为解决换电式重卡换电箱质量过大的问题，在保证可靠性和安全性的前提下，对某重型纯电动商用车换电箱框架进行轻量化设计，采用有限元分析轻量化换电箱的约束模态、静强度、变形，结合台架振动试验与整车强化坏路试验进行验证。结果表明：轻量化设计后，换电箱质量由735 kg减轻至426 kg;换电箱优化后的一阶振型模态频率为12.24 Hz,满足模态频率大于10.00 Hz的要求；前进中紧急制动、右急转弯、向上颠簸工况、换电提升4种典型工况的安全因数为2.18～3.19,均超过1.25,静强度满足设计要求；4种工况下换电箱最大变形为5.90 mm,满足企业技术标准要求。台架试验及坏路试验结果表明换电箱外观完好无损，未见任何损坏迹象，满足使用要求。

为满足缸径小于200 mm、功率不低于600 kW的单一气体燃料发动机船用主机市场需求，以Z6180双燃料发动机为原型机，基于模块化设计思想，设计发动机的空气系统、燃气系统和控制系统，开发一款缸径为180 mm的单一燃料船用液化天然气(liquefied natural gas, LNG)发动机，基于《船舶发动机排气污染物排放限值及测量方法(中国第二阶段)》要求对发动机进行2 000 h的排放耐久性试验。试验结果表明：开发的LNG燃料发动机满足设计要求，天然气供气系统及发动机全工况燃气精准控制策略耐用可靠，排放指标达到船舶发动机国二标准限值要求。

为高效回收生物质气机组高温排气余热并用于发电，设计每台机组配置一个锅炉、多台机组配置一个锅炉(排气先汇总再进锅炉)、多台机组配置一个锅炉(排气先进锅炉再汇总)3种排气余热回收利用方案，通过对排气回收方式、锅炉结构、经济效益的综合分析与评价，确定主要系统的参数和关键设备选型，筛选出最优方案。结果表明：多台机组配置一个锅炉(排气先进锅炉再汇总)的方案总体造价较低，排气排放互不干扰，且年利润较高，是最优方案。该方案有效提高生物质气电站的发电效率，降低了能耗。

为控制增程式动力系统的发动机进气、机体、发电机及控制器的温度，应用AMEsim软件建立增程式动力系统及其冷却装置的一维仿真模型，仿真分析最大功率工况和最大转矩工况下各冷却回路(柴油机、中冷器、发电机及其控制器)的性能，以及散热器迎风面积、芯体厚度、翅片间距对冷却系统性能的影响；对温度过高的发动机和中冷散热器进行优化，保持发动机和中冷器迎风面积不变，散热器芯体厚度分别增加到52 mm和48 mm,翅片间距均为2.4 mm。仿真结果表明：增大散热器迎风面积、芯体厚度、减小翅片间距都能提高冷却性能，其中增大迎风面积效果最显著，其次是减小翅片间距和增大散热器芯体厚度；优化后发动机和中冷器进、出水温度符合要求，最大功率工况下，发动机和中冷器出水温度分别比优化前降低11.0、8.8℃,有效保障了增程式动力系统的稳定运行。

为了合理分配电动汽车动力电池和超级电容器的实际输出功率并延长电池寿命，基于MATLAB/Simulink仿真对比新欧洲驾驶循环(new European driving cycle, NEDC)工况下，逻辑门限控制策略、模糊控制策略、遗传算法(genetic algorithm, GA)优化模糊控制策略下的复合能量管理系统和整车行驶性能。仿真结果表明：GA优化模糊控制策略有效减小动力电池荷电状态下降速度及动力电池温度上升速度，提高车辆续驶里程；相比模糊控制策略，优化后电动汽车续驶里程增大12.1 km,最大爬坡性能提高0.3%,最高车速提高0.2 km/h;相比逻辑门限控制策略，优化后电动汽车续驶里程增大18.8 km,最大爬坡度提高0.6%,最高车速提高0.6 km/h。

