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船用柴油机排放法规概况
由于船用柴油机对环境污染的日益严重和人们对环境状况的日益关注，国际海事组织海上环境保护委员会（MEPC）在1997年通过了MARPOL公约73 /78附则Ⅵ，即《防止船舶造成大气污染规则》，对于每一台安装在2000年1月1日或以后建造的船舶、输出功率大于130kW的柴油机提出了排放控制标准。
为进一步控制和减少船舶柴油机有害污染物的排放，MEPC又于2008年10月10日正式通过了附则Ⅵ的修正案，定义了包括三个级别的IMO船用柴油机排放法规体系，原有的附则Ⅵ内容被制定为Tier I阶段标准，并增加了更加严格的Tier II (2011年全球实施) 和Tier III (2016年排放控制区实施) 阶段标准，见表1。其中TierⅡ标准在Tier I标准上降低15.5%~21.8%。
NOX排放控制技术
影响柴油机生成NOX的因素主要是燃烧温度、燃烧时间及燃油与空气的预混合程度。由于NOX是一种酸性气体，因此，可以从其生成机理和性质两方面进行控制，一般分为机内控制技术和机外净化技术。机内控制技术可分为掺水技术法和控制燃烧法两类。机外净化技术最成熟、最有效、应用最广泛的为 SCR 技术。
掺水技术法主要是利用水降低燃烧过程的最高温度以减少NOX生成，虽然它对NOX降低有较好的效果，但由于对发动机改动较大，需添加入一些辅助设备，使得投入较高。为实现第二阶段排放标准，控制燃烧法为大多数生产厂家所青睐。
控制燃烧法是控制NOX最基本的方法。因为柴油机缸内燃烧过程直接决定NOX的生成量，其常用的改进措施有：采用新型燃烧室；推迟喷射；优化喷嘴结构、提高喷射压力和电控共轨技术等。
采用新型燃烧室可使得进气形成涡流或强涡流，边、角等部位组织形成微涡流，促进燃油与空气均匀迅速的混合，燃烧更充分且燃烧持续期短。因此可适当调整延迟喷油，缩短燃烧过程的时间，可以在保证燃油消耗量变化不大的情况下，降低最高燃烧温度，从而降低NOX的排放。
推迟喷射可以使更多的燃油在上止点之后燃烧，从而降低最高燃烧温度，同时又缩短了氮、氧在高温下的停留时间，从而抑制了NOX生成，但是油耗会稍有增加，并会降低发动机功率。
优化喷嘴结构、提高喷射压力使得燃油喷雾雾粒度足够细且尽可能的均匀，保证燃油的及时蒸发以及与空气的均匀混合，混合汽质量提高，燃烧速度加快。由于燃油喷入气缸前气体已经充分压缩，压缩终了时的压力和温度增高，使得燃油喷入后的滞燃期缩短，易于发火燃烧，同时滞燃期喷入的燃油较少，使燃烧速度和放热率降低，从而降低了火焰温度，使NOX生成率和排放率降低。
电控共轨技术可实现高压喷射和引导喷射，既保证发动机性能又抑制NOX和颗粒的生成。
试验研究
目前，降低NOX排放简便易行的方法是推迟喷射正时并优化缸内燃烧。为了解喷油提前角对NOX排放的影响，本文试验研究了两台额定转速都为1500r/min，缸径分别为135mm和138mm的船用小型高速柴油机，在两个不同的喷油提前角条件下，完成了NOX排放测试试验。分析试验数据和结果，得出了一些结论。两台发动机的性能参数见表2。
试验中采用的是E3试验循环，每台发动机都分别在两个不同的喷油提前角下完成了各自的循环工况。
试验结果与分析
图1是缸径为135mm的柴油机在11℃A和9.5℃A两个不同喷油提前角条件下每个工况点NOX排放对比。NOX排放在同一负荷不同的喷油提前角条件下都成下降趋势，降低幅度范围为16.69%~26.41%。NOX总比排放从8.8 g/kW降低到了7.4 g/kWh，降低了15.9%，达到了第二阶段排放标准。但是额定工况下的燃油消耗量从40.29kg/h上升到43.42kg/h，上升了7.78%，其他负荷工况下也有不同程度的升高（如图2）。在柴油机喷油延迟的情况下，虽然降低了NOX排放达到了第二阶段排放标准，但是牺牲了经济性，燃油消耗量有较大的提高。
