针对两级相继增压(TSST)柴油机增压模式切换过程的性能恶化问题，基于改造的两级相继增压柴油机试验平台，开展了增压模式切换试验，探明了负荷与进气切换阀(ISV)延迟开启时间对切换过程的影响规律．结果表明：两级相继增压系统可在全工况范围降低燃油消耗率，以经济最优为目标制定不同增压模式切换边界为65%负荷，并在考虑排放与切换冗余的基础上进行拓宽；随着负荷升高，切换过程中增压压力波动的幅度增大，排气压力突变程度加大，导致更严重的柴油机转速波动；切入分支高压级压气机出口端的进气切换阀延迟开启可减小切换过程的性能波动．不同负荷下存在对应的最优进气切换阀延迟开启时间，为压气机无倒流时的阀门前、后压力相等时间，随着负荷升高，该最优值缩短；在最佳的阀门延迟控制下，压气机喘振和倒流现象基本消失，转速波动抑制率可达82.47%，实现增压模式的平顺切换．

通过研究侧卷流燃烧系统(LSCS)在使用废气再循环(EGR)时的燃烧与排放性能，提出直喷式柴油机使用EGR后功率降低、碳烟排放升高问题的解决方案．针对ω燃烧系统和LSCS，在转速为1800r/min和2500r/min的中、大负荷工况进行缸内燃烧三维仿真．结果表明：在达到相同NO_x排放条件下，相比于ω燃烧系统，LSCS应当匹配更高的EGR率，此时LSCS的指示功率仍升高了1.1%～1.3%；另一方面，在达到相同指示功率的条件下，LSCS可匹配更高的EGR率，此时NO_x排放降低了35.9%～45.6%，碳烟排放降低了27.9%～49.4%．此外，侧卷流燃烧室壁面的导流结构使缸内燃油喷雾充分与空气混合，从而提升了对EGR的适应性．

以搭载全可变液压气门机构(FHVVS)的6缸、高增压柴油机为研究对象，在试验台架上实测柴油机中等负荷工况时的缸内压力、进/排气压力、排气温度和燃油消耗率等参数，开展了基于排气门二次开启的柴油机内部废气再循环(EGR)排气热管理试验．提出了油耗温升比λ，以表征某种排气热管理下排气温度每提高100℃时柴油机额外增加的燃油消耗率．结果表明：在进气冲程中，来自排气道的高温含氧废气回流使进气流量明显减少，排气温度显著上升；与相同进气流量的进气节流阀热管理相比，内部EGR热管理的进/排气压差明显减小，泵气损失降低62.2%以上，优化后的燃油消耗率降低4.26%～6.62%；采用“内部EGR＋节流阀”的复合热管理模式，使试验样机在转速为1200r/min、中等负荷工况下的排气温度大幅升至522℃，且油耗温升比λ仅为3.0g/ (kW·h)·(100℃)，而相同进气流量下节流阀模式的油耗温升比λ高达9.6g/(kW·h)·(100℃)．

基于一外部加热的高温、高压定容燃烧弹系统，采用自然发光法对柴油引燃天然气预混气燃烧过程开展光学诊断测试，研究不同天然气能量替代率(ESR)、柴油喷射压力p_inj以及柴油喷射质量m_inj对引燃过程着火和燃烧特性的影响．结果表明：ESR增大使得甲烷-空气当量比增加，由于甲烷比热容比空气大，ESR增大对柴油着火起到促进作用；同时，氧含量下降使得ESR增大对柴油着火起到一个抑制作用．当柴油喷射质量较小时，ESR的增大对着火的抑制作用强于其对着火的促进作用；当柴油喷射质量较大时，则呈相反结果．随着ESR增大，浓碳烟的占比升高，但在柴油喷射压力为100MPa、ESR为94%条件下存在一个浓碳烟占比高的阶段．当柴油喷射压力高于100MPa时，柴油喷射压力对燃烧放热的增强作用减弱，甲烷被引燃量没有太大增加．在m_inj为10mg、p_inj为80MPa的喷射策略下，着火延迟期在ESR为94%～96%范围内呈很强的线性关系．

