采用数值模拟开展了柴油引燃高压直喷氨燃烧的喷射系统结构参数与喷射策略协同优化．结果表明：小偏移量可提高液氨油束被有效引燃的比例，提高燃烧效率和热效率；高负荷下采用液氨先喷柴油后喷(AD)策略，液氨油束对柴油火焰的阻碍作用导致液氨无法被全部有效引燃，最高燃烧损失达27.62%；采用氨两段喷射(ADA)或优化侧置喷油器喷嘴“侵入量”，可有效避免液氨油束对柴油火焰分布的干涉，改善引燃和燃烧过程．最优方案是：侧置喷嘴偏移量为10mm、侵入量为6mm，低负荷柴油先喷液氨后喷(DA)策略，热效率为49.68%；高负荷AD策略，热效率为50.75%．次优方案是：侧置喷嘴偏移量为10mm，其他参数不变，低负荷DA策略，热效率为50.26%；高负荷ADA策略，热效率为49.93%．

基于三维仿真软件Converge构建了船用氨-柴油二冲程低速机数值仿真模型，并验证了模型的准确性．在低速机转速为112r/min和75%负荷条件下，探究两种喷射器布置方式，即紧邻布置和均匀布置与不同燃料喷射正时对发动机性能和排放的影响．结果表明：双燃料喷油器布置方式直接影响了混合气的形成和发展，形成不同的燃烧模式，在发动机性能和污染物排放方面存在差异．高压直喷双燃料模式下NO_x排放低于纯柴油模式，降低幅度为45.71%～59.63%，温室气体排放降低幅度为91.38%～98.12%．提前柴油喷射正时到-4°CA有利于氨快速着火，加快燃烧速度，但提前到-6°CA会呈现相反的趋势．提前氨喷射正时可显著提升做功能力，但NO_x排放增加．氨喷射正时推迟到3°CA时NO_x排放降至3.4g/(kW·h)以下，可以满足Tier Ⅲ排放法规要求．

针对柴油机高原起动困难问题，基于高原环境试验舱模拟5km海拔条件，开展火焰进气预热柴油机起动性能影响的试验．结果表明：在5km海拔进气温度为303K的条件下，未采用火焰进气预热，冷却液温度为303、318和333K下柴油机均出现滞速现象，冷却液温度低于318K时柴油机滞速时间较长且无法进入怠速．仿真与试验结果显示：转速为200r/min时，由于残余废气的作用导致缸内间歇着火，失火率循环较高；转速为400r/min时，不出现失火现象；转速为500r/min以上时，滞燃期增长导致缸内失火循环率大幅增加，造成柴油机在转速为400～500r/min区间滞速．5km海拔下采用火焰进气预热，控制柴油机转速为200、400、600和800r/min，对应进气预热功率为0.84、0.84、1.25和2.10kW，各转速下失火循环率均降低为0%．采用供油量精确调控的火焰进气预热系统，可有效改善柴油机在高海拔下的起动性能，5km海拔下柴油机起动时间缩短至4s左右．

基于高压定容弹试验平台，利用背光法进行了氢气环境氛围中柴油喷雾特性的可视化试验(环境压力为2MPa，温度为293K)，探究了环境氛围氢体积分数λ_H和燃油喷射压力p_inj对柴油喷雾宏观特性及微观特性的影响；并基于喷雾特性研究结果，进一步探究了环境氛围微量氢气添加对柴油燃烧特性的影响．结果表明：喷雾贯穿距随着λ_H增加而增大，但p_inj≥120MPa时曲线出现一定程度重合；喷雾锥角随λ_H增加先减小后略微增大，当p_inj≥120MPa时喷雾剧烈波动，锥角变化不规律．少量添加氢气可显著降低粒径，λ_H＝9.0%时索特平均直径(SMD)比λ_H＝0%时降低1.45%，过量添加氢气(λ_H≥25.0%)会抑制喷雾二次破碎，使粒径增大．由于涡旋效应的影响，λ_H较低时液滴粒径沿径向先减小后增大，λ_H较高时缓慢增大．微量添加氢气会改变柴油着火时间，λ_H＝1.5%时着火时间延后到喷油开始后(ASOI)3.55ms，λ_H＝3.0%时提前到ASOI为2.70ms．另外，随着λ_H增加，燃烧过程先减弱后增强，但大面积燃烧的持续时间增长，着火点分布更均匀．

基于一台自行搭建的光学可视化的定容燃烧弹系统，研究了喷油持续期(3.0、6.0和8.6ms)、喷油压力(30、40和50MPa)和环境温度(880、910和940K)对正丁醇喷雾火焰的影响．采用火焰自发光高速成像技术揭示了火焰发展过程和燃烧特性．结果表明：正丁醇喷雾火焰整体呈现黄白色火焰，喷雾上游存在少量淡蓝色火焰．较小喷油持续期(3.0ms)下，正丁醇着火后存在局部火焰熄灭现象．随着喷油持续期增加，碳烟浮起长度缩短，火焰亮度、滞燃期和燃烧持续期均增加．随着喷油压力增加，火焰亮度和火焰回溯现象减弱，碳烟浮起长度增加，同时火焰滞燃期延长但燃烧持续期缩短．环境温度显著影响正丁醇喷雾火焰的稳定着火，环境温度仅增加60K，滞燃期显著缩短4.16ms，同时火焰亮度明显增强且火焰形态更为稳定．

