊断准确率达91.67%，优于单一的关联规则分类模型和1DCNN模型。

商用车发动机配气机构中的凸轮-滚轮摩擦副属于高副接触，工作中经常发生表面磨损失效。一方面，在弹流润滑状态下，凸轮-滚轮表面承受极高的油膜压力和交变载荷，容易产生疲劳磨损；另一方面，由于局部微凸体接触和滑动摩擦的存在，凸轮-滚轮之间会发生磨粒磨损，尤其是在打滑状态下。传统研究中一般通过发动机耐久试验来考察凸轮-滚轮副的磨损可靠性，但时间和经济成本非常高。本研究基于凸轮-滚轮副的混合热弹流润滑和磨损过程耦合建模，提出了凸轮-滚轮副的磨损演化预测方法，实现了在累计工况历程下的凸轮-滚轮磨损量预测。通过2 000 h发动机台架耐久试验发现，凸轮-滚轮的磨损演化预测结果与试验结果高度吻合，证明提出的方法具有替代高成本的耐久试验并预测凸轮滚轮磨损寿命的潜力。

新型高功率密度柴油机通常采用高转速、高增压、超高喷射压力的技术手段，但是目前针对超高压喷射条件下柴油雾化与着火特性的研究较为缺乏。本研究基于定容燃烧弹试验平台，研究了超高压喷射条件下不同喷射压力（150~250 MPa）、环境压力（4~6 MPa）和环境温度（800~900 K）对柴油喷雾和着火特性的影响。研究结果表明：在超高压喷射条件下，提高喷射压力会促进液相和气相贯穿距的增加，使高温滞燃期缩短，着火点距喷孔轴向距离增大；环境压力的提高会减小液相和气相贯穿距，缩短高温滞燃期和着火点轴向距离；环境温度的提高会使液相贯穿距减小，但对气相贯穿距影响不大，同时也会缩短高温滞燃期和着火点轴向距离。

为探究主动油气分离器、复式油气分离器和迷宫式油气分离器的性能，进行了压力损失和分离效率试验。通过搭建油气分离器试验台，研究了3种类型油气分离器在不同边界条件下压力损失和分离效率特性。试验结果表明：窜气量越大压力损失越大，与油气分离器类型无关，主动式油气分离器压力损失最低；且在不同窜气量、机油温度以及气泵压力下，主动式油气分离器分离效率最高，迷宫式油气分离器效率最低。转速为12 000 r/min、窜气量为180 L/min时，主动离心式油气分离器分离效率为98.82%，迷宫式油气分离器分离效率为66.30%，复式油气分离器分离效率为87.34%。窜气量小于100 L/min或油滴粒径较小时，主动式油气分离器分离效率低于90%。研究成果为油气分离器性能研究及优化设计提供方向。

涡轮负荷增加会强化激波结构，进而致使涡轮内部流动损失显著增加。探明高膨胀比涡轮内部激波导致的流动损失机制和规律对涡轮性能优化设计至关重要。开展高膨胀比涡轮内部关键流动结构损失定量分析的熵产识别方法研究，并基于该方法探讨某型自主开发高效增压器的高膨胀比涡轮流动损失分布特征和流动机理。研究表明，设计点工况下喷嘴内激波诱导二次流损失占涡轮总损失的80%，其中泄漏流和其他主要二次流结构在各工况下均为主导损失。膨胀比从2.8增加至4.0，泄漏流损失降低至38%，但激波损失占比从0.4%急剧增加至12.4%。基于上述损失规律与机制，结合涡轮性能的响应面代理模型，构建了高膨胀比涡轮局部参数化模型并实现参数化优化设计。结果表明，优化后的涡轮激波强度与诱导损失明显降低，涡轮效率相对提升了1.88%。

