降低发动机传热损失是提高发动机热效率的重要途径,本文提出了基于低涡流开口燃烧室,通过油气室匹配降低柴油机传热损失并实现高效率燃烧的思路。基于一台六缸重型柴油机,首先通过不同开口燃烧室和涡流比降低缸内传热损失,然后匹配喷油系统提高燃烧效率和降低传热损失,最后通过燃烧系统匹配探究不同开口燃烧室传热损失和热效率的改善空间。首先研究了开口燃烧室和涡流比对柴油机热平衡规律的影响,通过对比台阶和开口燃烧室热平衡规律,结果表明开口燃烧室由于较小的活塞深度和较大的缩口半径,相比于台阶燃烧室高温区分布更靠近缸盖和缸套,其活塞传热量较小,但缸盖和缸套传热量较大。针对开口燃烧室缸盖和缸套较大的传热量,希望通过改变开口燃烧室线型来改变缸内高温区分布位置,研究了五种不同开口燃烧室线型对柴油机热平衡规律的影响。结果表明较大的凸台高度和活塞深度(V3开口燃烧室)可以减缓高温区向缸盖和缸套的发展速度,从而降低缸盖和缸套的传热量,但油气混合能力也减弱,燃烧损失增大。针对传热损失低而燃烧损失大的V3开口燃烧室,研究了涡流比对其热平衡规律的影响,结果表明增大涡流比对油气混合能力没有促进作用,反而会增大高温区在圆周方向的分布位置,从而增大传热损失,低涡流比使缸内传热损失较小。然后对低涡流V3开口燃烧室进行喷油系统的匹配,研究了喷孔数和喷油夹角对其传热损失和热效率的影响。结果表明增大喷孔数可以使得燃油在圆周方向分布更加均匀,油气混合能力增加,指示热效率增大,但喷孔数过于增大会导致油束之间的重叠,使燃烧损失增大,指示热效率降低。增大喷孔数会使得单个喷孔喷出油量较少,燃油运动较慢从而较晚到达燃烧室壁面,对活塞而言由于燃油在圆周方向分布较均匀,燃油运动较慢对活塞传热量影响不大,但对缸盖传热量减少幅度较大进而导致缸内总传热损失随喷孔数增大而减小;增大喷油夹角使得油束下表面与空气接触较好,缸内油气混合能力增强,指示热效率增大。增大喷油夹角会使得油束中心线靠近缸盖,缸盖附近燃油增多,同时油束在活塞圆弧上的落点上移,使得较多燃油向活塞底部运动,活塞、缸盖传热量均增大,缸内传热损失增加。最后分两个步骤研究了燃烧系统中不同开口燃烧室、涡流比、喷孔数、喷油夹角四个参数匹配对柴油机传热损失和热效率的影响。在0.4涡流比和16喷孔基础上对不同开口燃烧室和喷油夹角匹配,结果表明喷油夹角较大和较小对所有燃烧室而言都不能使得指示热效率较高,OPEN型开口燃烧室与喷油夹角79°的匹配缸内能量分布较优;在OPEN型开口燃烧室和喷油夹角79°基础上对喷孔数和涡流比匹配,结果表明对所有喷孔数而言,适当增大涡流比有利于指示热效率的提高,但涡流比太大指示热效率会下降;在较小涡流比工况下,增多喷孔数可以提高缸内指示热效率和降低缸内传热损失,16孔与涡流比为0.4、1和1.5的工况缸内传热损失较低,指示热效率较高,与原机台阶燃烧室相比,实现了柴油机低传热损失下的高效率燃烧。