当今大多数大缸径燃气发动机都采用稀薄燃烧技术，可以使发动机在不进行排放后处理的情况下满足NOx排放限值。未来的排放法规要求更低的NOx排放，为实现该目标，从机内措施需要更稀薄的混合气及更高的EGR率。废气后处理增加了发动机的尺寸，并且更大的空间需求也需要更多的功率输出。高的功率、稀薄混合气和高的EGR率都对混合物的点火提出了要求。 本文比较了应用于大型发动机的三种不同方式（火花点火、激光点火、和柴油引燃点火）的潜力。首先，通过点火能量及温度，湍流及相互间随机影响的理论对三种点燃方式进行基本概念的比较。 基于单缸机试验结果，对比了点火方式对效率和排放的影响。此外，还评估了点火方式对循环波动的影响。在对比点火系统时，尽可能将研究方案的边界条件设置为相同的值。 最后，基于三维CFD模拟进一步分析测量结果。基于之前研究中久经验证的模型来计算点火、火焰发展和燃烧的过程。对于火花点火的建模，使用球形点火模型，该模型是在点火系统中能量聚集时间内定义火花塞处的初始火核。激光点火使用的点火模型是通过燃烧室内的球体表示形成的初始火焰核。球体大小由详细的等离子体模型决定，该模型用于由聚焦激光束瞬时释放能量产生的冲击波。对于柴油引燃方式使用详细的化学反应机制来获得点火延迟值。将这些模型与提供所需湍流值的三维CFD模拟结合。研究每种点火方式对缸内燃烧放热及初始火焰前锋面演变的影响。

摘要:在过去数年,开展了许多关于道路和非道路柴油机的颗粒减排研究，如重卡、轿车、轨道交通、建筑机械、电力机械等等。在全球范围内，国际航运对PM排放的贡献量很小，但船用柴油机的微粒排放量逐年递增，这些微粒排放加剧了滨海附近居民的健康风险。尽管相关排放特性对于构建排放控制策略相当重要，但是关于燃烧重油的船用柴油机颗粒排放研究很少。例如，对于低速船用柴油机碳烟颗粒形态和纳米结构的了解几乎是空白，但其相关信息对于了解缸内碳烟颗粒形成过程及开发有效微粒后处理体系很重要。 本文中涉及的排气样本来自一台燃烧重油的低速二冲程高压共轨船用柴油机(缸径350mm,冲程1550mm)，在转速142rpm、90%负荷工况下的排气管处的尾气。文中研究了排气微粒样本的化学组成及反应、微粒尺寸分布、形态及纳米结构。实验数据显示，排放微粒样本中各元素质量比C:H:O:S为6.8:1:3.4:1.4，通过核磁共振检测显示芳香类物质与脂质物质质量比为1:15。热重分析显示该低速柴油机排放微粒样本中SOF所占比重高于相关文献中高速轻质燃油柴油机。基于热泳抽样方法使用透射电镜研究低速柴油机排气中的碳烟原生颗粒形态及微观结构：碳烟颗粒回转半径、直径和晶格条纹曲率分布区间很广，并且上述参数的平均值均高于文献中高速轻质燃油柴油机。相较于高速柴油机，低速柴油机排气微粒样本中的许多大的类液态微粒包含不成熟和成熟碳烟颗粒显示了碳烟微粒不同的生成机理。研究结果可为低速船用柴油机构建微粒排放控制策略提供重要参考。

摘要:本文对针对上海外高桥港口一艘拖轮主机的颗粒物和颗粒数量的排放特性研究进行报告。结果显示，在加载和降载工况下，颗粒物排放(PM)及颗粒数量排放(PN)有明显变化。在急加载工况下，颗粒物排放(PM)及颗粒数量排放(PN)分别达到最高值43.45mg/m3和7.39E6/cm3。由于运行工况不同，直径小于0.1um的超细微颗粒数量占总微颗粒数量的比例在47%～61%范围变化。从微粒质量看，粗粒级微粒（PM2.5～10）在总微粒中占比最大，约65%～68%，与此同时PM 0.1～2.5占比31%～34%。在循环测试中，PM在3.42g/km至96.92g/km范围内变化，颗粒数量排放PN在6.76E14/ km至1.64E16/ km范围内变化。在急加载工况下，颗粒物排放(PM)及颗粒数量排放(PN)的排放最高。数据采集自便携式排放检测系统，测试数据与实际排放数据进行比对和修正以提高测试精度。