为准确预测车辆在不同工况下的油耗，帮助研发人员深入了解发动机的油耗变化规律并进一步优化发动机性能，全面总结和分析现有的油耗预测模型，将其分为传统油耗预测模型和基于数据驱动的机器学习油耗预测模型两大类，并将基于数据驱动的机器学习油耗预测模型进一步细分为多元回归、浅层机器学习、深度学习和混合式油耗预测模型四类，分析各种模型的预测方法及其变体的应用现状、优势与局限性。明确各类模型的最佳应用场景，指出当前研究中存在的主要问题和挑战。数据驱动的机器学习类预测模型中，多元回归方法对线性相关性强的数据具有很好的表现，且模型透明度高，易于理解；机器学习能够有效应对复杂的非线性关系，特别是深度学习，可以充分挖掘数据中的特征，实现燃油消耗的精准预测，但对数据质量要求较高，模型相对复杂。根据不同模型的特点与应用，对油耗预测未来的发展进行展望。

为解决氮氧传感器在检测尾气中NO_x、O₂体积分数时“测不全”“测不快”“测不准”的问题，分析氮氧传感器结构组成、工作原理及控制过程，结合当前检测技术现状，设计一种氮氧传感器性能自动检测装置，该装置通过动态配气法、自动化结构检测模块及数据处理模块优化，解决“测不全”“测不快”的问题，但还应提高检测结果的精确度和系统的稳定性。

为提高某增压、直喷、低压废气再循环(low-pressure exhaust gas recirculation, LP-EGR)、米勒循环汽油机颗粒捕集器(gasoline particulate filter, GPF)的再生效率，优化GPF再生控制策略，并进行城市工况和城郊工况下的GPF再生试验验证。试验结果表明：将混合动力控制单元(hybrid control unit, HCU)作为GPF再生的关联控制器，由HCU控制再生过程，城市工况、城郊工况下的实际再生碳量较优化前分别提高了10%和15%,有效解决了混合动力车辆在这两种工况下GPF不易再生及再生效率较低的问题。

为研究由某船用天然气发动机改装的船用甲醇发动机的整机性能，采用Converge软件进行三维流体仿真，分析喷孔参数、甲醇轨压对甲醇雾化的影响，采用GT-Power软件进行一维仿真，分析配气相位对发动机进、排气性能的影响，并选取最佳仿真选型设计，结合台架试验进行最佳喷射结束角选型及整机性能验证。结果表明：喷孔数为16,喷孔直径为0.27 mm,轨压为600 kPa,进气门开启、进气门关闭、排气门开启、排气门关闭时曲轴转角(上止点后)分别为344°、570°、104°、409°,为最佳喷射系统仿真选型设计；最佳选型设计下进气门最大升程为12.0 mm,排气门最大升程为13.5 mm;喷射结束时曲轴转角为330°时，该发动机不同用途下标定工况对应的最小甲醇消耗率台架试验结果分别为433.2、426.5 g/(kW·h),满足此机型产品开发中最小甲醇消耗率小于440 g/(kW·h)的目标要求。

为自动检测天然气发动机燃气喷射部件总成的气密性，开发燃气喷射部件总成自动测试平台。确定测试平台的主要功能和测试参数；完成包括电源电路、喷嘴驱动电路、通信电路、信号采集电路在内的硬件采集板电路模块设计；基于LabVIEW,开发平台的软件系统，采用多线程、C++混合编程的方法设计监测界面，并在某燃气喷射部件生产车间进行实际应用验证。实际应用结果表明：自动测试平台能够有效测试多个不同喷嘴数的燃气喷射部件总成的气密性，可以快速、直观地显示测试过程，实时采集喷嘴测试中的信息，准确判断各个喷嘴及传感器的工作状态，具有良好的实用性及可靠性，可提高燃气部件总成的生产效率，降低生产成本。

为了提高车辆操纵稳定性，分析影响车辆操纵稳定性的因素，采用降低前悬架参数高度、调整横向稳定杆外形和结构尺寸、降低钢板弹簧空载弧高等措施进行优化，基于ADAMS/Car软件创建整车动力学模型，仿真分析前悬架参数、横向稳定杆、后悬架参数优化前、后，车辆在稳态回转工况、转向盘角阶跃工况下的操纵稳定性。仿真结果表明：采用调整稳定杆径向截面直径的优化方案，车辆稳态回转工况下，随着侧向加速度增大，前、后轴侧偏角绝对值的差均大于0°,车辆未出现过度转向，减小车辆横向侧滑或甩尾风险，提高车辆操纵稳定性；最佳优化方案转向盘角阶跃工况横摆角速度响应时间为0.24 s,峰值响应时间为0.51 s,均满足行业要求。

