汽车行业快速发展对国民经济和社会环境产生重大影响,在促进经济增长的同时也带来了能源消耗和环境污染。为适应社会节能和环保的发展要求,满足日益严格的排放法规,迫切需要对现有的内燃机技术进行优化升级,进一步提高发动机热效率和减少污染物排放。缸内直喷汽油机压缩比较高,保证了良好的动力性和经济性。多种混合气形成和燃烧方式使其发展方向多样化,在提高燃油经济性和降低排放方面还存在较大潜力,已成为学术研究和行业关注的热点。但缸内直喷导致油气混合时间变短,并产生湿壁问题,另外其混合气形成质量受到运行工况和喷射策略的影响较大。因此,研究缸内直喷汽油机的运转参数和喷射策略,对改善混合气形成及燃烧质量具有重要意义。本文结合伞状喷雾和缸内直喷技术,针对湿壁和混合气分布不均匀问题,探究了运转参数和喷射策略对混合气形成及燃烧特性的影响规律。首先,利用光学实验系统获得了伞状喷雾特性随时间的发展规律,并在FIRE中建立定容弹仿真模型对喷雾形态和贯穿距进行了验证。然后,借助三维建模软件CATIA建立发动机模型,并使用FIRE的FEP模块划分动网格,验证了缸内压力和放热率变化规律,以保证后续计算中喷雾和燃烧模型的准确性。研究了发动机转速2000r/min下发动机缸内流场随曲轴转角的变化规律,结果发现:在进气门刚打开时截流作用明显,进气门下方和燃烧室顶部生成滚流;随着活塞向下止点运动,气缸中心形成大范围顺时针滚流;点火时刻前,缸内流场速度降低,活塞上行形成挤流,有利于油气充分混合。在单次喷射策略下,保持喷油量、喷油时刻、喷射压力和点火时刻等不变,分别研究了不同进气温度、转速和过量空气系数对混合气形成及燃烧特性的影响。结果发现:(1)随着进气温度的升高,气缸壁和活塞表面附着燃油蒸发速率变快,混合气形成质量较好,燃烧放热更加集中,缸内压力和放热率峰值逐渐增大,最大压力为6.7MPa。(2)缸内压力和放热率峰值随发动机转速升高呈现先减小后增大趋势,转速升高使缸内滚流范围和强度变大,混合气分布更加均匀,但转速过高会减少壁面油膜的蒸发时间,发动机转速为3000r/min时最大缸内压力较1500r/min时降低了2.3MPa。(3)随着过量空气系数由0.8增加到1.05,缸内峰值压力先增大后减小,最大压力为6MPa。过量空气系数较低时,循环供油量较多导致喷雾贯穿距变长,撞击壁面燃油量增加,混合气形成质量变差,不利于着火和火焰快速传播。在多次喷射策略下,保持发动机转速、总喷油量和混合气当量比等不变,分别研究了喷油次数和喷射时刻对缸内混合气形成及燃烧特性的影响。结果发现:(1)在两次喷射策略下,第二次喷射时刻对缸内压力和放热率影响较为明显,随着第二次喷射时刻推迟,混合气分布均匀性得到改善,火花塞附近形成易于点燃的混合气,第二次喷射时刻为170°CA时峰值压力达到6.4MPa,对应的曲轴转角为375°CA。(2)对比分析了不同喷射次数下缸内各工质参数的变化情况,每循环三次喷射可以减少湿壁,提高燃油蒸发量,混合气分布有利于稳定着火和火焰均匀快速传播,燃烧持续期变短,热效率更高,较单次喷射和两次喷射相比缸内峰值压力分别提高了2MPa和1.1MPa。(3)在三次喷射策略下,随着第三次喷射时刻推迟,缸内压力和放热率峰值呈现先增大后减小的趋势,第三次喷射时刻为250°CA时,最大压力为7.8MPa,对应曲轴转角为上止点后12oCA。第三次喷射时刻为270oCA时,混合气形成时间过短,导致混合气过浓和过稀区域增加,燃烧质量变差。合理增加第三次喷油比例和适当推迟喷射时刻有利于改善混合气形成和分布,使燃烧更加充分。