【摘 要】
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随着环境问题日益严重,船用柴油机的污染问题受到关注。本文基于预混低温燃烧方式,通过控制油气混合程度和混合速率（燃烧室结构和喷油策略）加快燃油充分燃烧,提高燃烧效率。同时控制缸内燃烧温度历程（进气加湿）减少NOx排放。为了满足排放法规,采用燃烧室结构、进气组分和喷油策略等油气室三者的综合匹配技术来降低NOx和碳烟排放。本研究采用商业软件AVLFIRE搭建船用柴油机的三维仿真模型,对一款四冲程增压中冷
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随着环境问题日益严重,船用柴油机的污染问题受到关注。本文基于预混低温燃烧方式,通过控制油气混合程度和混合速率（燃烧室结构和喷油策略）加快燃油充分燃烧,提高燃烧效率。同时控制缸内燃烧温度历程（进气加湿）减少NOx排放。为了满足排放法规,采用燃烧室结构、进气组分和喷油策略等油气室三者的综合匹配技术来降低NOx和碳烟排放。本研究采用商业软件AVLFIRE搭建船用柴油机的三维仿真模型,对一款四冲程增压中冷船用柴油机进行数值模拟。研究燃烧室结构耦合喷油策略（预喷正时和主喷正时）及进气加湿耦合喷油策略对船用柴油机燃烧过程的影响。本文先研究了燃烧室结构耦合喷油策略对船机燃烧过程的影响。结果表明,浅坑型燃烧室G1、G2缸内空气扰动能力弱,燃烧不充分使得温度峰值低,因此,降低了 NOx排放。但是燃烧放热率缓慢,不利于燃烧定容度,有较高的碳烟排放。通过提前主喷时刻可以改善碳烟排放及热效率。深坑型燃烧室G3最高温度低,减少了 NOx排放。同时,大的涡流数促进了油气的混合,提高了燃烧性能且降低了碳烟排放。缩口型燃烧室G4在主喷时刻为-14℃A ATDC时有较小的NOx排放,主喷提前,NOx增大幅度较大。其次,通过进气加湿探究对船机低温燃烧的影响,并耦合预喷和主喷策略控制预混合气的生成。主喷时刻提前燃油与空气有更长的时间混合,提高了燃烧速率,增大燃烧定容度,以及提高燃烧热效率和降低碳烟排放。进气加湿降低了缸内温度,高比例的水油比可以实现低温燃烧,显著降低了 NOx排放。在水油比为2.0时,减少了约75%的NOx排放。通过耦合较大的预喷提前角和主喷提前角,也可以降低碳烟排放,得到4种计算方案,可折中NOx和碳烟排放并使得燃油消耗率也较低。最后,通过喷油策略、燃烧室结构及进气加湿等油气室三者匹配再耦合涡流比优化柴油机燃烧和排放性能。在主喷时刻-14℃A ATDC和水油比为2.0时,G0在0.5涡流比和G3匹配0.5及1.3涡流比,可以在降低碳烟排放的同时获得较低的NOx排放;在主喷时刻-20℃AATDC和水油比2.0时,G3匹配小涡流比0.5,可以降低NOx和碳烟排放。
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