在当前“双碳”政策能源背景下,排放法规对发动机在瞬变工况下的排放要求日益加严,尤其是未来国七排放法规中微粒数量及质量的排放限值越来越成为关注重点,同时以压燃式发动机为代表的车用柴油机的微粒排放又是交通行业微粒排放的主要来源,因此对压燃发动机瞬变工况性能及微粒排放的优化控制至关重要。本研究以一台2.8L车用压燃式增压柴油机为研究改装对象,利用瞬变工况测试控制系统、自行搭建的进气道和缸内双喷射系统、定容弹喷雾试验平台以及Chemkin、GT-Power和Converge等仿真软件开展热力学发动机台架试验与模拟仿真相结合的研究,对压燃发动机典型瞬变工况性能、燃烧、传热和排放参数的变化规律进行研究,从表征参数宏观方面和机理微观角度入手,揭示了压燃发动机瞬变性能及微粒排放劣变成因,并根据微粒恶化成因,从发动机喷射参数、燃料理化特性及燃烧模式三方面制定层层递进的优化控制策略,实现对压燃发动机瞬变加载工况微粒排放劣变的有效控制。主要研究内容及结论如下:1.为明确稳态与瞬态同负荷工况下参数差异性及不同瞬变加载条件下微粒排放特性,本文首先试验研究了不同加载条件（加载时间、起始转速、起始负荷和EGR状态）对微粒排放特性的影响,探究了稳态与瞬变工况在性能、燃烧、传热和排放参数的差异性,从宏观角度系统的总结微粒排放劣变成因。研究发现,瞬变加载工况首先由于增压器涡轮迟滞造成供气延迟使供油和供气响应性不匹配,相较于同负荷稳态工况进气量减少,从而使燃烧参数中缸压、放热率降低,缸内平均燃烧温度降低,燃烧速率减缓和燃烧相位滞后造成燃烧性能劣变,进一步导致缸内壁面及缸盖温度升高,传热系数增大,传热占比增加,燃烧热效率降低,传热损失增加,最后因瞬变工况的性能、燃烧及传热参数与稳态的不同,缸内环境边界条件发生变化,造成瞬变工况下微粒排放急剧恶化。同时对于不同加载条件,当加载率越大、起始转速及起始负荷越小以及引入大EGR率时微粒恶化越严重,小尺寸核态颗粒数量浓度以及较大尺寸的集聚态颗粒物质量浓度发生显著恶化。2.从化学反应机理这一微观角度出发,研究了稳态与瞬变工况环境条件差异性（温度、压力和当量比）对初始火焰形成及芳香烃前体物和碳烟前驱物PAHs生成的影响,并进一步探究影响最敏感的环境氧浓度对PAHs的影响机理,同时总结出控制微粒恶化而满足要求的当量比范围。结果表明,对芳烃前体物和PAHs影响最为敏感且最主要的为氧浓度,而温度和压力的差异性为次要因素影响碳烟微粒的生成,瞬变工况氧含量的降低使芳烃前体物的相对产率增加,造成PAHs增多,进而导致微粒数量急剧恶化。3.基于上述结论,首先优化喷油参数,单因素试验研究了主喷时刻、喷油压力以及后喷等喷射参数对瞬变加载过程微粒排放的影响,并通过仿真模拟进一步分析50%负荷瞬变工况点的燃烧和PAHs排放。再通过田口法设计正交试验,借助信噪比和变异数分析,给出以特定微粒数量及质量浓度为目标参数的最优控制组合,并明确各控制参数对微粒排放的权重占比。结果表明,瞬变加载工况下,基于原机MAP提前主喷时刻、增大轨压和引入适当比例及间隔的后喷等措施均可降低PAHs及微粒排放。同时,对微粒的数量、质量浓度以及不同模态微粒的最优喷射参数组合有所不同,总的来说控制参数对核态和集聚态微粒影响存在折中Trade-Off关系,喷射参数中影响权重占比较大的均为喷油时刻,即喷油正时和主后喷间隔的影响。4.为进一步提升燃料混合程度减少缸内局部过浓区域,选用表征着火性和挥发性不同的五种石化柴油,试验研究了燃油理化性质对喷雾特性和微粒排放特性的影响。研究发现,提升轨压和降低环境背压可使喷雾贯穿距离、喷雾面积和喷雾锥角增加;挥发性强的燃料虽降低了喷雾贯穿距,但喷雾锥角变大使总喷雾面积变大,利于改善油气混合程度。对于着火性不同的燃料,小负荷宜燃用十六烷值适中,中大负荷燃用十六烷值较小的燃油可降低微粒数量,而十六烷值较大的燃油可改善微粒质量。对于挥发性及芳烃含量不同的燃料,低负荷宜燃用挥发性及芳烃含量适中的燃油,中大负荷下芳烃的影响权重增大,因此宜燃用芳烃含量最小的燃油。在瞬变加载工况下,采用十六烷值较大、挥发性好且芳烃含量较低的燃油可适当降低微粒排放。5.上述研究发现通过优化喷油和燃料性质对微粒改善程度仅在同一数量级内,对燃料混合均匀度提升效果不明显。同时,以低温燃烧为代表的新型燃烧模式已被证明在节能及碳烟排放方面更具潜力,但不能仅从碳烟排放的测量中直接推断出颗粒物排放。为此,本节将喷射参数和燃料性质相结合,基于提高燃料预混合度的理念,针对全负荷工况提出三种预混合程度不同的双燃料活性分层燃烧模式,在小负荷变化范围内进行瞬变工况试验,探究不同燃烧模式下低中高负荷三个瞬变工况点的微粒排放特性,并确定碳烟前驱物PAHs与不同粒径微粒间的相关性联系。结果表明,相比于原机,完全预混、高度预混和部分预混的双燃料燃烧模式均明显改善微粒排放。小负荷范围内的瞬变加载时,中小负荷（10%-60%）内宜采用高度预混合的双燃料燃烧模式,较大负荷（60%-90%）内宜采用部分预混合的双燃料扩散燃烧模式。完全预混及高度预混的燃烧模式微粒粒径向像小尺寸转移,占比最多的为4-15nm粒径区间,而部分预混的燃烧模式微粒粒径特性与原机传统柴油压燃的微粒特性近似,均为23-100nm的微粒最多。同时,碳烟前驱物PAHs中,A1主要影响核态微粒的生成,而A4主要影响集聚态微粒。综上所述,本研究通过热力学发动机试验、光学喷雾特性试验、化学动力学模拟等手段,揭示了压燃式发动机瞬变工况燃烧及微粒恶化劣变机制,探明了关键边界条件对瞬变工况微粒生成的化学反应作用机理,明确了敏感畸变参数及燃烧边界条件的优化取值范围和准则,提出抑制压燃发动机瞬变工况燃烧劣变和微粒恶化的技术途径,对未来国七法规排放中降低粒径在10nm以上微粒的数量及质量排放具有借鉴意义,同时为解决反应活性控制压燃的燃烧模式在瞬变工况下稳定运行这一关键工程问题提供一定参考。