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在能源、环境、法规以及贵金属短缺等多重压力下,柴油机低温燃烧策略已成为国内外内燃机界研究的热点。然而,柴油的物理特性使在低温燃烧过程中可燃混合气的制备变得更加困难,因此,降低缸内燃烧温度,提高燃油与进气充量的混合速率,是实现低温燃烧过程的关键所在。本文从燃油控制及缸内状态(温度、压力和氧浓度)控制出发,以重型柴油机的清洁高效燃烧过程为研究对象,通过试验的方法,开展了中低负荷下各参数对柴油机预混燃烧和稀扩散燃烧过程影响的规律性研究,并通过各参数的耦合作用优化出了各喷射模式下的最佳工况点。多脉冲喷射模式下的柴油机预混燃烧试验结果表明:随着EGR率的增大,氧浓度的降低,NOx和Soot比排放呈逐渐降低的趋势;指示热效率(ITE)呈先升高后降低的趋势;积聚模态的数浓度呈先减小后增大的趋势,且其平均粒径大小在40～65 nm范围内,而核模态的平均粒径大小却在12～18 nm范围内。研究发现,起始喷射定时为-80°CA ATDC时在大EGR率下实现了极低的NOx和Soot排放,同时维持了较高的指示热效率,但仍有较高的HC和CO排放产生。随着共轨压力的提高,Nox,Soot,HC和CO的比排放都呈下降的趋势,而指示热效率仅略微上升;且在EGR率较小,氧浓度较高时,提高共轨压力对降低NOx和Soot排放很有意义。单次早喷射模式下的柴油机预混燃烧试验结果表明:随着喷射定时的提前,NOx排放降低,而Soot排放上升,指示热效率降低。且喷射定时为-26°CA ATDC, -30°CA ATDC时,在大EGR率下实现了极低的NOx和Soot排放,同时维持了较高的指示热效率。单次晚喷射模式下的柴油机稀扩散燃烧试验结果表明:进气压力、喷射定时、进气门关闭定时(IVCT)以及EGR的相互优化耦合能有效地改善燃油与进气充量的混合及缸内燃烧放热过程。在优化的喷射定时下,进气门关闭定时为-60°CA ATDC时,在总的进气流量不变的情况下提高进气压力,引入20～35%的EGR能同时实现超低的NOx和Soot排放,同时保持较高的IMEP和指示热效率。