复合卷流燃烧系统是为提高柴油机缸内空气利用率、优化油气混合过程、改善柴油机经济性能和排放性能而开发的一种以燃烧室形状为核心的新型燃烧系统。为了全面了解复合卷流燃烧系统的工作过程,客观地评价复合卷流燃烧系统的燃烧排放性能,本文应用试验研究和仿真分析相结合的方法对复合卷流燃烧系统进行了系统的研究。在单缸机试验台架上对复合卷流燃烧系统的燃烧排放性能进行了研究。研究表明,燃油喷射角度是复合卷流燃烧系统性能发挥的关键因素,同一工况下匹配最佳燃油喷射角度油耗可降低10g/(kW·h),碳烟排放可降低81.5%左右。复合卷流燃烧系统同双卷流燃烧系统的对比试验结果表明,相同工况下,复合卷流燃烧系统的油耗较双卷流降低了4~5g/(kW·h),碳烟排放降低了60%左右,体现了复合卷流燃烧系统改善油气混合燃烧的优越性及应用潜力。在定容测试装置中对复合卷流燃烧系统不同背景条件和喷油条件下的喷雾及射流着火特性进行了研究。通过对冷态工作环境中雾注发展过程的研究发现,燃油射流均可在弧脊和分流造型的导流作用下发生卷流运动。通过不同背景温度、背景密度、喷油脉宽以及喷油压力下射流火焰发展过程的研究发现,在弧脊和分流造型的导流作用下均形成了卷流火焰。采用仿真计算的方法,对前述两种燃烧系统缸内的油气混合物形成、当量比分布、速度场变化以及温度场分布等进行对比研究,分析了复合卷流燃烧系统提高油气混合均匀性、改善燃烧方面的机理。仿真结果表明,喷射燃油在复合卷流燃烧室内侧弧脊的导流作用下形成双卷流运动,促进了纵向内燃油向燃烧室内部空间的运动。继而在燃烧室外侧分流造型的导流作用下形成了侧卷流运动,促进了燃油周向运动,减少了燃油在燃烧室侧壁的堆积现象。复合卷流燃烧室内形成的复合卷流运动扩大了燃油分布空间,提高了燃烧室空间利用率,促进了油气混合燃烧。