苯甲醚作为一种第二代生物质燃料，与柴油中甲苯具有相似的分子结构．生物质燃料与柴油掺混燃烧被视为解决能源危机的可行方案．基于此，采用液体燃料燃烧系统，选取正庚烷作为基础燃料，在蒸发温度为160℃下对正庚烷、正庚烷掺混10%(体积分数)甲苯(T10)、10%苯甲醚(A10)和5%甲苯/5%苯甲醚(A05)燃料的火焰形态、碳烟粒径分布、纳观结构、微晶参数、有序度、官能团和氧化活性进行了分析．结果表明：在碳烟颗粒的尺寸及纳观结构方面，随着苯甲醚/甲苯掺混，火焰中碳烟平均粒径变大．在碳烟纳观结构方面，苯甲醚和甲苯的加入改变了火焰中碳烟颗粒形态，加速了碳烟生成．在微晶参数方面，掺混苯甲醚/甲苯后，碳烟整体结构更为有序，苯甲醚对正庚烷火焰中碳烟纳观结构的影响小于甲苯．在碳烟有序度方面，D1峰与G1峰强度比(I_D1/I_G1)从T10到A05的增加幅度为17.3%，从A05到A10的增加幅度为11.5%，碳烟石墨化程度随苯甲醚掺混增大而降低．在只有苯甲醚掺混的工况下，正庚烷火焰中碳烟的石墨化程度提升最小．

为构建调控手段效能可预、可测且可评的内燃机工作循环品质评价体系，详细阐述了一种循环燃料能量“质-量”历程分析方法．基于发动机一维工作过程仿真软件的结果，通过温-熵关系(T-S图)计算循环工质熵变(质变)和焓变(量变)，从全循环历程上分析内燃机工质能量的损耗途径，定量评价工质能量品质损降和数量耗散．对比了进气压力为0.1MPa和0.2MPa两种工况下的循环工质“质-量”历程，结果表明：进气压力为0.2MPa工况下，排气工质熵增量减小5.42%，能量品质损降得到抑制，排气焓增量减小35.19%，能量数量耗散减小．基于仿真数据开展的内燃机循环工质“质-量”历程分析可以实现工质能量品质损降和数量耗散的全循环历程定量评价，具有普适性和一定的推广价值．

构建了以海水为溶剂的过硫酸钠(Na₂S₂O₈)/尿素复合氧化还原脱除体系，采用鼓泡反应器，在不同氯离子(Cl^-)摩尔浓度(0～0.6mol/L)、碳酸氢根离子(HCO₃^-)摩尔浓度(0～0.05mol/L)、反应温度(30～70℃)、Na₂S₂O₈摩尔浓度(0.01～0.20mol/L)及尿素摩尔浓度(0.1～2.0mol/L)条件下开展了船舶柴油机脱除SO₂和NO的试验．结果表明：Cl^-和HCO₃^-的存在能够有效强化NO的吸收；反应温度、Na₂S₂O₈摩尔浓度和尿素摩尔浓度的增大均能有效促进NO的脱除；海水及尿素的使用都能降低SO₂的竞争作用、提升NO脱除效率；NO初始体积分数增加会抑制NO的吸收．尿素的加入能有效抑制溶液中硝酸盐的生成，尿素摩尔浓度为2.0mol/L时可以使反应后的硝酸盐质量浓度从25.687mg/L降至15.158mg/L．Na₂S₂O₈/尿素/海水复合氧化还原脱除体系既有NO脱除的高效性，还能有效解决洗涤废水中硝酸盐含量偏高的问题．

