王金豪，畢玉華，申立中，聶學(xué)選，萬明定，王正江

（昆明理工大學(xué) 云南省內(nèi)燃機(jī)重點實驗室，昆明 650500）

0 概述

隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，柴油機(jī)顆粒捕集器（diesel particulate filter，DPF）和選擇性催化還原（selective catalytic reduction，SCR）技術(shù)被廣泛運(yùn)用于柴油機(jī)后處理中［1］。雖然DPF 和SCR 可有效降低柴油機(jī)的污染物排放，但運(yùn)用過程中低溫性能差一直是需要解決的問題。在柴油機(jī)中低負(fù)荷工況排氣溫度過低，無法滿足DPF 再生的要求［2］，且會導(dǎo)致SCR 噴射的尿素結(jié)晶、無法充分水解及NOx轉(zhuǎn)化效率過低等問題［3-7］。故在柴油機(jī)低排溫工況點提高排氣溫度具有重要意義。提高排氣溫度比較傳統(tǒng)的方式有缸內(nèi)柴油后噴、排氣管內(nèi)柴油機(jī)催化氧化器（diesel oxidation catalyst，DOC）前噴射燃油等。缸內(nèi)柴油后噴需要依賴于高壓共軌技術(shù)，實現(xiàn)多次噴射并合理控制后噴油量，若后噴油量控制不得當(dāng)，可能伴隨著燃油經(jīng)濟(jì)性惡化、HC 和CO 排放顯著升高等問題。排氣管內(nèi)DOC 前噴射燃油提高排氣溫度需要額外增加噴油裝置，另外除了需要考慮DOC本身特性的影響，還要考慮此系統(tǒng)的多個因素的影響，如噴油器的燃油噴霧特性、噴油壓力和溫度、噴油時刻、噴油量、燃油特性、噴油器的位置和噴油方位等。文獻(xiàn)［8-14］中研究發(fā)現(xiàn)，在柴油機(jī)低負(fù)荷工況下，采用進(jìn)排氣節(jié)流的排氣熱管理方法可以有效提高柴油機(jī)排氣溫度，滿足DPF 再生的溫度要求，提高SCR 的轉(zhuǎn)化效率。進(jìn)排氣節(jié)流僅需在柴油機(jī)的進(jìn)氣端和排氣端裝上電磁閥，控制電磁閥的開度即可有效控制排氣溫度。相比于傳統(tǒng)的缸內(nèi)柴油后噴、排氣管內(nèi)DOC 前噴射來提高排溫的方案，進(jìn)排氣節(jié)流方案具有系統(tǒng)構(gòu)造簡單、技術(shù)要求低、成本低的優(yōu)勢。但進(jìn)排氣節(jié)流提高柴油機(jī)排氣溫度的同時，也會對柴油機(jī)的性能產(chǎn)生一定影響，研究進(jìn)排氣節(jié)流對柴油機(jī)性能的影響對制定柴油機(jī)排氣熱管理控制策略具有重要意義。

國內(nèi)外學(xué)者對進(jìn)排氣節(jié)流對柴油機(jī)性能的影響展開了大量研究。文獻(xiàn)［13］中研究了進(jìn)氣節(jié)流對柴油機(jī)性能的影響，結(jié)果表明進(jìn)氣節(jié)流閥開度減小則過量空氣系數(shù)降低，比油耗增加，排氣溫度升高，碳煙、NOx及CO 排放明顯惡化，HC 排放得到改善。文獻(xiàn)［14］中研究了排氣節(jié)流和進(jìn)氣節(jié)流對柴油機(jī)性能和排放的影響，結(jié)果表明：增加排氣節(jié)流后，低速時發(fā)動機(jī)性能和排放特性變化較小，中高速時發(fā)動機(jī)排氣溫度明顯升高，油耗增加，CO、全碳?xì)洹㈩w粒物排放增加，NOx比排放明顯降低；增加進(jìn)氣節(jié)流后，油耗略微增加，CO 比排放略微升高，全碳?xì)?、顆粒物明顯降低，在低轉(zhuǎn)速下排溫明顯升高。文獻(xiàn)［15］中研究了進(jìn)氣節(jié)流對柴油機(jī)排氣溫度、比油耗、排放的影響，結(jié)果表明與進(jìn)氣節(jié)流閥不工作時相比，在進(jìn)氣節(jié)流閥開度約15%～20% 時排氣溫度提高140 ℃左右，NOx排放降低，PM 排放和燃油消耗率均增大。文獻(xiàn)［16］中試驗研究了進(jìn)排氣節(jié)流對柴油機(jī)性能及DPF 再生的影響，結(jié)果表明進(jìn)氣和排氣節(jié)流都會降低進(jìn)氣質(zhì)量流量，從而增加燃料消耗，導(dǎo)致排氣溫度升高，但排氣節(jié)流比進(jìn)氣節(jié)流更有助于DPF 在高溫下進(jìn)行再生。目前針對進(jìn)排氣節(jié)流對柴油機(jī)性能影響的研究大多都基于平原環(huán)境，對高原環(huán)境下進(jìn)排氣節(jié)流對柴油機(jī)性能影響的研究相對缺乏。

