发动机进气变组分控制及燃烧研究是作为解决发动机燃烧与排放的主动控制技术而提出的。在内燃机燃烧过程中,有效的分层变密度空气组分组织进气和控制模式既可对冷启动燃烧与排放效果起到举足轻重的作用,也对其它工况的缸内燃烧不均衡问题起到积极的改进作用。通过富氧变密度分布和分层,不但利于降低冷壁淬熄的燃烧不利作用,而且减少燃烧高温区域的富氧程度,抑制由富氧燃烧造成NOx增加的负面影响,达到更有效的区域性燃烧控制。本研究通过CFD软件及平台对进气变组分发动机进气、压缩及燃烧过程进行了数值模拟。为了实现连续发动机工作过程,引入动网格技术,使用有限速率/涡耗散模型模拟发动机燃烧过程。研究工作着重分为两部分,富氧变组分和富氮变组分,不但包括变组分控制分析,还包括燃烧影响作用的初步分析。主要采用富流气体喷射压力、喷射位置、喷射角、喷射脉宽和形式等控制,并以进气道富流气体喷射与空气混流对缸内过程分析为基点,如研究压缩过程终期的变组分和分布特性,以达到控制燃烧目的。在变组分富氧进气缸内浓度场可控性模拟研究中,系统研究了富氧气流喷射压力、喷射位置、喷射角、喷射脉宽和形式的影响特性。结果表明,低转速下,在一定的位置(位置Ⅰ)且富氧喷嘴夹角a=55°左右时,压缩终了可以在缸内形成氧气浓度中间稀外层浓的变密度分布。采用两段式喷射在浓度场变密度分布上要优于三段式喷射。在两段式喷射中,采用先停后喷策略,最终浓度场和富氧水平均好于先喷后停策略,在上止点后30°CA左右启动富氧喷射较好。富氧喷射氧浓度每增加2%缸内平均氧浓度提高1.2%左右,从经济性角度考虑选用适宜富氧浓度即可。随着富氧射流压力增加,缸内易于形成中间稀边层浓的氧气变密度分布效果,以2-3atm为宜。在变组分富氮进气可控性模拟研究中,也系统研究了富氮气流喷射压力、喷射位置、喷射角、喷射脉宽和形式等的影响特性。研究表明,在一定的位置(位置Ⅲ)且富氮喷嘴夹角0=45°左右时,压缩终了可以在缸内形成氧气浓度中间稀外层浓的变密度分布。变组分富氮进气两段式喷射优于三段式喷射。在两段式喷射中,采用先停后喷策略,在上止点后90°CA左右启动富氮喷射较好。富氮喷射浓度每增加2%缸内氧浓度下降0.3%左右,从经济性角度考虑选用适宜喷射浓度。富氮射流压力不宜过大,以2-3atm为宜。此外,计算低转速时不同进气模式的富氧燃烧,发现可控组分分布的富氧进气模式与常规相同富氧水平进气比较,其燃烧压力及燃烧温度均有所提高,且CO生成降低；提高进气温度可以进一步提高富氧燃烧的压力和温度,降低CO生成。在中转速时,不同进气模式的富氮燃烧,采用可控组分分布的富氮进气模式,其燃烧性能得到改善,CO生成较均匀富氮进气时下降。随着进气温度增加,燃烧温度增高,CO生成变化不大。纵观进气变组分分布控制研究,富流喷射可以实现发动机进气浓度场变密度分布控制,并改善燃烧,为进一步探索富流气体控制提供依据。从而,通过更有效地的区域性燃烧控制,实现燃烧室内区域性的燃烧平衡和燃烧温度均匀化,降低最高燃烧温度,解决以往常规全区域均匀富氧造成的高燃烧温度和NOx排放问题,抑制了由于燃烧旺盛区域局部富氧而造成NOx增加的负面影响。因此,通过内燃机进气过程富氧程度的区域性组织,结合内燃机燃烧区域差异,重整组分变密度部分和分层控制是富氧富氮燃烧应用深层次发展的关键技术。