喷油嘴作为缸内直喷汽油机(GDI)燃油喷射过程的执行器,其喷孔的内部流动特性与雾化性能直接决定了缸内混合气的形成质量,是实现发动机高效清洁燃烧的关键。现有研究表明,椭圆喷孔具有提升发动机喷油嘴射流雾化特性和改善油气混合质量的潜力。因此,本文以缸内直喷汽油机喷油嘴为研究对象,采用数值模拟与试验研究相结合的方法,进行GDI发动机喷油嘴椭圆喷孔内部流动及喷雾特性研究,为椭圆喷孔在GDI发动机上的应用提供理论依据。在椭圆喷孔内部流动方面,本文采用VOF(Volume of Fluid)多相流模型、Schnerr-Sauer空化模型、RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)湍流计算方法建立了椭圆喷孔内部空化流动模型,通过椭圆喷孔内部流动过程数值仿真,研究了椭圆喷孔内流特性及其对出流特性参数的影响规律。研究结果表明:相比于圆形喷孔,椭圆喷孔内部空化分布呈非轴对称形态,长轴面空化分布长度较短轴面长,出口截面上出现了独特的马蹄形空化形态;椭圆喷孔内部空化强度随着喷射压力的升高以及环境背压的降低而增加,提高喷射压力以及降低环境背压有助于喷孔内部空化的产生;椭圆喷孔内部气相体积分数比圆孔小20.2%,且随着椭圆喷孔长短轴比的增加先减小后增大,在长短轴比为4时达到极小值;椭圆喷孔出口湍流涡量、质量流量、流量系数及面积系数则比圆孔大,且均随着椭圆喷孔长短轴比的增加先增大后减小,在长短轴比为4时达到极大值,其中椭圆喷孔流量系数相比圆孔大2.7%以上。在椭圆喷孔喷雾特性方面,在采用飞秒激光微钻方法实现了微细椭圆喷孔加工的基础上,搭建了基于Mie散射原理的GDI喷油嘴喷雾特性测试平台,通过对椭圆喷孔喷雾发展历程图像的获取与分析,研究了椭圆喷孔形状参数对喷雾宏观特性的影响规律。研究结果表明:相比于圆形喷孔,椭圆喷孔的喷雾贯穿距较短,最大差距为18.9%,喷雾锥角较大,最大差距为51.06%,喷雾投影面积以及空气卷吸量较大;相比于椭圆喷孔E3,椭圆喷孔E4的喷雾贯穿距更短,其最大差距为10.2%,喷雾锥角、喷雾投影面积以及空气卷吸量更大;椭圆喷孔在喷雾发展历程中发生换轴现象,换轴的频率随着喷射压力的升高不断增加,喷雾投影面积与空气卷吸量也随之增加,相比于椭圆喷孔E3,椭圆喷孔E4换轴的频率更低,但其换轴的幅度更大,导致椭圆喷孔E4喷雾投影面积与空气卷吸量更大,表明采用椭圆喷孔E4能提高油气混合质量。总之,采用椭圆喷孔能够有效抑制孔内空化的产生,增强喷孔流通性能,有利于提高喷雾的空气卷吸量,强化混合特性,表明采用GDI喷嘴椭圆喷孔能有效改善油气混合质量。