摘要：
基于CONVERGE软件建立了高压直喷双燃料船用发动机三维仿真模型，研究了空气加湿技术和废气再循环（exhaust gas recirculation, EGR）对发动机燃烧过程及排放的影响，并通过耦合进气加湿、EGR和天然气喷射策略等技术，最终得到满足Tier Ⅲ排放法规的可行性技术路线。结果表明，进气加湿降低NOx排放潜力较大（约55%），且对燃料经济性恶化程度较小（约1.6%）；单独采用进气加湿技术难以满足Tier Ⅲ排放标准，60%进气加湿程度结合较低程度EGR率（20%）可进一步提高降低NOx排放的潜力（78%）；为降低进气加湿和EGR带来的功率损失，在20%EGR率耦合60%进气加湿氛围下，提前2°曲轴转角喷射天然气可使天然气消耗率可降低约1g/(kW·h)，同时NOx排放满足Tier Ⅲ排放法规要求。

摘要：
基于一台当量比燃烧的天然气发动机，采用三维燃烧分析与发动机一维热力学计算相结合的方式开展了废气再循环（exhaust gas recirculation， EGR）率及点火时刻对缸内燃烧过程和发动机排温的影响研究。研究结果表明：随着EGR率的增加，燃烧相位后移，燃烧持续期延长，放热率峰值减小，最大压升率、缸内最高燃烧压力和最高平均燃烧温度均降低，再循环废气的稀释作用和热容效应能够抑制混合气的燃烧。随着点火时刻的提前，燃烧重心（CA50）前移，燃烧持续期缩短，最大压升率、缸内压力和放热率峰值均增大。排温随EGR率的增大和点火时刻的提前而降低。保持空气和燃气进气量不变，EGR率增大至23%，点火时刻提前至-18°能够将原机标定功率提升7.4kW，有效燃料消耗率降低4g/（kW·h）。当空气和燃气进气量增加11.6%，EGR率大于19%，点火时刻早于-10.5°时，可将原机标定功率提升36kW并且将排温控制在760℃以内。

摘要：
通过构建柴油机耦合柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter, DPF)的一维热力学仿真模型，研究了灰分分布系数对柴油机性能的影响，并重点分析了灰分分布系数对柴油机系统热效率的影响。结果表明：炭载量为6g/L，灰分量为33g/L时，DPF压降和捕集效率随灰分分布系数增加而上升；随着灰分分布系数增大，柴油机转矩、缸内最最高燃烧压力及氮氧化物排放量均下降，碳烟排放量升高；灰分分布系数增加，柴油机有效燃油消耗率增加，DPF再生频率增加，包含柴油机热效率和DPF再生效率的柴油机系统热效率降低。单一地依靠DPF压降对主动再生时刻进行判定误差较大，且误差会随灰分量的增加呈现类指数增大。

摘要：
针对选择性催化还原系统产生的沉积物易造成喷嘴堵塞，引起喷嘴管路背压过高及雾化喷射不均匀等问题，设计并研制了一种防沉积物堵塞喷嘴。该喷嘴通过调节喷嘴芯与螺套的锁紧量调定喷嘴的稳定喷射压力，并通过对喷嘴芯的最大开度进行机械限位，有效避免了尿素雾化喷射不均匀及NH3逃逸等问题。对喷嘴的起闭特性与孔口径向截面的流量特性进行了理论分析，结果表明：当喷嘴因沉积物造成堵塞时，喷嘴芯开度随压力升高而增大，喷嘴孔口径向截面面积及截面质量流量也随之增大，有效提高了喷嘴内部沉积物的排出率，并降低了孔口外部沉积物的凝结风险。采用流体仿真软件Fluent对喷嘴的喷射特性进行了数值模拟，进一步探究了不同喷嘴芯开度及锥度角对喷嘴孔口径向截面面积、截面速度分布及截面流量特性的影响。最后，通过试验验证了喷嘴的喷射效果与开启压力精度。试验结果表明：采用该喷嘴后，喷嘴雾滴分布均匀，雾化效果良好，且在各稳定喷射压力下喷嘴均可以稳定开启，开启压力精度为±5%。

摘要：
以Al2O3为载体，采用浸渍法制备Pt/Al2O3催化剂，通过测量重整反应过程中催化剂的温度分布情况，研究了改变甲烷快速部分氧化重整反应中反应条件（反应气体预混合温度、N2体积比例、CH4/O2比）对反应物的转化率及产物选择性的影响。研究发现，催化剂床层温度的上升可以促进CH4的转化，使H2和CO的选择性升高且H2与CO的物质的量的比（简称H2/CO比，依此类推）升高。N2体积比例及CH4/O2比的升高，会降低催化剂床层温度，进一步造成CH4的转化率和H2/CO比降低，但与仅降低混合气预热温度不同的是，提高N2体积比例及CH4/O2比会造成H2和CO的选择性升高，这可能是催化剂表面的活性氧导致的。通过对甲烷在Pt催化剂上的反应机理进行了初步讨论，认为甲烷的快速部分催化氧化反应为多种反应路径共存，不同的反应条件下各种反应路径所占比例会发生变化。

