柴油機(jī)典型工況的電控噴油器多次噴射分配*

王 軍，金 毅，張幽彤，丁小亮，韓 樹(shù)

（1.陸軍裝甲兵學(xué)院車輛工程系，北京 100072； 2.北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院，北京 100081）

前言

隨著柴油機(jī)排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，多次噴射已成為電控柴油機(jī)排放機(jī)內(nèi)凈化的主要手段［1］。由于車用柴油機(jī)經(jīng)常變工況運(yùn)行，其燃燒過(guò)程具有非線性的特征，多次噴射組合會(huì)直接影響柴油機(jī)排放性能。在柴油機(jī)上實(shí)施多次噴射時(shí)，確定適合工況的噴射組合是多次噴射應(yīng)用首要解決的問(wèn)題。目前發(fā)表的文獻(xiàn)大部分是關(guān)于多次噴射對(duì)柴油機(jī)排放影響的分析和研究，最具代表性的如Nehmer等［2］在2.44 L單缸機(jī)上進(jìn)行了多次噴射試驗(yàn)，說(shuō)明了預(yù)噴油量在10%-75%之間變化，多次噴射能夠在微粒排放稍微增加的情況下，有效地減少氮氧化物的排放；Chen［3］分析不同的噴射組合對(duì)1.2 L高壓共軌柴油機(jī)性能的影響，通過(guò)優(yōu)化廢氣再循環(huán)率、預(yù)噴定時(shí)、預(yù)噴油量、主噴定時(shí)和主噴油量，同時(shí)優(yōu)化了氮氧化物（NOx）和煙度（Soot）的排放。Carlucci［4］分析了1.930 L FIAT高壓共軌柴油機(jī)在不同工況下，預(yù)噴油量和主預(yù)間隔時(shí)間對(duì)主噴燃燒過(guò)程的影響；國(guó)內(nèi)石秀勇等人進(jìn)行了多次噴射對(duì)柴油機(jī)噪聲和排放物的影響試驗(yàn)［5］，預(yù)噴有效減小了柴油機(jī)的噪聲，預(yù)噴油量較少能改善NOx的排放，后噴射會(huì)使Soot的排放降低，但會(huì)導(dǎo)致燃油消耗率和排氣溫度有所升高。欒興存等人完成了多次噴射對(duì)高壓共軌渦輪增壓柴油機(jī)燃燒與排放影響的試驗(yàn)［6］，總結(jié)出預(yù)噴和后噴對(duì)柴油機(jī)排放的影響趨勢(shì)；王滸等人進(jìn)行多次噴射與廢氣再循環(huán)相聯(lián)合對(duì)柴油機(jī)的性能和排放的影響試驗(yàn)［7］，說(shuō)明該方法能有效地降低碳煙的排放，但會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)燃油消耗率、碳?xì)浠衔锖鸵谎趸嫉呐欧帕吭黾印＿@些研究通常只在某一、兩個(gè)工況下，采用變化單一噴油參數(shù)的方法揭示不同噴射組合對(duì)柴油機(jī)排放的影響，而對(duì)柴油機(jī)多工況如何分配多次噴射和多次噴射組合策略研究較少。本文中在簡(jiǎn)要分析電控噴油器多次噴射的形式和作用后，提出了基于工況排放值約束的多次噴射分配方法，結(jié)合柴油機(jī)典型工況的排放試驗(yàn)，說(shuō)明了電控噴油器多次噴射分配方法的有效性，為柴油機(jī)全工況多次噴射分配提供參考。

1 噴射策略

1.1 多次噴射

多次噴射是指在柴油機(jī)每一工作循環(huán)中將燃油的噴射分為兩次或兩次以上的噴油方案，是一項(xiàng)改善柴油機(jī)性能的技術(shù)［8］。多次噴射由預(yù)噴2（Pil2）、預(yù)噴1（Pil1）、主噴（Main）和后噴（Post）組合而成，如圖1所示。多次噴射參數(shù)有預(yù)噴2的提前角AiPil2、持續(xù)角度EtPil2，預(yù)噴1的提前角AiPil1、持續(xù)角度EtPil1，主噴的提前角Aj、持續(xù)角度Etj，后噴持續(xù)角度EtPos、主后噴間隔角AiPos，TDC為上止點(diǎn)。為便于試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析，預(yù)噴2、預(yù)噴1和后噴的持續(xù)角度用時(shí)間ms表示。