燃料电池发动机用超高速无油空压机的转子动力学分析是该零件的核心课题之一，对空压机轴系进行准确的理论设计及仿真是缩短验证周期、降低开发成本的关键环节。通过对一款燃料电池空压机的轴系进行合理的设计，并对其临界转速、不平衡响应以及稳定性进行分析，同时对样件进行试验跟踪，对比了面向工程化的dyrobes软件仿真结果和工程试验的结果，论证该款空压机轴系设计的合理性，并研究其性能规律。本研究对燃料电池空压机等同类型超高速旋转机械轴系的设计及计算具有一定的指导意义。

混动总成在怠速充电工况下有疑似咕咕音，进行数据采集和分析后，确定该异响为具有发动机半阶次特征的咕咕音。根据其产生机理分析确定了混合动力总成咕咕音源于轴系扭转振动高谐次分量激励，并由混合动力总成弯扭模态和EGR模态耦合放大产生。由此提出了更换柔性飞轮、增加DHT连接支架、增加EGR螺栓支撑点三个优化方案，最终解决了咕咕音异响问题。针对咕咕音的分析和应对方法对于解决该类问题有较强的参考作用。

氢气作为一种清洁、高效的能源，在发动机领域的应用正逐渐受到关注。基于Converge软件建立了氢气射流仿真模型，将纹影试验结果与模型计算结果的轮廓、射流贯穿距及射流锥角进行了对比，验证了模型的准确性。分析了不同喷射压力、环境压力及环境温度对氢气射流特性的影响。结果表明：射流贯穿距随喷射压力的升高而增大，增幅逐渐减小；射流锥角随喷射压力的升高而增大；马赫盘高度和宽度随喷射压力的升高而增大。射流贯穿距随环境压力的降低而增大，增幅逐渐增大；射流锥角随环境压力的升高而减小；马赫盘高度和宽度随环境压力的升高而减小。射流贯穿距随环境温度的升高而增大，增幅逐渐减小；射流初期射流锥角随环境温度的升高而减小；马赫盘高度和宽度随环境温度变化不明显。

采用光学发动机和双色法测试技术开展了甲醇-加氢催化生物柴油（hydrogenated catalytic biodiesel,HCB）在部分预混压燃（partially premixed combustion,PPC）低温燃烧模式下的燃烧特性和碳烟瞬态生成特性的研究。结果表明，随着直喷时刻的提前，燃用M0（100%HCB）与M15（15%甲醇,25%正辛醇和 60%HCB）的峰值缸压先增大后减小，甲醇的掺混降低了混合燃油的活性，导致在相同直喷时刻下M15燃烧相位滞后于M0。在PPC燃烧模式燃烧初期，甲醇蒸发吸热导致M15燃油火焰温度小于M0燃油，但随着燃烧的发展，由于M15有更高的氧含量以及更均匀的燃油分布，燃烧后期M15的充分燃烧不仅使其火焰温度逐渐大于M0，还显著降低了燃烧过程中碳烟的生成。

为探究低温工况下醇类掺混对柴油喷雾特性的影响，明晰多元燃料物性与喷雾特性的联系，利用高速摄影技术进行了柴油与丙醇、己醇混合燃料（醇类掺混比分别为0%，20%，40%）低温工况喷雾试验，基于掺混燃料各组分物性进行了Higgins液相贯穿距预测模型修正以及CONVERGE仿真破碎模型参数修正，并进一步通过仿真探究了醇类掺混对柴油喷雾温度及当量比分布特性的影响。结果表明：在低温工况下，醇类的蒸发性远好于柴油，在喷雾发展过程中醇类先于柴油蒸发，高汽化潜热引发了喷雾核心区域温度降低，进而抑制了柴油液滴的破碎与蒸发过程，最终导致了喷雾液相贯穿距的延长，且随着掺混比的增大，抑制作用更加明显。