针对温度为1000K以上、环境压力为1.8MPa左右下RP-3航空煤油的裂解结焦，使用新的采样方法对无氧环境下RP-3航空煤油的碳烟生成过程进行光学成像与时序取样，以研究碳烟生成速率、形貌和演化路线．光学成像的结果表明：环境温度越高，碳烟生长速率越快，碳烟峰值质量越高．通过比较不同时刻的碳烟透射电镜图像，发现1200K下碳烟在8ms内就能完成从燃料裂解到形成成熟聚集体的整个过程．碳烟成熟之后，粒径分布与内部结构均不再随时间变化．然而即使碳烟总质量已经停止增长，碳烟聚集体的平均颗粒数还是继续随时间增加而增大．

为研究在壁厚方向上不同厚度比例和上、下顺序的双层壁内涂层分布对汽油机颗粒物过滤器(GPF)过滤性能的影响，假设在过滤壁厚度方向上涂敷两层不同涂层量的涂层，通过改变其上、下顺序和厚度比例形成6种不同的双层壁内涂层GPF．对这6种GPF和两种单层壁内涂层GPF的过滤性能和过滤终了时刻的颗粒物沉积以及孔隙率分布进行了模拟研究．结果表明：涂层量较大涂层的厚度占过滤壁厚度的比例越高，GPF的初始过滤效率越大，涂层的上、下顺序对此没有影响．涂层量较大的涂层在上时，该涂层厚度比例从1/4增加到3/4，GPF初始过滤效率提高了2.50%；当该涂层在下时，同样的情况，GPF的初始过滤效率提高了2.52%．将涂层量较大的涂层放置在上方和该涂层的厚度比例较大两者均会提升GPF在过滤过程中过滤效率和压降的增长速度，但是前者的作用比后者明显．对于双层壁内涂层的设计，建议将涂层量较大的涂层放在上方并且保持较小的涂层厚度比例，如1/4或1/2．

为改善无静态泄漏喷油器的响应特性，设计了一种带有三量孔板的无静态泄漏电控喷油器，并通过仿真建模评估其性能．性能分析部分引入泄漏占比作为喷油器燃油泄漏程度的评估标准，用以消除循环喷油量对其燃油泄漏程度的评估误差．优化部分基于泄漏占比、开启响应时间和关闭响应时间3个性能指标，构建适应度函数，并采用带有精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行多目标优化．优化结果表明：在轨压为100～200MPa的工况内，相对于满足设计工况的原始模型，喷油器关闭响应时间最多减少11.46%，开启响应时间最多减少1.68%，泄漏占比最多增加11.23%．该算法的应用有效提高了优化效率，并提升了喷油器的整体性能．

基于内燃动力智能控制算法国际挑战赛提供的多输入、多输出增压直喷发动机模型和整车模型，结合反向传播神经网络(BPNN)、粒子群寻优算法(PSO)、比例-积分-微分(PID)控制，设计一种BPNN-PSO-PID联合解耦控制器．为了减小耦合误差，实现对废气再循环(EGR)和涡轮放气阀等效流通直径的目标跟踪及解耦控制，采用PSO算法对EGR阀门开度的PID控制参数进行寻优，采用BPNN算法以误差反向传播的方式对涡轮放气阀等效流通直径的PID控制参数进行迭代，并在Simulink平台上评测联合解耦控制器在两种行驶车速下的控制效果．结果表明：相比于BPNN-PID算法，BPNN-PID与PSO-PID联合算法使增压压力和EGR率的平均积分绝对误差分别降低31.86%和2.46%，在不同行驶车速下均表现出良好的控制效果．

针对铝硅合金气缸盖高周疲劳(HCF)裂纹萌生寿命预测难的问题，建立孔隙代表性体积模型，探究孔隙特征对合金力学响应影响规律，得到孔隙非局部最大塑性剪应变幅\Delta {\gamma }_{\max }^{\text{p}*}与孔隙尺寸的关系，开展气缸盖高周疲劳强度评估研究．结果表明：大尺寸缩孔局部几何不规则凹陷和凸起处应力集中程度较高，孔隙尺寸是影响孔隙危害性的主要参数，\Delta {\gamma }_{\max }^{\text{p}*}随孔隙尺寸增加而加速升高，以\Delta {\gamma }_{\max }^{\text{p}*}驱动的裂纹萌生模型可实现试样在±2.5倍分散带内疲劳寿命预测．气缸盖底板和进/排气门壁面两侧机械应力较高，同时壁面位置孔隙尺寸较大，二者导致进气道壁面高周疲劳寿命较低．