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转子发动机(Rotary engine)自诞生以来,因其结构简单、功重比高、生产维修成本低廉等优点,在军用和民用领域都有着较为广泛的应用;为优化转子发动机性能,本文以柴油转子发动机为研究对象,采用试验和数值模拟的方法,将流场分布规律的优化和喷雾特性改善相结合,提出了新型双凹坑燃烧室结构,并对发动机喷油正时进行了优化。首先是在燃烧室优化方面,完成了新型双凹坑燃烧室结构的优化设计工作,并与采用传统燃烧室时的缸内流场分布情况、燃烧特性以及排放特性进行了对比分析,研究结果表明:在新型双凹坑燃烧室结构下,在压缩过程中,中部涡流的强度明显增强,在膨胀过程中形成了多涡流共存的流场分布规律,膨胀涡流促进了油气混合过程,增大了扩散燃烧速度,使缸内最高燃烧压力增大8.6%。在排放特性方面,双凹坑燃烧室结构下,一氧化氮生成量明显减少,碳烟生成量略有增加;综合考虑动力性能和排放性能,新型双凹坑燃烧室显著改善了转子发动机的性能。其次,在喷雾特性方面,基于定容弹、纹影仪等装置,开展了转子发动机工况下的喷雾特性试验工作,重点研究了喷雾环境背压和喷射压力对喷雾扩散过程的影响,研究发现:在喷雾试验工况范围内,随着喷油时刻的推迟,环境背压值从0.2 MPa增加至0.8 MPa,贯穿距离减小幅度约为36 mm,喷雾锥角值增幅为5.45°,雾化效果明显改善;说明喷雾环境背压对喷雾扩散过程的影响显著,而喷射压力对喷雾扩散过程的影响较小。最后,在燃烧室优化以及喷雾特性研究的基础上,开展了新型双凹坑燃烧室结构下喷油正时的优化研究,结果表明:燃烧及排放特性受缸内流场分布规律和喷雾特性的共同影响,当喷油正时在55°BTDC~85°BTDC范围内变化时,一方面燃油雾化效果相对较好,但另一方面涡流对燃油喷雾的作用时间较短,造成燃油在20°BTDC时刻呈现前后两个区域集中分布的状态;当喷油正时在95°BTDC~115°BTDC范围内变化时,喷雾环境背压值继续减小,雾化效果有所恶化,但由于涡流对燃油作用时间相对变长,导致缸内燃油受涡流运动影响显著而呈现分布更为均匀的特点。当喷油时刻为压缩阶段中期105°BTDC时,在缸内燃油喷雾与流场中涡流运动的作用下使燃油分布与点火方案匹配效果达到最佳,并且膨胀过程中的膨胀涡流显著促进了油气混合,加速了燃烧速度,使最大燃烧压力达到最大值4.14MPa,动力性能最优。在排放方面,综合NO和Soot排放水平,喷油时刻为75°BTDC和105°BTDC时排放性能较好,喷油时刻为75°BTDC时排放性能最佳。综上,在新型双凹坑燃烧室结构下,综合考虑动力性能和排放性能,最佳喷油正时参数为105°BTDC。