比
图3是缸径为138mm的柴油机在13℃A和12℃A两个不同喷油提前角条件下每个工况点NOX排放对比。NOX排放降低幅度范围为24.33%~28.21%，总比排放从9.65 g/kW降低到了7.15 g/kWh，降低了25.91%，也达到了第二阶段排放标准。额定工况下燃油消耗量从43.64 kg/h上升到43.93kg/h，上升了0.66%，其他负荷条件下也略有上升（如图4）。对比上述柴油机，该柴油机在喷油略微延迟的情况下，降低了NOX排放满足排放限值要求，同时燃油消耗量上升幅度较小，经济性牺牲不大。
虽然两台柴油机均以调整喷油提前角延迟燃油喷射将NOX排放由满足原来的第一阶段排放标准达到了第二阶段排放限值，但是燃油消耗量却有着不同程度的增加。这说明：不同的柴油机，喷油提前角的变化对其燃油消耗量的影响不同。也就是说，适当调整喷油提前角以实现降低NOX排放是较为直接有效的方法，对于燃油消耗量变化较大的柴油机而言，除了适当调整喷油提前角以延迟喷油外，还需要优化缸内燃烧，以改善经济性。
结论
调整喷油提前角延迟喷油能在一定程度上降低NOX排放而满足目前船用第二阶段排放水平，但燃油消耗量会有不同程度的上升，必须结合优化缸内燃烧的方法，如：优化油泵、油嘴，改善燃油喷射压力，组织良好雾化，优化匹配增压器，从而使得燃烧充分，改善燃油经济性。
第三阶段排放标准限值在第二阶段基础上降低了74.55%~76.39%，传统的机内控制法已不能满足其排放限值要求，此时，需采用排气后处理法来降低排放。
（作者单位：南通柴油机股份有限公司）
由于船用柴油机对环境污染的日益严重和人们对环境状况的日益关注，国际海事组织海上环境保护委员会（MEPC）在1997年通过了MARPOL公约73 /78附则Ⅵ，即《防止船舶造成大气污染规则》，对于每一台安装在2000年1月1日或以后建造的船舶、输出功率大于130kW的柴油机提出了排放控制标准。
为进一步控制和减少船舶柴油机有害污染物的排放，MEPC又于2008年10月10日正式通过了附则Ⅵ的修正案，定义了包括三个级别的IMO船用柴油机排放法规体系，原有的附则Ⅵ内容被制定为Tier I阶段标准，并增加了更加严格的Tier II (2011年全球实施) 和Tier III (2016年排放控制区实施) 阶段标准，见表1。其中TierⅡ标准在Tier I标准上降低15.5%~21.8%。
NOX排放控制技术
影响柴油机生成NOX的因素主要是燃烧温度、燃烧时间及燃油与空气的预混合程度。由于NOX是一种酸性气体，因此，可以从其生成机理和性质两方面进行控制，一般分为机内控制技术和机外净化技术。机内控制技术可分为掺水技术法和控制燃烧法两类。机外净化技术最成熟、最有效、应用最广泛的为 SCR 技术。
掺水技术法主要是利用水降低燃烧过程的最高温度以减少NOX生成，虽然它对NOX降低有较好的效果，但由于对发动机改动较大，需添加入一些辅助设备，使得投入较高。为实现第二阶段排放标准，控制燃烧法为大多数生产厂家所青睐。
控制燃烧法是控制NOX最基本的方法。因为柴油机缸内燃烧过程直接决定NOX的生成量，其常用的改进措施有：采用新型燃烧室；推迟喷射；优化喷嘴结构、提高喷射压力和电控共轨技术等。
