随着环保要求的愈加严格,内燃机在高原环境下工作时的排放性能受到人们的关注,美国已颁布了高原环境下非道路用柴油机的排放法规,而国内现有研究多以柴油机的高原适应性为主,因此开展高原环境下非道路用柴油机燃烧及排放变化规律的研究具有重要的学术价值和实用意义。本文以186F柴油机为研究对象,采用试验研究与模拟计算相结合的方法对三个不同海拔高度下非道路用自然吸气柴油机的性能、燃烧、排放的变化规律和机理进行研究。样机试验表明:海拔高度从10m升高到1670m时,柴油机在相同最大输出功率工作时,燃油消耗率增大了5.3%,烟度从1.4BSU增加到2.6BSU。高原环境下,柴油机整机比排放HC、PM明显增大,HC、PM分别增大约43.4%和51.4%,CO和NOX排放的变化较小。柴油机示功图的分析结果是:海拔高度增加,柴油机缸内最高燃烧压力下降,燃烧始点推迟,燃烧品质变差。并且海拔高度越高,燃烧持续期越长,缸内最高平均燃烧温度越高。应用工程软件计算分析了不同海拔高度下标定工况时柴油机缸内燃烧过程的变化,结合试验结果得出:海拔高度增加,柴油机缸内喷射油束贯穿距变长,油束破碎和蒸发过程减缓,使得油气混合均匀性变差,燃烧室近壁面处易形成油气堆积,造成燃烧效率下降。从10m到1000m和1000m到1670m,燃烧效率分别下降了0.9%和2.1%。柴油机的理论循环分析得出:高海拔地区缸内压力升高比减小,初始膨胀比增大,工质的等熵指数减小等,使理论循环热效率随海拔高度增加而下降。而且缸内燃烧温度和排气温度的升高也会造成不可逆损失增大。标定工况时排气污染物的模拟结果得出:虽然高海拔时缸内氧含量下降,但此时燃烧室内高温区域扩大,活塞顶隙的未燃区域又提供了必要的氧气,使得NOX生成速率曲线的“第二峰”峰值要比平原地区大,造成标定工况时NOX排放略有增加。按等功率、等烟度和等过量空气系数的方法研究柴油机标定功率的标定,得出机械控制喷油的自然吸气柴油机,在高海拔地区运行时,为减少环境污染可根据使用地的海拔高度通过限油装置调整标定工况的喷油量,适当减少最大输出功率运行,能满足美国非道路柴油机排放法规的要求。对186F及同类型的柴油机而言,海拔高度每升高1000m,标定功率减小约8%较为适宜。