柴油机具有循环热效率高、燃油经济性好且工作可靠耐久等优点,广泛应用于大型机械和重型车用、船用动力等方面。随着工业生产和国防等领域对重型机械动力装置性能要求的提高,以及人们对能源与环境问题的日益关注,对柴油机燃烧和排放性能的要求也在不断提高。在众多技术手段中,提高燃油喷射压力是改善柴油机燃烧性能的主要途径之一。目前,燃油喷射逐渐向超高压方向发展,但目前人们缺乏对超高压条件下柴油机燃烧特性的研究。因此,明确超高压喷雾参数对柴油发动机燃烧和排放特性的影响规律,对进一步提高柴油发动机燃烧性能,同时降低污染物排放水平具有重要的现实意义和工程应用价值。本文通过三维仿真软件FIRE建立了燃烧室几何模型,依据网格独立性进行燃烧室网格的划分并且生成相应动网格,选用各种模型并通过对比实验结果,比较了实验缸压曲线与仿真曲线,确定了EBU湍流燃烧模型和WAVE模型中的关键参数,验证了模型的准确性。研究了燃油喷射压力(分别为160MPa、200MPa、250MPa及300MPa)对缸内流场湍动能、火焰发展、燃烧放热率、滞燃期、燃烧持续期和缸内平均压力、温度等方面的影响,分析了柴油机在超高压燃油喷射压力条件下的雾化混合及燃烧性能的变化情况。结果表明超高压燃油喷射可显著改善雾化质量,增强缸内湍动能,促进油气混合和燃烧,有效缩短燃烧滞燃期和持续期,提高热效率与燃油经济性。然后,研究了在超高压燃油喷射条件下(300MPa),燃烧系统参数(喷油定时、油束夹角、喷孔数、孔径及涡流比)对缸内燃油雾化、油气混合、燃烧及排放性能的影响规律。同时,为了探明二次喷射在超高压燃油喷射条件下对柴油机燃烧及排放性能的影响。本次研究固定两次喷油间隔为15°CA,开展了预喷油量分别总油量的5%、10%、15%对燃烧过程影响的仿真分析。结果表明:增加喷油定时(提前喷油),燃烧放热会整体提前,燃烧持续期缩短,滞燃期增呈线性增长;增大油束夹角会导致油束落点向燃烧室余隙区域偏移,可促进燃-空混合气的形成。随着喷孔数增多,喷雾油滴平均粒径变小,改善了燃油雾化;涡流比增大加剧了缸内气体的周向流动。对于某特定燃烧室结构,涡流比的选取不易过大也不宜过小,存在一个最优值;引入预喷策略可使缸内压力变化更为平缓,有利于柴油机运转的平稳性。最后,为了明确不同燃烧室形状对柴油机工作性能的影响,研究分析了缩口燃烧室、直口燃烧室、扩口燃烧室三种不同燃烧室类型对缸内混合气形成、燃烧放热及性能的影响规律。对比分析了每种燃烧室类型的径深比(分别为5.1、7.7、4.6、6.8、5.2、6.7)对油气混合与燃烧性能的影响。结果表明:扩口燃烧室的混合气形成最均匀,燃烧过程和火焰传播速度更快;提高径深比可以明显降低三种燃烧室类型下的缸内峰值压力和温度。最后以燃油经济性为主要指标,选出了最优燃烧室类型为扩口燃烧室,径深比为5.2,然后通过优化喷油定时对缸内燃烧压力峰值进行了控制。图102幅,表12个,参考文献66篇。