1.1 研究背景及意义

随着社会进步和科技的不断创新，内燃机已经成为社会生活中主要的动力源。而柴油机作为当今热效率最高的动力机械，广泛运用于交通运输，工、农业机械以及发电等领域。在水运交通中，船舶动力则主要以中低速柴油机为主。

然而，石油燃烧导致的环境问题以及对于不可再生能源的有效利用不断促进着柴油机的不断发展完善。与汽油机相比，柴油机具有较高的热效率，主要原因在于：柴油机压缩比高，采用预混燃烧的方式，柴油采用多点自燃，循环波动率小等。但是柴油机的扩散燃烧也使得其造成较高的氮氧化物和碳烟排放，同时，氮氧化物排放不可同时降低。因此，改善柴油机的燃烧模式，最大限度地降低氮氧化物和碳烟排放，提高燃油燃烧热效率成为了柴油机发展的重要课题。

如今，柴油机电控高压共轨技术的发展，使得柴油喷射压力提高，喷射雾化效果改善，喷油正时规律更加适应工况要求。在此基础上改善喷油系统参数，开发出高效率、低排放的燃油系统，不仅可以提高柴油机的综合性能，还能降低排放处理技术要求，降低制造和运用成本。喷油系统的优化设计是指，通过设计合理的喷油参数，如喷孔直径、喷射锥角等，从而组织良好的油气混合和燃烧过程，从而提高燃烧热效率和降低排放。

同时，随着内燃机数值模型的不断开发，各种数值模拟技术的不断成熟，计算机仿真模拟已经成为内燃机优化设计的重要方法和手段。使用AVL-FIRE、CONVERGE等数值模拟软件，可以在较短时间内，对发动机不同参数下的燃烧和排放性能进行模拟计算。采用数值模拟的方法进行优化设计不仅节约成本，节约人力资源，还有利于减少研发周期，同时优化设计效果显著。

1.2 柴油机喷油系统参数研究现状

随着全球排放法规的日益严格，资源、环境问题日益严峻，降低柴油机尾气排放和提高柴油机燃油经济性成为了研究热点。柴油机的燃烧过程十分复杂，由于喷油提前角、燃油喷雾的喷雾锥角、喷雾贯穿距等参数决定着燃油的雾化和燃烧，所以对于柴油机喷油参数的研究是柴油机优化设计的重点也是难点。目前对于喷油系统参数的研究主要通过仿真计算和实验的方法，研究喷孔直径、喷射压力、喷射锥角以及喷油正时等参数对燃烧和排放的影响。

国外的研究现状：斯洛文尼亚大学的Breda k.对喷油参数中的喷孔直径以及喷油提前角等参数进行优化分析，实现了对电控燃油喷射系统的参数优化。Akihiko Minato等人对喷射压力及喷孔直径对可燃混合气的混合程度进行了研究，结果表明：可燃混合气混合时间随喷射压力增大而减少，喷油持续期随喷射压力增大而增大；混合时间随喷孔直径减小而减少，通过高压共轨技术结合减小喷孔直径可以有效改善柴油机经济性能和排放性能。Jinwoo Lee等人研究了一次与喷射和两次预喷射对柴油机性能的影响，结果表明：一次预喷射时，在一定喷射提前角时，氮氧化物和碳烟排放降低，但HC排放大量增加；两次预喷射时，氮氧化物和碳烟排放更低，同时HC排放降低了一半。

国内的研究现状：天津大学的林铁坚等人研究了预喷射参数对柴油机燃烧过程及排放性能的影响，研究表明：较少的预喷射油量能够减少滞燃期以及燃烧持续期，使燃油集中在上止点附近燃烧，有利于提高燃烧热效率。西南交通大学的温江舟等人研究了喷油系统参数对某型柴油机混合气形成及性能的影响，结果表明：燃油喷射压力、喷油提前角、喷孔直径对燃烧过程有显著影响，并对柴油机喷油系统参数进行了优化设计。山东大学石增勇研究了调节共轨压力和喷油提前角对柴油机燃烧和排放性能的影响，结果表明：提高喷射压力可提高燃油雾化质量，改善燃烧过程，从而降低碳烟颗粒排放和降低油耗率，喷油提前角增大可以改善柴油机缸内燃烧，改善燃油经济性。海军工程大学的黄康等人运用仿真模拟的方法研究了喷油器结构参数对柴油机燃烧和排放性能的影响，仿真结果表明：喷射夹角为125°时，喷油器与燃烧室匹配良好；喷油器喷孔数量增加，燃烧最高压力降低，碳烟排放有所降低；喷孔直径越小，燃烧和排放性能越好。