当前,随着内燃机工业面临能源危机加剧、排放法规日益严格等问题,开发高效率、低排放的先进燃烧技术是应对这些问题的重要发展方向。为此,国内外学者提出了均质预混压燃、低温燃烧、部分预混燃烧、反应活性控制压燃、汽油直喷压燃等兼具高效率、低排放特征的新型燃烧模式。其中,汽油直喷压燃方式可以获得近似柴油机的热效率,显著提高汽油燃料内燃机的热效率,是很有发展潜力的新型燃烧模式。但是,由于汽油的滞燃期较长,在大负荷下,汽油直喷压燃方式会产生过高的压力升高率,发生燃烧粗暴问题。为此,本研究采用向汽油中添加小比例(30%)的加氢催化生物柴油,形成汽油/加氢催化生物柴油混合燃料,应用于内燃机。加氢催化生物柴油十六烷值高达103,可以起到调质剂的作用,改善汽油的自燃着火性能,并采用燃油分段喷射的方式,以少量燃油预喷射并燃烧,在缸内形成活化热氛围,以缩短主喷射燃油的滞燃期,从而改善大负荷下燃烧粗暴的问题。在分段喷射方式下,预喷射燃油质量分配的比例、预喷射定时、主喷射定时以及燃油喷射压力等参数对汽油/加氢催化生物柴油发动机燃烧和排放会产生何种影响,怎样的喷射策略参数配置可以获得良好的燃烧和排放性能,是值得深入探讨的问题。本文利用计算流体动力学数值模拟,探讨分段喷射策略对汽油/加氢催化生物柴油发动机性能和排放的影响,以期为燃烧系统设计提供参考。首先,采用三维CFD计算程序,建立了描述汽油/加氢催化生物柴油缸内流动、喷雾、燃烧过程的数值模型,并利用试验数据对模型的可信性进行了验证。在此基础上,利用数值模拟程序,研究了汽油/加氢催化生物柴油混合燃料喷射压力为60 MPa时,预喷射定时、主喷射定时和预喷射燃油质量比对燃烧和排放的影响。模拟结果表明,采用分段喷射比单次喷射能显著降低缸内压力升高率,改善燃烧粗暴的问题;随着预喷射定时的提前,预混合燃烧速率下降,有利于改善燃烧粗暴的问题,但过早的预喷射定时使大量混合气分布在活塞顶部的余隙区和缸套附近,会产生大量HC排放,比较合适的预喷射定时范围为-60~-20°CA ATDC;随着预喷射燃油质量比的增加,燃油消耗率会降低,但预喷射燃油的预混合燃烧放热率、缸内最高压力升高率和NOx排放增加,比较合适的预喷射燃油质量比范围为5~15%;随着主喷射定时的延迟,主喷射燃油的预混合燃烧放热率、缸内最高压力升高率和发动机NOx生成量呈下降趋势,但是燃油消耗率会增加,较为合适的主喷射定时为-10~-6°CA ATDC。此外,本文还探索了提高喷射压力对分段喷射汽油/加氢催化生物柴油发动机燃烧和排放特性的影响。模拟结果表明,随着喷射压力的增加,雾化质量提高,油气混合加速,可以使预喷射燃油形成更加均质的混合气,也可以加速主喷射燃油的扩散燃烧,有利于提高发动机热效率,降低碳烟排放,但也带来缸内最高压力和压力升高率升高、NOx排放增加等问题。将燃油喷射压力由60 MPa提高到80 MPa,各种主喷射定时下指示热效率均显著增加,但是当进一步提高喷射压力至100 MPa,虽然在改善碳烟排放方面有一定作用,但指示热效率将不再有明显的提高。综合考虑喷射压力和分段喷射策略对发动机缸内最高压力、压力升高率、发动机指示热效率、NOx和碳烟排放的影响,选取喷射压力80 MPa、预喷射燃油质量比10%、主喷射定时为-6°CA ATDC为最佳方案。