摘要：
针对矿井下空气中含有甲烷气体造成柴油机在矿井下运行时会吸入甲烷的情况，使用三维计算流体动力学（CFD）软件CONVERGE模拟柴油机进气混掺0%、0.25%、0.50%、0.75%与1.00%体积浓度的甲烷气体对柴油机燃烧及排放的影响。研究结果发现，当甲烷着火时刻温度大于1000K时，甲烷的掺混会使得羟基（OH）基团增多，对柴油机的燃烧起着促进作用。在柴油机1200r/min、80%负荷的工况点下，随着甲烷体积浓度提高至100%，滞燃期从7.35°缩短至7.07°，缸内最大燃烧压力从16.05MPa升高至16.46MPa，放热率峰值升高9.1%，缸内最高温度从1737K升高至1771K，NOx排放由10.55g/（kW·h）升高至11.36g/（kW·h），CO排放由0.12g/（kW·h）升高至1.34g/（kW·h），碳烟排放由1.210mg/（kW·h）下降至0.785mg/（kW·h）。矿井下空气中存在甲烷会对柴油机的燃烧及排放产生影响，但矿井下甲烷体积分数普遍低于0.7%，因此其对柴油机的影响较小。

摘要：
采用傅里叶变换红外线光谱仪研究了当量比天然气发动机的NH3排放，重点研究了不同工况下三元催化器（three-way catalyst, TWC）前的NOx、CO、CH4排放特性和TWC后的NH3排放特性。结果表明：当量比天然气发动机原始排气中无NH3排放，发动机原始排气经过TWC后的催化反应才是当量比天然气发动机NH3排放的根本原因；当原机CO和CH4保持稳定，提高NOx浓度可一定程度抑制NH3的产生；外特性下较高的废气再循环率可通过降低原机NOx排放，提高CO和CH4的生成促进NH3的产生；在负荷加载过程中，加载速度通过影响原机CO和CH4排放进而影响NH3排放，急速的加载过程能促进NH3的产生；对于具备燃料自适应性的天然气发动机，燃料成分的差异对发动机动力性和气态污染物排放无影响；当TWC入口温度处于催化器正常工作温度范围时，较低的排气温度对NH3的产生有促进作用。

摘要：
选择满足国六排放标准的天然气发动机，用全流稀释排放设备采集了发动机常用工况的排放数据并分析了发动机过量空气系数、催化器温度及发动机尾气中CO、NOx等污染物体积浓度对NH3排放的影响并提出控制NH3排放的方法。研究结果表明：当发动机过量空气系数大于0.965时，发动机尾气中NH3的排放随过量空气系数增大而逐渐降低；发动机尾气排放污染物CO对NH3的排放量影响较大，在一定范围内CO的体积浓度与NH3的排放量成正相关，但是NOx的体积浓度与NH3的排放量没有明显的对应关系。另外，三元催化器（three way catalyst, TWC)包裹保温材料后,发动机尾气中NH3的排放随着催化器温度的升高而降低。在3种控制天然气发动机尾气中NH3排放的技术中，当前建议选择两级式TWC技术方案对天然气发动机NH3排放进行控制处理，待逃逸氨催化器（ammonia slip catalyst， ASC）适应天然气发动机发展后,TWC+ASC可以成为良好的排放控制技术方案。

摘要：
为了实现歧管分支模型对于不同分支数的适用性，推导建立了多分支动量守恒边界模型。首先，在连续性方程和能量方程基础上，考虑到分支结构和流动参数影响造成工质流经多分支接头时动量变化，建立了适用于任意分支数的多分支动量守恒边界模型；而后建立激波管测试算例，对比分析传统的等压模型、压力损失模型及动量守恒模型等不同多分支模型的计算精度及计算效率；最后针对某型号高功率密度内燃机建立整机循环仿真模型，对比等压模型和动量守恒模型对整机性能的预测精度。结果表明：在考虑模型压缩性和通用性的基础上，对平衡计算精度和计算效率，新建立的动量守恒模型具有较好的综合优势；对于某型高功率密度内燃机，传统的等压模型在标定转速工况内燃机性能预测最大误差为7.58%，采用动量守恒模型后最大误差为2.47%，预测精度得到大幅提高。

摘要：
在分析低速机控制系统功能的基础上，确定了船用低速电控柴油机实时仿真模型功能，利用模块化建模方法开发了低速机缸内工作过程、进排气过程、涡轮增压器、中冷器等各个子模型，并针对电控系统的控制需求，建立了燃油喷射、排气门、辅助风机等独立的仿真子模型作为电控系统的受控对象，可使仿真得到的性能参数随控制参数的改变而实时变化，最后将实时仿真模型与硬件在环硬件进行了集成，对开发的低速机实时仿真模型进行了精度及实时性的验证。通过仿真数据与试车报告中的试验数据进行对比，实时仿真模型模拟的稳态工况下数据与试验数据最大误差在5%以内，运行在实时仿真机中的实时因子小于1。开发的低速机实时仿真模型精度和实时性满足硬件在环仿真测试要求，可将其用在低速机硬件在环仿真系统，开展低速机电控系统的功能测试。

摘要：
为了进一步提高低速机热效率，基于一台500mm缸径的低速机的热力学仿真模型，研究了可变扫气口技术提升低速机热效率的潜力。计算了对称可变扫气口结构和非对称可变扫气口结构在不同发动机负荷、不同扫气口高度下的有效燃油消耗率、排气流量、排气温度等参数。在保证同样的NOx排放水平下，可变扫气口技术能有效提升低速机热效率，油耗最多可降低约4.3g/(kW·h)。此外对带有选择性催化还原（selective catalytic reduction, SCR）系统的主机，可变扫气口使SCR主机排气流量减小，排气温度升高，有利于SCR系统的紧凑性设计和降低SCR系统的成本。

