中文摘要：

为满足更严格的EPA非道路用发动机排放法规要求，尽快开发面向"三农"的经济适用、环保节能的新型单缸高速柴油机已成为内燃机工作者的迫切任务。而以较低成本加速混合气形成、提高燃烧效率成为这项工作的关键。本项目提出的基于伞喷的直喷式柴油机涡流室燃烧系统，结合了直喷式和涡流室式柴油机的优点，利用伞状喷雾扩散性强、喷油速率快、贯穿距短的优点加速混合气形成，提高混合气的均匀度，控制着火时刻，实现快速燃烧。通过喷雾、燃烧过程数值模拟和缸内喷雾燃烧火焰结构分析的研究手段来揭示新型燃烧系统涡流、挤流和湍流演变规律及时间和空间分布规律；揭示喷雾、混合气形成、燃烧过程和污染物生成的特点和规律及燃烧过程火焰与温度在时间和空间上的演变历程，明确颗粒物在燃烧过程中生成区域和温度场之间的关系，提炼出表征其燃烧特性及着火控制的关键参数，提供能降低柴油机NOx和PM排放的新途径，将有望使发动机有害排放控制技术取得新的进展。

结论摘要：

本项目提出了基于伞喷的直喷式柴油机涡流室燃烧系统，系统地阐述了新型燃烧系统的核心思想及主要特征，建立了基于伞喷的直喷式柴油机涡流室燃烧系统的模拟计算模型进行了喷雾、混合气形成及燃烧过程和排放的模拟预测，利用数值模拟优化的结果加工了燃烧室和喷油嘴，并开展了发动机台架试验研究。 研究了喷油提前角、燃烧室形状、涡流比、喷油锥角、通道宽度等因素对喷雾和燃烧过程以及有害排放物生成的影响，获得了影响新型燃烧系统的关键特征参数，揭示了缸内混合气形成、气流运动及燃烧过程和有害物生成的特点与规律。通过发动机台架试验对优化方案进行验证，分析所选参数对新型燃烧系统的影响程度。数值模拟研究结果发现缸内的挤流强度存在极值，在压缩行程，随着活塞上行，挤流强度逐渐变大，在上止点之前约20°达到最大，而后下降，在接近上止点时，达到极小值。在喷雾之前，缸内的湍流主要受挤流的强弱所控制影响；在喷雾和燃烧情况下，缸内的湍动能大小及温度场分布受燃烧涡流和逆挤流共同作用影响。试验研究结果发现对于新型燃烧系统较之原机，兼顾经济性及排放性能，应采用较小的供油提前角为宜，不应大于10°CA BTDC。通道宽度不宜过小，低于3mm时启动着火较困难。油嘴伸出缸盖底面的高度对喷雾和燃烧过程也有较大的影响，应使在喷油时刻，喷雾正好能在气流作用下进入通道为宜。在中小负荷情况下，发动机的氮氧化物排放较原机有所降低。 本项目的研究工作丰富和发展了伞喷燃烧理论，提供了能降低柴油机NOx与PM排放的新途径，对认识新型燃烧系统的燃烧规律和污染物生成与降低机理有重要的学术参考价值。计划下一步通过可视化激光诊断试验获取伞喷气液相浓度分布和碳烟体积分数的定量数据。 通过本项目的研究，对柴油伞喷喷雾模型数值模拟进行了修正与完善，揭示了基于伞喷的直喷式柴油机涡流室燃烧系统的喷雾、燃烧过程及排放的特点和规律。发表了国际期刊论文6篇，国内期刊论文5篇，国际会议论文3篇，国内会议论文5篇，其中SCI检索4篇，EI检索8篇。申请了与柴油机喷雾和燃烧相关的发明专利3项，获批实用新型专利1项。培养硕士研究生4名。项目的主要参与人员获批省部级以上课题6项。