随着柴油机技术的发展,柴油机所需标定的参数也在持续不断的增加,这使得柴油机标定工作量成指数增长,传统的标定方法已很难满足这一要求。解决这一难题的技术手段之一是基于模型的实验设计(DOE)。实验设计是对实验方案进行优化设计,以降低实验误差和生产费用、减少实验工作量并对实验结果进行科学分析的一种科学方法。本文利用发动机性能仿真软件GT POWER建立了某柴油机模型,并验证了模型的准确性。选取对柴油机性能影响较大的喷油参数,包括喷油定时、喷孔直径、喷油压力以及EGR率为实验因子,在保证动力性和经济性的基础上以降低NOx和Soot排放为目标进行多目标优化的实验设计。通过仿真计算结果建立了相应的响应面(RSM)模型,并对响应面的精度进行了评估、建立各实验因子的系数图,在此基础上进行实验因子对实验目标的影响分析。应用多目标帕累托(Pareto)法进行参数最优解集的寻优,得到了优化后的喷油定时、喷孔直径、喷油压力和EGR率。验证表明拟合结果与模拟结果基本吻合。最大扭矩工况的EGR率增大到19.63%、喷孔直径减小到0.13mm、喷油定时提前到-18.74。CA以及喷油压力升高到168.71MPa时,柴油机的动力性和经济性无明显变化,而排放性能则得到了较大改善,特别是Soot的排放量更是相比原机减少了86.6%。进一步把实验设计方法扩展到柴油机多段喷射的研究中。并对原机的无预喷喷油规律进行了预喷规律的耦合研究。最终得到最大功率点优化后各段喷油量、喷油时刻、EGR率以及喷油压力。仿真实验表明NOx排量、扭矩和油耗率都略有改善,而Soot的排量与优化前相比降低了57.4%。说明基于DOE的方法能够有效解决喷油规律与EGR耦合的复杂多目标优化问题,对改善柴油机设计和标定工作有积极意义。