近年来国内外学者研究发现椭圆喷孔具有提升柴油机燃油雾化质量,改善柴油机油气混合质量的潜力,因此,本文采用数值模拟与试验研究相结合的方法,验证了采用椭圆喷孔强化柴油机油气混合过程的可行性,研究了应用椭圆喷孔喷油嘴后,柴油机燃烧过程、经济性和排放性能的变化规律,并探索基于椭圆喷孔多次喷射技术的柴油机性能优化控制策略,为椭圆喷孔喷油嘴在柴油机上的工程应用和采用非圆喷孔喷射技术的新型燃烧系统设计制造提供理论支撑。首先,建立柴油机油气混合过程数值仿真模型,探明喷孔形状参数对柴油机喷雾发展和油气混合过程的影响,验证采用椭圆喷孔强化柴油机油气混合过程的可行性。计算结果表明:采用椭圆喷孔后,柴油机喷雾锥角变大,空气卷吸效应增强,空气卷吸量增加,增大了燃油与空气接触面积和喷雾发展阻力,喷雾贯穿距离缩短,长短轴比为1.5和2的椭圆喷孔喷雾贯穿距离分别缩短11%和8.3%。燃油喷雾贯穿距离缩短导致近壁面高浓度区域面积减小,燃油着壁现象减少。油气接触面积增大导致燃油喷雾蒸发速度加快,燃油蒸发率提高。喷雾的不稳定性增加导致燃油破碎更加充分,混合气索特平均直径(Sauter Mean Diameter,SMD)减小。计算结果表明采用椭圆喷孔有利于提高混合气均匀程度。然后,搭建柴油机缸内工作过程与性能测试平台,通过缸内压力采集和台架性能试验,研究了单次喷油策略下,椭圆喷孔对柴油机燃烧过程和性能的影响,并探索了单次喷射策略下椭圆喷孔柴油机性能优化路径。结果表明:采用椭圆喷孔后,预混合期和滞燃期缩短,燃烧持续期增长;缸内燃烧压力峰值、瞬时放热率峰值以及缸内平均温度均降低;NOx排放明显减少,碳烟排放有所升高,燃油经济性得到改善。推迟喷油正时,NOx的减小幅度先增大后减小,碳烟排放增加幅度逐渐降低,有效燃油消耗率降低幅度基本不变;提高喷油压力后,NOx、碳烟和有效燃油消耗率的变化幅度均有所增加。最后,为进一步改善NOx和碳烟排放Trade-off关系,引入预喷策略,研究预喷策略下椭圆喷孔喷油嘴对柴油机排放与经济性能的影响规律,探索基于椭圆喷孔多次喷射技术的柴油机性能优化控制策略。研究结果表明:在预喷策略下,采用椭圆喷孔后柴油机预喷燃烧滞燃期增长,燃烧相位靠后与主喷喷油时刻更接近,导致主喷喷油时缸内温度和压力较高,有利于主喷燃油的蒸发与混合。与单次喷射策略相比,椭圆喷孔柴油机NOx的降低幅度有所减小,但是烟度排放增加的问题得到有效改善,有效燃油效率没有明显变化。减小预喷间隔,NOx降低和碳烟排放增加的幅度均有所增大,在小负荷工况下更加明显;增大预喷油量,NOx排放和有效燃油消耗率降低幅度逐渐减小,烟度排放增加幅度先减小后增大。通过燃油喷射参数的协同优化,确定了椭圆喷孔柴油机性能优化控制策略。最终,与原机相比,25%、50%和75%负荷工况下,柴油机NOx排放分别降低18.18%、19.67%、33.68%;烟度排放分别降低7.29%、19%、16.99%,有效燃油消耗率降低1.1%、0.8%、0.6%。