中國地形復(fù)雜，海拔1 000 m 以上的陸地面積占比達(dá)58%，海拔2 000 m 以上的陸地面積占比為33%［17-18］。與平原相比，高原環(huán)境有大氣壓力低、空氣稀薄、氧含量低、環(huán)境溫度較低等特點［19］，會對柴油機(jī)的工作過程產(chǎn)生影響。另外，排放法規(guī)針對柴油機(jī)高原環(huán)境下的排放的要求也區(qū)別于平原［20］?；谝陨媳尘埃诟咴h(huán)境下通過柴油機(jī)臺架試驗研究了中低速、低負(fù)荷工況下進(jìn)排氣節(jié)流對柴油機(jī)進(jìn)氣量、缸內(nèi)壓力、燃燒放熱率、缸內(nèi)燃燒溫度、排氣溫度、排放、油耗的影響，該研究為高原環(huán)境下柴油機(jī)排氣熱管理的控制策略的制定提供了有效的指導(dǎo)。

1 試驗裝置與試驗方案

1.1 試驗裝置

試驗用發(fā)動機(jī)是一臺增壓中冷直列4 缸柴油機(jī)，具體參數(shù)如表1 所示。臺架試驗所用主要儀器設(shè)備如表2 所示。圖1 為發(fā)動機(jī)臺架布置示意圖，圖中T 表示溫度傳感器，p1、p2 表示壓力傳感器。圖2 為發(fā)動機(jī)試驗臺架的實物圖。

圖2 發(fā)動機(jī)試驗臺架

表1 試驗柴油機(jī)基本參數(shù)

表2 試驗所用主要儀器設(shè)備

圖1 試驗臺架布置示意圖

1.2 試驗方案

在目前排放法規(guī)所采用的世界統(tǒng)一瞬態(tài)循環(huán)（world harmonized transient cycle，WHTC）中，柴油機(jī)運(yùn)行的工況點多為低速低負(fù)荷工況。圖3 為WHTC 測試轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩曲線，圖4 為WHTC 測試排氣溫度曲線。從圖3、圖4 可以看出，對于試驗所用柴油機(jī)，在整個WHTC 測試中，轉(zhuǎn)速主要集中在1 400 r/min～2 200 r/min 之間，轉(zhuǎn)矩主要集中在0～200 N·m 之間，排氣溫度主要集中于150 ℃～250 ℃之間。在此溫度區(qū)間，DPF 難以實現(xiàn)再生，柴油機(jī)后處理SCR 的轉(zhuǎn)化效率較低，提高排氣溫度對DPF 再生和提高SCR 的轉(zhuǎn)化效率具有重要意義。由于在中等負(fù)荷和高負(fù)荷工況下排氣溫度相對較高，而低負(fù)荷工況排氣溫度較低，后處理的工作條件更為苛刻，因此重點針對低負(fù)荷工況進(jìn)行研究。為研究高原環(huán)境下低速低負(fù)荷工況的排氣熱管理，臺架試驗基于昆明當(dāng)?shù)睾０? 000 m 的高原環(huán) 境，選擇1 400 r/min、1 800 r/min、2 200 r/min的50 N·m 這3 個工況點進(jìn)行研究。

