缸内直喷(GDI,Gasoline Direct Injection)汽油机以其优异的动力性、燃油经济性逐渐成为车用主流发动机之一,然而其颗粒物排放物制约着GDI发动机排放性提高。通过增加喷射压力和改变喷孔几何形状参数来提高燃油雾化质量成为解决这一问题的关键手段。本文采用数值模拟的方法研究了在高喷射压力条件下针阀运动时喷孔形状参数对喷孔内流和射流雾化特性的影响,为GDI发动机混合气质量的提高提供理论依据。首先,建立GDI喷孔内部流动计算模型并验证模型的准确性。研究不同喷射压力下圆柱形喷孔及高喷射压力条件下锥形、椭圆型和双曲线型变截面形喷孔内流和喷雾特性的变化规律。研究结果表明:对于圆柱形喷孔,随着喷射压力的提高,喷孔出口速度和湍动能增加显著,同时在针阀开启和关闭阶段湍动能扰动变得更加剧烈,但喷孔流量系数略微减小。对于锥形喷孔,随着喷孔锥度K系数从正数减小到负数,喷孔流量系数明显减小,喷孔出口湍动能均剧烈增加,喷孔内部空化状态逐渐从无空化发展为超空化。对于椭圆型变截面喷孔,随着变截面大小逐渐增加,喷孔流量系数明显增加,喷孔空泡密度剧烈减小。变截面位置距离喷孔入口越远,喷孔流量系数、喷孔出口速度和湍动能均略微减小,但喷孔内部空泡密度剧烈增加。对于双曲线型变截面喷孔,喷孔空泡主要分布在喷孔出口处附近,随着变截面大小增加,喷孔内部湍流涡量和喷孔出口处湍动能逐渐减小,但流量系数剧烈增加,变截面位置对流量系数无影响。其次,建立GDI喷孔内流耦合射流雾化模型,搭建GDI喷雾试验台架,验证模型的准确性。研究不同喷射压力下喷孔形状参数对喷雾初次破碎和二次雾化的影响。研究结果表明:对于圆柱形喷孔,喷射压力提高时喷雾索特平均直径(SMD,Sauter Mean Diameter)和喷雾贯穿距均快速减小,喷雾破碎比较剧烈。对于锥形喷孔,随着喷孔锥度K系数从正数减小到负数,喷雾初次破碎剧烈增加,但二次雾化程度较弱。对于椭圆型变截面喷孔,随着K_m增加,在初次破碎阶段喷雾SMD增加,而在二次雾化阶段喷逐渐减小。对于双曲线型变截面喷孔,随着K_m减小,在整个燃油雾化阶段喷雾SMD均减小。随着变截面位置距离喷孔入口处越远,喷雾SMD越小。最后,为了获得性能优异的GDI喷油器,采用正交试验优化方法对喷孔形状参数进行优化方案设计。优化设计时选取三种喷孔形状参数(喷孔锥度K系数、变截面大小K_m、变截面位置X_m)作为优化因素。研究结果表明:以喷雾SMD为优化目标时变截面大小K_m影响最大,K系数影响最小。优化之后喷孔的喷雾SMD明显减小。