面对愈加严格的排放法规,人们提出来诸如低温燃烧和均质充量压燃等新型燃烧技术,而这些新型燃烧技术均对燃油喷射的精准度和柔性控制提出了更高的要求,喷嘴作为连接上游喷油与下游喷雾的关键通道,会对燃油雾化效果产生直接的影响,进而影响燃油的着火燃烧特性和整机的排放性能。喷嘴结构作为影响喷嘴内燃油流动特性的主要因素,更值得深入探究。本文从柴油机喷嘴结构入手,以最关键的结构参数喷孔K系数和针阀升程为出发点,基于定容燃烧弹搭建的燃油喷雾燃烧及碳烟生成可视化平台和高压共轨燃油喷射系统搭建的原尺寸透明喷嘴内流可视化平台,运用多种光学测试技术系统研究了喷孔K系数和针阀升程对喷孔近场喷雾特性、着火燃烧过程和碳烟生成特性的影响。本文主要研究内容及创新性成果如下:(1)基于定容燃烧弹可视化平台,运用纹影法测量了在燃烧状态下,两种喷孔(K=0,K=1.5)下燃油的喷雾气相形态。结果表明,当喷雾发展到稳定形态后,由于流经K0喷孔内的燃油易产生空穴两相流现象,使喷孔出口燃油湍动能增大,喷雾沿径向扩散加剧,喷雾锥角大于K1.5喷孔的喷雾,喷雾沿轴向贯穿速度变慢,喷雾贯穿距小于K1.5喷孔的喷雾。(2)分别运用纹影法和火焰自发光辐射法测量了两种喷孔(K=0,K=1.5)下燃油的火焰浮起长度和碳烟浓度。研究得出,在较低喷油压力和环境温度下,K0喷孔产生的空化效应导致其喷出燃油的着火延迟期和火焰浮起长度较K1.5喷孔的稍小,当喷油压力和环境温度升高后,环境条件成为决定着火延迟期和火焰浮起长度的主导因素,K0喷孔的着火延迟期和火焰浮起长度与K1.5喷孔的非常接近。(3)运用火焰自发光辐射法测量了两种喷孔(K=0,K=1.5)下燃油的碳烟辐射强度。结果得出,K1.5喷孔的碳烟浓度在碳烟初始阶段和碳烟稳定阶段均更大,分析得出影响碳烟辐射强度的主要因素为喷雾锥角和火焰浮起长度处的当量比,且喷雾锥角对碳烟生成的影响更大。(4)基于原尺寸透明喷嘴可视化平台,运用阴影法探究了喷油压力对针阀运动规律的影响和针阀升程对两孔透明喷嘴内燃油空化流动特性的影响。结果得出:喷油压力越大,针阀抬升的速度和高度越大,喷油压力对针阀开始闭合的时刻影响较小,针阀完全闭合所需时间与针阀升程成正比。两孔原尺寸透明喷嘴内部的空化强度和稳定性随着针阀升程的增大呈先增大后减小趋势,当针阀升程为0.3mm时,空化强度最大,且稳定性最好。(5)在定容燃烧弹可视化平台上分别运用纹影法和OH*化学荧光法,针对单一直孔喷嘴测量了两种针阀升程(NL0.1和NLOR)下燃油的喷雾发展特性、着火延迟期和火焰浮起长度。研究发现当针阀升程在0.1~0.7mm范围时,针阀升程对单一直孔喷嘴的喷雾及燃烧特性影响很小。(6)运用CFD模拟计算了在一定的喷油压力下单一直孔喷嘴出口处燃油的流量系数、速度系数和空化面积随针阀升程变化的发展趋势。当针阀升程大于0.1mm时,喷嘴出口处燃油的流量系数和速度系数基本保持不变。当针阀升程小于0.1mm时,针阀与针阀底座的节流效应十分明显,这也导致喷嘴出口处燃油的流量系数和速度系数明显下降。本文从柴油机喷嘴结构入手,以喷孔K系数和针阀升程为出发点,探究了喷孔K系数和针阀升程对燃油喷雾特性、着火燃烧性能和碳烟排放特性的影响。为柴油机喷嘴结构优化及用于高效清洁柴油机研发提供理论指导。