柴油机缸内气流运动与燃油喷射之间的密切配合,共同决定缸内燃烧品质。由柴油机进气道所组织的气流运动形式,直接影响了燃油与空气的混合,同时还将对火焰传播速率产生较大影响。本文通过分析柴油机气道-缸内流场,掌握了二者的对应关系与变化规律,并在其基础上合理组织缸内气体运动形式,实现了分层燃烧,进而研究EGR分层燃烧对发动机燃烧及排放特性影响研究。针对气道-缸内稳态/瞬态流场分析的研究表明:可视化稳流试验得到的气缸壁面示踪粒子浓度分布与数值模拟的速度矢量分布,示踪粒子浓度梯度分界线与进气道进气截面流线在缸内近壁面的运动规律,均具有良好的对应关系。YN33螺旋气道右上区的进气较多分布于气缸中心区域;左上区进气绕气缸轴线做旋转运动,左下区进气紧贴缸壁向燃烧室下部做旋转运动,右下区进气与气门导杆碰撞,气流分成两组,并向着相反方向运行。通过分析缸内的瞬态流场可知,气缸及燃烧室内各径向截面的涡流强度,在进气行程主要由进气流动主导,而在压缩行程则主要由活塞运动所主导;被挤入ω燃烧室的气体的涡流会因旋转半径的减小而加强,在喷油起始时刻,压缩余隙与燃烧室凹坑涡流强度较小,燃烧室缩口处涡流强度最大。针对分区进气研究表明:在YN33螺旋进气道的4个进气截面中,通过进气道右下侧进气截面的进气量最多,占总进气量的27.3%,通过进气道左上侧进气截面的进气量最少,占总进气量的22.4%。时序分区进气表明:4个区域进气对缸内进气总量贡献的差异由前段进气与后段进气所决定,且后段进气对其影响更大。前段进气总体上在缸内会形成上稀、下浓的分布特点;中段进气中,进气道左上区和左下区进气在缸内浓稀分布较为明显,进气道右上区和右下区进气在缸内浓度梯度差较小;后段进气在缸内均会形成上浓、下稀的分布特点。开展了气道关键结构参数对缸内涡流强度的研究,结果表明:将YN33进气道绕气门中心轴线逆时针旋转时,缸内涡流强度增加;而顺时针旋转气道,缸内涡流强度大大降低。YN33进气道螺旋室高度增加或减少,缸内涡流强度均会降低。随着YN33进气道距离气缸中心轴线距离的增加,缸内涡流强度逐渐减小;进气道靠近气缸中心轴线时,缸内涡流强度先减小后增大,且增大后的涡流强度略高于原机涡流强度。开展了气道结构参数对缸内充量环形分层的研究,结果表明:在不同进气道偏转角下,对于A、B区进气,随着进气道逆时针旋转角度的增加,缸内涡流强度增加,涡流旋转运动加强了对该区进气的引导作用,使A、B区进气在燃烧室内逐渐形成更为规则的环形分布。在不同螺旋室高度下,随着进气道螺旋室高度增加或减少,均会使B区进气,在燃烧室内的环形分布趋于规则,但由于B区进气绕气门导杆旋转角度的改变,高浓度CO₂区域在燃烧室内分布也有所不同。在不同进气道偏心距下,B区进气,随着进气道靠近气缸壁,在燃烧室内的环形分布更加规则,且由于进气道与气缸壁间距离的减小,高浓度CO₂区域也更加贴近缸壁,而随着进气道远离气缸壁,高浓度CO₂区域也逐渐靠近气缸中心。D区进气,当进气道偏心距增加时,该区进气初步形成环形分布但不明显,且此时燃烧室内浓度梯度较小。针对缸内EGR轴向与径向分层的燃烧与排放特性研究表明:Max-AS_EGR条件下缸内压力、缸内温度、累计放热量明显大于AS_homEGR。与AS_homEGR相比,Max-AS_EGR缸内NO_X增加4.9%、Soot下降12.9%、CO下降11.6%。与RS_homEGR相比,Max-RS_EGR火焰传播速率减缓,进而导致缸内压力、温度下降,缸内压力、温度峰值分别下降0.3MPa、48K。燃烧的恶化导致Max-RS_EGR下的燃料不能充分燃烧,累计放热量也减少了41J。Max-RS_EGR条件下,缸内NO_X减少22.6%、Soot增加19.9%、CO增加10.7%。随着轴向浓度梯度分层的增加,NO_X生成量有所增加,但增加幅度较小,Soot和CO生成量则大幅下降。随着径向浓度梯度分层的增加,NO_X排放大幅降低,但Soot和CO排放大幅度增加,缸内燃烧急剧恶化。