不断升级的排放法规对内燃机技术提出更高的要求,在降低NOx和PM排放的同时提高燃油经济性是柴油机面临的主要难题。废气再循环(EGR)是柴油机燃烧和排放控制的有效技术手段之一,而气道喷水理论上对燃烧的作用与EGR相似,并可缓解EGR存在的一些问题,具有替代(或部分替代)EGR的潜力。因此,本文开展气道喷水对重型柴油机燃烧和排放影响的试验研究,探索实现柴油机高效低排放燃烧的技术途径。本试验研究在一台高压共轨重型柴油机上进行。首先,选取WHSC测试循环典型工况点进行气道喷水试验研究,分析气道喷水对柴油机燃烧和排放的影响,并与高、低压EGR策略进行了对比。结果表明,不同工况下增大气道喷水量,可小幅提高增压压力和过量空气系数,不同程度延长滞燃期,降低放热率峰值,缸内燃烧温度降低明显。随气道喷水量增大,NOx排放基本呈线性下降,本研究条件下不同工况均可实现60%左右的NOx降幅。小负荷气道喷水会引起soot排放上升,但总体在国VI限值以下。比油耗随气道喷水量的变化趋势受负荷影响较大,气道喷水随负荷增大对油耗改善逐渐明显,在B100工况油耗可降低约4 g/(kW·h)。然后,进一步对气道喷水与EGR相结合的控制策略进行了研究,并根据不同工况特点确定了单独采用高压EGR、气道喷水或二者结合的策略。小负荷缸内整体温度与活性较低,喷水后不利于缸内燃烧,而高压EGR可降低NOx和油耗,因此,小负荷工况宜单独采用高压EGR。中等负荷气道喷水与EGR对油耗都有一定的改善效果,此类工况将二者结合,可获得比单独使用高压EGR或气道喷水更好的油耗和排放特性。大负荷工况高压EGR难以引入,而气道喷水引入不受限制,且对油耗改善较明显,此类工况宜单独采用气道喷水策略。WHSC循环加权结果表明优化后控制策略比单独使用高压EGR或气道喷水具有更低的排放和油耗,在将NOx比排放从原策略的17.06 g/(kW·h)降低至9.35 g/(kW·h)(降幅45%)的情况下,加权油耗降低1.2 g/(kW·h)。而soot排放远低于国VI限值,HC和CO变化较小。可见,气道喷水是实现柴油机高效清洁燃烧的一个可行途径。