柴油机起动工况是一种特殊的过渡工况,起动阶段转速低,气流运动强度弱,温度和喷油压力低,燃油雾化过程困难,这些因素增加了油气混合过程的难度,不利于缸内燃烧,从而使得起动过程的经济性能和排放性能变差。首循环作为起动过程的第一个燃烧循环,受此影响更为严重,极易发生严重的不完全燃烧甚至是失火现象,从而恶化起动过程的经济性能和排放性能。而组织好首循环的燃烧过程,对提高缸内燃烧温度,改善缸内燃烧环境,改善后续循环的燃烧至关重要,有利于帮助改善柴油机的起动性能和降低起动过程的波动性。本文利用商用CFD软件AVL-FIRE建立了首循环仿真计算模型,依据实验样机的结构参数划分其计算区域的网格,通过合理选取设置初始条件、边界条件、湍流模型、燃烧模型、喷雾模型等,可以准确的模拟发动机首循环实际工作状况,基于该模型,对首循环的起喷转速、喷油量以及喷射方式进行了仿真研究。其中,首循环喷油量的计算,是依据前期提出的基于目标转矩的起动过程喷油量控制策略,通过仿真手段优化起动过程目标加速度曲线,从而计算得到首循环最佳喷油量。在对首循环燃烧性能的评价过程中,通过分析缸压曲线、放热率曲线、CO生成曲线、NO生成曲线、HC生成曲线等二维曲线,对不同燃烧条件下的首循环燃烧过程和燃烧效果进行了描述;通过分析缸内温度场、速度场、浓度场等三维物理场分布,对缸内混合气形成和燃烧过程的影响因素进行了探讨和研究;通过分析对比首循环的指示热效率、CO排放量、NO排放量以及HC排放量,对不同燃烧条件下的首循环燃烧过程进行了优化。最终,通过对首循环经济性能和排放性能的综合评价,确定了不同起动温度下的首循环最佳起喷转速,以及对应温度下的首循环最佳喷油量,确定了常温起动工况下的首循环最佳喷射方式:对于环境温度为20°C、5°C、-10°C下的起动过程,确定其最佳起喷转速分别为220r/min、240r/min、200r/min,对应首循环最佳喷油量分别为17.3mg、19.1mg、20.2mg,对于环境温度为20°C时的常温起动工况,确定其首循环最佳喷射方式为两次喷射,主喷时刻为358°CA,预喷油量3mg。