2014年10月1日起,所有进行排气污染物排放型式核准的非道路移动机械用柴油机都必须符合非道路国Ⅲ排放标准。与国Ⅱ阶段相比,75~130 kW及>130~560 kW功率段的发动机PM限值没有变化,但NO_x排放限值降低了约35%。目前主要采用电控高压共轨技术来满足非道路国III排放标准。因为电控发动机可以根据需要重点优化某一工况区域来满足排放法规的要求,非道路国III排放标准仅采用稳态八工况循环对排放进行测试,而实际运行工况与法规循环是否一致,满足国III排放标准的发动机在实际应用中能否达标仍然未知。因此有必要采集工程机械的实际运行工况及排放数据,从实际运行工况中提炼出能够反映其真实工作特点的典型循环工况并采用典型循环工况的NO_x比排放来评价实际排放水平。为明确典型循环工况中需要重点优化的NO_x排放控制区域,利用模糊C均值聚类算法将典型循环工况转化为发动机的实际循环用来指导发动机的台架优化标定。由于工程机械种类繁多,选取最为常见的轮式装载机作为研究对象,主要研究内容如下:(1)对匹配装载机的发动机进行台架排放试验,主要包括发动机的原机万有特性试验、八工况稳态循环试验及NRTC瞬态循环试验,并对该发动机的排放特征进行了分析。完成台架试验后,将发动机安装在装载机上进行实际作业循环试验,主要采集发动机的工况及NO_x排放数据,对装载机在实际作业过程中的工况进行统计分析,指出了发动机的常用工况区域。(2)根据装载机实际作业过程中转速的变化特征,将装载机连续作业产生的大量数据以装载机的一个实际作业循环为标准进行截取。将截取出来的不同数据片段两两之间计算动态时间弯曲距离,并按照动态时间弯曲距离的最佳匹配路径将两个数据片段对齐。然后计算两者之间的皮尔森相关系数,形成相关系数矩阵。相关系数矩阵的每行之和表示该作业循环与所有其他循环的相关程度,根据相关系数矩阵行和最大提取出发动机的典型循环工况,并对该典型循环工况的有效性进行验证。最后基于装载机的单个作业循环,通过计算得到了装载机在实际作业过程中发动机的NO_x排放。(3)采用模糊C均值聚类算法对提取出来的发动机典型循环工况及装载机连续作业的工况数据进行聚类分析,进一步的验证了典型循环的有效性,同时得到了发动机的典型循环工况的分布及权重,计算每个工况点对整个循环的NO_x贡献率,按照贡献率的大小对工况进行分组,指出发动机为了降低实际排放需要重点优化的工况区域。在台架上采用NRTC循环进行试验验证,将NRTC循环工况聚类形成稳态循环工况点,针对稳态循环点进行优化标定,结果表明针对NRTC循环的聚类稳态点的优化标定,能够有效降低NRTC循环的NO_x排放。