摘要：
基于一台配备了全可变气门机构的单缸四冲程发动机开展了不同燃烧模式的燃烧和压力震荡特性研究，包括均质充量压燃（homogeneous charge compression ignition, HCCI）、汽油压燃（gasoline compression ignition, GCI）、湍流射流点火（turbulent jet ignition, TJI）和火花点火（spark ignition, SI）。研究结果表明：不同燃烧模式具有不同的统计学特征，其中HCCI、GCI和TJI的爆震强度分布较为集中，不易出现偶发的高爆震强度的燃烧循环；SI爆震的分布较为离散，通常具有较高的最大值和99%分位数，高爆震强度燃烧循环的偶发性较强；而低速早燃工况则是具有极高的爆震强度最大值和很低的99%分位数。此外，对于爆震工况的评价方面，对传统的算数平均值法和爆震循环占有率法进行了改进，提出了加权平均值法和破坏性循环均值法两种改进的爆震评价方法。二者在HCCI、GCI、TJI和SI爆震判定的准确性和适应性上相比改进前有了很大的提升；但对于低速早燃工况，破坏性循环均值法无法准确识别出其破坏性，加权平均值法具有非常好的准确性。

摘要：
为解决使用中心浅坑燃烧室的对置活塞发动机燃油湿壁、挤流强度低、燃烧室中心混合气过浓等问题，提出对置活塞发动机侧置燃烧室方案，对侧置ω燃烧室和侧置侧卷流燃烧室性能进行研究。使用侧置燃烧室时气口开闭相位的改变会导致发动机指示功率降低，采用GT-Power建立发动机性能仿真模型，通过改变气口参数解决了由于换气过程差异导致的侧置燃烧室性能下降问题。采用AVL FIRE进行三维仿真分析研究不同燃烧室燃烧性能，优化油束夹角后的仿真结果表明侧置侧卷流燃烧室内燃油在分流造型作用下形成卷流运动和干涉壁射流，向油束之间和缸壁附近的空气未利用区域扩散，缓解了燃油在壁面附近的堆积问题，油气混合更加均匀。侧置侧卷流燃烧室方案相比中心浅坑燃烧室方案和侧置ω燃烧室方案燃烧速率更快，指示功率更高，在对置活塞发动机上应用侧置侧卷流燃烧室对提升发动机性能具有重要意义。

摘要：
为了研究停缸技术对汽油机性能的影响，在一台4缸汽油机上对断油和废气回流方案进行了台架试验研究。结果显示，在中低负荷下，两种方案都能降低发动机的燃油消耗，但废气回流改善了发动机的热负荷和提高了可燃混合气的初始燃烧温度，使燃烧滞燃期缩短和循环变动减小，使废气回流方案的燃油消耗低于断油方案。随着工作缸负荷增加和可燃混合气温度的提高，不工作缸内的回流废气对工作缸内可燃混合气初始燃烧温度的影响逐渐减弱，最终使废气回流方案的燃油消耗与断油方案基本相同。

摘要：
通过构建基于CMOS高速成像的二维激光诱导磷光测温系统，进行了测温标定试验，研究了激光能量、磷光剂混合比、磷光剂涂层厚度对Mg3F2GeO4：Mn(MFG)磷光衰减时间的影响。结果表明，当温度超过磷光淬灭温度后，随着涂层厚度增加，MFG磷光衰减时间增加,衰减时间的差异随温度升高而增大；激发光能量在0.3mJ～11.0mJ范围内均能激发出MFG磷光，能量大小对磷光衰减时间影响较小；MFG磷光剂混合比对衰减时间影响较小。适当稀释的磷光剂在低温下对激光的响应快，高温下存在时间长，适合燃烧室复杂环境中的温度测量。

摘要：
基于CONVERGE软件建立了高压直喷双燃料船用发动机三维仿真模型，研究了空气加湿技术和废气再循环（exhaust gas recirculation, EGR）对发动机燃烧过程及排放的影响，并通过耦合进气加湿、EGR和天然气喷射策略等技术，最终得到满足Tier Ⅲ排放法规的可行性技术路线。结果表明，进气加湿降低NOx排放潜力较大（约55%），且对燃料经济性恶化程度较小（约1.6%）；单独采用进气加湿技术难以满足Tier Ⅲ排放标准，60%进气加湿程度结合较低程度EGR率（20%）可进一步提高降低NOx排放的潜力（78%）；为降低进气加湿和EGR带来的功率损失，在20%EGR率耦合60%进气加湿氛围下，提前2°曲轴转角喷射天然气可使天然气消耗率可降低约1g/(kW·h)，同时NOx排放满足Tier Ⅲ排放法规要求。

摘要：
基于一台当量比燃烧的天然气发动机，采用三维燃烧分析与发动机一维热力学计算相结合的方式开展了废气再循环（exhaust gas recirculation， EGR）率及点火时刻对缸内燃烧过程和发动机排温的影响研究。研究结果表明：随着EGR率的增加，燃烧相位后移，燃烧持续期延长，放热率峰值减小，最大压升率、缸内最高燃烧压力和最高平均燃烧温度均降低，再循环废气的稀释作用和热容效应能够抑制混合气的燃烧。随着点火时刻的提前，燃烧重心（CA50）前移，燃烧持续期缩短，最大压升率、缸内压力和放热率峰值均增大。排温随EGR率的增大和点火时刻的提前而降低。保持空气和燃气进气量不变，EGR率增大至23%，点火时刻提前至-18°能够将原机标定功率提升7.4kW，有效燃料消耗率降低4g/（kW·h）。当空气和燃气进气量增加11.6%，EGR率大于19%，点火时刻早于-10.5°时，可将原机标定功率提升36kW并且将排温控制在760℃以内。

