基于废气控制及喷射策略的低速船用二冲程柴油机排放控制策略

【摘要】：经济贸易的全球化进程带动了国际运输业的蓬勃发展,船舶运输在国际运输业中占据了越来越重要的位置。船舶污染愈加严重,因此推出的最新排放法规来实现对船舶污染的控制。本文主要以大型低速二冲程柴油机为例,研究废气控制和喷油策略对排放性能的影响,对不同技术的耦合能够实现多大的减排潜力及功率等经济性能的影响进行探究。本文是基于一维CFD模拟软件GT-Power进行建模分析,通过搭建废气再循环模块、排气控制模块和喷油模块来实现对EGR、排气阀控制以及喷油策略的模拟。基于发动机100%负荷工况下,完成发动机的标定、验证以及模拟工作。在验证完成的模型基础上,搭建废气再循环模块,将废气涡轮前的废气经冷却系统冷却后导入进气道中,通过控制机械涡轮的转速来控制进入进气道的废气量,通过控制进气旁通来保持每循环进入气缸的气体质量恒定,以此评估废气再循环对发动机性能的影响。该技术能够实现对NOx的有效控制,但是会引起soot的急剧升高且功率也有一定程度的下降。设置了排气阀关闭时刻推迟、排气曲线整体推迟和排气曲线关闭时刻斜率变化三种米勒循环方案,通过改变增压比等参数来获得最佳排气阀控制方案,排气阀关闭时刻推迟在排放性、经济性的综合性能略好于其他两种。选出最佳的排气阀控制方案来和废气再循环进行耦合,在此基础上能够实现对NOx的有效控制,但是同等NOx降低水平下,会生成更多的soot和功率更大的损失。为了改善废气再循环降低NOx而带来soot的急剧增多,选择喷油策略与废气再循环进行耦合。喷油策略分为预喷和后喷两种,分别设置为主喷外单次喷油、两次喷油和四次喷油,通过更改喷油量和喷油间隔角来实现对燃烧性能的影响,从而获得较好的排放性能。预喷和废气再循环进行耦合,由于是在发动机主喷燃烧前开始,能够通过改变发动机缸内环境,同时实现NOx和soot的同时降低,但是降低的幅度有限,同时也会带来一定的功率损失。后喷和废气再循环进行耦合,在发动机主喷完成后进行喷油,能够有效的氧化控制soot,但是会引起一定程度NOx的升高,功率下降幅度相对预喷较大。废气再循环技术是降低NOx最高效的技术手段,但是会造成soot生成的增多。通过耦合一定程度的预喷和后喷,能够对soot和NOx的综合排放性能进行有效控制,并将对经济性的影响控制在一定范围内。