为提高全球统一稳态循环（world harmonized steady-state cycle, WHSC）工况中仿真计算的柴油机NO_x排放的准确性，分析造成仿真计算和试验测量的柴油机排放中NO_x差距过大的原因；提出一种多通道一维仿真模型，分析选择性催化还原（selective catalytic reduction, SCR）系统中氨均匀性对NO_x排放的影响。结果表明：传统的一维仿真方法没有考虑氨均匀性对SCR性能的影响是造成仿真计算和试验测量的柴油机NO_x排放差距过大的原因；提出的多通道模型可以很好地预测氨均匀性对SCR性能的影响，当氨均匀性为0.95时，仿真计算的NO_x排放与试验的误差较小。考虑氨均匀性受工况变动的影响，提出的分段式氨均匀性方法可以进一步降低NO_x排放预测误差，将误差控制在2%以内。

为解决某天然气发动机后燃问题，进行台架试验，分析点火角域电压、空燃比、缸压及主从两侧电子控制单元(electronic control unit, ECU)实际燃气质量流量，确定后燃的主要原因为从侧ECU采用速度密度法计算混合气质量迟滞，使瞬态工况实际空燃比偏小，燃气体积分数偏大。采用调整从侧充气效率、提高最小节气门限值减缓瞬态过程、将从侧ECU燃气质量流量由速度密度法改为节气门计算方法3种措施进行改进并进行验证试验，结果表明：3种方法均能解决后燃问题；调整充气效率只适用于发动机卸去全部负荷，减缓瞬态过程导致转矩卸载时间增大，将从侧ECU燃气质量流量由速度密度法改为节气门计算方法效果最佳。

以某型号柴油机大流量共轨系统为研究对象，应用AMESim软件构建集成限流器的共轨系统一维液力仿真模型，仿真研究限流器结构参数对喷油器入口压力波动特性的影响。仿真结果表明：增大限流器阀芯直径，喷油速率降低，压力波动幅值减小；增大限流器阀芯节流孔直径、阀体内腔直径、阀芯间隙，喷油速率增大，喷油器入口压力波动幅值增大。在限流器设计研发过程中，满足喷油特性前提下，为保持共轨系统内部压力波传播稳定，应适当增大限流器阀芯直径，减小阀芯节流孔径、阀体内腔直径以及阀芯间隙。

为研究重型柴油车实际道路工况下的排放特征，基于远程监控云平台采集相关数据，分析在微观行驶工况下重型柴油车的NO_x排放特征；基于功基窗口法，分析选择性催化还原反应剂消耗正常、消耗固定，以及行驶在不同道路时重型柴油车的实际NO_x排放特征。结果表明：样本车辆行驶道路以市区、市郊为主，加速度和机动车比功率区间相对集中；微观行驶工况下，在相同速度区间内，NO_x排放速率与加速度、机动车比功率呈正相关，车辆减速工况时NO_x排放速率明显低于加速时；不同速度区间内，NO_x排放速率随加速度、机动车比功率增大呈先升后降趋势；基于功基窗口法，在32辆反应剂消耗正常的车辆中，NO_x比排放差异明显，比排放合格(标准限值为4 g·kW^-1·h^-1)车辆的占比为40.6%,10辆反应剂消耗固定车辆的NO_x比排放均超出标准限值，最大NO_x比排放是标准限值的3.4倍；不同道路行驶的车辆比排放分析结果表明，市区、郊区、高速路况车辆的平均NO_x比排放分别为6.08、8.06、3.43 g/（kW·h）,差异显著。

为研究不同燃料国六重型卡车的经济性和实际排放特性，以国内重卡中占比最高的液化天然气（liquefied natural gas, LNG）重卡和柴油重卡为研究对象，深入调研两种重卡的购买、使用及维修保养等成本，对比分析两种重卡的经济性；对新生产和在用的40辆国六LNG、柴油重卡进行实际道路排放试验，对具有代表性的LNG、柴油重卡发动机进行原始排放测试，分析两种重卡整车道路实际排放和发动机原始排放。结果表明：在年运行里程为20万km的情况下，LNG重卡首年综合经济效益比柴油重卡高122 800元；新生产LNG重卡的实际道路NO_x比排放低于柴油重卡，但在用LNG重卡的实际道路NO_x比排放高于柴油重卡，LNG重卡的实际道路CO比排放始终高于柴油重卡；LNG发动机的NO_x、THC、CO原始排放均明显高于柴油发动机，其中CO排放的差异尤为显著。