摘要：
通过构建柴油机耦合柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter, DPF)的一维热力学仿真模型，研究了灰分分布系数对柴油机性能的影响，并重点分析了灰分分布系数对柴油机系统热效率的影响。结果表明：炭载量为6g/L，灰分量为33g/L时，DPF压降和捕集效率随灰分分布系数增加而上升；随着灰分分布系数增大，柴油机转矩、缸内最最高燃烧压力及氮氧化物排放量均下降，碳烟排放量升高；灰分分布系数增加，柴油机有效燃油消耗率增加，DPF再生频率增加，包含柴油机热效率和DPF再生效率的柴油机系统热效率降低。单一地依靠DPF压降对主动再生时刻进行判定误差较大，且误差会随灰分量的增加呈现类指数增大。

摘要：
针对选择性催化还原系统产生的沉积物易造成喷嘴堵塞，引起喷嘴管路背压过高及雾化喷射不均匀等问题，设计并研制了一种防沉积物堵塞喷嘴。该喷嘴通过调节喷嘴芯与螺套的锁紧量调定喷嘴的稳定喷射压力，并通过对喷嘴芯的最大开度进行机械限位，有效避免了尿素雾化喷射不均匀及NH3逃逸等问题。对喷嘴的起闭特性与孔口径向截面的流量特性进行了理论分析，结果表明：当喷嘴因沉积物造成堵塞时，喷嘴芯开度随压力升高而增大，喷嘴孔口径向截面面积及截面质量流量也随之增大，有效提高了喷嘴内部沉积物的排出率，并降低了孔口外部沉积物的凝结风险。采用流体仿真软件Fluent对喷嘴的喷射特性进行了数值模拟，进一步探究了不同喷嘴芯开度及锥度角对喷嘴孔口径向截面面积、截面速度分布及截面流量特性的影响。最后，通过试验验证了喷嘴的喷射效果与开启压力精度。试验结果表明：采用该喷嘴后，喷嘴雾滴分布均匀，雾化效果良好，且在各稳定喷射压力下喷嘴均可以稳定开启，开启压力精度为±5%。

摘要：
以Al2O3为载体，采用浸渍法制备Pt/Al2O3催化剂，通过测量重整反应过程中催化剂的温度分布情况，研究了改变甲烷快速部分氧化重整反应中反应条件（反应气体预混合温度、N2体积比例、CH4/O2比）对反应物的转化率及产物选择性的影响。研究发现，催化剂床层温度的上升可以促进CH4的转化，使H2和CO的选择性升高且H2与CO的物质的量的比（简称H2/CO比，依此类推）升高。N2体积比例及CH4/O2比的升高，会降低催化剂床层温度，进一步造成CH4的转化率和H2/CO比降低，但与仅降低混合气预热温度不同的是，提高N2体积比例及CH4/O2比会造成H2和CO的选择性升高，这可能是催化剂表面的活性氧导致的。通过对甲烷在Pt催化剂上的反应机理进行了初步讨论，认为甲烷的快速部分催化氧化反应为多种反应路径共存，不同的反应条件下各种反应路径所占比例会发生变化。

摘要：
针对矿井下空气中含有甲烷气体造成柴油机在矿井下运行时会吸入甲烷的情况，使用三维计算流体动力学（CFD）软件CONVERGE模拟柴油机进气混掺0%、0.25%、0.50%、0.75%与1.00%体积浓度的甲烷气体对柴油机燃烧及排放的影响。研究结果发现，当甲烷着火时刻温度大于1000K时，甲烷的掺混会使得羟基（OH）基团增多，对柴油机的燃烧起着促进作用。在柴油机1200r/min、80%负荷的工况点下，随着甲烷体积浓度提高至100%，滞燃期从7.35°缩短至7.07°，缸内最大燃烧压力从16.05MPa升高至16.46MPa，放热率峰值升高9.1%，缸内最高温度从1737K升高至1771K，NOx排放由10.55g/（kW·h）升高至11.36g/（kW·h），CO排放由0.12g/（kW·h）升高至1.34g/（kW·h），碳烟排放由1.210mg/（kW·h）下降至0.785mg/（kW·h）。矿井下空气中存在甲烷会对柴油机的燃烧及排放产生影响，但矿井下甲烷体积分数普遍低于0.7%，因此其对柴油机的影响较小。

摘要：
采用傅里叶变换红外线光谱仪研究了当量比天然气发动机的NH3排放，重点研究了不同工况下三元催化器（three-way catalyst, TWC）前的NOx、CO、CH4排放特性和TWC后的NH3排放特性。结果表明：当量比天然气发动机原始排气中无NH3排放，发动机原始排气经过TWC后的催化反应才是当量比天然气发动机NH3排放的根本原因；当原机CO和CH4保持稳定，提高NOx浓度可一定程度抑制NH3的产生；外特性下较高的废气再循环率可通过降低原机NOx排放，提高CO和CH4的生成促进NH3的产生；在负荷加载过程中，加载速度通过影响原机CO和CH4排放进而影响NH3排放，急速的加载过程能促进NH3的产生；对于具备燃料自适应性的天然气发动机，燃料成分的差异对发动机动力性和气态污染物排放无影响；当TWC入口温度处于催化器正常工作温度范围时，较低的排气温度对NH3的产生有促进作用。

