排氣背壓對船用高速發動機性能的影響及優化研究

董 飛，胡 鬧，2，3，楊建國，2，3

（1.武漢理工大學船海與能源動力工程學院，武漢 430063；2.船舶動力工程技術交通行業重點實驗室，武漢 430063；3.船舶與海洋工程動力系統國家工程實驗室，武漢 430063）

0 概述

船用發動機通常采用選擇性催化還原（selective catalytic reduction，SCR）后處理系統和余熱利用等技術來滿足日益嚴格的排放法規和提高綜合效率。一些豪華郵輪出于舒適性與美觀性要求，將發動機的排氣口設置在水下，甚至某些船用發動機出于特殊用途需要在高背壓（不小于130 kPa）環境下工作。在這些情況下，船用發動機的高排氣背壓使得渦輪膨脹比減小，增壓器轉速及進氣流量降低，帶來發動機功率下降、排氣溫度升高和熱負荷增加等問題［1］。研究排氣背壓對船用發動機性能與排放的影響，探索高背壓下發動機的性能優化對某些特殊用途的船用發動機具有十分重要的意義。

國內外許多學者開展了排氣背壓對發動機動力性和經濟性的影響規律及優化研究。文獻［2-3］中用一維模型預測了高速直噴自然吸氣柴油機在110 kPa～150 kPa 排氣背壓下的平均有效壓力（indicated mean effective pressure，IMEP）與殘余廢氣系數，發現排氣背壓升高使殘余廢氣系數升高和進氣量降低，且由于柴油機低負荷的高空燃比對稀釋效應更加敏感，其主要放熱反應延后，碳煙排放降低。文獻［4］中試驗研究了帶后處理裝置的二級渦輪增壓柴油機不同排氣背壓下的動力性和經濟性變化規律，找到了后處理裝置的最佳排氣背壓。文獻［5-7］中研究了排氣背壓對渦……