圖1 多次噴射組成

預(yù)噴是指噴油器在主噴射之前的預(yù)先噴射燃油，其噴油量小而噴射相位前移，預(yù)噴燃燒縮短了主噴射燃油的著火延遲期，降低缸內(nèi)壓力升高率和溫度，從而降低柴油機(jī)燃燒噪聲與氮氧化物［9］。主噴是指噴油器在一個(gè)工作循環(huán)中滿足轉(zhuǎn)矩輸出要求的主要噴射，其噴油量大，噴射相位靠近上止點(diǎn)。后噴是指噴油器在主噴射之后的后續(xù)噴射，噴油量小，后噴能提高擴(kuò)散燃燒階段缸內(nèi)的燃燒溫度和氧化生成的微粒，可減少微粒排放。

1.2 典型工況

轉(zhuǎn)速和負(fù)荷構(gòu)成了柴油機(jī)的工況，柴油機(jī)的工況有起動(dòng)工況、怠速工況、過(guò)渡工況、最大轉(zhuǎn)矩工況和額定工況等。根據(jù)車輛行駛工況統(tǒng)計(jì)研究，車輛在高速公路上行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的工況多在高速中高負(fù)荷，在二級(jí)公路上行駛時(shí)則為中速中負(fù)荷，在城市道路上行駛時(shí)則以怠速和過(guò)渡工況為主［10］，柴油機(jī)典型工況是柴油機(jī)經(jīng)常工作和各種能力的工作狀況，典型工況不僅涵蓋了多次噴射適用的柴油機(jī)的工作區(qū)域，而且包含外特性、排放測(cè)試工況點(diǎn)，因此選擇怠速工況、低速小負(fù)荷工況、中速中負(fù)荷工況、中速大負(fù)荷工況、額定轉(zhuǎn)速大負(fù)荷工況作為柴油機(jī)的典型工況。

1.3 工況排放

氮氧化物和微粒是柴油機(jī)的主要排放物，因此在保證柴油機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的前提下，選擇微粒（PM）和氮氧化物作為衡量指標(biāo)，選取歐Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)的微粒和氮氧化物加權(quán)比排放量，利用文獻(xiàn)［7］中提出的工況分擔(dān)率（表征各個(gè)工況的排放量對(duì)十三工況的加權(quán)比排放量的相對(duì)貢獻(xiàn)大小）計(jì)算出不同工況下微粒和氮氧化物的排放量，作為評(píng)價(jià)噴射次數(shù)和噴油參數(shù)的指標(biāo)。

式中：Xmass為某一工況下的排放物m的排放值，g／h；WFi為加權(quán)系數(shù)，i為工況序號(hào)。

不同工況下排放物m的排放量［12］為

式中：BSm為排放物m的加權(quán)比排放量；Gm為排放物m的排放量；Pi為i工況的柴油機(jī)功率。

i工況的NOx體積濃度DNOxi為

式中Q為排氣流量，mm3／s。

由于柴油機(jī)微粒大部分是碳粒，比例成分穩(wěn)定，碳煙是柴油機(jī)大負(fù)荷產(chǎn)生的碳粒，反映的是固態(tài)黑碳粒的多少，煙度和微粒的變化之間存在一定相關(guān)性［13］，煙度排放大，微粒值也大。微粒質(zhì)量測(cè)量需要稀釋取樣風(fēng)道等復(fù)雜設(shè)備，價(jià)格昂貴，測(cè)量繁瑣，而煙度測(cè)量簡(jiǎn)便，適宜各工況測(cè)試，因此采用動(dòng)態(tài)煙度值來(lái)指示微粒排放，選擇張兆合、任麗娟等人提出的微粒質(zhì)量濃度與煙度消光系數(shù)的關(guān)系式［14］計(jì)算微粒質(zhì)量濃度對(duì)應(yīng)的煙度消光系數(shù)k：