摘要：
选择满足国六排放标准的天然气发动机，用全流稀释排放设备采集了发动机常用工况的排放数据并分析了发动机过量空气系数、催化器温度及发动机尾气中CO、NOx等污染物体积浓度对NH3排放的影响并提出控制NH3排放的方法。研究结果表明：当发动机过量空气系数大于0.965时，发动机尾气中NH3的排放随过量空气系数增大而逐渐降低；发动机尾气排放污染物CO对NH3的排放量影响较大，在一定范围内CO的体积浓度与NH3的排放量成正相关，但是NOx的体积浓度与NH3的排放量没有明显的对应关系。另外，三元催化器（three way catalyst, TWC)包裹保温材料后,发动机尾气中NH3的排放随着催化器温度的升高而降低。在3种控制天然气发动机尾气中NH3排放的技术中，当前建议选择两级式TWC技术方案对天然气发动机NH3排放进行控制处理，待逃逸氨催化器（ammonia slip catalyst， ASC）适应天然气发动机发展后,TWC+ASC可以成为良好的排放控制技术方案。

摘要：
为了实现歧管分支模型对于不同分支数的适用性，推导建立了多分支动量守恒边界模型。首先，在连续性方程和能量方程基础上，考虑到分支结构和流动参数影响造成工质流经多分支接头时动量变化，建立了适用于任意分支数的多分支动量守恒边界模型；而后建立激波管测试算例，对比分析传统的等压模型、压力损失模型及动量守恒模型等不同多分支模型的计算精度及计算效率；最后针对某型号高功率密度内燃机建立整机循环仿真模型，对比等压模型和动量守恒模型对整机性能的预测精度。结果表明：在考虑模型压缩性和通用性的基础上，对平衡计算精度和计算效率，新建立的动量守恒模型具有较好的综合优势；对于某型高功率密度内燃机，传统的等压模型在标定转速工况内燃机性能预测最大误差为7.58%，采用动量守恒模型后最大误差为2.47%，预测精度得到大幅提高。

摘要：
在分析低速机控制系统功能的基础上，确定了船用低速电控柴油机实时仿真模型功能，利用模块化建模方法开发了低速机缸内工作过程、进排气过程、涡轮增压器、中冷器等各个子模型，并针对电控系统的控制需求，建立了燃油喷射、排气门、辅助风机等独立的仿真子模型作为电控系统的受控对象，可使仿真得到的性能参数随控制参数的改变而实时变化，最后将实时仿真模型与硬件在环硬件进行了集成，对开发的低速机实时仿真模型进行了精度及实时性的验证。通过仿真数据与试车报告中的试验数据进行对比，实时仿真模型模拟的稳态工况下数据与试验数据最大误差在5%以内，运行在实时仿真机中的实时因子小于1。开发的低速机实时仿真模型精度和实时性满足硬件在环仿真测试要求，可将其用在低速机硬件在环仿真系统，开展低速机电控系统的功能测试。

摘要：
为了进一步提高低速机热效率，基于一台500mm缸径的低速机的热力学仿真模型，研究了可变扫气口技术提升低速机热效率的潜力。计算了对称可变扫气口结构和非对称可变扫气口结构在不同发动机负荷、不同扫气口高度下的有效燃油消耗率、排气流量、排气温度等参数。在保证同样的NOx排放水平下，可变扫气口技术能有效提升低速机热效率，油耗最多可降低约4.3g/(kW·h)。此外对带有选择性催化还原（selective catalytic reduction, SCR）系统的主机，可变扫气口使SCR主机排气流量减小，排气温度升高，有利于SCR系统的紧凑性设计和降低SCR系统的成本。

摘要：
基于一台配备了全可变气门机构的单缸四冲程发动机开展了不同燃烧模式的燃烧和压力震荡特性研究，包括均质充量压燃（homogeneous charge compression ignition, HCCI）、汽油压燃（gasoline compression ignition, GCI）、湍流射流点火（turbulent jet ignition, TJI）和火花点火（spark ignition, SI）。研究结果表明：不同燃烧模式具有不同的统计学特征，其中HCCI、GCI和TJI的爆震强度分布较为集中，不易出现偶发的高爆震强度的燃烧循环；SI爆震的分布较为离散，通常具有较高的最大值和99%分位数，高爆震强度燃烧循环的偶发性较强；而低速早燃工况则是具有极高的爆震强度最大值和很低的99%分位数。此外，对于爆震工况的评价方面，对传统的算数平均值法和爆震循环占有率法进行了改进，提出了加权平均值法和破坏性循环均值法两种改进的爆震评价方法。二者在HCCI、GCI、TJI和SI爆震判定的准确性和适应性上相比改进前有了很大的提升；但对于低速早燃工况，破坏性循环均值法无法准确识别出其破坏性，加权平均值法具有非常好的准确性。

摘要：
为解决使用中心浅坑燃烧室的对置活塞发动机燃油湿壁、挤流强度低、燃烧室中心混合气过浓等问题，提出对置活塞发动机侧置燃烧室方案，对侧置ω燃烧室和侧置侧卷流燃烧室性能进行研究。使用侧置燃烧室时气口开闭相位的改变会导致发动机指示功率降低，采用GT-Power建立发动机性能仿真模型，通过改变气口参数解决了由于换气过程差异导致的侧置燃烧室性能下降问题。采用AVL FIRE进行三维仿真分析研究不同燃烧室燃烧性能，优化油束夹角后的仿真结果表明侧置侧卷流燃烧室内燃油在分流造型作用下形成卷流运动和干涉壁射流，向油束之间和缸壁附近的空气未利用区域扩散，缓解了燃油在壁面附近的堆积问题，油气混合更加均匀。侧置侧卷流燃烧室方案相比中心浅坑燃烧室方案和侧置ω燃烧室方案燃烧速率更快，指示功率更高，在对置活塞发动机上应用侧置侧卷流燃烧室对提升发动机性能具有重要意义。