采用新型燃烧室可使得进气形成涡流或强涡流，边、角等部位组织形成微涡流，促进燃油与空气均匀迅速的混合，燃烧更充分且燃烧持续期短。因此可适当调整延迟喷油，缩短燃烧过程的时间，可以在保证燃油消耗量变化不大的情况下，降低最高燃烧温度，从而降低NOX的排放。
推迟喷射可以使更多的燃油在上止点之后燃烧，从而降低最高燃烧温度，同时又缩短了氮、氧在高温下的停留时间，从而抑制了NOX生成，但是油耗会稍有增加，并会降低发动机功率。
优化喷嘴结构、提高喷射压力使得燃油喷雾雾粒度足够细且尽可能的均匀，保证燃油的及时蒸发以及与空气的均匀混合，混合汽质量提高，燃烧速度加快。由于燃油喷入气缸前气体已经充分压缩，压缩终了时的压力和温度增高，使得燃油喷入后的滞燃期缩短，易于发火燃烧，同时滞燃期喷入的燃油较少，使燃烧速度和放热率降低，从而降低了火焰温度，使NOX生成率和排放率降低。
电控共轨技术可实现高压喷射和引导喷射，既保证发动机性能又抑制NOX和颗粒的生成。
试验研究
目前，降低NOX排放简便易行的方法是推迟喷射正时并优化缸内燃烧。为了解喷油提前角对NOX排放的影响，本文试验研究了两台额定转速都为1500r/min，缸径分别为135mm和138mm的船用小型高速柴油机，在两个不同的喷油提前角条件下，完成了NOX排放测试试验。分析试验数据和结果，得出了一些结论。两台发动机的性能参数见表2。
试验中采用的是E3试验循环，每台发动机都分别在两个不同的喷油提前角下完成了各自的循环工况。
试验结果与分析
图1是缸径为135mm的柴油机在11℃A和9.5℃A两个不同喷油提前角条件下每个工况点NOX排放对比。NOX排放在同一负荷不同的喷油提前角条件下都成下降趋势，降低幅度范围为16.69%~26.41%。NOX总比排放从8.8 g/kW降低到了7.4 g/kWh，降低了15.9%，达到了第二阶段排放标准。但是额定工况下的燃油消耗量从40.29kg/h上升到43.42kg/h，上升了7.78%，其他负荷工况下也有不同程度的升高（如图2）。在柴油机喷油延迟的情况下，虽然降低了NOX排放达到了第二阶段排放标准，但是牺牲了经济性，燃油消耗量有较大的提高。
比
图3是缸径为138mm的柴油机在13℃A和12℃A两个不同喷油提前角条件下每个工况点NOX排放对比。NOX排放降低幅度范围为24.33%~28.21%，总比排放从9.65 g/kW降低到了7.15 g/kWh，降低了25.91%，也达到了第二阶段排放标准。额定工况下燃油消耗量从43.64 kg/h上升到43.93kg/h，上升了0.66%，其他负荷条件下也略有上升（如图4）。对比上述柴油机，该柴油机在喷油略微延迟的情况下，降低了NOX排放满足排放限值要求，同时燃油消耗量上升幅度较小，经济性牺牲不大。
虽然两台柴油机均以调整喷油提前角延迟燃油喷射将NOX排放由满足原来的第一阶段排放标准达到了第二阶段排放限值，但是燃油消耗量却有着不同程度的增加。这说明：不同的柴油机，喷油提前角的变化对其燃油消耗量的影响不同。也就是说，适当调整喷油提前角以实现降低NOX排放是较为直接有效的方法，对于燃油消耗量变化较大的柴油机而言，除了适当调整喷油提前角以延迟喷油外，还需要优化缸内燃烧，以改善经济性。
结论
调整喷油提前角延迟喷油能在一定程度上降低NOX排放而满足目前船用第二阶段排放水平，但燃油消耗量会有不同程度的上升，必须结合优化缸内燃烧的方法，如：优化油泵、油嘴，改善燃油喷射压力，组织良好雾化，优化匹配增压器，从而使得燃烧充分，改善燃油经济性。
第三阶段排放标准限值在第二阶段基础上降低了74.55%~76.39%，传统的机内控制法已不能满足其排放限值要求，此时，需采用排气后处理法来降低排放。
（作者单位：南通柴油机股份有限公司）