随着全球能源短缺日趋严重与排放法规的日渐严格,作为能源消耗主体和环境污染主要来源的内燃机受到极大的关注。而均质充量压缩燃烧技术(Homogeneous Charge Compression Ignition)作为一种新型的燃烧方式,已得到了内燃机界的广泛重视而成为研究的热点。由于柴油具有高粘度、低挥发性、低自燃温度的特性,要在有限混合时间内,特别是在大供油量的高负荷情况下,使柴油和空气迅速形成相对均匀的混合气是十分困难的。为了克服柴油超高压(>185MPa)和超细喷孔(<100μm)喷射所带来的诸多技术和经济上的障碍,有必要探索强化柴油混合率的新技术途径。实际上,提高柴油均质预混合气制备率,拓展柴油机在均质压燃、低温燃烧模式下运行的负荷和转速范围,已成为柴油HCCI燃烧研究的关键技术问题。本文提出了利用高温柴油闪急沸腾喷射效应来强化柴油喷雾蒸发与混合,使之适应柴油HCCI均质预混合气制备需要的新思路。为了证实研究思路的可行性,探讨高温柴油闪急沸腾喷射的油滴破碎和雾化强化机理,分析其强化混合过程的具体细节,本文首先建立了准稳态喷雾可视化试验台,采用激光粒度测试仪研究了高温柴油闪急沸腾喷射对燃油索特平均直径(SMD)的影响。通过对不同喷油压力、不同燃油温度的柴油喷雾SMD分布的对比分析,在一定程度上揭示了柴油闪急沸腾喷雾的微观特性,证实高温柴油闪急沸腾喷射雾化的确具有减小燃油液滴直径,改善喷雾雾化混合的作用。为了开展高温柴油HCCI燃烧的实机试验研究,以ZS195单缸直喷式柴油机为原型机,设计安装了泵后高压油管加热与温控系统,并对燃油供油系统进行了必要的改造。利用搭建的专用试验台架,在其上开展了不同柴油温度对发动机燃烧与排放影响的试验研究。研究表明,高温柴油闪急沸腾效应对发动机燃烧性能与排放特性具有显著的影响,通过对试验数据的综合分析,得到了明显改善受试发动机燃油经济性和污染物排放的最佳燃油温度范围。但燃油温度过高时,由于实际喷油滞后角增加过大,致使后燃增加,燃烧恶化,燃油消耗率和污染物排放均增加。为了判明发动机结构和运转参数变化对发动机燃烧性能与排放特性的影响,还开展了不同供油提前角、喷油压力和喷孔孔径的发动机变参数对比试验。试验结果显示,当增大供油提前角到32°CA BTDC,柴油加温至160℃~ 200℃时,在发动机小负荷工况下,利用高温柴油闪急沸腾喷雾可提高均质混合气制备的速率与质量,实现柴油HCCI燃烧,并使燃油消耗率和污染物排放获得一定程度的改善。