燃烧系统的设计和优化是柴油机性能设计研发的重要组成部分,开发高热效率、低排放燃烧系统的关键在于油、气、室三者的匹配。随着计算机技术的发展,采用CFD技术对缸内工作过程进行模拟,并使用优化技术对燃烧系统各项参数进行匹配,已经成为内燃机性能开发的重要手段,可有效缩短研发周期,降低研发成本。本文采用三维CFD软件AVL FIRE对一台中速柴油机在全负荷工况下的缸内燃烧过程进行了仿真计算,并耦合优化软件建立自动优化平台,使用优化算法对其全负荷工况下的燃烧系统进气参数、喷油参数和燃烧室型线进行了优化匹配。首先,本文在实验数据和一维工作过程模拟数据的基础上,使用AVL FIRE中ESE diesel模块对该柴油机燃烧室建模,选择合适的数值计算模型,对原始机型的燃烧过程进行仿真计算,并验证了计算模型的准确性,以此分析原始机型的缸内油气混合情况、燃烧排放情况。然后,采用AVL Design Explorer软件建立自动优化平台一,选取喉口直径、喉口处圆弧半径、凹坑半径、活塞中心凸台半径以及凹坑深度五个燃烧室结构参数为优化变量,以降低NOx和soot排放,提升功率为目标,采用标准遗传算法对燃烧室型线进行自动优化。优化共得到215个计算结果。研究结果表明:喉口直径较大且凹坑小而浅的燃烧室有利于降低该柴油机排放。优化得到的两个新燃烧室在NOx和soot排放上均有不同程度下降。最后,本文在第一步燃烧室优化的基础上,同样使用AVL FIRE作为CFD计算工具,耦合优化软件Isight,建立自动优化平台二,使用多岛遗传算法结合序列二次规划法对得到的两个新燃烧室匹配缸内涡流比、喷孔夹角、喷孔伸入燃烧室高度、喷油正时以及喷油持续期五个参数。分析各个优化参数对柴油机性能的影响。研究最终得到三个优化方案,各方案对柴油机性能均有不同程度提升。