以往研究发现，不同金属材料的疲劳寿命分布随着载荷水平的变化往往有不同的分布类型，而不同寿命对应的疲劳强度一般近似服从同一分布。基于“等效疲劳强度”概念可以合并不同疲劳寿命下的数据，在假定总体样本的疲劳强度服从正态分布的前提下，采用极大似然法进行参数估计。一些经典的模型如Strohmeyer模型，采用上述方法时往往在中周到高周或中周到低周的过渡段拟合效果不佳。对此，构建了一种含两个过渡段的中高周S-N曲线并给出了适用于工程设计的P-S-N曲线。对ZL101A铝合金和BSM590结构钢两种材料分别开展含两个过渡区的中高周疲劳试验，对比Strohmeyer等模型发现：新提出的“双过渡”S-N曲线在中小样本量下的拟合优度更好；相较采用升降法计算得到的疲劳极限，采用基于疲劳强度分布拟合得到的疲劳极限偏差均在3%以内，而采用新提出的S-N曲线的计算偏差均小于1%；在中周到高周区的过渡段对比Dixon-mood方法计算得到的结果，采用提出的S-N曲线在过渡段精度分别达到92.2%和99.9%。

为探明超高压条件下多次喷射燃油喷雾发展特性，利用高速摄影直拍技术，对高背景密度条件下超高压多次喷射喷雾发展特性进行了研究。研究结果表明：在背景温度303 K，喷孔直径0.148 mm，背景密度60~140 kg/m³，喷射压力200~250 MPa条件下，随背景密度增加，燃油喷雾纵向发展受阻，燃油堆积后向径向发展，导致喷雾贯穿距减小（最大减小26%），喷雾锥角增加（最大增加17%）；提高喷射压力可以同时提高燃油喷雾纵向及径向的扩散能力；在预喷比例10%~30%，预主喷间隔0.4~1.6 ms范围内，由于主喷燃油与预喷燃油之间的追击效应，使得多次喷射主喷喷雾贯穿距离大于单次喷射，随着预喷油量的增加、预主喷间隔时间的缩短，追击效应加强，主喷喷雾贯穿距增加（最大增加18%）；由于主喷燃油对预喷燃油的推动作用，预喷燃油喷雾相对单次喷射燃油喷雾贯穿距离增加，且间隔时间越大，主喷燃油对预喷燃油的推动作用越弱，当间隔时间为1.2 ms时，单次喷射和预喷射喷雾贯穿距离基本相同，推动作用已不明显。

 

基于一台14.8 L六缸增压柴油机，分析了分别采用CRB1.5和CRB2.0二冲程制动气门型线的制动性能。结果表明：采用CRB2.0气门型线且不带排气回流（BGR）相位时的制动功率最大。基于DoE方法，分别对CRB1.5和CRB2.0气门型线进行优化，结果表明不同发动机转速下存在最优气门型线，使得制动功率达到最大值。在高转速下，CRB1.5气门型线优化后的制动功率更大，在1 600，1 800，2 100 r/min工况下的制动功率分别达到378，476，581 kW，优化率分别为48.9%，61.0%和65.3%。CRB2.0气门型线优化后在3个转速下的制动功率分别达到402，469，528 kW，优化率分别为34.7%，30.6%和23.2%。

以一款六缸发电机组柴油机为研究对象，基于AVL Fire软件建立该六缸机TCD燃烧系统的三维仿真模型，利用试验结果对仿真模型进行验证。基于验证后的仿真模型，进行TCD燃烧室结构优化及油束夹角匹配。利用灵敏度分析法，以指示功率为评价指标，得出了燃烧室直径、下室出口直径等主要结构参数对TCD燃烧系统燃烧性能的影响程度，根据影响程度由大到小依次优化各参数，并在改变结构参数的同时进行油束夹角匹配。燃烧系统优化匹配后，单缸指示功率提高了0.79 kW，该六缸柴油机发电工况的燃烧性能得到提升。通过分析不同燃烧室结构参数下的缸内油气当量比分布，发现匹配最佳参数后，缸内空气利用率较高，当量比分布较均匀，油气混合较好，故TCD燃烧系统表现出更好的燃烧性能。

