柴油在低温条件下的喷雾与燃烧是柴油机在低温起动以及低速小负荷等工况下不可避免的工作过程,对柴油机的低温起动性能,低速动力性能和排放性能等有着重要的影响。掌握背景条件和喷射条件对低温柴油的喷雾与燃烧过程的影响规律以及如何进行合理地控制是解决柴油机低温起动过程中最为关键的技术难题。本文首先利用阴影法和直拍法获得了不同喷射压力、背景温度和背景密度条件下的柴油自由射流气相和液相的喷雾过程图像。测量、计算分析了气相和液相雾注的贯穿距离、喷雾锥角和雾注体积的变化规律,总结了气相和液相喷雾特性的参数分析方法。得到了背景条件和喷射条件对气相和液相喷雾特征参数及其差值的影响规律,总结了液相最大贯穿距离与背景条件的变化关系式。然后,利用高速相机获得了自由射流的燃烧过程图像,利用Matlab数字图像技术对燃烧图像进行了处理,研究了不同背景条件和喷射条件对着火过程和火焰发展过程的影响规律。发现了在低温环境下,预混燃烧过程中燃烧剧烈程度会出现双峰的特征,即先增加后减小再增加的双阶段特征。接下来,分析了壁面高度壁面角度和壁面温度对低温柴油碰壁射流的着火滞燃期、着火点分布规律和火焰强度的影响规律;发现壁面温度对碰壁射流的着火和火焰发展过程有着明显的影响:壁面温度越低,背景环境中温度梯度越大,着火滞燃期逐渐增加,着火点更加远离壁面,燃烧强度明显下降,不同背景密度下的最低着火温度约为430℃。最后,分析了某柴油机的起动过程不同转速对应的最高压缩压力,拟合了实际最高压缩压力与理论绝热压缩压力之比随转速的变化关系式。进而推导了缸内压缩温度随发动机转速、压缩比和进气温度的变化关系式,讨论了柴油机低温起动过程中发动机转速、压缩比、进气温度和火焰预热塞供油速率的控制方法。