为提高NO_x转化效率、减少氨泄漏，对采用选择性催化还原（selective catalytic reduction, SCR）技术的柴油机排气后处理系统开展试验，研究不同空速和温度下的尿素不均匀喷射对NO_x转换效率、氨储存和氨泄漏的影响。试验结果表明：在固定的空速下，氨泄漏的程度与温度的变化有关，温度升高，催化还原反应加快，氨泄漏减小；温度对催化还原反应速率的影响较大，当空速为10 000 h^-1时，高温工况下SCR内的反应速率远高于低温工况；空速对催化还原反应速率的影响较小，相同温度下，当空速由10 000 h^-1增大为40 000 h^-1时，SCR内的平均反应速率基本不变；但提高空速加剧氨泄漏，抵消NO_x转化效率提高获得的效益。

为研究内燃机运行状态及主轴承间隙对机体表面振动信号的影响，搭建某六缸柴油机试验台架，以机体表面振动加速度的峰峰值、整流平均值、方差、标准差及方根幅值为时域特征值，分析在发动机不同转速、输出转矩、机油温度及主轴承间隙条件下对振动信号时域特征值及柴油机最大燃烧压力的影响。试验结果表明：时域特征值及最大燃烧压力随着发动机转速、输出转矩及主轴承间隙增加而增大，并随着机油温度的升高而减小。

为开发具有完全自主知识产权并满足现行排放标准要求的柴油机电控系统，实现高压共轨柴油机控制系统的完全国产化，基于国产芯片开发并优化小功率非道路国四高压共轨柴油机电控喷油系统控制策略。燃油喷射模块依据发动机转速和内部需求转矩得到基本喷油量，并根据喷射控制器得到多次喷射的喷射组合、脉宽以及喷油正时；调速模块通过设置高、低怠速限值将发动机转速控制在目标怠速区间内，并采用主动阻尼控制策略抑制发动机转速波动；轨压控制模块采用前馈和双比例积分微分(proportional integral derivative, PID)闭环控制相结合的控制策略；将控制程序下载到自主开发的电子控制单元中，并在1台4缸高压共轨柴油机上进行台架试验。试验结果表明：设计的控制策略能够满足功率不超过37 kW的非道路用柴油机的控制需求；发动机在2.2 s内顺利起动，并从起动状态平稳运行至怠速状态；各工况下，发动机轨压和转速波动较小；外界负荷突变过程中，发动机转速能够在较短时间内恢复至目标转速并稳定；各污染物的比排放均满足非道路柴油机国四排放标准要求。

为提高活塞机加工自动生产线工作效率，通过分析活塞生产过程的潜在失效模式及失效机理，研究防错防混技术，分析视觉影像防错防混、夹具气密检测防错、夹具硬性干涉防错、断刀检测防错技术在生产线不同工序的应用。研究结果表明：在活塞工艺设计方面，防错防混技术可预防失效机理或失效模式产生；在加工过程检验控制方面，防错防混技术可杜绝活塞失效件流出，提高活塞机加工自动线生产效率及产品质量。

为提高柴油机在负载变化时的转速稳定性及工作效率，针对某柴油机燃油系统电液复合调速器的动态特性进行数学建模；将电液复合调速器组成划分为机械调速部分、气动调速部分、动力输出油缸部分、缓冲活塞和喷嘴挡板阀部分，分析其工作原理；根据各部分具体受力分别对五大部分的关键部件建立数学模型，分别得到该电液复合调速器传动部分、调速系统Y₁和调速系统Y₂的传递函数方框图，为电液复合调速器的性能分析和设计开发提供理论参考。

对一台汽油发动机催化转化装置上下游的非挥发性颗粒物和半挥发性颗粒物进行采样和分析，研究排气催化转化装置对发动机排气颗粒物演化的影响。结果表明：催化转化装置对排气颗粒物的影响包括直接过滤和去除成核前驱物两方面；催化转化装置可以直接过滤高温排气中的非挥发性颗粒，过滤效率为20%～35%,过滤过程包括颗粒物的捕集和氧化；催化转化装置还可以去除排气中半挥发性的多环芳烃成分，抑制该成分在排气温度降低后转化为半挥发性颗粒物。

