随着环保法规的日益严格,缸内直喷发动机以其油耗低、升功率大、压缩比高等优点得到了广泛应用。缸内直喷发动机的高增压与小型化趋势使得燃油喷雾碰壁问题不可避免。在燃油与活塞顶及气缸壁的接触过程中,气缸壁面会形成难以气化的油膜。由于燃烧室结构复杂,壁面上的油膜无法充分燃烧,只能以碳烟的形式排放到空气中,极大地影响了汽车的动力输出和排放性能。而喷雾碰壁问题在冷起动工况下尤为明显,因此研究并改善喷雾碰壁过程对于提高发动机的性能具有至关重要的意义。本研究基于多种光学诊断方法,对喷雾碰壁及油膜发展过程进行了深入系统的探究。本研究首先设计了可以产生不同直径和速度的单液滴发生系统,利用显微背光成像法与激光诱导荧光技术测量了液滴与壁面接触时的形态变化与油膜动态特性,分析了不同入射状态对单液滴碰壁的影响。其次使用米散射技术和激光诱导荧光技术同步测量了碰壁喷雾的宏观形态与壁面油膜特性,并进一步使用激光相位多普勒干涉技术与粒子图像测速技术获得了近壁面处液滴的粒径与速度分布。通过分析单个液滴沿壁面的滑移现象,完善了传统的Bai&Gosman喷雾碰壁模型。最后利用激光诱导荧光技术测量了不同热力学条件下喷雾碰壁后形成的油膜运动与质量分布,通过研究油膜上方波浪的生成与发展运动特性,将波浪分为三类,并且进一步分析了不同油温与板温条件下波浪破碎对壁面残余油膜质量损失的影响。本研究系统深入地探索了碰壁喷雾的宏观形态与油膜发展及破碎特性,完善了近壁面处单液滴碰壁机理,为提高发动机排放性能和仿真模型的精确度打下了坚实基础。