式中：CPM為排氣中的微粒質(zhì)量濃度，mg／m3；k為排氣中煙度的消光系數(shù)，m-1。

1.4 噴射次數(shù)

不同噴射組合及其噴射參數(shù)直接影響柴油機(jī)排放的變化，對(duì)給定的試驗(yàn)工況，須使不同的噴射組合之間具有可比性，就需要在不同的噴射組合之間建立一個(gè)可比較的基準(zhǔn)，此基準(zhǔn)就是每種噴射組合在保證柴油機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的前提下，能使排放性能最佳折衷。多次噴射的噴射定時(shí)和噴射量主要影響柴油機(jī)的排放性和經(jīng)濟(jì)性，依據(jù)柴油機(jī)的排放性和經(jīng)濟(jì)性要求，進(jìn)行多次噴射定時(shí)和噴射量組合尋優(yōu)。電控噴油器多次噴射的次數(shù)確定方法是對(duì)給定的工況點(diǎn)，通過(guò)逐次增加噴射次數(shù)，按照柴油機(jī)兩種排放折衷最優(yōu)的原則，兼顧柴油機(jī)燃油消耗率指標(biāo)，優(yōu)選出多次噴射的噴射定時(shí)和噴射量的參數(shù)組合，進(jìn)而確定合適的噴射次數(shù)，具體過(guò)程如下。

首先進(jìn)行只有主噴的一次噴射試驗(yàn)，由目標(biāo)輸出轉(zhuǎn)矩來(lái)確定一個(gè)合適的噴油壓力、主噴噴油持續(xù)角及其噴油提前角，并確定對(duì)應(yīng)的燃油消耗率。

其次進(jìn)行由預(yù)噴和主噴組成的兩次噴射，保持噴油壓力和主噴持續(xù)角及其提前角恒定不變，改變預(yù)噴噴油量和預(yù)噴提前角，分析柴油機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，選擇排放指標(biāo)折衷最優(yōu)的預(yù)噴參數(shù)，再對(duì)比柴油機(jī)的燃油消耗率變化，確定出兩次噴射參數(shù)；同法可確定由2次預(yù)噴和主噴組成的3次噴射參數(shù)。

最后在主噴后引入后噴，改變主后噴間隔角和后噴油量，分析其對(duì)柴油機(jī)排放的影響，選擇排放指標(biāo)折衷最優(yōu)的后噴參數(shù)，再對(duì)比柴油機(jī)的燃油消耗率變化，確定出合適的4次噴射參數(shù)。

圖2 試驗(yàn)臺(tái)架組成

2 噴射試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

電控噴油器的多次噴射須在柴油機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行，以檢驗(yàn)不同噴射對(duì)柴油機(jī)性能的影響。試驗(yàn)臺(tái)架組成如圖2所示，試驗(yàn)使用測(cè)試儀器有測(cè)功機(jī)、空氣流量計(jì)、燃燒分析儀、氣體分析儀和煙度計(jì)，參數(shù)如表1所示。試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)為北汽福田的4JB1柴油機(jī)，其基本參數(shù)如表2所示，通過(guò)加裝Bosch公司的高壓共軌噴油系統(tǒng)，將標(biāo)定功率提高到85 kW，配以自主開(kāi)發(fā)的電控單元。

表1 試驗(yàn)用測(cè)試儀器參數(shù)

