受使用对象及用途的限制,小型农用单缸柴油机的质量提升应优先选择不过多增加柴油机成本就能达到优化缸内燃烧过程的技术措施。本研究采用CFD软件分别对原机ω型燃烧室、A型缩口燃烧室、B型直口燃烧室、C型敞口燃烧室、D型凸台燃烧室和E型哑铃型燃烧室等共6种燃烧室进行物理模型建立、网格划分、动网格定义、初始边界条件设定和运算。从燃烧本质出发,通过数值模拟从三维微观层面了解燃烧室结构对缸内气体流动、混合气形成及燃烧过程的影响特点,提出通过燃烧室结构改进提高燃烧过程质量的关键因素,实现小型农用柴油机性能整体提高,简化试验研究工作。模拟研究表明,燃烧室向左偏移导致燃烧室内流场结构不对称,缸内湍流动能分布不均匀,活塞凹坑内旋流偏左且速度较大,活塞顶上部左边旋流速度也比右边大。敞口燃烧室因缺乏缩口的约束作用,燃烧初期对活塞顶上部新鲜空气的利用较好,对滞燃期和急燃期影响明显,着火提前,压力升高率和温度升高率都较大,但整个燃烧室气流速度较低,燃烧持续期最短,不利于Soot氧化,Soot排放较多。缩口燃烧室克服了敞口燃烧室的不足,有利于提高整个燃烧室旋流速度,且随着缩口率的增加,燃烧后期旋流速度较大,后燃充分,膨胀行程做功能力提高,但高温持续期较长导致了NOx排放量较大。直口燃烧室能够满足原机性能且加工容易,如从生产成本考虑,可替代现有的柴油机燃烧室。活塞凹坑内中央凸台加大,活塞凹坑内旋流速度变弱,但随着压缩行程活塞上行运动,活塞顶上部挤流增强且区域增大,确保了混合气在上止点附近缓燃期内迅速和完全燃烧,动力性增强,但中央凸台上方气流低速区域增加,容易形成高温区域,NOx生成量明显增加。可见,仅从改变缩口形式或中央凸台大小方面改善燃烧排放性能有限。E型燃烧室为仿哑铃型燃烧室,膨胀行程能保持强流场,具有明显浓燃到稀燃的时域特性,着火提前且扩散燃烧迅速,与原机相比,能够基本达到原机动力性和Soot排放水平,且明显降低NOx排放,改善了NOx和Soot的Trade-off关系。如进一步调整喷油定时,Soot排放可略为减少；如增加燃料含氧量,燃烧室凹坑积碳生成现象明显减少。