随着当前环境问题的日益严峻,针对船舶柴油机NOx排放的Tier III标准于2016年1月开始执行。废气再循环(EGR)技术因其在降低NOx排放方面具有巨大的潜力,目前已成为达到Tier III标准的重要技术之一。本文基于6EX340整机模拟系统,开展EGR系统设计和涡轮增压系统匹配研究,分析全负荷Tier II和Tier III模式的切换控制策略,以保证船舶柴油机在不同区域达到不同的排放标准,同时实现不同模式切换时的平顺性。本文首先搭建并校核二冲程柴油机一维仿真模型,研究EGR系统的设计方案,完成EGR系统各部件的简要设计,给出EGR管路、EGR冷却系统、洗涤系统、阀门、EGR风机等的主要设计参数。根据计算结果可知,EGR管路直径为265mm,EGR冷却系统在100%负荷时的散热量为1621kW,洗涤系统由文丘里洗涤器和填料塔洗涤器组成,EGR系统总压降为48.5kPa,EGR风机功率为68kW。EGR系统引入后,针对采用EGR技术的船用低速二冲程柴油机在满足IMO排放法规时增压系统需兼顾多模式、宽流量范围运行的问题,围绕涡轮增压器匹配、进排气旁通、废气旁通等措施对柴油机Tier III和Tier II不同模式时性能的影响开展研究并得出系统匹配策略。Tier III模式时,减小涡轮等效流通面积可有效恢复增压压力,但却使得流量先增后减进一步导致运行点接近压气机喘振线;引入进排气旁通则可有效增大压气机流量,解决喘振问题。Tier II模式时,采用EGR和EGB措施均可有效解决因涡轮等效面积减小而带来的增压压力过高的问题,对比结果显示EGR方案NOx排放较低而燃油消耗率偏高,EGB方案燃油消耗率较低而NOx排放偏高;以整机NOx排放满足Tier II标准且燃油消耗率最低为设计目标,提出高负荷采用EGR、中低负荷采用EGB的匹配方案。综合Tier III和Tier II模式的研究,确定不同工况不同负荷下的阀门控制策略。通过Isight耦合GT-Power针对涡轮等效流通面积、EGR率、EGB率等参数进行以降低整机燃油消耗率和NOx排放为目标的系统优化,给出优化参数取值和优化结果。建立6EX340瞬态仿真模型,确定不同模式时的阀门状态。基于EGR风机和EGR阀同时切换、进排气旁通阀和废气旁通阀同时切换的简化方法,以增压压力和爆发压力为优化标准,分析了75%负荷时不同模式的切换控制策略。结果表明,Tier II和Tier III相互切换时,应先调整EGR通路,延迟一定时间后,再切换旁通阀,并确定了合理的延迟时间,有效消除了切换时的压力波动。