表2 4JB1柴油機(jī)基本參數(shù)表

2.2 試驗(yàn)工況

柴油機(jī)試驗(yàn)工況按照典型工況要求選取，選擇6個(gè)試驗(yàn)工況點(diǎn)如圖3所示（圖中以空心圓圈顯示）。其中A為怠速工況點(diǎn)，轉(zhuǎn)速為650 r／min；B為中低轉(zhuǎn)速小負(fù)荷范圍工況點(diǎn)，轉(zhuǎn)速為1 200 r／min、轉(zhuǎn)矩為60 N·m；C＠25%、C＠50%、C＠100%分別為中高轉(zhuǎn)速的低、中、高負(fù)荷范圍的工況點(diǎn)，轉(zhuǎn)速為2 125 r／mim，轉(zhuǎn)矩分別為60、120、240 N·m，也是柴油機(jī)排放測(cè)試試驗(yàn)所規(guī)定的13工況中的3個(gè)工況，其中C＠100%為此轉(zhuǎn)速下的外特性點(diǎn)；D為高速大負(fù)荷工況范圍的工況點(diǎn)，轉(zhuǎn)速為3 400 r／min、轉(zhuǎn)矩為最大值。

選取4JB1柴油機(jī)的原機(jī)ESC13工況排放數(shù)據(jù)，按式（1）計(jì)算出4JB1柴油機(jī)微粒和氮氧化物的各工況分?jǐn)偮剩辉俑鶕?jù)歐Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)的PM和NOx加權(quán)比排放值，工況時(shí)間為怠速4 min、其它2 min，按式（2）～式（5）計(jì)算不同工況下4JB1柴油機(jī)氮氧化物、煙度的限值，如表3所示。

圖3 多次噴射試驗(yàn)工況點(diǎn)

表3 不同工況的柴油機(jī)Soot、NO x分?jǐn)偮始跋拗?/p>

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

為便于分析和簡(jiǎn)化描述，對(duì)多次噴射組合進(jìn)行統(tǒng)一定義，多次噴射組合的噴射參數(shù)用AiPiI2／Et-PiI2／AiPiI1／EtPiI1／Ai／Etj／AiPos／EtPos格式表示，單位分別為（°）CA／μs／（°）CA／μs／（°）CA／（°）CA／（°）CA／μs，例如，60／150／30／250／5／10／0／0噴射組合表示PiI2＋PiI1＋Main的3次噴射，預(yù)噴2提前角為60°CA、噴油脈寬為150μs，預(yù)噴1的提前角為30°CA、噴油脈寬為250μs，主噴射提前角為5°CA、持續(xù)角為10°CA，沒(méi)有后噴；0／0／30／250／10／15／0／0表示PiI1＋Main的2次噴射，預(yù)噴1提前角為30°CA、噴 油 脈 寬 為250μs，主 噴 射 提 前 角 為10°CA，持續(xù)角為15°CA。

3.1 怠速工況噴射

當(dāng)柴油機(jī)在怠速650 r／min時(shí)，分別實(shí)施1次噴射、2次噴射，2次噴射由主噴和預(yù)噴組合而成。在噴油壓力為40 MPa的條件下，柴油機(jī)怠速時(shí)不同噴射的排放如表4所示。從表4可見(jiàn)，隨著1次噴射提前角Aj的增加，NOx排放值逐漸增加，Soot排放值逐漸減小。當(dāng)實(shí)施2次噴射時(shí)，隨著預(yù)噴提前角的減小，NOx排放降低的效果明顯，說(shuō)明預(yù)噴縮短了主噴的滯燃期，與此同時(shí)主噴發(fā)生時(shí)缸內(nèi)溫度較高，預(yù)噴的燃油沒(méi)有得到完全反應(yīng)，主噴中進(jìn)入燃燒室的燃油就處于高溫缺氧的環(huán)境下，造成煙度較高。在怠速工況，只有在EtPiI1較大且AiPiI1較小時(shí)，預(yù)噴的引入使Soot和NOx的排放達(dá)到限值，所以在怠速工況下，宜采用預(yù)噴加主噴組合的兩次噴射。

