随着能源匮乏和环境污染的日益严重,对柴油机排放提出更严格的要求,迫使研究人员开发新型柴油机和新技术,因结构紧凑、高转速、升功率高等优点的高功率密度(HPD)柴油机便应运而生,为解决上面的问题,重点是关注燃烧室内的气流运动、喷雾燃烧进程。径深比是燃烧室的重要参数,喷油正时、喷雾夹角是喷油策略的关键参数,研究三者对HPD柴油机缸内工作进程的影响,具有重要的指导意义。本文采用软件FIRE建立了燃烧室网格模型,并与试验对比验证,分析了原机和新设计的II型两种燃烧室对发动机燃烧性能的影响,在压缩比不变的条件下,通过参数化设置,设计了三组径深比方案,研究了在标定功率、标定转速下,径深比对气流运动的影响规律以及在有喷雾时对燃烧室内气流和喷雾两相混合流动的燃烧过程和排放性能的影响,分析了喷油正时、喷雾夹角对燃烧和排放性能的影响。研究表明:(1)通过匹配涡流比的II型与原机对比,平均压力峰值提高了12.7%,平均温度峰值提高了16%,燃油消耗降低了6.12%,指示功率升高了26.8%,指示扭矩提高了26.87%,放热集中且累计放热量较高。(2)径深比影响气流和燃油在燃烧室空间的分布,当径深比从3.49变化到5.73时,指示功率和扭矩均是先升高后降低,而比油耗则呈现先降低后增大,NO排放降低显著,soot排放明显升高,同时,随着径深比的增大,缸内燃油蒸汽由凹坑底部向挤流区域发展,从而导致缸内温度场、浓度场存在差异,当径深比为4.4时,油束介于整个燃烧室的中心,气流运动强度和保持性较好,温度分布均匀,形成椭圆形的油束核心,缩短了滞燃期,使得燃烧重心更靠近上止点,做功能力得到加强,适当增加径深比,有利于气流运动和促进燃烧进程,本机径深比为4.4的II型性能最佳。(3)从宏观和微观尺度分析喷油提前角和喷雾夹角对缸内燃烧和排放性能综合研究发现:喷油提前角通过影响滞燃期的大小从而对HPD发动机性能造成影响,喷雾夹角影响空气阻力从而影响燃油周向分布以及喷雾贯穿距,优化获得喷油正时为18oCA BTDC,喷雾夹角为155o时,在不降低动力性的前提下,燃油经济性和排放性能得到大幅度改善。