甲醇是一种清洁可再生能源，也是一种常温常压下为液态的能量载体，在能源动力领域有着广阔的应用前景。利用发动机余热将甲醇裂解为富氢混合气，再掺入发动机缸内燃烧的技术可提高能源利用效率，减少污染物排放。基于燃料特点，从氧化机理、着火延迟时间、火焰传播速度等方面给出了掺混富氢气体对甲醇燃料基础燃烧特性的影响。考虑到富氢气体的掺混燃烧有利于加快火焰传播速度及扩展稀薄燃烧极限，给出了发动机缸内火焰传播、燃烧放热、循环效率、污染物排放等方面的变化规律。本研究为甲醇掺混富氢混合气燃烧过程调控及其在点燃式发动机中的应用提供了理论基础和应用支撑，在保能源安全及“双碳”绿色发展时代背景下具有重要意义。

高强化柴油机活塞环-缸套在上止点处的工作环境恶劣，多处于边界润滑状态。表面微织构被证明是改善表面摩擦学性能的有效手段，然而目前仍缺少考虑表面织构的边界润滑数值模型。建立了考虑表面织构和摩擦膜影响的活塞环缸套边界润滑模型，并应用该模型开展了考虑表面织构影响的磨损量计算，计算结果与边界润滑试验结果规律一致，且优选的表面织构方案较无织构方案磨损深度降低了33.7%。

氢内燃机具有零碳排放的特点，是实现低成本碳中和的重要手段。但是缸内燃烧的高温环境会生成大量的氮氧化物(NO_x)排放，在日益严苛的排放法规要求下，利用选择性催化还原（SCR）NO_x的后处理技术是拓展氢内燃机大规模应用、不断提升其动力性和经济性的必要手段。首先通过试验验证了Cu基分子筛的NH₃-SCR后处理系统是一种高效的针对直喷氢内燃机的NO_x净化方案，接着使用简化反应机理对NH₃-SCR反应过程进行了建模仿真，并研究了反应温度、空速和氨氮比对氢内燃机边界下NH₃-SCR还原NO_x的影响。研究结果表明：在稀燃缸内直喷氢内燃机边界下，NH₃-SCR低温活性仍保持良好，后处理系统起燃温度（T₅₀）为110 ℃，活性窗口（T₉₀）范围为150~425 ℃；在空速大于25 000 h^－1时， NOx转化效率都大于95%；当控制氨氮比为0.5，并保持反应温度在350~400 ℃时可保证最高的NOx转化效率，实现直喷氢内燃机的近零NOx排放。

以一款满足国六b排放标准的重型柴油机为研究对象，探索匹配双喷铜基SCR系统实现超低排放的潜力。研究表明：匹配双喷SCR系统的柴油机通过排气热管理优化、氨存储和当量喷射策略的协同优化，具有满足欧七排放草案限值的能力。同时发现，尿素喷射会大幅度增加PN排放，对PN₁₀的影响远大于对PN₂₃的影响，其中ufSCR的尿素喷射对PN₁₀排放影响较大，可通过优化SCR混合器降低PN₁₀排放。发动机本体的N₂O排放较低，N₂O主要在催化器产生，特别是SCR和ASC单元；在不同温度区间NO₂的生成机理和速率有较大区别，与尿素喷射量有较大关联性。

基于Strohmeyer模型提出一种考虑置信度的金属材料P-S-N曲线通用表征方法，利用非线性最小二乘法(NLS)拟合得到高精度P-S-N曲线。考虑金属材料寿命及测试应力分散性，提出单一寿命模型和改进三参数分散度模型，结合对数寿命标准差与应力的相关性分析数据离散度，分别利用 2A12铝合金和BSM590钢材料验证了可行性。研究结果表明：利用所提出的表征方法预测疲劳极限，误差小于10%，分散度模型调整系数提高超过0.4，拟合精度显著提高，对结构件的精细化可靠性设计提供了技术支撑。