表4 柴油機(jī)怠速時(shí)不同噴射的效果

3.2 低速小負(fù)荷噴射

當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為1 200 r／min、負(fù)荷為60 N·m時(shí)，分別實(shí)施1次噴射、2次噴射和3次噴射，其中3次噴射為2次預(yù)噴和主噴射組合，柴油機(jī)低速小負(fù)荷時(shí)不同噴射的效果如表5所示。從表5中數(shù)據(jù)看出：在噴油壓力為45 MPa的條件下，當(dāng)1次噴射的提前角Aj和持續(xù)角度Etj分別為5和10°CA時(shí)，柴油機(jī)的NOx、Soot排放值分別接近此工況的限值440×10-6、0.030 m-1，有效燃油消耗率（BSFC）為242 g／（kW·h）；當(dāng)實(shí)施2次噴射時(shí)，隨著AiPiI1的減小，NOx排放值逐漸減小，Soot排放值逐漸增加，主噴燃油進(jìn)入預(yù)噴燃燒產(chǎn)物造成的高溫缺氧環(huán)境，導(dǎo)致煙度上升，采用較大的預(yù)噴-主噴間隔，較小的預(yù)噴油量，在不影響發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒性能的前提下，能改善NOx和Soot排放的折衷關(guān)系。采用預(yù)噴射的BSFC要比單次噴射的低，隨著預(yù)噴和主噴間隔的減小，主燃燒更加靠近上止點(diǎn)，預(yù)噴對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的改善作用更加明顯；當(dāng)實(shí)施3次噴射時(shí)，隨著AiPiI2的增加，NOx的排放較2次噴射的更小。當(dāng)預(yù)噴2的提前角為60°CA時(shí)，EtPiI1較大且AiPiI1較小對(duì)降低NOx和Soot有利。當(dāng)2次預(yù)噴整體較早時(shí)，隨著預(yù)噴2油量的增加，NOx增加，煙度降低，因此在低轉(zhuǎn)速小負(fù)荷工況下，預(yù)噴2能夠有效地點(diǎn)燃預(yù)噴1的燃油，有利于降低主噴的壓力升高率和放熱率峰值，既減小了燃燒噪聲，又不惡化煙度排放，BSFC隨預(yù)噴AiPiI2的提前呈上升趨勢(shì)，宜用2次預(yù)噴加主噴射的3次噴射。

表5 柴油機(jī)低速小負(fù)荷時(shí)不同噴射的效果

表6 柴油機(jī)中速小負(fù)荷時(shí)不同噴射的效果

3.3 中速小負(fù)荷噴射

當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為2 125 r／min、負(fù)荷為最大負(fù)荷的25%時(shí)，分別實(shí)施2次噴射、3次噴射和4次噴射，其中4次噴射由2次預(yù)噴、主噴和后噴組成。在噴油壓力為100 MPa的條件下，當(dāng)單次噴射的提前角Aj和持續(xù)角度Etj分別為10和15°CA時(shí)，柴油機(jī)的NOx、Soot排放值分別接近此工況的限值150×10-6、0.025 m-1，BSFC為298 g／（kW·h）；當(dāng)實(shí)施多次噴射時(shí)，柴油機(jī)不同噴射的效果如表6所示，從表6中數(shù)據(jù)看出：在同一預(yù)噴脈寬下，NOx排放值隨預(yù)噴AiPiI1的增加而增大，Soot排放值逐漸減小，BSFC呈現(xiàn)出先減小后增加的趨勢(shì)；當(dāng)AiPiI1較小時(shí)，燃油消耗率相對(duì)于單次噴射有一定程度的優(yōu)化，并且隨著EtPiI1的增加，BSFC的優(yōu)化程度越發(fā)明顯。當(dāng)EtPiI1為350μs，3次噴射的柴油機(jī)NOx排放值較2次噴射有明顯的減小，當(dāng)預(yù)噴AiPiI2較小時(shí)，預(yù)噴EtPiI2對(duì)BSFC的影響較小，而預(yù)噴AiPiI2較大時(shí)，BSFC隨預(yù)噴EtPiI2的增加而上升；采用2預(yù)噴-主噴-后噴的4次噴射，Soot和NOx明顯要低于單次噴射；在主-后噴間隔較小時(shí)，Soot隨主-后噴間隔的變化不明顯，而當(dāng)主-后噴間隔超過(guò)10°CA時(shí)，煙度隨著后噴油量的增加而降低。選用大于10°CA的主-后噴間隔和較大的后噴油量可得到較好的Soot和NOx排放，選取合適的后噴油量和后噴定時(shí)，BSFC呈現(xiàn)明顯的改善。為優(yōu)化NOx和Soot排放，宜采用由兩次預(yù)噴、主噴和后噴組成的4次噴射。