圖3 WHTC 測試轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩曲線

圖4 WHTC 測試排氣溫度曲線

試驗在中冷后安裝進(jìn)氣節(jié)流閥，通過控制進(jìn)氣節(jié)流閥的開度達(dá)到相應(yīng)的進(jìn)氣壓降。原始的進(jìn)氣壓力定義為p1，以5 kPa 為梯度研究進(jìn)氣壓降0～25 kPa時對柴油機(jī)性能的影響。在渦輪后端安裝排氣背壓閥，通過控制排氣背壓的開度達(dá)到相應(yīng)的排氣背壓。原始的排氣背壓定義為p2，以5 kPa 為梯度研究排氣背壓增加0～25 kPa 時對柴油機(jī)性能（進(jìn)氣量、燃燒、排氣溫度、排放、油耗）的影響。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 進(jìn)排氣節(jié)流對進(jìn)氣流量的影響

圖5 為不同轉(zhuǎn)速下進(jìn)氣節(jié)流對柴油機(jī)進(jìn)氣流量的影響。從圖5 中可看出，隨著進(jìn)氣壓力逐漸降低，3個工況的進(jìn)氣量均呈線性降低；進(jìn)氣壓力降低25 kPa，在1 400 r/min 時進(jìn)氣流量由87 kg/h 降低至64 kg/h，降低了23 kg/h，降低率為26%；在1 800 r/min 時進(jìn)氣流量由117 kg/h 降低至88 kg/h，降低了29 kg/h，降低率為25%；在2 200 r/min 時進(jìn)氣流量由161 kg/h 降低至127 kg/h，降低了34 kg/h，降低率為21%。由此可見，隨著進(jìn)氣壓力降低，柴油機(jī)進(jìn)氣流量逐漸減小，且轉(zhuǎn)速越高，進(jìn)氣節(jié)流對進(jìn)氣流量的影響越大。采用進(jìn)氣節(jié)流后進(jìn)氣流量降低，這是因為進(jìn)氣節(jié)流后進(jìn)氣阻力增大，空氣流入氣缸受阻，從而導(dǎo)致進(jìn)氣量下降。

圖5 不同轉(zhuǎn)速下進(jìn)氣節(jié)流對進(jìn)氣流量的影響

圖6 為不同轉(zhuǎn)速下排氣節(jié)流對柴油機(jī)進(jìn)氣流量的影響。從圖6 中可看出，隨著排氣背壓逐漸升高，3 個工況的進(jìn)氣量均呈線性降低。排氣背壓升高25 kPa，在1 400 r/min 時進(jìn)氣流量由87 kg/h 降低至80 kg/h，降低了7 kg/h，降低率為8%；在1 800 r/min 時進(jìn)氣流量由117 kg/h 降低至104 kg/h，降低了13 kg/h，降低率為11%；在2 200 r/min 時進(jìn)氣流量由161 kg/h降低至139 kg/h，降低了22 kg/h，降低率為14%。由此可見，隨著排氣背壓升高，進(jìn)氣流量逐漸減小，且從進(jìn)氣流量的減小量來看，轉(zhuǎn)速越高，排氣節(jié)流對進(jìn)氣流量的影響就越大。排氣節(jié)流導(dǎo)致進(jìn)氣流量下降，這是因為排氣節(jié)流之后排氣背壓增加，一方面導(dǎo)致排氣阻力增加，殘留于氣缸內(nèi)的廢氣相對增多，另外一方面，排氣阻力增加使廢氣渦輪增壓的效果降低，進(jìn)氣量減少，兩方面的共同作用導(dǎo)致進(jìn)氣量減少。

圖6 不同轉(zhuǎn)速下排氣節(jié)流對進(jìn)氣流量的影響

2.2 進(jìn)排氣節(jié)流對燃燒的影響

2.2.1 進(jìn)排氣節(jié)流對缸內(nèi)燃燒壓力的影響

燃燒作為柴油機(jī)工作的核心，對柴油機(jī)性能影響很大。借助示功圖和燃燒放熱率圖可以具體分析柴油機(jī)的燃燒過程。在柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩為50 N·m、轉(zhuǎn)速為1 800 r/min 工況下，進(jìn)排氣節(jié)流對缸內(nèi)壓力的影響如圖7、圖8 所示。圖中p1表示原始進(jìn)氣壓力，p2表示原始排氣背壓，p1-10 表示進(jìn)氣壓力降低10 kPa，p2+10 表示排氣背壓升高10 kPa，依此類推。

