随着传统能源的日益减少和环境问题的日益严峻,柴油机需要进一步提高节能技术和机内净化水平。为了满足越来越严苛的油耗和排放法规,开发设计出高热效率、低排放柴油机已成为相关研究人员的共同目标。本文基于对柴油机燃烧系统的研究,正向开发一款满足国Ⅵ重型车排放法规的3.5L重型柴油机。通过CFD仿真计算与实验研究进气道结构,燃烧室形状及与喷油系统的匹配对柴油机性能的影响。综合考虑柴油机经济性、动力性、排放性,开发出符合工程设计要求的柴油机燃烧系统。首先,对进气道进行设计。在原机进气道的基础上,通过CFD稳态计算与气道稳流试验相结合的方法,优化进气道的布置方式。试验数据显示优化进气道达到了保持合适涡流比,提高流通能力的设计要求。其次,对柴油机燃烧室结构进行设计,并与喷油系统相匹配。在原机燃烧室的基础上设计出一种双斜切燃烧室,燃烧室方案与喷油油束夹角方案共组成六种方案。通过对额定工况点处的柴油机的工作过程进行瞬态仿真计算,探究燃烧室形状及与喷油油束夹角的匹配对重型柴油机性能的影响。然后,通过层次分析法,综合考虑柴油机经济性、动力性和排放性,选出最佳燃烧系统方案,并从燃烧参数、排放参数以及缸内流场分布来研究双斜切燃烧室的优势。仿真结果表明,原机燃烧室(燃烧室1)和新设计的双斜切燃烧室(燃烧室2)分别匹配140°和145°油束夹角比较合理,此时油束落点可以到达燃烧室拐角,使燃油向上和向下分流,组织良好的油气混合,缩短燃烧持续期,实现快速燃烧;匹配145°油束夹角的燃烧室2比匹配140°油束夹角的燃烧室1,平均指示压力提高3.1%,指示燃油消耗率降低3.0%,碳烟排放减少14%,但NOx排放增加12.1%。综合来看,双斜切燃烧室综合性能优于原机燃烧室。最后,在都采用优化进气道的基础上,对匹配140°油束夹角的燃烧室1和匹配145°油束夹角的燃烧室2进行样机试制和台架试验。试验结果与仿真结论保持一致。