面对日益紧张的能源供求关系及严苛的能效法规，进一步提升传统车用内燃机能效成为了促进内燃机科技发展的最大动力。为满足节能减排这一重大需求，针对本领域研究存在的问题，本课题以某车用增压柴油机为研究对象，借助增压柴油机测控系统、一维及三维仿真平台，开展了能量流与(火用)流的分析及能效优化研究。确定了能量流与(火用)流分布特征、变化规律以及边界参数对其影响机制。探讨了利用边界参数协同控制实现车用柴油机能效提高的途径。本文开展的主要研究工作和所获结论概要如下：
　　(1)建立了高精度、快速响应的增压柴油机测控系统、一维及三维仿真平台，可实现柴油机动力、热力、燃烧等参数的快速精准测量，满足柴油机能量流及(火用)流的研究需求。构建了以余能可用系数、能量及(火用)敏感度、能量及(火用)畸变系数、有效热效率（以下简称热效率）、(火用)效率、缸内(火用)损率等参数为主要定量化指标的增压柴油机能量流及(火用)流的分析与评价方法。
　　(2)基于能量流及(火用)流分析与评价方法，明确了增压柴油机全工况能量流及(火用)流分布特征。通过试验手段研究了边界参数对排气及传热余能可用性的影响。主要结论包括以下几点：
　　1)在全工况区域内柴油机低能效区与低负荷区基本重合，高能效区多集中在中等转速下的高负荷区，热效率与(火用)效率的最大值分别约为43.5%和41%，全工况范围内负荷小于15%工况下的热效率均小于30%；2)排气能量及排气(火用)功率呈相似的分布特征，高转速高负荷区是排气余能回收的重点区域，高负荷工况下的排气余能可用系数较高；3)全工况传热能量及传热(火用)占比的分布特征基本一致。传热余能可用系数几乎不受转速的影响且正相关于负荷。高转速高负荷区是传热余能回收的重点区域，而在低转速低负荷区应避免“过度冷却”效应；4)高(火用)损区与低负荷区基本重合，特别是在高转速的低负荷区，(火用)损失占比甚至超过50%，中等转速的高负荷区(火用)损失占比最低，最低值约为30%；5)强化缸内混合气在燃烧过程中的高温及稀燃特征，可有效抑制缸内(火用)损失；6)适当地减小高温工质与冷却液之间的有限温差可有效地降低传热余能可用系数，而强化缸内低温及快速燃烧特征可有效地降低排气余能可用系数。
　　(3)采用实验与仿真相结合的研究手段，调节进气温度、冷却液温度、EGR率、喷射正时及喷射压力。探究了边界参数对增压柴油机工作过程中能量及(火用)平衡关系、能量与(火用)敏感度、能量与(火用)变化历程、缸内(火用)损失的影响。主要结论包括以下几点：
　　1)进气温度由30℃增至70℃，柴油机能效及(火用)损失占比均降低，而排气项占比、传热项占比均升高。低负荷工况及低进气温度下有效功对进气温度的敏感度较高。进气温度对缸内(火用)损失影响的根本原因在于对局部温度的影响；2)冷却液温度由50℃增至90℃，传热项占比显著减小而能效提升，B75工况下传热能量占比降低了4.05%，而热效率提升1.99%。冷却液温度对缸内(火用)损失的影响较为微弱。在中高冷却液温度下的有效功敏感度最高；3)EGR率由5%增至30%，能效先增加后减少，(火用)损失占比先减少后增加，均在约10%EGR率附近取得变化曲线的转折。EGR对缸内(火用)损失影响的根本原因在于对局部温度及当量比的影响；4)随喷射正时的提前，柴油机能效有所提升。有效功对靠前的喷射正时敏感度较高。喷射正时对于增压柴油机(火用)损失影响的根本原因在于对缸内局部温度的影响；5)增压柴油机能效正相关于喷射压力。相比喷射正时，喷射压力对各部分能量流及(火用)流占比的影响较弱。有效功对喷射压力的敏感度较小。喷射压力对于缸内(火用)损失影响的根本原因在于对局部当量比的影响；6)对于不同工况，基于边界参数主动控制的能效优化方向具有相似的特征，即低进气温度，高冷却液温度，低EGR率、靠前的喷射正时及高喷射压力。
　　(4)在典型的增压柴油机瞬变工况下，调整加载时间、进气温度、冷却液温度、EGR阀开度等边界参数。探究边界参数对增压柴油机瞬变工况下能量流及(火用)流的影响机制，包括：能量及(火用)平衡关系、能量及(火用)畸变特征等。在此基础上，利用分段加载策略探究了增压柴油机瞬变工况能效优化方法。主要结论包括以下几点：
　　1)加载过程中热效率及(火用)效率均呈先升高后降低的趋势，排气项与传热项占比均呈逐渐降低的趋势。短加载时间下的能量流及(火用)流畸变最为显著，3s加载结束时的热效率较7s加载结束时的热效率低约6%。瞬态工况下，出现了显著的燃料不完全燃烧损失项，导致了瞬变过程的能量流畸变、能效下降；2)随进气温度升高，相同加载时间下柴油机能效降低，排气项及传热项占比均有所升高。低进气温度有助于抑制柴油机加载过程中能效的畸变；3)随冷却液温度升高，相同加载时间下的柴油机能效提升，传热项占比显著降低，而不完全燃烧损失及(火用)损失占比的变化不明显。高冷却液温度下的有效功畸变系数较小。强化瞬变过程中传热系统的绝热特征可有效提升柴油机能效；4)相比其它的边界参数，EGR阀开度对柴油机瞬变过程能量流及(火用)流的影响最大。EGR及进气迟滞的叠加效应大幅延缓了瞬变过程中柴油机各部分能量及(火用)的响应性，随EGR阀开度的增加，响应的延迟程度、能量及(火用)畸变系数均增大；5)在分段加载策略中，不同加载要素中对能效的影响由重至轻分别为：首段加载时间、停滞时间、第二段加载时间。较长的首段加载及停滞时间有助于各部分能量与(火用)畸变系数的降低及柴油机能效的提升。
　　(5)开展了面向能效最优化的边界参数协同优化工作。根据能效最优的增压柴油机关键边界参数协同原则，获得最优能效及其解集，通过博弈的方式择取兼顾排放的能效最优解。主要结论包括以下几点：
　　1)在不同优化工况下，最优能效及其解的分布相对集中，普遍具有低EGR率、高冷却液温度及低进气温度的特征；2)在兼顾排放的能效最优解中，随负荷升高，EGR率向低EGR率方向推进，进气温度向高温方向推进，而冷却液温度却变化不大；3)与低负荷工况相比，高负荷工况具有更高的能效优化潜力，优化工况1~3下能效优化幅度分别为1.5%，1.8%及2.3%。