圖7 進(jìn)氣節(jié)流對缸壓的影響

圖8 排氣節(jié)流對缸壓的影響

從圖7 可以看出，原始最大缸內(nèi)壓力為7.0 MPa，隨著進(jìn)氣壓力降低，缸內(nèi)壓力下降，通過進(jìn)氣節(jié)流使進(jìn)氣壓力依次降低10 kPa、20 kPa，最大缸內(nèi)壓力分別降低0.5 MPa、0.9 MPa。從圖8 可以看出，隨著排氣背壓增大，最大缸內(nèi)壓力也下降，通過排氣節(jié)流使排氣背壓依次增加10 kPa、20 kPa，最大缸內(nèi)壓力分別降低0.3 MPa、0.5 MPa?？梢?，進(jìn)排氣節(jié)流均會使最大缸內(nèi)壓力降低，且節(jié)流程度越大，最大缸內(nèi)壓力下降越多。缸內(nèi)壓力下降的原因主要是進(jìn)氣壓力下降。對比進(jìn)氣節(jié)流和排氣節(jié)流對缸壓的影響，在進(jìn)氣壓力降低和排氣背壓升高數(shù)值相同的情況下，進(jìn)氣節(jié)流對缸內(nèi)壓力的影響較大。

2.2.2 進(jìn)排氣節(jié)流對放熱率的影響

在柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩為50 N·m、轉(zhuǎn)速為1 800 r/min工況下，進(jìn)排氣節(jié)流對燃燒放熱率的影響如圖9、圖10 所示。從圖9 可以看出，隨著進(jìn)氣壓力降低，最大燃燒放熱率增大，原始最大燃燒放熱率為38.7 J/（°），通過進(jìn)氣節(jié)流使進(jìn)氣壓力依次降低10 kPa、20 kPa后，最大燃燒放熱率分別升高1.2 J/（°）、1.7 J/（°）。從圖10 可以看出，隨著排氣背壓升高，最大燃燒放熱率增大，通過排氣節(jié)流使排氣背壓依次升高10 kPa、20 kPa后，最大燃燒放熱率分別升高2.0 J/（°）、2.7 J/（°）?？梢姡M(jìn)排氣節(jié)流均會影響最高燃燒放熱率，隨著進(jìn)排氣節(jié)流程度的增大，最高燃燒放熱率逐漸升高。燃燒放熱率上升主要是由于進(jìn)氣量下降，燃燒惡化缸內(nèi)熱負(fù)荷上升。

圖9 進(jìn)氣節(jié)流對燃燒放熱率的影響

圖10 排氣節(jié)流對燃燒放熱率的影響

2.2.3 進(jìn)排氣節(jié)流對缸內(nèi)燃燒溫度的影響

柴油機(jī)轉(zhuǎn)矩為50 N·m、轉(zhuǎn)速為1 800 r/min 工況下，進(jìn)排氣節(jié)流對缸內(nèi)燃燒溫度的影響如圖11、圖12所示。從圖11 可以看出，隨著進(jìn)氣壓力降低，缸內(nèi)燃燒溫度上升，原始最高缸內(nèi)燃燒溫度為1 572.41 K，進(jìn)氣壓力降低10 kPa、20 kPa 后最高燃燒溫度分別增加至1 673.03 K、1 770.89 K。從圖12 可以看出，隨著排氣背壓升高，最高燃燒溫度也同樣增大，排氣背壓升高10 kPa、20 kPa 后，最高燃燒溫度分別升高至1 628.97 K、1 683.82 K?？梢娺M(jìn)排氣節(jié)流均會影響最高燃燒溫度，但在降低或增加相同壓力時，排氣節(jié)流的溫度提升效果不如進(jìn)氣節(jié)流。