表7 柴油機(jī)中速中負(fù)荷時(shí)不同噴射的效果

表8 柴油機(jī)中速大負(fù)荷時(shí)不同噴射的效果

3.4 中速中負(fù)荷噴射

當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為2 125 r／min、負(fù)荷為最大負(fù)荷的50%時(shí)，分別實(shí)施2次噴射、3次噴射，其中3次噴射由預(yù)噴、主噴和后噴組成或由2次預(yù)噴和主噴射組成，在噴油壓力為120 MPa的條件下，1次噴射的提前角Aj和持續(xù)角度Etj分別為10和20°CA。柴油機(jī)的NOx、Soot排放值接近此工況的限值510×10-6、0.025 m-1，BSFC為220 g／（kW·h）；當(dāng)實(shí)施多次噴射時(shí)，柴油機(jī)不同噴射的效果如表7所示，從表7中數(shù)據(jù)看出：較小的EtPiI2和較大的AiPiI1，仍然能夠在一定程度上降低NOx和Soot排放值。當(dāng)Ai-PiI1大于40°CA時(shí)，NOx才有較為明顯下降，但此時(shí)的Soot以及BSFC都有一定程度的惡化，在較大AiPos范圍內(nèi)，均能夠有效地優(yōu)化煙度的排放；當(dāng)AiPos小于20°CA時(shí)，對(duì)所有試驗(yàn)選定的EtPos，煙度排放均有不同程度的優(yōu)化。由于加入后噴，其燃燒放熱可進(jìn)一步氧化主燃燒期間生成的碳煙，降低碳煙排放，后噴燃油噴入缸內(nèi)，使燃燒溫度逐漸降低，抑制了NOx的生成，能獲得較好排放性和經(jīng)濟(jì)性。只有在EtPost為150μs、小AiPost時(shí)，BSFC才較無(wú)后噴的有所降低。隨著AiPost的增加，BSFC變化幅度較小，基本無(wú)明顯變化。當(dāng)柴油機(jī)中速中負(fù)荷時(shí)，宜采用預(yù)噴、主噴和后噴組成3次噴射。

3.5 中速大負(fù)荷噴射

當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為2 125 r／min、負(fù)荷最大時(shí)，分別實(shí)施2次噴射、3次噴射，其中2次噴射由預(yù)噴和主噴組成或主噴和后噴組成，3次噴射由預(yù)噴、主噴和后噴組成。在噴油壓力為140 MPa的條件下，1次噴射的提前角Aj和持續(xù)角度Etj分別為10和25°CA時(shí)，柴油機(jī)的NOx、Soot排放值分別接近此工況的限值1000×10-6、0.25 m-1，BSFC為202 g／（kW·h）；當(dāng)實(shí)施多次噴射時(shí)，柴油機(jī)不同噴射的效果如表8所示。從表8中數(shù)據(jù)看出：采用預(yù)噴和主噴組合，NOx與Soot排放值成明顯的折衷關(guān)系，預(yù)噴對(duì)NOx、Soot及BSFC的影響幅度明顯；采用主噴和后噴組合，當(dāng)主-后噴間隔角較小時(shí)，后噴定時(shí)和后噴量對(duì)NOx的影響均不大；當(dāng)主 -后噴間隔角增加到10°CA以上時(shí)，NOx隨主 -后噴間隔和后噴油量的增加略有下降，Soot隨著后噴油量增加而降低，主-后噴間隔增大到一定程度時(shí)，BSFC比1次噴射的有所增加；采用預(yù)噴、主噴和后噴組合的3次噴射時(shí)，NOx排放值較主噴和后噴組合的明顯增加，Soot排放值較主噴和后噴組合的略有下降，BSFC隨著預(yù)噴AiPiI2的提前基本呈上升趨勢(shì)，由于在中速大負(fù)荷工況屬于柴油機(jī)的外特性工況點(diǎn)，主噴油量較多，后燃階段缸內(nèi)的溫度壓力相對(duì)較高，促進(jìn)了Soot氧化，后噴作用不明顯。宜用預(yù)噴加主噴的2次噴射。