摘要：
为了研究停缸技术对汽油机性能的影响，在一台4缸汽油机上对断油和废气回流方案进行了台架试验研究。结果显示，在中低负荷下，两种方案都能降低发动机的燃油消耗，但废气回流改善了发动机的热负荷和提高了可燃混合气的初始燃烧温度，使燃烧滞燃期缩短和循环变动减小，使废气回流方案的燃油消耗低于断油方案。随着工作缸负荷增加和可燃混合气温度的提高，不工作缸内的回流废气对工作缸内可燃混合气初始燃烧温度的影响逐渐减弱，最终使废气回流方案的燃油消耗与断油方案基本相同。

摘要：
通过构建基于CMOS高速成像的二维激光诱导磷光测温系统，进行了测温标定试验，研究了激光能量、磷光剂混合比、磷光剂涂层厚度对Mg3F2GeO4：Mn(MFG)磷光衰减时间的影响。结果表明，当温度超过磷光淬灭温度后，随着涂层厚度增加，MFG磷光衰减时间增加,衰减时间的差异随温度升高而增大；激发光能量在0.3mJ～11.0mJ范围内均能激发出MFG磷光，能量大小对磷光衰减时间影响较小；MFG磷光剂混合比对衰减时间影响较小。适当稀释的磷光剂在低温下对激光的响应快，高温下存在时间长，适合燃烧室复杂环境中的温度测量。

摘要：
基于CONVERGE软件建立了高压直喷双燃料船用发动机三维仿真模型，研究了空气加湿技术和废气再循环（exhaust gas recirculation, EGR）对发动机燃烧过程及排放的影响，并通过耦合进气加湿、EGR和天然气喷射策略等技术，最终得到满足Tier Ⅲ排放法规的可行性技术路线。结果表明，进气加湿降低NOx排放潜力较大（约55%），且对燃料经济性恶化程度较小（约1.6%）；单独采用进气加湿技术难以满足Tier Ⅲ排放标准，60%进气加湿程度结合较低程度EGR率（20%）可进一步提高降低NOx排放的潜力（78%）；为降低进气加湿和EGR带来的功率损失，在20%EGR率耦合60%进气加湿氛围下，提前2°曲轴转角喷射天然气可使天然气消耗率可降低约1g/(kW·h)，同时NOx排放满足Tier Ⅲ排放法规要求。

摘要：
基于一台当量比燃烧的天然气发动机，采用三维燃烧分析与发动机一维热力学计算相结合的方式开展了废气再循环（exhaust gas recirculation， EGR）率及点火时刻对缸内燃烧过程和发动机排温的影响研究。研究结果表明：随着EGR率的增加，燃烧相位后移，燃烧持续期延长，放热率峰值减小，最大压升率、缸内最高燃烧压力和最高平均燃烧温度均降低，再循环废气的稀释作用和热容效应能够抑制混合气的燃烧。随着点火时刻的提前，燃烧重心（CA50）前移，燃烧持续期缩短，最大压升率、缸内压力和放热率峰值均增大。排温随EGR率的增大和点火时刻的提前而降低。保持空气和燃气进气量不变，EGR率增大至23%，点火时刻提前至-18°能够将原机标定功率提升7.4kW，有效燃料消耗率降低4g/（kW·h）。当空气和燃气进气量增加11.6%，EGR率大于19%，点火时刻早于-10.5°时，可将原机标定功率提升36kW并且将排温控制在760℃以内。

摘要：
通过构建柴油机耦合柴油机颗粒捕集器(diesel particulate filter, DPF)的一维热力学仿真模型，研究了灰分分布系数对柴油机性能的影响，并重点分析了灰分分布系数对柴油机系统热效率的影响。结果表明：炭载量为6g/L，灰分量为33g/L时，DPF压降和捕集效率随灰分分布系数增加而上升；随着灰分分布系数增大，柴油机转矩、缸内最最高燃烧压力及氮氧化物排放量均下降，碳烟排放量升高；灰分分布系数增加，柴油机有效燃油消耗率增加，DPF再生频率增加，包含柴油机热效率和DPF再生效率的柴油机系统热效率降低。单一地依靠DPF压降对主动再生时刻进行判定误差较大，且误差会随灰分量的增加呈现类指数增大。

摘要：
针对选择性催化还原系统产生的沉积物易造成喷嘴堵塞，引起喷嘴管路背压过高及雾化喷射不均匀等问题，设计并研制了一种防沉积物堵塞喷嘴。该喷嘴通过调节喷嘴芯与螺套的锁紧量调定喷嘴的稳定喷射压力，并通过对喷嘴芯的最大开度进行机械限位，有效避免了尿素雾化喷射不均匀及NH3逃逸等问题。对喷嘴的起闭特性与孔口径向截面的流量特性进行了理论分析，结果表明：当喷嘴因沉积物造成堵塞时，喷嘴芯开度随压力升高而增大，喷嘴孔口径向截面面积及截面质量流量也随之增大，有效提高了喷嘴内部沉积物的排出率，并降低了孔口外部沉积物的凝结风险。采用流体仿真软件Fluent对喷嘴的喷射特性进行了数值模拟，进一步探究了不同喷嘴芯开度及锥度角对喷嘴孔口径向截面面积、截面速度分布及截面流量特性的影响。最后，通过试验验证了喷嘴的喷射效果与开启压力精度。试验结果表明：采用该喷嘴后，喷嘴雾滴分布均匀，雾化效果良好，且在各稳定喷射压力下喷嘴均可以稳定开启，开启压力精度为±5%。