我們則用手中畫筆用心記之，以最詳細(xì)的記錄成丘壑于胸中，因此我們可以做到得心應(yīng)手，提筆落墨之際即可寫出其山水物象的筆墨特征。

圖11 進(jìn)氣節(jié)流對缸內(nèi)燃燒溫度的影響

圖12 排氣節(jié)流對缸內(nèi)燃燒溫度的影響

2.3 進(jìn)排氣節(jié)流對排氣溫度的影響

圖13 為不同轉(zhuǎn)速下進(jìn)氣節(jié)流對柴油機(jī)排氣溫度的影響。從圖13 中可看出：隨著進(jìn)氣壓力逐漸降低，3 個工況的排氣溫度均呈線性上升；進(jìn)氣壓力降低25 kPa，在1 400 r/min 時排氣溫度從233 ℃升至308 ℃，排氣溫度升高了75 ℃，提升了32%；在1 800 r/min 時排氣溫度從236 ℃升至296 ℃，排氣溫度升高了60 ℃，提升了25%；在2 200 r/min 時排氣溫度從238 ℃升至290 ℃，排氣溫度升高了52 ℃，提升了22%。可見，進(jìn)氣節(jié)流可有效提升排氣溫度，但隨著轉(zhuǎn)速的增加，進(jìn)氣節(jié)流提升排氣溫度的效果逐漸變差。進(jìn)氣節(jié)流可以有效提高排氣溫度是因為進(jìn)氣節(jié)流后進(jìn)入燃燒室的空氣減少，燃燒不充分，為了保證柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩不變，供油系統(tǒng)會增加噴油量以保證燃油燃燒放出的熱量與未采用節(jié)流時放出的熱量相同，在燃燒放出的熱量不變的前提下進(jìn)氣量減少，燃燒后廢氣的溫度升高，進(jìn)而排氣溫度升高。

圖13 不同轉(zhuǎn)速下進(jìn)氣節(jié)流對排氣溫度的影響

圖14 為不同轉(zhuǎn)速下排氣節(jié)流對柴油機(jī)排氣溫度的影響。從圖14 中可看出，隨著排氣背壓逐漸升高，3 個工況的排氣溫度均呈線性上升。排氣背壓升高25 kPa，在1 400 r/min 時排氣溫度從233 ℃升至268 ℃，排氣溫度升高了35 ℃，提升了15%；在1 800 r/min 時排氣溫度從236 ℃升至286 ℃，排氣溫度升高了50 ℃，提升了21%；在2 200 r/min 時排氣溫度從238 ℃升至300 ℃，排氣溫度升高了62 ℃，提升了26%。排氣節(jié)流使排氣溫度升高是因為排氣節(jié)流后柴油機(jī)進(jìn)氣量減少，在燃燒放出的熱量不變的前提下燃燒后廢氣的溫度升高，進(jìn)而排氣溫度升高。從排氣溫度上升的幅度可以看出，轉(zhuǎn)速越高，采用排氣節(jié)流提升排氣溫度的效果越好。

圖14 不同轉(zhuǎn)速下排氣節(jié)流對排氣溫度的影響

2.4 進(jìn)排氣節(jié)流對排放的影響

2.4.1 進(jìn)排氣節(jié)流對NOx排放的影響

進(jìn)排氣節(jié)流對柴油機(jī)排放的影響主要體現(xiàn)在對NOx排放和煙度的影響上。不同轉(zhuǎn)速下進(jìn)氣節(jié)流和排氣節(jié)流對NOx排放的影響分別如圖15、圖16所示。

圖15 不同轉(zhuǎn)速下進(jìn)氣節(jié)流對NOx排放的影響

圖16 不同轉(zhuǎn)速下排氣節(jié)流對NOx排放的影響

從圖15 可以看出，隨著進(jìn)氣壓力逐漸降低，3 個工況的NOx排放均呈線性增加，但隨著轉(zhuǎn)速增大，增加的幅度逐漸減小。進(jìn)氣壓力降低25 kPa，在1 400 r/min 時NOx排放由633×10-6增加至793×10-6，增加了160×10-6，增加率為25%；在1 800 r/min時NOx排放由590×10-6增加至730×10-6，增加了140×10-6，增加率為24%；在2 200 r/min 時NOx排放由528×10-6增加至642×10-6，增加了114×10-6，增加率為22%。高溫富氧是NOx生成的有利條件，溫度和氧濃度都會影響NOx的生成。此時，NOx的生成由燃燒溫度主導(dǎo)，進(jìn)氣節(jié)流后NOx排放增加是因為進(jìn)氣節(jié)流使得進(jìn)氣量減少，空燃比減小，導(dǎo)致最高燃燒溫度升高，高溫環(huán)境使NOx的生成量增加。隨著轉(zhuǎn)速的增大，進(jìn)氣節(jié)流對燃燒溫度的影響逐漸減小，進(jìn)氣節(jié)流引起的NOx排放增加量也減小。

