1、毕业设计开题报告 机械设计制造及其自动化 渔船用柴油机废气减排技术与装置的研究 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 （一）课题国内外研究动态 近年来由于中国、印度、巴西、俄罗斯等国的经济崛起，各国间船运的晚来更为密切频繁，船用柴油机在得到快速发展的同时，也面临日益严格的排放法规的挑战。排放法规经过了近半个世纪的发展，形成了美国、欧洲和日本三大排放体系，其他各国的排放法规基本上也参照这三大体系制成的。我国的排放标准基本上也是采用的欧洲体系，各阶段与欧洲标准限制一致，只不过在时间上有一定的滞后， 见表 1-1。 表 1-1 我国重型柴油机排放标准（单位： g/kW.h） 实施阶段
2、实施日期 一氧化碳（ CO） 碳氢化合物（ HC） 氮氧化物（ NOx） 颗粒物（ PM） 烟度 m-1 8.5kW 8.5kW 1 2000.9.1 4.5 1.1 8.0 0.61 0.36 2 2003.9.1 4.0 1.1 7.0 0.15 0.15 3 2007.1.1 2.1 0.66 5.0 0.10 0.13 0.8 4 2010.1.1 1.5 0.46 3.5 0.02 0.5 5 2012.1.1 1.5 0.46 2.0 0.02 0.5 （ 1）对，每缸排量低于 0.75dm3，及额定功率转速超过 3000r/min 的发动机 可见，虽然我国的排放标准起步较晚，初期
3、的排放水平较低，但随着我国柴油机技术水平及对环境保护要求不断提高，我国的排放法规与国际的步伐正在加快。 在国际原油价格大幅上涨，以及排放法规逐步严格趋势下，发展节能减排技术就显得格外迫切和重要了。 当前渔船用柴油机节能减排技术分为机内技术措施和机外技术措施两大类。其中机内技术措施包括：减小喷油提前角，水的利用，废气再循环 （ EGR），智能柴油机技术；机外技术措施包括：代用燃料，排气后处理。目前而言，不管是机内技术还是机外技术，船用柴油机节能和减排还未能找到两全齐美的解决方案。 综上技术中，废气再循环（ EGR）是目前业内前景最被看好，未来发展空间很大的降低 NOx 排放的有效技术手段。有研究
4、表明， EGR率为 15%时， NOx 排放可以减少 50%以上，而 EGR 率为 25%是， NOx 排放可减少 80%以上。 国外 EGR 研究开始于上世纪六十年代，并率先应用在汽油发动机上，七十年代才开始应用在柴油机上，到了九十年代在增压柴油机 应用 。除了 能 降低 NOx排放，在控制燃烧、减小怠速敲缸上， EGR 也效果显著。在具备冷却循环功能后，并且随着控制技术的发展，后来又出现了闭环控制的电控 EGR 系统，控制精度和响应速度也大大提高。目前， EGR 在轻型柴油机上应用较多，比如福特公司、奔驰、大众公司的轿车柴油机都采用了 EGR系统。重型柴油机中， EGR 技术的使用也逐步增
5、多，著名柴油机厂商 Navistar公司 就采用 EGR配合 DPF，并采用燃油喷射技术使排放到达控制法规要求。足以可见，在不久的将来，随着技术的成素， EGR将成为柴油机节能减排的关键技术之一，并倡导一种低排放的新型燃 烧方式。 国内在柴油机 EGR上，也进行了许多尝试，比如朱昌吉提出的瞬态工况的 EGR控制 思想，付吉平针对各工况的 EGR率研究出的 EGR率对增压柴油机性能和排放的影响。国内 EGR 研究中，结合目前先进发动机技术的研究逐步增多，如高压共轨燃油喷射技术、可变增压技术等。作为排放粗犷的工程领域，随着环保压力增大， EGR 技术也开始在国内轻型柴油机上应用起来。比如广西玉柴生
6、产的 4F发动机就采用了电控 EGR技术。但从总体来看，我国 EGR 技术发展和应用同国外相比还有一定差距，很多厂商也只是停留在初期实验研究。不过从国家排放政策 压力以及行业共识角度来看， EGR国产化应用前途十分可观。 （二） 选题的依据和意义 能源和环境是社会发展的两大主题。近年来我国能源矛盾表现非常突出。一方面，随着经济快速增长，内燃机工业也发展迅速。以汽车工业来说，预计到 2020 年，我国汽车保有量将达到 1.45 亿辆。另一方面，随着国民经济高速发展，我国的石油消耗量逐年攀升，已成为仅次于美国的第二大石油消耗国。预计到 2020 年，我国石油消费量将分别达到 5.63 亿吨。预计
