近年来由于科技的发展,柴油机在动力性和经济性方面性能有了很大的提升,其升功率甚至达到了汽油机的水平。但在进气条件有限,尤其是在我国辽阔的高原地区应用时,由于空气的稀薄,增压器效率降低,进气量减少,导致过量空气系数降低,柴油机缸内流动、喷雾、油气混合及燃烧放热过程都发生了变化,功率下降严重。本文利用FIRE软件建立并验证了某型高强化柴油机燃烧系统的三维仿真模型,通过不同过量空气系数下的比较,开展了对低过量空气系数下缸内工作过程特性的研究。根据燃烧室特点,将其划分为三个区域,定义了两个边界,定量分析得到了低过量空气系数下缸内及部分区域平均湍动能的变化、区域间物质交换质量流量变化、喷雾粒径分布、燃油蒸发特性等。燃烧过程中缸内油气混合是不均匀的,不同区域混合气浓度不同且快速变化。为了便于分析比较,本文按浓度对混合气进行了划分,构建了表征油气混合速率和混合均匀性的特征参数,通过不同过量空气系数下的比较,分析得到了低过量空气系数下混合气空间分布特性、不同当量比区段混合气特性、缸内及其部分区域内混合气特性,从而研究了低过量空气系数下缸内油气混合机制。燃油燃烧放热特性受缸内混合情况的影响很大,并直接决定了柴油机的性能。本文通过比较分析不同过量空气系数下缸内三维空间放热率、缸内及其部分区域放热特性和不同当量比区段混合气放热特性,掌握了低过量空气系数下缸内燃烧放热的机制。