從圖16 可以看出，隨著排氣背壓逐漸升高，3 個工況的NOx排放均呈線性增加，且隨著轉(zhuǎn)速增大，增加的幅度在逐漸增大。排氣背壓升高25 kPa，在1 400 r/min時NOx排放由633×10-6增加至700×10-6，增加了67×10-6，增加率為11%；在1 800 r/min 時NOx排放由590×10-6增加至692×10-6，增加了102×10-6，增加率為17%；在2 200 r/min 時NOx排放由528×10-6增加至672×10-6，增加了144×10-6，增加率為27%。在1 400 r/min 時排氣節(jié)流對NOx排放影響相對較小。在試驗的3 個工況下燃燒溫度是主導(dǎo)NOx生成的因素，排氣節(jié)流導(dǎo)致柴油機(jī)燃燒溫度升高，且隨著轉(zhuǎn)速的增大，排氣節(jié)流對燃燒溫度的影響逐漸增大，排氣節(jié)流引起的NOx排放增加量也增大。

2.4.2 進(jìn)排氣節(jié)流對煙度的影響

圖17 為不同轉(zhuǎn)速下進(jìn)氣節(jié)流對碳煙排放的影響。從圖17 中可看出，在不同的轉(zhuǎn)速下，采用進(jìn)氣節(jié)流后，隨著進(jìn)氣壓力的降低，碳煙排放均逐漸增加。進(jìn)氣壓力降低25 kPa，在1 400 r/min 時煙度由0.087 FSN 增加至0.166 FSN，增加了0.079 FSN，增加率為91%；在1 800 r/min 時煙度由0.078 FSN增加至0.140 FSN，增加了0.062 FSN，增加率為79%；在2 200 r/min 時煙度由0.072 FSN 增加至0.124 FSN，增加了0.052 FSN，增加率為72%?？煽闯?，轉(zhuǎn)速越低，進(jìn)氣節(jié)流導(dǎo)致的煙度增幅越大。碳煙生成的有利環(huán)境是高溫缺氧，采用進(jìn)氣節(jié)流會導(dǎo)致碳煙排放增加，這是因為進(jìn)氣節(jié)流后進(jìn)氣量減少，導(dǎo)致在柴油燃燒的過程中缸內(nèi)形成了高溫缺氧的環(huán)境，使碳煙生成的機(jī)率增加。

圖17 不同轉(zhuǎn)速下進(jìn)氣節(jié)流對碳煙排放的影響

圖18 為不同轉(zhuǎn)速下排氣節(jié)流對碳煙排放的影響。從圖18 中可看出，隨著排氣背壓的升高，3 個轉(zhuǎn)速下的碳煙排放均增加。排氣背壓升高25 kPa，在1 400 r/min時煙度由0.087 FSN 增加至0.124 FSN，增加了0.037 FSN，增加率為43%；在1 800 r/min 時煙度由0.078 FSN 增加至0.111 FSN，增加了0.033 FSN，增加率為42%；在2 200 r/min 時煙度由0.072 FSN 增加至0.094 FSN，增加了0.022 FSN，增加率為31%。采用排氣節(jié)流會導(dǎo)致碳煙排放增加，這是因為排氣節(jié)流導(dǎo)致進(jìn)氣量減少，燃料燃燒時在氣缸內(nèi)形成了高溫缺氧的環(huán)境，導(dǎo)致碳煙生成增加。

