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随着航运业的快速发展,船舶的排气污染逐渐受到人们的重视,国际海事组织制订了越来越严格的法规来控制船用柴油机的排放,尤其是限制NO_x的排放量。而柴油机的缸内燃烧过程直接决定着NO_x的生成量,因此优化燃烧是进行NO_x机内净化的基本方法。本文利用模拟手段进行了燃烧室结构匹配进气系统对燃烧和排放的优化研究,通过燃烧室结构匹配涡流比对缸内油气混合的改善作用以及米勒循环和EGR对缸内温度的降低作用来减少排放物生成。基于一款六缸增压中冷船用柴油机,以AVL程序为计算平台,采用Boost和Fire软件分别建立柴油机一维和三维仿真模型进行模拟计算,研究燃烧室结构、涡流比、带增压的米勒循环和EGR对船用柴油机燃烧、性能和排放的影响,探索缩口燃烧室匹配涡流比方案和中等程度米勒循环匹配小EGR率方案对大缸径船用柴油机在IMO TierⅢ法规下的适用性。研究结果表明,燃烧室直径和凹坑深度等参数会对缸内流动产生很大影响,凹坑深度较大的缩口燃烧室能产生较强的涡流从而改善燃烧,而浅坑的开口燃烧室的缸内燃烧状况较差。同时发现,只有在缸内涡流和湍动能同时都较大的情况下才能使燃烧更完全。从发动机性能和排放结果来看,缩口燃烧室能够增加功率输出,但会使NO_x排放小幅增加;直口燃烧室能够在与原机接近的功率输出下,达到良好的排放水平;开口燃烧室的做功能力较差。燃烧室结构的优化并匹配合理的涡流比能够改善缸内流动,进一步降低排放,并增加指示功率。随进气门关闭正时的提前,缸内温度逐渐降低,NO_x排放减小,但进气门关闭过早会使瞬时放热率急剧增加,发动机工作粗暴,同时增加NO_x排放;EGR策略可以弱化缸内高温分布,减少NO_x排放,但碳烟(soot)排放有所增加。进气门关闭提前角较小时EGR对缸内氧浓度的降低起主要作用,而进气门关闭提前角增大后,滞燃期的增加对油气混合的改善起主要作用。采用改进燃烧室和涡流比并匹配Miller循环和EGR技术可使NO_x排放降低90.6%,同时使功率输出略有增加。