Використання водопаливної емульсії (ВПЕ) в якості палива для дизелів дозволяє досягти значного комплексного покращення паливно-екологічних показників двигуна. Проте, процес згоряння ВПЕ помітно відрізняється від згоряння традиційного дизельного палива. Це обумовлює виникнення резервів з покращення дизеля на ВПЕ шляхом вибору оптимальних параметрів. Найбільш раціональним шляхом для вирішення поставленої задачі є використання комплексної математичної моделі дизеля при роботі на ВПЕ. Одним з найбільш важливих складових такої моделі дизеля є математична модель процесів сумішоутворення та згоряння палива в циліндрі. Наведено основні елементи математичної моделі процесів сумішоутворення та згоряння водопаливної емульсії в дизелі. Для ідентифікації математичної моделі було використано результати комплексу експериментальних досліджень дизеля на водопаливній емульсії на найбільш показових режимах роботи дизеля, що відображають вплив кута випередження впорскування палива, та вміст води у водопаливній емульсії. Підвищення точності отриманих даних експериментальних досліджень досягнуто використанням методів обробки даних окремо для кожного робочого циклу дизеля. Наведено результати ідентифікації математичної моделі. Результати математичного моделювання добре узгоджуються із експериментальними даними, характер та ступінь впливу розглянутих факторів на процеси сумішоутворення та згоряння відображений адекватно. Отримані результати є вихідними даними для моделювання процесів утворення сажі та оксидів азоту в циліндрі дизеля. Це дозволить адекватно оцінити вплив кожного з обраних параметрів на показники дизеля та визначити сукупність параметрів, що забезпечать найбільш ефективне використання ВПЕ в дизелі.