针对传统光伏能源汽车充电困难、续驶里程短的问题，提出一种能够在复杂环境条件下实现自动化管理的光伏电池与锂电池混合能源管理系统。在MATALB-Simulink中构建包含光伏电池模型和锂电池模型的混合能源系统模型，采用最大功率点跟踪(maximum power point tracking, MPPT)算法优化太阳能的转化效率，利用比例积分(proportional integral, PI)控制器和双向直流(direct current, DC)/DC变换电路实现锂电池的充放电自动转换功能，仿真分析不同辐照度下光伏电池发电功率对锂电池充电的影响，并在特定的环境条件下评估能量管理策略的响应能力。仿真结果表明：系统可以根据电动汽车的需求，在光照充足时对锂电池进行充电；光照微弱时，对锂电池进行放电。光伏MPPT算法提高了太阳能的利用率；在复杂环境条件下，该系统能够实现高效的能量管理，提高了系统的稳定性和鲁棒性。

为研究正丁醇对甲苯的稀释作用及正丁醇中的氧对尾气中粒子数量(particle number, PN)的影响，以正庚烷/甲苯/正丁醇为燃料，利用扩散充电式颗粒计数器测量自然对流扩散火焰中的PN,分析无正丁醇时二元燃料中甲苯体积分数对粒子数密度的影响，评估稀释作用对PN的影响；保持正庚烷和甲苯的体积比为83/17,分析添加正丁醇时三元燃料产生的粒子数密度，通过三元燃料与二元燃粒产生的粒子数密度的差评估氧的作用对PN的影响。结果表明：稀释效应对减少PN的作用更大；当正丁醇体积分数大于6%时，燃料中的氧开始促进颗粒的氧化，当正丁醇体积分数为13%时，燃料氧促进颗粒氧化的效果最大。

为研究某二冲程航空活塞发动机连杆在循环载荷作用下的可靠性寿命，利用有限元软建立连杆组分析模型，合理设置连杆组件内部零件之间的接触类型；基于连杆装配工况、最大压缩工况和最大拉伸工况进行应力分布计算；采用材料应力-寿命曲线与Gerber平均应力修正模型对连杆进行高周疲劳特性评价，得到连杆在不同载荷下的安全系数，并对装配该连杆的发动机整机进行150 h耐久试验。应力及高周疲劳计算结果表明：连杆在3种工况下的静强度均符合设计要求，接触应力能保证内部零件之间的连接可靠；在由3种典型工况组成的一个工作循环内，连杆最小疲劳安全系数为1.33,疲劳安全系数满足设计要求。耐久试验后拆机检查结果表明：零件无裂纹，摩擦表面的磨损、光亮、划痕等缺陷均符合评价标准，连杆关键尺寸与形位公差均符合设计要求。

为解决某出口发动机运行中排气门碰撞活塞导致的发动机失火故障，通过对气门导管和排气门杆的化学成分及金相组织、气门弹簧受力、整车排温、驾驶习惯对发动机热负荷的影响等进行多维分析，确定故障原因为发动机出现急加速与急减速等激烈工况且持续时间较长，气门导管热负荷增大，气门导管间隙减小，造成气门卡滞撞击活塞，导致发动机失火。采用增大气门导管包裹面积的方案进行优化，仿真结果表明：优化后导管最高温度由245.3℃降为208.5℃,气门导管最大收缩量由0.026 1 mm减小为0.014 3 mm。将气门导管下端杆径由5.948 mm减小为5.943 mm,对优化后的发动机进行300 h急加速与急减速台架试验，发动机正常运行，未出现气门撞击活塞故障。

针对空燃比闭环控制天然气发动机的氧传感器故障率高、发动机控制不稳定的问题，以某V型20缸天然气发动机为研究对象，设计一种不受氧传感器制约的新的缸温闭环控制策略。分析缸温控制结构，设计缸温闭环控制模型和控制策略，标定优化发动机控制参数，并进行发动机实际运行试验验证。试验结果表明：开启缸温闭环控制后，在点火提前角相同的条件下，发动机标定功率达到1 900 kW,各缸平均排温由630℃降低至623℃,功率为1 900 kW时的热效率由41.60%提高到42.15%,缸温闭环控制策略有效，提高了天然气发动机控制的稳定性，且整机性能有所提高。