随着“碳达峰，碳中和”目标稳步推进，世界各国对内燃机碳排放标准越来越严苛，如何突破常规化石燃料带来的高碳排放问题，对于未来交通发展尤为重要。目前，采用氢、氨、甲醇等零碳及低碳燃料替代传统化石燃料是必然的选择，零碳及低碳内燃机是现在和未来的研发热点。为助力零碳及低碳内燃机快速发展，阐述了氢、氨、甲醇、乙醇以及天然气等燃料的物化特性，同时分析它们在内燃机中最新应用进展，并对其未来发展所面临的问题给出相应参考建议。

轻质钛铝（TiAl）涡轮能够显著提高涡轮增压发动机的动力性能，而TiAl涡轮与K418过渡体之间的过盈连接失效问题对增压器安全运行有重要影响。考虑了TiAl涡轮和K418过渡体材料非线性、损伤准则，建立了TiAl涡轮过盈连接强度有限元模型，通过拉伸试验验证了该模型的准确性。在此基础上，构建了接触应力与摩擦系数的关系公式，并探索了温度和高温条件下转速对TiAl涡轮过盈连接强度的影响。结果表明：在400~700 ℃时，随着温度上升，结构过盈界面接触应力衰减呈上升趋势，过盈连接强度下降幅度增加；在高温条件下，转速越大，过盈连接强度下降幅度越大。

混合动力汽车（hybrid electrical vehicle,HEV）的能量管理策略直接决定了车辆的燃油经济性、驾驶性能和寿命，为解决HEV能量管理策略的最优性与实时行驶工况不确定性之间的矛盾，以混联式HEV为研究对象，提出一种基于模型预测控制（model predictive control,MPC）与蜣螂优化算法(dung beetle optimizer,DBO)的HEV能量管理策略。首先，该策略采用基于堆叠式长短时记忆神经网络（stacked longshort term memory neural network,Stacked LSTMNN）的车速预测模型预测未来行驶车速。其次，根据预测车速将混合动力汽车的功率分配问题描述为MPC预测范围内的滚动优化问题，提出考虑燃料消耗和电池保护的成本函数，利用DBO算法对预测时域内发动机功率进行优化求解。最后，在城市道路循环(urban dynamometer driving schedule,UDDS)工况下分别对所提策略的车速预测精度和经济性与其他策略进行仿真对比验证。结果表明：与传统LSTM速度预测模型相比，Stacked LSTM速度预测模型的RMSE降低了13.9%，每步平均预测时间减少1 ms；与基于规则的策略相比，基于DBO-MPC的策略模型节油率达到25.3%，同时SOC状态波动更为平稳，对电池的保护效果更好。

在全球碳减排的大趋势下，发展氨燃烧技术十分必要。综述了国内外对氨氧化化学动力学机理、层流燃烧速度和着火延迟时间的研究成果，并针对氨燃烧时燃烧速度慢和NO_x排放量大等问题介绍了掺混燃烧、富氧燃烧和等离子体辅助燃烧3种氨增强燃烧技术，详细阐述了压力和水分对氨燃烧中NO_x排放量的影响。重点介绍了氨燃料在内燃机中燃烧的研究现状，指出在内燃机燃料中掺烧氨燃料会造成内燃机功率下降和氮氧化物排放量过高等问题，而提高压缩比、调节氨掺混比例和调整燃料喷射策略等可以有效改善掺氨燃烧内燃机的功率和排放量。