摘要:Anglo Belgian 公司在研发和制造中速机上有超过100年的经验。当前，柴油机面临诸多压力,尽管如此，由于柴油机高功率密度、低成本和高效率，Anglo Belgian 公司相信在中速柴油机的进一步投入依旧很重要。与100年前不同，如今焦点不只集中在柴油机可靠性和低燃油消耗，还聚焦于排放特性。 国际海事组织（IMO）的相关法规推动中速柴油机在清洁动力技术的突破。例如，采用SCR系统可满足IMO Tier III，同样的应用洗涤塔和双燃料来满足IMO’s 2020的限硫令。然而并没有IMO法规迫使中速柴油机在DPF进行技术突破。难道这意味着DPF在中速柴油机上将没有技术突破吗？ 目前主要在非道路移动机械装置（NRMM）方面使用DPF装置以满足诸如“欧五”的排放法规。 初步估计需要强制满足法规的中速柴油机数量相当低，主要是内河上的大功率船舶发动机。尽管在NRMM应用数量比较少，但是在近海区、排放控制区、低排放区和无碳烟排放区具有一定市场。例如海港船、挖泥船、巡航船、摆渡船等。 基于上述信息，DPF系统在中速发动机上的应用需求已清晰。 在对发动机颗粒排放研究和全方位测量过程中发现，重要之处不只在已有的排气后处理系统中安装DPF，还在于队发动机和排气后处理系统的协同工作进行智能化设计，从而实现终端应用。这将带来更小的安装空间，更低的维护费用，更好的经济性。 本文将展示不同发动机配置的排放结果。该部分展示了不同发动机配置对NOx、微粒质量、微粒数量、微粒组成和微粒分布的影响。该研究不只在发动机静态稳定工况开展，同时也在瞬态工况进行。 此外，还讨论了排气后处理系统优化布置。我们着眼于以ABC 公司提供兼顾IMO Tier III和EU-V法规要求，以及布置灵活性的排气后处理解决方案。 最后，需要强调下相关事项，包含低SAPS润滑油的使用、燃油质量、元器件降噪处理和其他影响微粒测量的重要注意事项。

摘要:本文基于一台四冲程中速发动机试验台架开展瞬态工况的试验研究，该试验台架可以模拟其在船上的实际运行情况。瞬态测量数据与稳态数据进行对比以显示不同特征。进行这些实验研究的主要目标是测定瞬态工况下燃油耗和排放特性。此外，本文详细阐述了微粒排放及微粒尺寸分布。后续又按照标准ISO 8178-4的要求开展了发电工况和螺旋桨工况试验，试验时使用EN590号柴油。测试过程中试验台架上的发动机装配高压共轨燃油喷射系统。 试验首要目的和工作背景是为碳烟模型建立验证基础，该碳烟模型未在本文中进行讨论。其中一种使用实例，将包含碳烟生成模型的排放模型作为模拟缸内燃烧过程的一部分，从而对瞬态工况进行模拟仿真。这可以用于优化发动机运行特性和策略，从而改善燃油消耗及排放的瞬态工作特性，解决了现有的及新型推进系统在航运上日益复杂的问题。此外，这些模型将被用于船用发动机模拟器上，以得到在不同的船舶操控系统中的预测排放的能力。 高强度的瞬态性能还用来表征操控性，通常在船舶加速、减速和转弯时得以体现。此时将带来较高的燃油消耗和尾气排放，通常还会冒黑烟。由于没有针对船舶颗粒物排放的法规，因此至少从美观角度应避免出现可见烟。发动机工作过程仿真工具，尤其是先进的船机模拟器将有利于解决上述问题，本文将根据当前测试数据对未来应用前景进行简要阐述。

