为了进一步提升对置活塞式自由活塞发动机（Free-piston Engine,FPE）的燃料利用效率与排放性能,本文以课题组研制的第四代对置活塞式FPE作为研究对象,采用三维计算流体力学的方法对发动机的缸内燃烧过程进行了参数化仿真研究。研究内容主要包括以下几个方面:（1）基于对置活塞式FPE的具体结构,设计了喷雾导向型燃烧组织方式。分析了发动机混合气形成过程和燃烧过程的评价指标。（2）建立了对置活塞式FPE中央燃烧室的几何模型以及网格模型。选择了适当的喷雾模型和燃烧模型,并对喷雾模型进行了试验标定。最后确定了计算条件以及计算策略。（3）研究了初始燃空当量比、喷雾锥角以及喷油速率对缸内混合气形成过程的影响。对缸内气流的运动以及残余废气的分布进行了分析。设计了不同喷雾参数的研究方案,并分析了各个喷油参数对燃料的蒸发率、液滴索特平均直径以及缸内混合气分布的影响。（4）分析了初始燃空当量比、喷雾锥角以及喷油速率对缸内燃烧过程及排放的影响。针对不同喷雾参数对缸内燃烧放热率、平均压力、未燃燃料分布、平均温度以及一氧化碳排放的影响进行分析。最后对发动机的经济性能和动力性能进行预测。研究结果表明,在初始燃空当量比为0.85,喷雾锥角为40°,喷油速率为20 mg/ms的条件下,发动机的综合性能最优。经优化后的发动机燃料燃烧效率达到98.5%,指示热效率达到40.5%,在排气门开启时刻缸内一氧化碳含量最低,占缸内工况质量的0.2%。