为改善连杆小头轴承润滑及活塞销冲击特性，基于粗糙峰接触理论、平均流量模型及弹流润滑理论，以某高压共轨4缸柴油机为研究对象，运用AVL EXCITE Power Unit软件搭建混合润滑活塞连杆组多体动力学模型，研究了考虑空穴条件下不同转速对连杆小头摩擦副润滑及冲击特性的影响规律。研究结果表明：标定功率转速2 400 r/min下，在做功时刻1 080°后峰值油膜压力达到最大值197.1 MPa，最小油膜厚度达到最小值1.8 μm，而润滑油填充率在整个发动机循环过程中均低于0.12。在怠速800 r/min、最大扭矩转速1 600 r/min、标定功率转速2 400 r/min下，进气、压缩、做功、排气4个冲程过程中，空穴区域由连杆小头轴承下半区转移至上半区、再转移至下半区。转速升高会导致峰值油膜压力增大，最小油膜厚度减小，粗糙接触压力增大，活塞销Z向速度峰值加大，对连杆小头轴承冲击加重，在缸内最高燃烧压力时刻，800 r/min，1 600 r/min，2 400 r/min下的平均润滑油填充率均值为0.84，0.70，0.69，因润滑油填充率随转速的升高而降低，空穴程度加重。

增压器是一种高速旋转机械，工作环境十分复杂。在装配过程中，压气机轴端螺母的拧紧工艺会影响所获得预紧力的均匀程度，如果轴端螺母松动，会导致增压器故障。针对这一问题，首先，采用压气机轴端螺母预紧力范围评价模型，结合压气机热力计算结果，确定预紧力范围；然后，根据设计值确定扭矩法及扭矩转角法拧紧试验规范；最后，基于自主开发的紧固试验装置，开展压气机轴端连接结构模拟样件拧紧试验，研究了不同拧紧工艺对轴端预紧力的影响。结果表明：保证压气机轴端结构正常工作所需轴端预紧力范围为18.16~31.03 kN；采用扭矩转角法拧紧得到的预紧力标准差约为扭矩法的25%，使用扭矩转角法有利于降低预紧力分散程度，且采用扭矩转角法拧紧更接近设计中值，有利于提高预紧力控制精度。

针对5种成分和组织的灰口铸铁气缸套，包括2种贝氏体铸铁气缸套和3种珠光体铸铁气缸套，全面分析了其成分、相组成及硬度等材料特性，将喷钼活塞环与5种合金灰口铸铁气缸套对磨，通过比较各配对副的摩擦磨损性能，获得了喷钼活塞环与5种合金灰口铸铁气缸套的匹配规律。研究结果表明：5种气缸套材料均为由硬质相、基体和石墨构成的复合耐磨结构，各组分的性能、分布及其配比，是决定耐磨性的关键因素。珠光体基体气缸套的磨损量相对稳定，气缸套与活塞环的相对磨损量正常；铸态贝氏体气缸套磨损较轻，配对活塞环的磨损量比珠光体气缸套大；贝氏体气缸套和活塞环的磨损均量很小。

为探明电热塞温度对甲醇发动机性能的影响，在一台压燃式甲醇发动机上，保持发动机转速不变，研究了不同负荷工况下电热塞温度对M100甲醇发动机燃烧及排放性能的影响规律。结果表明：随着电热塞温度升高，缸压及放热率峰值逐渐增大、燃烧始点前移、压力升高率上升、油耗降低、有效热效率升高。但在不同负荷工况下电热塞温度变化对燃烧及油耗的改善效果不同，20%负荷下效果最佳，随负荷增加，改善效果逐渐减弱。排放特性方面，随电热塞温度升高，NMHC排放减少，NO_x排放逐渐增多；在20%和50%负荷时CO和Soot排放呈下降趋势，最大降幅分别为22.92%和70%，80%负荷时略有增多；未燃甲醇及甲醛等非常规排放物均呈下降趋势，最大降幅分别可达47.64%和32.87%。