甲烷(CH₄)催化氧化可以有效处理液化天然气(LNG)船舶CH₄逃逸，但也催化氧化了尾气中的NO．为了研究LNG船舶CH₄氧化装置对选择性催化还原(SCR)系统的影响，基于自行搭建的脱硝试验平台，构建基于锰铈氧化物(Mn-Ce-O_x)催化剂与商业钒基催化剂的联合催化反应体系，研究了反应温度、催化剂种类、空速和杂质气体干扰对Mn-Ce-O_x催化氧化NO和促进催化还原NO_x的影响．结果表明：NO体积分数从0.05%升到0.20%、O₂体积分数从17.00%降到5.00%时，NO氧化效率小幅度降低．在脱硝效率方面，相同条件下Mn-Ce-O_x大幅度促进了SCR的脱硝效率，在反应温度为180℃、空速为21356h^-1且摩尔比n(NO)/n(NH₃)为1.0∶1.1时脱硝效率可以达到86.80%，并可以将整体催化剂体积降低50.7%，进而降低SCR系统的占用空间．

通过高速挤压流动装置研究了常压下柴油环境中挤压流场演化特性，采用Fluent仿真研究了衔铁加速度为29.9～67/s²的高速环境下圆形孔、扇形孔等4种衔铁结构对电磁阀气隙内挤压流动特性的影响，获得挤压流动特性理想的衔铁结构并在高压供油系统油泵试验台上进行验证．结果表明：当衔铁加速度从29.9m/s²增至67.4m/s²时，衔铁表面流体受挤压后最大压力由0.12MPa增至0.24MPa，衔铁边缘和孔边缘射流速度、衔铁侧壁面的涡量随之增大，导流孔处的流动更紊乱；方形衔铁改为圆形衔铁后，隙间流体受挤压后向外流出路径短，高压区面积减少了6.6%，隙间液体能更快排出；圆形衔铁上扇形孔相比于圆形孔和导流槽，表面流体受挤压后在孔中部的射流相互影响弱，流动顺畅，衔铁表面压力最小，所受阻力最弱，响应速度最快．在转速为400r/min时，导流槽和扇形孔衔铁关闭延迟时间分别为0.610ms和0.405ms，前者较后者延迟了50.6%．在转速为1250r/min时，导流槽和扇形孔衔铁关闭延迟时间分别为0.850ms和0.720ms，前者较后者延迟了18.1%．

为有效评价柴油机后处理系统(ATS)的抗结晶能力，提出了一种结合氨(NH₃)分布均匀性测试及仿真结果、液膜温度仿真结果、稳态及瞬态结晶风险试验结果，同时考虑发动机排放和排气温度特征、尿素启喷温度标定及瞬态喷射控制参数标定特征的多维度抗结晶能力评价方法．该方法不仅可以量化评价发动机后处理的整体抗结晶能力，还可以将系统的抗结晶能力受喷射系统性能、混合系统性能、后处理软件标定、发动机排放和排气温度特征等的影响程度进行量化评价，为提升ATS抗结晶能力指明具体的优化方向．

为了探索船用柴油机缸盖在长期服役下因渐进变形而导致的高温排气侧水冷阀座密封失效机理，提出了考虑温度历史效应的缸盖热黏塑性有限元仿真方法．该方法采用Chaboche非线性混合硬化方程和Norton-Bailey蠕变方程，分别描述了热疲劳和蠕变产生的非线性变形，并研究了二者的耦合机制．在此基础上，引入载荷衰减度分析了蠕变疲劳加载对结构刚度退化的影响，并解释了阀座密封性能的演变．结果表明：缸盖阀座孔变形的平均误差约为16%，计算精度比现有方法提高了19%；此外，阀座孔密封载荷衰减度最大达到75%，导致密封失效，引起漏水；渐进变形主要受热循环中升温和降温阶段的塑性应变控制，并受到高温保持阶段蠕变增强塑性变形机制的影响，长期服役下渐进的塑性变形是导致阀座密封失效的根本原因．