随着排放法规对车用发动机瞬变工况排放限值的要求越来越严格，发动机瞬变性能的研究显得尤为重要。本研究以一台车用重型增压柴油机为研究对象，选择柴油机的恒转速增转矩工况作为瞬变性能研究的典型工况，利用瞬变工况测控系统和STAR-CD软件开展台架试验和仿真相结合的研究，具体包括：试验研究了典型瞬变工况下车用柴油机宏观参数的变化规律、瞬变性能劣变程度以及柴油机瞬变工况性能的评价方法；利用CFD软件从缸内物理场分布揭示了车用柴油机瞬变性能劣变的机理，为制定主动优化控制策略提供了理论依据；根据劣变规律及瞬变性能劣变的原因，制定了以喷油和加载策略为主的优化控制策略，实现了对柴油机瞬变性能劣变的有效控制。1、为了全面、准确的评价柴油机的瞬变性能，本文提出了用以评价柴油机瞬变过程的动态响应、性能劣变程度以及综合性能的评价指标：滞后系数、劣变系数、瞬变总量及瞬变平均值，同时定义了相关的特征参数，上述参数及评价指标有助于更好的理解、剖析柴油机瞬变过程，且能对柴油机瞬变性能以及不同优化控制策略的优劣情况做出清晰、全面和准确的判断。2、利用瞬变工况试验测控平台及瞬变性能评价指标，本文从宏观角度对柴油机不同瞬变工况中关键性能参数的动态响应和劣变规律进行了研究，结果表明：在瞬变过程中，柴油机的供油量、转矩、进气量和NOx的滞后系数依次增大、响应速率依次降低，随着加载率的增大或加载起始点负荷的减小或恒定转速的降低，各参数的响应速率减小；与稳态相比，瞬变过程中柴油机存在进气延迟、空燃比降低、燃烧相位推迟、有效热效率降低、烟度和CO排放增加等燃烧劣化问题，且随着加载率的增大或加载起始点负荷的减小或恒定转速的降低，柴油机的恶化程度加重。柴油机瞬变工况的燃油消耗率在各转速的低负荷和大负荷工况的恶化程度最为明显，而烟度和CO排放的劣变程度随着负荷的增加或转速的降低而增大，即在中、低转速的大负荷区域最为严重；而全工况范围内瞬变工况的NOx排放都低于相应工况的稳态值。3、为了剖析柴油机瞬变工况性能劣变的本质原因，本文以不同加载率的瞬变过程为例，利用试验和数值模拟相结合的研究方法，从柴油机瞬变工况下关键性能参数的响应特性、燃烧过程以及缸内物理场的分布和演变三个方面分析了柴油机瞬变工况性能恶化的本质原因，研究结果表明：从参数响应的表观现象分析，柴油机在瞬变工况下性能劣变的主要原因是增压器和供气延迟造成的供油和供气速率不匹配；从燃烧过程的分析得出，柴油机发生瞬变性能劣变的主要原因则是燃烧相位滞后和燃速率降低造成的燃烧劣变；对缸内物理场演化规律的研究发现：瞬变工况下柴油机性能劣变是由于缸内“油气混合驱动能量”降低，导致燃油雾化、蒸发、混合等速率下降，造成缸内浓混合气增加、稀混合气减少以及燃烧速率降低而引发的。值得注意的是，“油气混合驱动能量”是随时间变化的，需要通过合理调节边界条件，以实现对最大“油气混合驱动能量”的有效利用。soot生成区与浓混合气区（φ>2）的相关性更强，即缸内决定soot生成的主要条件为浓混合气的量，控制瞬变工况碳烟排放的关键在于提高缸内“油气混合驱动能量”以促进油气混合效果。而NOx生成区与NOx高温区体积的关系更强，在中小负荷工况影响NOx排放的主导因素是高温区体积，在大负荷则是稀混合气量。4、为了研究核心燃烧边界条件对瞬变工况缸内混合气形成要素及燃烧劣变的影响规律，为之后制定柴油机瞬变性能劣变的控制策略奠定基础，本文利用数值模拟分析手段，研究了喷油正时、喷油压力、全局空燃比和喷油时刻缸内充量温度四个燃烧边界条件对瞬变过程柴油机典型负荷工况缸内“油气混合驱动能量”及燃烧过程的影响，结果表明：提前喷油正时能使瞬变工况下发生滞后的燃烧相位恢复到稳态值，对中小负荷燃烧过程的改善程度较高，而对大负荷却有恶化的趋势。喷油正时能对“油气混合驱动能量”、各混合气区间及soot生成区所处的相位实施有效控制，实现对燃烧的优化控制。在瞬变过程中，以喷油正时作为主要调节边界时，在中小负荷主要以提高燃烧效率和控制NOx排放为主，而在大负荷工况主要以控制soot排放为主。增大喷油压力能有效促进燃油的蒸发速率，使燃烧相位提前，同时也能提高缸内“油气混合驱动能量”，改善油气混合效果，使稀混合气的体积比例增加，从而有效降低瞬变工况下soot和大负荷工况的NOx排放，但中小负荷工况的NOx排放有所增加。增大瞬变工况的全局AFR能使“油气混合驱动能量”和稀混合气的比例增大、燃烧速率加快、剩余燃油率和soot排放降低，且对大负荷工况的改善效果尤为明显，但是NOx排放有所增加。增加缸内气体温度能使小负荷工况的燃烧相位提前、soot排放先降低后增加，但中大负荷的燃烧相位延后、中小负荷下NOx排放增加。因此，在瞬变过程的小负荷工况可以适当增大缸内气体温度，以促进燃油的蒸发和油气的混合过程。5、根据柴油机瞬变过程性能劣变的特性，本研究利用喷油正时、喷油压力和加载策略等控制手段对柴油机的瞬变性能劣变实施控制，得到如下结论：提前喷油正时能使瞬变工况延迟的燃烧相位校正到稳态值，提高热效率。当以喷油正时为燃烧控制条件时，且ΔCA50被控制在（0-5°CA）的区间内，烟度、NOx和热效率将获得良好的折衷性能，增大喷油压力能有效的改善柴油机瞬变工况的烟度排放。当以喷油压力为燃烧控制条件时，应控制ΔCA50在（2-4°CA）的区间内，使烟度和NOx排放、热效率以及可靠性具有较好的折衷性能。当实施“分段轨压”策略时，应保持瞬变前期的喷油压力不变或适当减小，而在瞬变过程后期适当增加喷油压力。“先快后慢”的加载策略能有效的提高柴油机的转矩响应，且“第一段加载率”和“过渡点负荷”越大，动态响应越好；合适的“过渡点负荷”和“加载停滞时间”的加载策略能使瞬变过程的有害物排放得到有效控制，且提高平均热效率。6、综合各控制策略的优势，对柴油机瞬变工况实施协同控制，实现对柴油机综合瞬变性能的改善。综合考虑柴油机转矩动态响应、排放性能以及热效率，则协同控制策略中的“策略3”为最具折衷效果的控制策略，它能使50%转矩动态响应提高59.35%，烟度和CO排放峰值较“原机”策略分别降低35.94%和10.05%，平均燃油消耗率降低3.41%；虽然NOx排放有所增加，但仍低于稳态值。