缸内压力高频振荡现象对发动机低速、低负荷起动过程的燃烧稳定性、运行可靠性和排放物水平有着重要影响。为探明在柴油机低转速工况下喷油量对缸内压力振荡和排放特性的影响规律，基于单缸柴油机试验平台获取了低转速工况（800 r/min）下，喷油压力为40 MPa，喷油脉宽为3 500~6 000 μs 时的缸内燃烧压力、放热率、平均指示压力以及NO_x和Soot排放量。试验结果表明：在低转速工况下，随着喷油量的增大，缸内压力峰值逐渐增大；压力高频振荡的幅值呈现先增大后减小的非单调变化规律，当喷油脉宽为5 000 μs时，缸内压力高频振荡幅值达到最大值0.84 MPa。缸内燃烧放热各指标如压力升高率、放热率、滞燃期和平均指示压力与缸压振荡的变化规律呈现高度一致性，缸内压力振荡最大值大致对应上述指标的最佳值。适当强度的缸压振荡有利于缸内燃烧效率的提高。此外，随着喷油量的增大，Soot的排放量呈现两阶段非线性增加的变化规律，NO_x的排放量呈现先增大后减小的非单调变化规律，增加喷油量与缸内压力振荡导致的缸内当量比浓度转变造成了上述变化。

在废气再循环（EGR）和稀燃策略下，以一台进气道喷射点燃式大功率甲醇发动机为试验对象，研究了两种稀释策略及复合稀释对甲醇发动机性能、燃烧及排放特性的影响。试验结果表明：在相同的稀释率下，稀燃比EGR能拥有更高的缸压峰值、更短的燃烧持续期、更低的燃油消耗率和更高的有效热效率。稀燃策略在降低HC和CO排放方面效果较为显著，而EGR策略能更为有效地降低NO_x排放。在未燃甲醇和甲醛排放方面，稀燃策略效果都较好。与EGR单独稀释相比，复合稀释能显著提高甲醇发动机的有效热效率。复合稀释对HC排放的影响较小，在降低CO排放方面和过量空气稀释效果相似，优于EGR稀释，最大降低幅度高达80.3%；拥有更好的抑制NO_x 排放的效果，最大降低幅度为97%。复合稀释时，未燃甲醇排放与EGR单独稀释时相当，高于过量空气单独稀释；高稀释程度复合稀释时，甲醛排放有所下降。

为了研究缸内燃气通过活塞环组窜入曲轴箱后对整机性能的影响，基于内燃机热力学理论，建立了相关的数学模型，包括柴油机性能计算模型、漏气模型和磨损模型。漏气模型考虑了活塞环开口间隙影响下的漏气对性能参数的影响，并基于当量开口间隙，研究了气缸套活塞环磨损对内燃机性能的影响。基于Archard模型，由性能衰退规律，预测了柴油机的大修期。计算结果表明，在气缸套最大磨损400 μm，第一环磨损200 μm时，功率衰退7.52%，标定工况下，有效燃油消耗率增加7.73%。

为了探明脉冲来流下蜗壳详细设计参数对转子进口流动时空变化及气动性能影响机理，提高涡轮效率，采用三维非定常数值模拟方法，研究了蜗壳出口半径、蜗壳截面形状和进口导管角对涡轮流动特性的影响。结果表明：蜗壳出口半径增大，可以有效抑制蜗舌引起的周向畸变，在脉冲波峰时刻降低蜗舌附近叶片吸力面熵产率，在脉冲波谷时刻降低叶片压力面熵产率，可提高涡轮气动性能；梨形截面蜗壳优于圆形截面蜗壳，降低了蜗舌处熵产率；进口导管角主要影响蜗舌处的气体流动，导管角增大使蜗舌处流动畸变增强，并使得蜗壳等效A/R值增大，质量流量（MFP）增加。

