目前国内外研究柴油机新型高效清洁燃烧方式主要是围绕缸内燃烧反应区微观浓度—温度(φ-T)原理图,通过混合过程控制(组织不同燃烧阶段可燃混合气)及化学过程控制(控制燃烧反应区氛围)优化燃烧路径,避开NOx和PM排放区域实现超低排放。本研究提出具有超低排放潜能的低高温双阶段燃烧模式,通过调节第一阶段喷油参数(喷油量、喷油轨压、喷油正时等),形成燃空当量比小于2的准均质混合气,在压缩冲程上止点前实现带有冷焰放热阶段的LTC燃烧；再向缸内适宜的温度、浓度氛围喷入第二阶段燃烧的燃油(控制喷油参数),延长第二阶段燃油滞燃期,在油束周围形成离散度低的可燃混合气区域,保证第二阶段燃烧迅速且完全,燃烧反应区温度高且向周围传热时间缩短(较传统燃烧反应),避免NOx和PM大量产生,实现具有高温燃烧特征的第二阶段燃烧。本研究针对一台CA6DL2-35E3电控高压共轨增压中冷重型柴油机进行相关的模拟与试验研究,主要工作内容及其结论如下：1.构建试验台架测控平台。借助高速传感器配置毫秒级A/D数据采集系统对发动机运行状态参数进行实时监测并记录测量结果；利用磁电式编码器和DS-9100燃烧分析仪实现缸压曲线的测量；利用MEXA7200E汽车排气分析仪采集并分析发动机尾气浓度以及借助AVL439烟度计测量发动机排气消光烟度值；借助开发ECU和INCA标定系统实现喷油模式、喷油轨压、喷油正时等供油参数宽范围独立控制。2.建立发动机模拟平台。针对本台试验发动机,利用Pro/E绘制发动机燃烧室图形,再用STAR-CD中的Match piston方法,采用自创CMC-O-grid模板划分燃烧室网格,建立用于发动机燃烧过程模拟的计算模型。3.通过调整喷油参数模拟试验研究表明：根据发动机进气流量,适当选择第一阶段喷油油量、喷油轨压以及喷油正时,能够在压缩冲程上止点前发生带有冷焰放热阶段的LTC燃烧；将第二阶段燃油喷入适宜温度、浓度氛围的区域,能够产生燃烧迅速且完全(相对于传统燃烧方式而言)的高温燃烧阶段。选择1650r/min、25%负荷,两阶段喷油量比例为1：1,主预喷间隔角度43°CA,轨压和主喷时刻与单阶段模式保持一致,实现的双阶段燃烧NO和soot的排放降幅分别达到47.8%和24.6%,该新型燃烧模式具有同时降低NOx和PM的潜力。4.参照模拟实验结论开展发动机台架试验。利用INCA标定系统和开发ECU调整喷油参数,探索本课题提出的新型燃烧模式,经过研究表明：选择两阶段喷油模式,当两阶段喷油间隔超过40°CA,调整两段喷油量的比例,其燃烧放热率曲线都表现为带冷焰放热过程的三个峰值的两阶段燃烧；在双阶段燃烧模式下,保持第一阶段喷油参数不变,仅改变主喷正时,CO和HC排放物浓度基本不受第二阶段喷油时刻的影响,NOx随着喷油正时推后有所下降,消光烟度值存在极大值,未能同时降低NOx和PM的排放水平；在双阶段放热模式下,改变主预喷燃油比例,其他参数保持不变,对NOx和HC排放物浓度水平影响不大,而CO和消光烟度值发生较大变化,因此调节两阶段喷油量比例可以用来优化CO和消光烟度值。5.本文还开展了后喷对双阶段燃烧模式产生的影响实验。在两阶段燃烧模式的前提下再增加后喷燃油过程,后喷油量来自主喷油量,缸内的最高平均温度以及最大爆发压力均降低,但是缸内非燃烧冲程的缸内平均温度变高；后喷时刻改变对HC和NOx排放物的浓度基本没有影响,CO气体排放物的浓度先升高后降低,消光烟度值则表现为先降低后升高,因此调整后喷时刻可以作为调节CO和PM排放的一种手段。