摘要：
以Al2O3为载体，采用浸渍法制备Pt/Al2O3催化剂，通过测量重整反应过程中催化剂的温度分布情况，研究了改变甲烷快速部分氧化重整反应中反应条件（反应气体预混合温度、N2体积比例、CH4/O2比）对反应物的转化率及产物选择性的影响。研究发现，催化剂床层温度的上升可以促进CH4的转化，使H2和CO的选择性升高且H2与CO的物质的量的比（简称H2/CO比，依此类推）升高。N2体积比例及CH4/O2比的升高，会降低催化剂床层温度，进一步造成CH4的转化率和H2/CO比降低，但与仅降低混合气预热温度不同的是，提高N2体积比例及CH4/O2比会造成H2和CO的选择性升高，这可能是催化剂表面的活性氧导致的。通过对甲烷在Pt催化剂上的反应机理进行了初步讨论，认为甲烷的快速部分催化氧化反应为多种反应路径共存，不同的反应条件下各种反应路径所占比例会发生变化。

摘要：
针对矿井下空气中含有甲烷气体造成柴油机在矿井下运行时会吸入甲烷的情况，使用三维计算流体动力学（CFD）软件CONVERGE模拟柴油机进气混掺0%、0.25%、0.50%、0.75%与1.00%体积浓度的甲烷气体对柴油机燃烧及排放的影响。研究结果发现，当甲烷着火时刻温度大于1000K时，甲烷的掺混会使得羟基（OH）基团增多，对柴油机的燃烧起着促进作用。在柴油机1200r/min、80%负荷的工况点下，随着甲烷体积浓度提高至100%，滞燃期从7.35°缩短至7.07°，缸内最大燃烧压力从16.05MPa升高至16.46MPa，放热率峰值升高9.1%，缸内最高温度从1737K升高至1771K，NOx排放由10.55g/（kW·h）升高至11.36g/（kW·h），CO排放由0.12g/（kW·h）升高至1.34g/（kW·h），碳烟排放由1.210mg/（kW·h）下降至0.785mg/（kW·h）。矿井下空气中存在甲烷会对柴油机的燃烧及排放产生影响，但矿井下甲烷体积分数普遍低于0.7%，因此其对柴油机的影响较小。

摘要：
采用傅里叶变换红外线光谱仪研究了当量比天然气发动机的NH3排放，重点研究了不同工况下三元催化器（three-way catalyst, TWC）前的NOx、CO、CH4排放特性和TWC后的NH3排放特性。结果表明：当量比天然气发动机原始排气中无NH3排放，发动机原始排气经过TWC后的催化反应才是当量比天然气发动机NH3排放的根本原因；当原机CO和CH4保持稳定，提高NOx浓度可一定程度抑制NH3的产生；外特性下较高的废气再循环率可通过降低原机NOx排放，提高CO和CH4的生成促进NH3的产生；在负荷加载过程中，加载速度通过影响原机CO和CH4排放进而影响NH3排放，急速的加载过程能促进NH3的产生；对于具备燃料自适应性的天然气发动机，燃料成分的差异对发动机动力性和气态污染物排放无影响；当TWC入口温度处于催化器正常工作温度范围时，较低的排气温度对NH3的产生有促进作用。

摘要：
选择满足国六排放标准的天然气发动机，用全流稀释排放设备采集了发动机常用工况的排放数据并分析了发动机过量空气系数、催化器温度及发动机尾气中CO、NOx等污染物体积浓度对NH3排放的影响并提出控制NH3排放的方法。研究结果表明：当发动机过量空气系数大于0.965时，发动机尾气中NH3的排放随过量空气系数增大而逐渐降低；发动机尾气排放污染物CO对NH3的排放量影响较大，在一定范围内CO的体积浓度与NH3的排放量成正相关，但是NOx的体积浓度与NH3的排放量没有明显的对应关系。另外，三元催化器（three way catalyst, TWC)包裹保温材料后,发动机尾气中NH3的排放随着催化器温度的升高而降低。在3种控制天然气发动机尾气中NH3排放的技术中，当前建议选择两级式TWC技术方案对天然气发动机NH3排放进行控制处理，待逃逸氨催化器（ammonia slip catalyst， ASC）适应天然气发动机发展后,TWC+ASC可以成为良好的排放控制技术方案。

摘要：
为了实现歧管分支模型对于不同分支数的适用性，推导建立了多分支动量守恒边界模型。首先，在连续性方程和能量方程基础上，考虑到分支结构和流动参数影响造成工质流经多分支接头时动量变化，建立了适用于任意分支数的多分支动量守恒边界模型；而后建立激波管测试算例，对比分析传统的等压模型、压力损失模型及动量守恒模型等不同多分支模型的计算精度及计算效率；最后针对某型号高功率密度内燃机建立整机循环仿真模型，对比等压模型和动量守恒模型对整机性能的预测精度。结果表明：在考虑模型压缩性和通用性的基础上，对平衡计算精度和计算效率，新建立的动量守恒模型具有较好的综合优势；对于某型高功率密度内燃机，传统的等压模型在标定转速工况内燃机性能预测最大误差为7.58%，采用动量守恒模型后最大误差为2.47%，预测精度得到大幅提高。

