重型柴油机在高负荷下实现油气充分混合具有较大挑战。通过高速射流促进燃烧后期的油气混合，对于节能减排具有重要意义。在柴油机燃烧系统中，结合预燃室射流扰动和直喷式燃烧技术，具有提高热效率、降低排放的潜力。本研究针对大负荷工况下的重型柴油机，优化了预燃室参数和废气再循环(ExhaustGasRe-circulation,EGR)策略，探讨了预燃室式燃烧系统在柴油机上的应用。全文研究内容如下： 1.通过三维建模软件建立原燃烧室模型导入CFD软件CONVERGE中，选用并调试了合适的物理与化学模型，结合试验数据进行了大负荷工况下的标定验证，包括缸压、放热率以及排放(NOx和碳烟)。本文基于原机进行预燃室参数的优化，延用前人对预燃室优化完成的参数，研究了预燃室的喷油定时、预燃室的喷油角度、预燃室的半径、预燃室形状以及EGR上述参数变化下缸内油气混合、燃烧过程、能量分布与废气排放的影响规律，并对预燃室参数与喷油策略进行了逐步优化。 2.在大负荷工况下，将预燃室与直喷技术结合应用于重型柴油机上能够改善缸内的混合气形成情况，加快燃烧速率，提前燃烧相位，缩短燃烧持续期(CA90-CA10)，提高缸压峰值。然而，湍动能增大导致壁面对流换热系数增大，传热损失增加。就指示热效率而言，预燃室带来的增益和负面效果相抵消。改变预燃室参数对指示热效率影响不大。将预燃室喷油定时设定在上止点或上止点之前，不仅强化主燃室燃烧中后期的油气混合，也能保证主燃室火焰充分贯穿。适时的喷油定时能够使预燃室产生优质射流扰动缸内混合气，使可燃混合气分布广而均匀，燃烧充分，降低稀混合气比例，高温分布范围变广，引起碳烟和NOx排放下降。预燃室喷油角度过大与预燃室半径过小或导致预燃室内燃油的不完全燃烧，而预燃室喷油角度过小与预燃室半径过大会引起预燃室内部分未燃混合气流入主燃室中。 3.预燃室式燃烧室耦合EGR技术能够在不影响燃烧相位的情况下，进一步降低NOx排放。普通预燃室最终的优化参数为：预燃室喷油定时0℃AATDC，预燃室喷油角度54.5°，预燃室半径8.0mm，EGR率3%。优化结果：相较于原机，在指示热效率不明显下降的情况下，NOx排放较原机下降11.61%，碳烟排放下降9.97%。 4.经过对葫芦形预燃室的研究发现，葫芦形预燃室中的Bump环能够顺利将预燃室壁面上的燃油剥离。葫芦形预燃室相较于普通预燃室更能提高缸内湍动能，在该湍动能作用下降低了缸内过浓混合气的比例，使混合气分布更加均匀，导致NOx和碳烟排放降低。经优化后的葫芦形预燃室上下球径比为7∶8，NOx排放较原机下降5.64%，碳烟排放下降4.66%。
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