缸内直喷汽油机的喷雾特性在很大程度上决定了后续的混合气形成、燃烧及排放性能，利用光学诊断对汽油喷雾进行系统测试，可以获得喷雾一系列宏观和微观特征，对于优化燃烧、降低排放具有重要意义。对一款商用5孔GDI喷油器进行了系统的光学诊断，利用高速背光摄影、平面Mie散射高速摄影、相位多普勒干涉仪分别测量了喷雾形态、落点和粒径，并分析多种复杂的热力学边界条件（燃油喷射压力、环境背压和喷油脉宽）对喷雾特性的影响。研究表明：增加燃油喷射压力，喷雾落点分布更集中，更早发生喷雾干涉，喷雾贯穿距也随之增大，喷油锥角在喷雾初期增加较多，在喷雾后期几乎没有变化，粒径10 μm以下的颗粒数量占比更大，雾化更好；增大背压，喷雾落点分布更分散，喷雾发生干涉的时刻更晚，喷雾粒径增大，粒径10 μm以下的颗粒数量占比更小，雾化更差；喷油压力和背压的变化对粒径60 μm以内的喷雾颗粒数量影响不大；增加喷油脉宽，喷雾落点分布更集中，更早发生喷雾干涉。

为满足国六b排放法规要求，基于同一台国六柴油机，在相同压缩比下对3种不同形状特征的ω型燃烧室进行了对比研究。使用仿真模拟及台架测试的方法，研究了不同燃烧室特征对柴油机经济性及排放的影响。研究表明：深坑、大凹坑半径的燃烧室燃油消耗率较差，但烟度较好；浅坑、小凹坑半径的燃烧室烟度较差，但燃油消耗率较好；而凹坑深度及凹坑半径适中的燃烧室燃油消耗率及烟度均较优，按此燃烧室特征设计开发的国六柴油机具有良好的经济性及排放表现。

为研究涡轮增压器蜗壳进气结构对涡轮叶片激振力的影响，建立了涡轮机非定常流场模型进行计算分析，重点分析蜗壳非对称流场对涡轮叶片压力的干扰特性和激励来源，在此基础上提出了基于蜗壳进气结构优化的激振力弱化方案并进行了验证，分析了涡轮转子叶片表面压力波动的时域与频域特征。结果表明：蜗壳的非轴对称性和蜗舌的封闭作用影响蜗壳流场压力沿周向的分布，蜗舌后方的高静压区域是涡轮叶片激振的主要原因；蜗壳进气结构可以影响高静压区的压力峰值；提出的4种进气结构优化方案都能在几乎不影响涡轮机性能的前提下降低涡轮叶片的激振力，其中方案4叶片激振幅值减小了18.8%，为最优方案。

综合考虑缸套热变形、缸套温度场、弹性变形以及润滑油变黏度等因素影响，建立活塞环缸套摩擦副的瞬态流体动压润滑计算模型，分析发动机工况、活塞环-缸套接触面粗糙度方向和粗糙度大小对摩擦功耗和窜气量的影响。研究发现，当转速升高时，摩擦功耗升高，影响发动机效率；活塞环采用横向粗糙度方向和缸套采用纵向粗糙度方向的组合，能够同时使窜气量和摩擦功耗处于较低的水平；综合粗糙度一致时，采用活塞环表面粗糙度低于缸套表面粗糙度的组合，能有效降低摩擦功耗。

以不同销内径、配合间隙、销孔型线的活塞组为研究对象，以利用ANSYS计算得到的活塞温度场和变形量作为边界条件，基于弹性流体动力学润滑模型，进行多体动力学仿真计算，并结合销孔疲劳试验对活塞销孔的磨损情况进行分析。结果显示，销孔磨损一般发生在销孔内侧靠近销孔内倒角位置。活塞销的结构强度引起自身椭圆变形过大，从而使得销孔表面产生很大的接触压力，在接触压力的作用下，销孔会发生严重的磨损。随着活塞销内孔直径的增加，累计磨损载荷增大；销孔接触压力和累计磨损载荷随配合间隙的增大而减小；双曲线销孔型线更有利于销孔楔形动力润滑油膜的形成。