摘要:在减碳目标(2050年)和严格的排放法规下,船舶行业面临更大的挑战。排放控制区(ECA)已经对SOx进行限制，2020年硫含量超过0.5wt%的燃油将在全球范围内限制使用。Tier III收紧了NOx排放限制，因此在NOx排放控制区需要新的应对措施。目前，全球范围内未有对PM排放的明确限制要求。然而，随着对微粒排放关注度的增长，欧洲内河已经限制微粒排放，该区域在2020年将进一步限制PN排放。此外，IMO目前的工作包含碳烟问题，预示着碳烟限排时代将要到来。由于许多技术还处于发展阶段和短期供应存在的问题，为满足当前和未来排放限令，对此需要保持密切关注。替代燃料和诸如洗涤器催化器的后处理系统的使用也正在增加。 在先前研究中，在船上和发动机试验室探索了不同的船机减排技术。研究了SOx、NOx等各种气体排放和包含PM、PN 、BC的微粒排放。在2艘船上开展相关测试，其中一艘是装有SCR和混合洗涤器的游轮，另一艘是装有海水清洗器的RoPax船。在实验室对使用硫含量从2.2%到低于0.1%的燃油和生物燃油的一台中速柴油机排放性能进行测试。 另外，还对以天然气作为主要燃料的双燃料发动机进行了相关测试。对高负荷（典型的海上运行工况）和低负荷（典型的港口运行工况）时发动机不同工况进行了研究。 本文展示了不同燃油和后处理系统下气体和微粒排放特性。讨论了相关清洁技术(馏分油、生物燃油、LNG、洗涤器和SCR)对降低船机排放的效果。

论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 船舶、发动机和螺旋桨的匹配在船舶设计、建造和运行阶段起着重要作用，并被认为对船舶的整个生命周期产生影响。世界主要船用柴油机制造商，如MAN、Wärtsilä、WinGD、Rolls-Royce等，一直在发展其船舶推进系统集成和成套供应业务，逐步成为船舶设计和建造的主流概念，以及未来发展的必然趋势。随着计算机容量的快速发展和应用，回归分析已被许多大学和研究机构应用于船舶、发动机和螺旋桨匹配的计算机辅助设计中，逐步取代了基于设计图的传统方法。然而，匹配过程是一门涉及热力学、物理动力学、流体力学等多学科交叉的学科，给设计平台的开发和应用带来了挑战。因此，建立一个具有良好的灵活性、足够的精度和令人满意的应用便利性的船舶-发动机-螺旋桨匹配平台具有重要意义，可以模拟和评估船舶推进系统的设计特点，改善船舶的航行性能、设计和施工效率。 本文根据船用发动机螺旋桨匹配的原理和过程，研制了一种能够进行设计和匹配的船用推进系统匹配平台。在这个平台中，有几个子模型。首先，采用HoltropMennen法计算船舶阻力，得到不同航速下的船舶有效功率。然后，基于匹配的基本理论和案例研究，建立了一个能够解决6个匹配问题的匹配子模型。最后，对螺旋桨进行空化检查和强度检查，确保设计的螺旋桨满足规范要求。用38800DWT货船对平台进行了标定，表明该匹配平台是合理可行的。 如果本地发动机制造商无法自行设计发动机而只是购买许可证，则没有资源进行匹配研究。 此外，行业中使用的匹配过程有时是不明智的。最后，船主希望看到船舶、螺旋桨和发动机正确匹配的证据，因为不匹配的装置在不同的操作条件下不能令人满意地航行。 因此，这些人员对大学在健全的科学基础上开发的匹配平台感兴趣，使之可以在实际情况中使用。 本文以低速二冲程船用柴油WinGD 5x52为基准，在该综合配套平台的基础上，研究了集装箱船、油轮和散货船3种主要船型的适用吨位范围。X52发动机是WinGD公司新设计的发动机类型，具有结构紧凑、工作范围广的优点。本文以船舶载重吨为变量，通过对影响阻力的参数进行回归分析，计算出某一载重吨的船舶有效功率，从而利用匹配平台预测不同吨位船舶的发动机制动功率。布局区域内的发动机装机功率和转数可根据发动机降额特性选择为CMCR（合同最大连续额定值）点。因此，发动机制动功率和转速（MCR和CSR）是否在现场，决定了发动机在具有特定载重吨的船舶上的应用。因此，通过对5x52发动机的研究，验证了船舶推进系统综合匹配平台的适用性。该平台不仅为船舶设计人员选择和匹配主机提供了参考，而且为某柴油机厂新型发动机的应用提供了理论依据。

