高强化柴油机的转速高、循环喷油量大、喷油压力高、油气混合及燃烧时间短,因此想要组织合理的燃烧过程、形成高质量混合气的困难程度也越高。而燃烧系统是油气混合进行最直接、最关键的部分,因此对于燃烧系统的研究具有十分重要的意义。本课题针对某单缸高强化柴油机的燃烧系统进行优化设计和仿真模拟,研究双层分区燃烧系统对高强化柴油机燃烧和排放性能的影响。主要研究内容如下:（1）运用GT-POWER搭建高强化柴油机的一维仿真模型,CONVERGE搭建高强化柴油机三维仿真模型,并根据台架试验数据进行仿真模型的标定,误差在5%以内,确保了模型的准确性。（2）保持原机燃烧室的压缩比不变,原机的喷孔总数和喷孔直径不变,对原机燃烧系统进行优化设计得到新燃烧系统——双层分区燃烧系统,即双层燃烧室匹配双排喷孔,并对双层分区燃烧系统进行三维燃烧仿真模拟,将仿真结果与原机进行对比分析,结果表明双层分区燃烧系统的指示功率与原机相比有所提升,同时排放物NOX和Soot的比排放与原机相比均有所降低。（3）对双层分区燃烧系统的燃油喷射参数进行单因素仿真研究分析,包括上排喷油夹角、下排喷油夹角、喷孔布置和喷油提前角,分别研究四个因素对高强化柴油机燃烧和排放性能的影响。结果表明,适当增大上排喷孔喷油夹角会使得燃烧室顶隙处的空气利用率提高;适当减小下排喷孔喷油夹角有利于下层燃烧空气利用率的提高;喷孔的布置会影响燃油在燃烧室内的分布范围,适当增加上排喷孔数有利于燃烧的进行;适当增大喷油提前角会使得缸内燃烧更集中。（4）通过正交试验对双层分区燃烧系统的喷油参数（上排喷油夹角、下排喷油夹角、喷孔布置和喷油提前角）进行优化,建立了四因素三水平正交试验表并进行正交试验,对试验结果进行分析,得到了以动力性能——指示功率为主要指标,排放性能为次要指标的最优喷油参数组合方案A3B3C2D1,即上排夹角为81°,下排夹角为58°,喷孔布置为上7下5,喷油提前角为13°CA BTDC。将最优组合模型仿真结果与优化前的仿真结果进行对比分析,结果表明,双层分区燃烧系统正交试验优化后模型的指示功率比优化前提升了5.49%,发动机的动力性能有了进一步的提升,同时Soot的比排放与优化前相比降低了31.7%。