7、2020 年石油进口依赖度将达到 60%。环境方面， 2010 年，我国 661 城市中将有 400 城市的环境空气污 染会煤烟型转化成机动车污染型。另外，我国温室气体 CO2 的排放量已上升至世界第二位，在环境方面我国也面临着巨大的压力。随着我国经济的快速发展和柴油机技术水平的提高，柴油机呈现快速增长的石头，在社会经济和日常生活中发挥着越来越重要的作用。船用柴油机所产生的废气，严重导致臭氧层之破坏、温室效应、酸雨等全球性的环境问题，柴油机引擎燃烧的废气中会产生大量的 NOx（氮氧化物），排放到大气将造成酸雨或飘降干性粒子物质等问题，间接或直接造成环境污染，影响人体健康。由此看出，柴油机在能源
8、消耗和环境污染方面具有举足轻重的作用， 因此柴油机的技能、减排对于缓解能源压力、保护环境、保证国民经济可持续发展意义重大。 随着对各技术路线认识的深入，采用 EGR 的排放控制技术逐渐受到了重视，在具体后处理装置方面，出于成本、可靠性的再生等反面的考虑，简化 PM 后处理装置（ DOC或 POC）受到了更多的关注。在这种形势下，本文在国 高压共轨柴油机平台上，通过匹 配 VNT 增压器实现 EGR 循环，开展采用 EGR 和多次喷射降低柴油机有害排放的研究，对燃烧、性能和排放的影响，具有重要的理论意义的实用价值。 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题： （一）研究基本内 容 EGR废气再循环系
9、统只要包括三个主要主要装置： EGR 阀、 EGR冷却器、 EGR的过滤器等所组成，系统的运动方式是透过一定量的引擎废气导入排气歧管，再透过热交换器降低废气温度后，与新鲜空气混合进入燃烧室中参与燃烧，从而达到抑制 NOx 的生成条件。 EGR系统类型。 EGR 系统通过温度的方式来区分可以归纳为以下三种：热 EGR、完全冷却 EGR、部份冷却 EGR。又可由压力回路分为高压回路、低压回路两种类型。 （二）拟解决的主要问题 为实用 EGR系统产生出所需之效用，必须考虑解决以下几 个问题： 1、 EGR比例的控制 当 EGR 比例过大时，柴油机可能因氧气不足导致功率与排烟明显恶化，因此要透过柴油机
10、的转速和负荷来控制 EGR的比例，达成 NOx 排放降低与微粒增加的平衡。 2、减低粒状污染物的增加 使用冷却 EGR 比起相较于热 EGR而言，对 NOx 排放降低更为有效，且有利于改善燃油经济型和减少热 EGR 引起的微粒排放，特别是在中、高负荷范围内，冷却 EGR与热 EGR 之间相比，前者能有效的防止新鲜空气量被气缸内 EGR 气体所取代而减少。由于增加空燃比，热效率可望随之增加。 3、 降低 EGR引起的磨损 针对使用 EGR 系统导致发动机磨损，而使用寿命，可采用质量高的润滑油以及硫含量低的燃油，这个方法在轻型柴油机领域随处可见，在重型柴油机领域中也逐步应用起来。通过改良发动机润滑
11、油成分、活塞环、缸套等，再结合上述方法一并来解决发动机磨损问题。 三、研究步骤、方法及措施： （一）研究步骤 1、根据目的功能确定产品规格、性能指标 2、系统功能部件、功能要素的划分 3、各构成要素间接口研究 4、整体评价 5、 可靠性复查与分析 6、 数值模拟与调试 （二）方法 本装置研究主要采取理论推导，机电互补，以及 计算机辅 助 、 数值模拟 的方法。 （三）措施 1、通过对设计方案的对比，最终选取合适的方案。 2、与指导老师相互交流，根据老师的所提的意见进行修改设计。 3、运用 Pro/E， FLUENT等应用软件进行设计、模拟和调试，将理论与实际结合起来。 四、 参考文献 1冯明志
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