论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 随着船舶运输业的发展，船舶柴油机产生的废气问题越来越严重，相关法规对船舶排放的限制也越来越严格。选择性催化还原（SCR）系统已被证明是去除船用柴油机氮氧化物排放的有效技术。SCR技术的关键在于SCR控制策略的制定，硬件在环技术具有实时性好、研究成本低的优点。 本文重点对一台SCR反应器进行了建模，开发了基于模型的尿素投加控制策略，并对控制策略进行了硬件在环仿真。建立了SCR反应器的数学模型。根据SCR在催化剂上的反应机理，建立了反应器模型，并进行了实验标定。反应器模型还可用于开发基于模型的尿素控制策略，有利于限制发动机突然升温工况下过量的NH3泄漏。基于模型的尿素控制策略需要反应器状态的完整信息。采用基于dspace实时仿真平台的硬件在环仿真试验，验证了控制策略的可靠性。

论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 如今，许多行业正在经历快速转型。海事部门也不例外，正在经历全行业的中断。瓦锡兰公司在这次改革中发挥了主导作用，并于2017年秋末宣布了其新的智能海洋生态系统战略。 智能海洋生态系统的主要关注领域之一是针对低效率和浪费的不同来源。 例如在最高端，此类浪费可能包括过剩产能，路由效率低下及价值链不足。对于电源和发动机，存在与系统效率、排放足迹、可维护性和自主操作相关的重要机会领域。在这些领域，当发动机是船舶动力源的一部分时，发动机控制起着不可或缺的作用。 中速发动机监控可追溯到20世纪70年代，当时引入了监控和报警系统。例如，瓦锡兰推出了四代自动化系统及新一代发动机。第一个系统仅进行监控，随后在引入第一个共轨燃油喷射发动机时引入控制功能，需要电子喷射控制。从那时起，发动机控制领域已大幅增长。现代化的多燃料四冲程中速发动机控制系统包括数百个测量点和多个气缸控制功能。同时，引入了数据和与周围系统的交互。例如，为实现最佳运行而采用的不同负荷分担方案，以及基于状态的维护服务概念，多年来一直都是该服务的组成部分。然而，计算能力和数据传输带宽的快速增长，以及电池等新电源的引入，增加了发动机控制作为更大生态系统中新价值和优化的推动者之一的重要性。 本文讨论了这种系统需要考虑的重要设计方面，并采用最佳生命周期性能的基础方法。 然后，控制系统如何与周围的电力系统相互作用，以建立最先进的电力系统，最后这个系统如何与船舶、云和岸相互联系，成为智能海洋生态系统的重要组成部分不同的应用程序。

论文已在温哥华2019年CIMAC大会上发表，论文版权归CIMAC所有。 对于混合动力船舶的优化设计，初步分析所提出的载荷分布提供了系统运行性能的第一个参考点。然而，由于每艘船的实际时间表和需求通常与最初的计划有很大的不同，因此船上能源系统必须以一种非常灵活和经过深思熟虑的方式运行。根据设计动力系统的复杂性及其环境条件，控制系统有较高的可变性。因此，船东和船上船员的决策变得越来越具有挑战性。 利用现代瞬态仿真概念，可以评估不同动力系统配置的潜力，包括新造和改装。特别是电池尺寸对于生态和经济的船舶操作非常重要，在任何能量调查中都需要充分考虑。 在这项研究中，我们提出了一个混合动力柴油-电力传动系统的物理耦合模型。在Dymola仿真环境中，使用Modelica语言对瞬态行为进行仿真。利用语言特定的多物理可能性，可以扩展模型，几乎有各种附加系统，如发动机冷却、余热回收、空调或废气处理系统。此外，甚至可以调查非海事应用，如铁路或电力部门的能源供应。为了控制和优化，热力学模型被集成到一个matlab程序中。 综合模型环境使用简化的运行状态负荷曲线，可以确定船舶电气化对其特定用途的益处。为了保持经济竞争力，复杂度的提高使对负荷分配进行复杂的智能系统控制变得绝对必要。为了满足这一要求，已经实施了一种基于模糊的电池策略，使用户能够设置不同的优先级设置，例如港口排放低、电池寿命长或里程数高。除了探索广泛的操作策略的可能性外，还使用元启发式优化算法来确定所需设置的最佳系统配置。通过这一点，可以轻易评估传统发动机和电池的不同尺寸和数量。