柴油机因具有良好的经济性、动力性和可靠性被广泛应用,但柴油机较高的颗粒物(PM)和NOx排放对环境造成了严重的污染。废气再循环(EGR)技术是降低NOx最有效的措施之一,但EGR参与燃烧会使柴油机热效率降低。因此,如何实现超低Soot和NOx排放并同时实现高热效率燃烧,是现代柴油机开发面临的重要挑战。本文以D19高压共轨柴油机为研究机型,应用GT-Power和AVL Fire建立了整机一维热力学仿真模型和三维CFD仿真模型,研究了不同燃烧室结构参数对柴油机燃烧过程、缸内气体流动及排放的影响,并在不同燃烧边界条件下考察了燃烧室的适应性。最后开展了不同燃油喷射策略耦合EGR技术对柴油机燃烧、性能和排放的影响规律。针对燃烧室结构的研究表明：较大缩口率(方案A)或较小径深比(方案C)燃烧室涡团保持性好；小缩口率(方案B)或大径深比(方案D)有利于燃烧开始时油气快速的混合；减小径深比(方案C)有利于燃烧后期逆挤流形成,降低Soot。在无EGR和小EGR率下Soot排放随压缩比增大而减少,EGR率为37%时,Soot排放随压缩比增大而增大。针对燃烧室对边界条件适应性的研究表明：EGR率为37%时,不同燃烧室的NO趋近于“零排放”。缩短喷油持续期间接提高了喷油压力,缸内当量比更加均匀,从而缩短滞燃期及燃烧持续期；缩短喷油持续期,可削弱燃烧室结构参数对缸内气体流动影响,降低Soot排放,但NO排放升高。涡流比为1.5时,不同燃烧室时缸内速度场增强,此时方案A的当量比分布最均匀；随涡流比增大,方案A的Soot排放减少,而方案B、C的Soot排放线性增大,方案D的Soot排放先降后升。在不同燃烧边界条件下,方案C同时实现最低的NO和Soot排放,表明其对不同燃烧边界的适应性较好,结构设计合理。针对喷油时刻耦合EGR的研究表明：随主喷定时推迟,BMEP先升高后降低,BSFC呈相反趋势。主喷时刻越晚,EGR率越大,BMEP和BSFC变化越显著；在较高EGR率时,随主喷定时推迟,NOx线性降低,Soot呈先降低后升高再降低。提高EGR率可削弱主喷定时提前对NOx生成促进的作用；随主喷定时推迟,有效热效率先升后降,排气损失率增大,传热损失和摩擦损失降低。主喷油量越大,BMEP随主喷定时推迟而降低的幅度越大；NOx排放随主喷油量减小而降低,在主喷定时提前时更为明显；中等负荷主喷油量的热效率升高而排气损失率降低,大负荷主喷油量热效率降低主要因为排气损失率较高；随主喷定时推迟,转速越高BMEP降低的速率越快,BSFC显著升高,但NOx降低;低转速时主喷时刻过于提前会造成NOx和传热损失率同时增加；高转速时主喷定时过于推迟会使发动机做功能力降低,排气损失率快速增加导致热效率显著降低。针对喷油压力耦合EGR的研究表明：在主喷油量增加时,随喷油压力增大,BSFC减小,NOx排放升高而Soot显著降低；小油量时NOx对喷油压力的改变更为敏感,主喷油量越大Soot降低幅度越明显；随喷油压力增大,有效热效率增加,排气损失率减少,传热损失率和摩擦损失率增加,且主喷油量越大,热效率随喷油压力提高而增加的幅度越大；随喷油压力增大,转速越高时BSFC降低越显著,但NOx随转速升高而降低；在相同EGR率下,转速越高,喷油压力对热效率的提升越显著,排气损失率减少。针对后喷参数耦合EGR的研究表明：随后喷时刻推迟和后喷油量增大,BSFC升高；同一后喷油量下,随后喷时刻推迟,NOx比排放升高,后喷时刻为12℃AATDC时,后喷油量越大,NOx越小,当后喷时刻继续推迟,NOx随后喷油量增加而升高；随后喷时刻推迟和后喷油量增加,有效热效率、传热损失率和摩擦损失率降低,但排气损失率增加。