摘 要

科学技术的不断进步推动着内燃机产业的蓬勃发展，内燃机的经济性、动力性、排放性一直是重点考虑的问题。本论文对使用EGR技术的柴油机经济性与排放性进行分析优化，以安柴大发DK-20型船用中速柴油机为研究对象，利用GT-power软件在台架试验的基础上获得的建模和验证参数建立了船用中速柴油机的仿真模型。在仿真模型上设置不同EGR率后并改变一些柴油机的参数，包括喷油正时、喷油压力、进气压力等，探讨柴油机在不同负荷下的燃烧过程并探究对NOx和Soot排放量以及对燃油消耗率的影响，实现不同条件下船舶污染物排放的控制。

使用GT-power软件对柴油机进行建模并利用已有数据进行标定，使模型能够反应原机的工作过程，展开对船用中速柴油机的探究。

关键词：船用中速柴油机；废气再循环；排放

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Abstract

The continuous advancement of science and technology has promoted the vigorous development of the internal combustion engine industry. The economics, power, and emissions of internal combustion engines have always been the key issues to be considered. This paper analyzes and optimizes the economy and emissions of diesel engines using EGR technology. Taking Anchai Dafa DK-20 marine medium-speed diesel engine as the research object, using GT-power software for modeling and verification based on bench test The parameters establish the simulation model of marine medium speed diesel engine. After setting different EGR rates on the simulation model and changing some diesel engine parameters, including fuel injection timing, fuel injection pressure, intake pressure, etc., discuss the combustion process of the diesel engine under different loads and explore the NOx and Soot emissions and the The impact of fuel consumption rate enables the control of ship pollutant emissions under different conditions.
Use GT-power to model the diesel engine and use the existing data to calibrate, so that the model can reflect the working process of the original engine, start the exploration of the marine medium-speed diesel engine.

Keywords: marine medium speed diesel engine; exhaust gas recirculation; emissions

目录

第一章 绪论 1

1.1 本文的研究背景与意义 1

1.2 船用柴油机废气再循环技术 2

1.3 国内外研究现状 2

1.4 本文内容及技术路线 3

1.4.1基本内容及目的 3

1.4.2拟采用的技术方案 4

第二章 柴油机缸内工作过程理论研究 5

2.1 缸内工作过程的发展与基本假设 5

2.2 发动机热力学基本方程 5

2.3内燃机燃烧模型 6

2.4 本章小结 8

第三章 仿真模型建立与模型验证 9

3.1 GT-Power软件介绍 9

3.2 柴油机模型建立与验证 9

3.2.1 发动机台架试验 10

3.2.2 建立基本单缸模型 11

3.2.3 整机模型的建立 12

3.2.4 仿真计算模型的标定 13

3.3 本章小结 14

第四章 废气再循环技术仿真与优化 15

4.1 EGR对柴油机性能及排放的影响 15

4.1.1 EGR对柴油机滞燃期的影响 15

4.1.2 EGR对柴油机燃烧过程的影响 15

4.1.3 EGR对柴油机氮氧化物和碳烟排放影响 16

4.1.4 EGR对柴油机燃油消耗率的影响 17

4.2 喷油正时对EGR柴油机性能和排放的优化 18

4.2.1 喷油正时对柴油机燃烧过程的影响 19

4.2.2 喷油正时对EGR柴油机氮氧化物和碳烟排放的影响 20

4.2.3 喷油正时对EGR柴油机燃油消耗率的影响 21

4.3 喷油压力对EGR柴油机性能和排放的优化 22

4.3.1 喷油压力对柴油机燃烧过程的影响 22

4.3.2喷油压力对柴油机NO_X以及Soot排放的影响 23

4.3.3 喷油压力对柴油机燃油消耗率的影响 24

4.4 进气压力对柴油机性能和排放的优化 25

4.4.1进气压力对EGR柴油机燃烧过程的影响 25

4.4.2 进气压力对EGR柴油机NO_X和Soot排放的影响 26

4.4.3 进气压力对柴油机燃油消耗率的影响 27

4.5 本章小结 29

第五章 总结与展望 30

5.1 总结 30

5.2 展望 30

参考文献 32

致谢 34

第一章 绪论

1.1 本文的研究背景与意义

柴油机作为工业发展的重要成果，具有广泛的应用以及很多优点：包括输出功率范围大、热效率高、动力性好、经济性能好、可靠性高等，在较低的燃油消耗率下，柴油机最新的技术一般拥有很高的功率，因此一直是船舶及工程机械的主要动力源^[1]。船用柴油机会排放许多含有氮氧化物（NO_X）、硫氧化物（SO_X）与颗粒等多种有害污染物的废气，氮氧化物和碳烟为主要排放物。根据美国海洋和大气气象局的一项早期研究，全球每年总氮氧化物排放量的18%至30%来自海洋船舶。为了避免大气环境变差无法控制，许多国家和国际组织开始严格限制柴油机氮氧化物的排放。

随着社会工业的发展，能源消费水平不断提高，在全球范围得到了相应重视。根据《世界能源统计年鉴2019》^[15]最新研究报告显示，2018年全球一次能源消费增速近年来大幅增长，达到2.9%。根据之前的数据，过去十年的平均增长率为年增长率明显大于过去十年的平均增长率，这也是2010年以来的最高增长率。在一次能源消费增长中，其中我国的贡献率高达，成为全球一次能源消费增长贡献度最大的国家。能源耗损加剧的背景下，能源供应缺口也随之增长。国际海事组织（IMO）针对美国加勒比海岸与欧洲北海这些排放控制区制定了严格的IMO Tier Ⅲ 排放限值标准^[2]，对船舶污染物中NO_X以及soot的排放做了严格的限定，如图1.1所示为MARPOL公约73/78第Ⅵ附则针对NO_x的排放限定，并从2016年开始实施IMO Tier Ⅲ排放法规。这为船舶行业发展无疑带来了严峻的挑战。