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柴油机具有较高的燃油经济性和可靠性,并且与汽油机相比,采用较高的压缩比和过量空气系数,不存在进气门节流损失等,具有较高的热效率。高压共轨等技术的应用使得柴油机的性能得到了进一步的提高,致使柴油机的应用日趋广泛。起动性能是柴油机能够正常工作的重要性能之一,但柴油机在冷机状态,尤其是在低温环境下,存在起动时间长,转速波动,燃烧以及排放恶化等问题。为了研究柴油机起动过程,本文利用实验室已有的条件和设备,在一台135单缸直喷柴油机的基础上进行改造,完成了柴油机起动过程瞬态测控系统的搭建。柴油机起动过程中,实现了对循环喷油条件进行实时控制,并且对EGR阀与背压阀开度进行控制来实现不同的EGR率等重要功能。在此测控系统的基础上,进行了不同EGR阀门开度下柴油机起动试验以及通过控制EGR量改善柴油机起动过程的试验研究。结果发现起动过程中EGR可以促进柴油机起动过程燃烧首循环的出现,EGR率越大燃烧首循环出现的越早,缩短起动时间。但是燃烧首循环出现以后,过大的EGR量导致缸内燃烧性能恶化造成的失火循环大大增多,整体燃烧性能恶化。通过控制EGR实现燃烧首循环前后不同的EGR率,明显改善了起动过程的燃烧性能与排放性能。除了进行试验研究,还对冷机状态起动首循环的缸内燃烧过程进行了计算分析。建立了一维GT-POWER计算模型和STAR-CD三维模型对发动机的结构参数与运行参数进行确认;进行喷油器标定试验,分析处理得出喷油器的喷油特性文件,为模拟缸内的喷油雾化和燃烧提供准确的燃油喷射规律;利用ES-ICE划分了动网格并对网格在各曲轴转角下进行了检查;在STAR-CD前处理软件中设置了调用的各个子模型,并进行校核计算。对缸内工作过程进行了分析后,模拟计算喷油锥角以及EGR对缸内燃烧的影响,计算表明合理的喷油锥角以及EGR均可以改善缸内的燃烧过程。模拟计算同时发现,EGR中的燃油组分和活性基组分均可以改善缸内的燃烧过程。