摘要：
在分析低速机控制系统功能的基础上，确定了船用低速电控柴油机实时仿真模型功能，利用模块化建模方法开发了低速机缸内工作过程、进排气过程、涡轮增压器、中冷器等各个子模型，并针对电控系统的控制需求，建立了燃油喷射、排气门、辅助风机等独立的仿真子模型作为电控系统的受控对象，可使仿真得到的性能参数随控制参数的改变而实时变化，最后将实时仿真模型与硬件在环硬件进行了集成，对开发的低速机实时仿真模型进行了精度及实时性的验证。通过仿真数据与试车报告中的试验数据进行对比，实时仿真模型模拟的稳态工况下数据与试验数据最大误差在5%以内，运行在实时仿真机中的实时因子小于1。开发的低速机实时仿真模型精度和实时性满足硬件在环仿真测试要求，可将其用在低速机硬件在环仿真系统，开展低速机电控系统的功能测试。

摘要：
为了进一步提高低速机热效率，基于一台500mm缸径的低速机的热力学仿真模型，研究了可变扫气口技术提升低速机热效率的潜力。计算了对称可变扫气口结构和非对称可变扫气口结构在不同发动机负荷、不同扫气口高度下的有效燃油消耗率、排气流量、排气温度等参数。在保证同样的NOx排放水平下，可变扫气口技术能有效提升低速机热效率，油耗最多可降低约4.3g/(kW·h)。此外对带有选择性催化还原（selective catalytic reduction, SCR）系统的主机，可变扫气口使SCR主机排气流量减小，排气温度升高，有利于SCR系统的紧凑性设计和降低SCR系统的成本。

摘要：
基于一台配备了全可变气门机构的单缸四冲程发动机开展了不同燃烧模式的燃烧和压力震荡特性研究，包括均质充量压燃（homogeneous charge compression ignition, HCCI）、汽油压燃（gasoline compression ignition, GCI）、湍流射流点火（turbulent jet ignition, TJI）和火花点火（spark ignition, SI）。研究结果表明：不同燃烧模式具有不同的统计学特征，其中HCCI、GCI和TJI的爆震强度分布较为集中，不易出现偶发的高爆震强度的燃烧循环；SI爆震的分布较为离散，通常具有较高的最大值和99%分位数，高爆震强度燃烧循环的偶发性较强；而低速早燃工况则是具有极高的爆震强度最大值和很低的99%分位数。此外，对于爆震工况的评价方面，对传统的算数平均值法和爆震循环占有率法进行了改进，提出了加权平均值法和破坏性循环均值法两种改进的爆震评价方法。二者在HCCI、GCI、TJI和SI爆震判定的准确性和适应性上相比改进前有了很大的提升；但对于低速早燃工况，破坏性循环均值法无法准确识别出其破坏性，加权平均值法具有非常好的准确性。

摘要：
为解决使用中心浅坑燃烧室的对置活塞发动机燃油湿壁、挤流强度低、燃烧室中心混合气过浓等问题，提出对置活塞发动机侧置燃烧室方案，对侧置ω燃烧室和侧置侧卷流燃烧室性能进行研究。使用侧置燃烧室时气口开闭相位的改变会导致发动机指示功率降低，采用GT-Power建立发动机性能仿真模型，通过改变气口参数解决了由于换气过程差异导致的侧置燃烧室性能下降问题。采用AVL FIRE进行三维仿真分析研究不同燃烧室燃烧性能，优化油束夹角后的仿真结果表明侧置侧卷流燃烧室内燃油在分流造型作用下形成卷流运动和干涉壁射流，向油束之间和缸壁附近的空气未利用区域扩散，缓解了燃油在壁面附近的堆积问题，油气混合更加均匀。侧置侧卷流燃烧室方案相比中心浅坑燃烧室方案和侧置ω燃烧室方案燃烧速率更快，指示功率更高，在对置活塞发动机上应用侧置侧卷流燃烧室对提升发动机性能具有重要意义。

摘要：
为了研究停缸技术对汽油机性能的影响，在一台4缸汽油机上对断油和废气回流方案进行了台架试验研究。结果显示，在中低负荷下，两种方案都能降低发动机的燃油消耗，但废气回流改善了发动机的热负荷和提高了可燃混合气的初始燃烧温度，使燃烧滞燃期缩短和循环变动减小，使废气回流方案的燃油消耗低于断油方案。随着工作缸负荷增加和可燃混合气温度的提高，不工作缸内的回流废气对工作缸内可燃混合气初始燃烧温度的影响逐渐减弱，最终使废气回流方案的燃油消耗与断油方案基本相同。

摘要：
通过构建基于CMOS高速成像的二维激光诱导磷光测温系统，进行了测温标定试验，研究了激光能量、磷光剂混合比、磷光剂涂层厚度对Mg3F2GeO4：Mn(MFG)磷光衰减时间的影响。结果表明，当温度超过磷光淬灭温度后，随着涂层厚度增加，MFG磷光衰减时间增加,衰减时间的差异随温度升高而增大；激发光能量在0.3mJ～11.0mJ范围内均能激发出MFG磷光，能量大小对磷光衰减时间影响较小；MFG磷光剂混合比对衰减时间影响较小。适当稀释的磷光剂在低温下对激光的响应快，高温下存在时间长，适合燃烧室复杂环境中的温度测量。