内燃机作为动力设备的一种在汽车、船舶、国防等领域均获得了广泛的应用，对人类生活产生了巨大的影响,但其产生的有害废气及噪音对环境有严重的危害，危及到人们的健康及生命安全。目前随着资源的日益枯竭、油价的不断攀升和人们环保意识的增强，对内燃机的动力性、经济性、耐久性以及排放方面都提出了越来越高的要求。直喷式柴油机具有油耗低、CO 2 排放少、热负荷低、冷起动性好等优点,并且随着技术的发展，特别是电控喷油系统的研究和利用，直喷式柴油机的性能得到不断提高。尽管如此直喷式柴油机的有害排放物仍然有很多，包括HC、CO、Nox和碳烟颗粒物等，随着节约能源和环保要求的提高，降低柴油机害排放物的研究已经是当下柴油机研究领域最活跃的方面。碳烟颗粒物是柴油机有害排放物的主要组成部分，通常占微粒总量的50％～80％之多，一致认为碳烟是燃油分子在高温，缺氧和高压燃烧时形成的，主要成分是碳，它是可吸入颗粒物，具有毒性，随着城市柴油车辆的增加,碳烟对城市大气环境的危害和人体健康的威胁越来越严重。柴油机碳烟的生成机理很复杂，影响其生成和排放的因素很多,因此研究不同条件下碳烟的生成过程对于组织柴油机燃烧过程中的气体流动，优化柴油机缸内的燃烧过程，降低柴油机有害排放物，提高柴油机性能具有很重要的意义。 本文以某490直喷柴油机为研究对象，运用大型通用CFD软件STAR-CD，结合建模软件Unigraphics NX，以最大扭矩点(2240r/min，190N/m)为例研究了不同喷油提前角（9°、11°、13°）和不同油线（5×0.23mm和4×0.27mm）对柴油机燃烧和排放性能的影响，得出了不同喷油提前角和不同油线下缸内的可燃混合气、NO、Soot以及缸内温度和压力的三维分布图，同时分析了缸内温度、NO和Soot随曲轴转角的变化情况。 研究表明随着喷油提前角的增大最大爆发压力增大，缸内最高温度增加，碳烟生成曲线的上升阶段提前,而下降阶段(氧化) 也提前,碳烟生成量的峰值增加但最终的碳烟排放量却得到降低，同时Nox排量将增加，但若喷油提前角过大，碳烟的排量将回升，因此仅依靠喷油提前角的变化并不能同时降低Nox和Soot的排量。比较不同喷油提前角下的碳烟排放量知，在BTDC 130CA喷油提前角下490柴油机的Soot排放量较原喷油提前角下的碳烟排放量低。四孔喷嘴的油线间夹角和喷嘴孔径较大，造成油气混合不充分，致使膨胀末期缸内温度较高，最终的Nox和Soot排量较五孔喷嘴时的值均较高，而采用五孔喷嘴时，喷油孔径和油线间夹角变小，虽然喷注前锋部分重叠且在碰壁后干涉现象严重，但雾注在空间分布较均匀，空气和燃油能以混合速度快。因此采用五孔喷嘴或更多喷孔，小直径的喷嘴，同时考虑油线和燃烧室形状的匹配可以进一步增加燃油和空气的接触面积，有利于降低HC和碳烟的排放。 喷油提前角为90和130下压力的测试值与计算值的良好吻合，表明所建立的燃烧模型完全适合对该型柴油机进行缸内燃烧情况分析和排放产物的预测，同时也证明数值模拟的方法完全可以代替部分发动机试验对发动机进行优化。