重型柴油机主要耗能集中在大负荷工况,该工况以扩散燃烧为主,油气混合速度决定了扩散燃烧速率,因此提高油气混合速率是实现大负荷工况高效清洁燃烧的关键。本文以促进大负荷工况下的油气混合速率,提升热效率以及降低有害物排放为目标,通过台架试验和数值模拟相结合的手段,研究进气参数（进气压力、进气门关闭定时）以及喷射参数（喷孔直径、喷射压力、喷油定时）对低速大负荷工况油气混合、燃烧和排放的影响规律,为实现油气混合速率的进一步提高,提出预燃室射流扰动强化燃烧系统概念并对其进行了初步探索。本文基于一台改装的高强化重型柴油单缸机进行试验研究,其中进气参数方面的研究表明,高增压带来的高充量密度有助于加快油气混合,燃烧放热更加快速集中,结合进气门晚关在最大爆发压力限值下进一步提高充量密度,可在提高指示热效率的同时降低排放。基于Converge的数值模拟结果表明,提高充量密度（从46.5kg/m~3提高至63.6kg/m~3）能够加快油气混合速率,减少燃烧室内的燃油浓区和活塞壁面上的燃油堆积量,当量比大于2的过浓混合气质量分数峰值从36.6%降低至17.4%,显著加快高浓度混合气向低浓度混合气转变。喷射参数方面的研究表明,随喷孔直径增大（从0.169mm增大至0.218mm）,最高爆发压力和瞬时放热率峰值均有升高,燃烧持续期缩短,指示热效率提高,而碳烟排放增加,NOx排放先增后降。增大喷孔直径后,通过与高增压和高轨压的协同作用,可进一步提高放热率峰值,获得较好的燃烧性能。研究放热速率对喷孔直径、共轨压力和进气压力的敏感性发现,喷孔直径对放热速率的影响较大,敏感性最高,共轨压力次之,进气压力敏感性最小。通过数值模拟发现随喷孔直径的增大,油滴分裂破碎的能力有所下降,液核长度增加,但增大喷孔直径会增加单位时间内的气相燃油生成量,使更多的气相燃油参与燃烧,放热更加集中。为实现油气混合速率的进一步提高,创新提出预燃室高速射流扰动强化燃烧系统,通过数值模拟进行了初步探索。研究表明,预燃室射流的介入能够显著改善主燃室燃烧过程中的油气混合,瞬时放热率峰值升高,燃烧速率加快,燃烧持续期缩短,具有提升指示热效率的潜力。预燃室喷油定时决定了射流介入主燃室的时刻,随预燃室喷油定时的推迟,射流介入主燃室的时刻也相应推迟,但射流湍动能增加,射流持续期变长。本研究中6deg.ATDC的预燃室喷油定时较为合理,产生的扰动射流主要作用于主燃室燃烧中后期的油气混合过程,相比于原机,放热率峰值增大27.7%,燃烧持续期缩短16.8%,表现出较好的燃烧性能。