3.6 高速大負(fù)荷噴射

當(dāng)柴油機(jī)運(yùn)行在高速3 400 r／min、最大負(fù)荷時(shí)，分別實(shí)施1次噴射和2次噴射，其中2次噴射由預(yù)噴和主噴組成。在噴油壓力為140 MPa的條件下，柴油機(jī)高速大負(fù)荷時(shí)不同噴射的排放如表9所示。由表9中數(shù)據(jù)看出，在同一預(yù)噴定時(shí)下，隨著EtPiI1的增加，NOx排放值逐漸增大，Soot排放值、BSFC逐漸減小；在同一預(yù)噴脈寬下，隨著AiPiI1的增加，NOx，Soot排放值變化幅度不大，兩次噴射的NOx與Soot排放值都接近此工況的限值。采用1次噴射的NOx與Soot排放值低于此工況的限值，BSFC較2次噴射的有所降低，由于此時(shí)柴油機(jī)氣缸內(nèi)的溫度、壓力達(dá)到最高，沒(méi)有必要再用預(yù)噴提高缸內(nèi)溫度，宜采用單次噴射。

表9 柴油機(jī)高速大負(fù)荷時(shí)不同噴射的效果

綜上所述，在怠速工況下采用2次噴射；在低速小負(fù)荷工況下采用3次噴射，適當(dāng)噴油量、早的預(yù)噴可獲得較好的NOx和Soot排放值；在中速小負(fù)荷工況下采用兩次預(yù)噴、主噴和后噴的4次噴射，早的預(yù)噴可獲得NOx和Soot的輕微改善；在中速中負(fù)荷工況下采用預(yù)噴、主噴和后噴的3次噴射，兩次預(yù)噴整體相位較提前且預(yù)噴1油量較小時(shí)，能得到相對(duì)較好的柴油機(jī)排放性能；在中速大負(fù)荷工況下采用預(yù)噴加主噴的2次噴射，預(yù)噴對(duì)NOx、Soot排放影響較小；在高速大負(fù)荷工況下，缸內(nèi)的溫度、壓力達(dá)到最高，不需要預(yù)噴提高缸內(nèi)溫度、壓力，采用1次主噴。4JB1高壓共軌柴油機(jī)典型工況的多次噴射組合如圖4所示。

圖4 4JB1柴油機(jī)典型工況多次噴射組合

4 結(jié)論

（1）提出了柴油機(jī)典型工況多次噴射分配方法，以各工況的NOx與Soot排放值為約束限值，兼顧燃油消耗率的變化，采用遞增噴射次數(shù)、兩種排放折衷尋優(yōu)的方法確定噴射參數(shù)和噴射次數(shù)。

（2）按照柴油機(jī)典型工況的排放折衷最佳限值，在低速小負(fù)荷工況，適當(dāng)噴油量、較早一次預(yù)噴能獲得較好的柴油機(jī)NOx和Soot排放；在中速小負(fù)荷工況下，早的預(yù)噴能實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)NOx和Soot的輕微改善；在中速中負(fù)荷工況下，兩次預(yù)噴整體相位較提前且預(yù)噴1油量較小時(shí)，能獲得相對(duì)較好的柴油機(jī)NOx和Soot排放值；在中速大負(fù)荷工況下，適當(dāng)?shù)闹?后噴隔角和噴油量能實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)NOx和Soot的優(yōu)化。

（3）結(jié)合典型工況下多次噴射的4JB1柴油機(jī)排放試驗(yàn)，以氮氧化物和煙度作為評(píng)價(jià)參數(shù)，分析了不同噴射組合對(duì)4JB1柴油機(jī)排放性能的影響，確定了4JB1高壓共軌柴油機(jī)典型工況的多次噴射組合。