小型非道路柴油机在我国应用广泛,而单缸柴油机作为最具代表性的一类,是工程机械、农业机械、林业机械、渔业机械及发电机组等机械设备的主要动力源,随着社会对能源与环境问题的日趋关注,单缸柴油机面临着节能环保的巨大挑战。因此结合我国小型非道路柴油机的发展现状,开展高性能低排放小型非道路柴油机的研究工作具有重要实用价值及学术意义。　　 本文针对我国燃料供应现状及单缸柴油机受结构和用途限制的特点,以EH24单缸柴油机为研究对象,从机内净化的角度出发,研究分析降低单缸柴油机排放的方法。一方面改善燃油系统性能,主要通过加大喷油泵柱塞直径与油泵凸轮升程、优化凸轮型线、减小高压油管直径、改进喷油器类型及参数等措施,增大了喷油压力,优化了喷油规律;另一方面优化缸内油气混合过程,改进燃烧室结构,科学设置燃油喷注在燃烧室内的周向及轴向分布,促成燃油和进气的时间与空间的细化和配置,同时降低进气道涡流比使之与高压喷油相匹配,改善混合气形成和扩散燃烧过程。分析得出了单缸柴油机节能减排的途径和措施,改进后的柴油机排放指标基本达到了美国EPA第Ⅳ阶段法规限值。　　 利用三维虚拟仿真技术,对燃油供给系统与燃烧系统参数进行协同匹配设计,分析了不同参数变化对排放结果的影响,最终找到最优匹配方案:采用5孔0.21mm孔径74°喷雾锥角的P型喷油器,配合0.88缩口率的燃烧室及进气涡流比为2.5的气道,供油提前角推迟至上止点前8°CA,在减少Nox的同时SOOT排放也明显降低。对模拟计算的匹配方案进行试验验证,利用油管压力测试仪器验证优化后的燃油系统性能,结果显示,标定工况时改进方案的泵端压力达到62.8MPa,嘴端最高压力达到了70.8MPa,较原机分别增大了52.8%和42.5%,燃油供给系统性能显著提高;通过燃烧分析及高速摄影等先进手段对优化方案进行进一步分析,更直观地研究了缸内燃烧过程的变化。整机排放试验结果证明,经过精心设计和细致组织,燃烧过程得到明显改善,CO、HC+Nox、PM排放分别减少了49%、58%、74%,燃油耗降低了6.9%,探索出了小型非道路柴油机高性能低排放的技术策略,为国内外同类机型的节能减排提供了切实可行方法。