圖18 不同轉(zhuǎn)速下排氣節(jié)流對碳煙排放的影響

2.5 進(jìn)排氣節(jié)流對油耗的影響

不同轉(zhuǎn)速下采用進(jìn)氣節(jié)流和排氣節(jié)流對油耗的影響分別如圖19、圖20 所示。進(jìn)氣壓降從0 增加到25 kPa 時，1 400 r/min、1 800 r/min、2 200 r/min下的比油耗分別增加了4.4 g/（kW·h）、5.5 g/（kW·h）、7.4 g/（kW·h）；進(jìn)氣壓降平均每增加5 kPa，1 400 r/min、1 800 r/min、2 200 r/min 下的比油耗分別平均增加0.88 g/（kW·h）、1.10 g/（kW·h）、1.48 g/（kW·h）。排 氣背壓增加量從0 增加到25 kPa 時，1 400 r/min、1 800 r/min、2 200 r/min 下的比油耗分別增加了9.4 g/（kW·h）、10.9 g/（kW·h）、13.3 g/（kW·h）；排氣背壓平均每增加5 kPa，1 400 r/min、1 800r/min、2 200 r/min 下的比油耗分別平均增加1.88 g/（kW·h）、2.18 g/（kW·h）、2.66 g/（kW·h）。由此可見，采用進(jìn)氣節(jié)流和排氣節(jié)流后，在不同的轉(zhuǎn)速下，隨著進(jìn)氣壓力的降低或排氣背壓的升高，油耗均增加，且轉(zhuǎn)速越高，油耗增加越大。這是因為采用進(jìn)氣節(jié)流或排氣節(jié)流都會導(dǎo)致柴油機(jī)進(jìn)氣減少，燃料燃燒不充分，在此情況下要保持柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩不變，就需要更多的燃料，因此基于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的目標(biāo)值，供油系統(tǒng)會相應(yīng)增加噴油量。對比圖19、圖20 可以看出，在進(jìn)氣壓降和排氣背壓增加量相同的情況下，排氣節(jié)流對油耗的影響比進(jìn)氣節(jié)流對油耗的影響大。

圖19 不同轉(zhuǎn)速下進(jìn)氣節(jié)流對油耗的影響

圖20 不同轉(zhuǎn)速下排氣節(jié)流對油耗的影響

3 結(jié)論

（1）在高原環(huán)境下，進(jìn)氣節(jié)流、排氣節(jié)流均會導(dǎo)致柴油機(jī)進(jìn)氣量減少，最高缸內(nèi)壓力降低，最大燃燒放熱率增加，缸內(nèi)燃燒溫度升高。進(jìn)氣節(jié)流對燃燒的影響程度略大于排氣節(jié)流。

（2）在高原環(huán)境下，進(jìn)氣節(jié)流和排氣節(jié)流均可有效提升柴油機(jī)低負(fù)荷工況的排氣溫度。在轉(zhuǎn)矩為50 N·m，轉(zhuǎn)速為1 400 r/min、1 800 r/min、2 200 r/min 工況下，進(jìn)氣壓力降低25 kPa，排氣溫度分別提升了75 ℃、60 ℃、52 ℃；排氣背壓升高25 kPa，排氣溫度分別提升了35 ℃、50 ℃、62 ℃。隨著轉(zhuǎn)速的增加，進(jìn)氣節(jié)流對排氣溫度的影響逐漸減小，而排氣節(jié)流對排氣溫度的影響逐漸增大。

（3）在高原環(huán)境下，進(jìn)排氣節(jié)流均會導(dǎo)致NOx排放和碳煙排放的增加。在轉(zhuǎn)矩為50 N·m，轉(zhuǎn)速為1 400 r/min、1 800 r/min、2 200 r/min 工況下，進(jìn)氣壓力降低25 kPa，NOx排放分別增加160×10-6、140×10-6、114×10-6，排氣煙度分別增加0.079 FSN、0.062 FSN、0.052 FSN；排氣背壓升高25 kPa，NOx排放分別增加67×10-6、102×10-6、144×10-6，煙度分別增加0.037 FSN、0.033 FSN、0.022 FSN。隨著轉(zhuǎn)速的增加，進(jìn)氣節(jié)流對NOx排放的影響逐漸減小，而排氣節(jié)流對NOx排放的影響逐漸增大。進(jìn)氣節(jié)流對煙度的影響要比排氣節(jié)流大。

（4）在高原環(huán)境下，進(jìn)排氣節(jié)流會導(dǎo)致柴油機(jī)比油耗增加，燃油經(jīng)濟(jì)性變差。在轉(zhuǎn)矩為50N·m，轉(zhuǎn)速為1 400 r/min、1 800 r/min、2 200 r/min 工況下，進(jìn)氣壓力降低25 kPa，比油耗分別增加4.4 g/（kW·h）、5.5 g/（kW·h）、7.4 g/（kW·h）；排氣背壓升高25 kPa，比油耗分別增加9.4 g/（kW·h）、10.9 g/（kW·h）、13.3 g/（kW·h）。在進(jìn)氣壓降和排氣背壓增加量數(shù)值相同的情況下，排氣節(jié)流對油耗的影響比進(jìn)氣節(jié)流大。