關(guān)注：
柴油發(fā)電機(jī)在緩燃期中燃燒溫度達(dá)到最大，直接影響到氮氧化物（NOx）的生成量同時(shí)緩燃期中，若發(fā)動(dòng)機(jī)還在噴油，且噴到高溫廢氣區(qū)，或者混合氣過濃，都會(huì)導(dǎo)致因缺氧而生成微粒。因此，從發(fā)電機(jī)內(nèi)凈化的角度，可以通過調(diào)節(jié)最高溫度與燃油濃度的關(guān)系，降低氮氧化物（NOx）的生成可采用多氣門技術(shù)、增壓中冷技術(shù)、控制噴油速率和廢氣再循環(huán)通過調(diào)節(jié)噴油或組織氣流，使燃料迅速而完全地燃燒，降低微粒的生成可采用廢氣渦輪增壓技術(shù)、提高噴射壓力、改進(jìn)燃燒室結(jié)構(gòu)、減少機(jī)油消耗、使用低硫燃油、控制噴油過程和調(diào)節(jié)燃油量。
1 廢氣渦輪增壓技術(shù)
根據(jù)增壓的方式不同，發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓可分為：機(jī)械增壓、氣波增壓、廢氣渦輪增壓、復(fù)合增壓其中廢氣渦輪增壓是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的具有一定能量的廢氣進(jìn)入渦輪并膨脹作功，廢氣渦輪的全部功率用于驅(qū)動(dòng)與渦輪機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)，在壓氣機(jī)中將新鮮空氣壓縮后再送人氣缸。
1.1發(fā)展現(xiàn)狀
廢氣渦輪增壓器可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣密度，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的充量一般車用發(fā)動(dòng)機(jī)多采用徑流式，以滿足高轉(zhuǎn)速及較高響應(yīng)性能的要求增壓器的壓氣機(jī)部分一般都采用單極離心式結(jié)構(gòu)，而渦輪增壓系統(tǒng)，可分為定壓渦輪增壓系統(tǒng)和脈沖渦輪增壓系統(tǒng)其中，定壓增壓系統(tǒng)對(duì)排氣利用率低，低速轉(zhuǎn)矩特性和加速性能較差，適合低增壓時(shí)使用脈沖渦輪增壓系統(tǒng)低增壓時(shí)對(duì)廢氣利用率相對(duì)較高，掃氣作用明顯，排氣管容積小，對(duì)負(fù)荷變化敏感，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，結(jié)構(gòu)復(fù)雜車用柴油機(jī)，對(duì)加速性能和轉(zhuǎn)矩特性要求較高，因此多采用脈沖渦輪增壓系統(tǒng)。
與機(jī)械增壓相比，廢氣渦輪增壓不消耗由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸輸出的功率，不影響發(fā)動(dòng)機(jī)功率，不會(huì)增加燃油消耗與氣波增壓相比，其增壓壓力高，可達(dá)0.4MPa，用于柴油機(jī)時(shí)單機(jī)功率大于35kW，且技術(shù)相對(duì)成熟，已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化與復(fù)合增壓相比，其結(jié)構(gòu)簡單，易控制，更適于車用柴油機(jī)使用使用廢氣渦輪增壓器，柴油機(jī)經(jīng)過必要的改裝，可使功率提高30%～50%，燃油消耗率降低5%左右，有利于改善整機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能。
但廢氣渦輪增壓技術(shù)也存在一定的缺陷首先，低轉(zhuǎn)速時(shí)性能不好當(dāng)柴油機(jī)處于較低轉(zhuǎn)速時(shí)，帶動(dòng)渦輪機(jī)所產(chǎn)生的功率也會(huì)降低，導(dǎo)致壓氣機(jī)的增壓壓力相應(yīng)降低，增壓效果不好其次，加速響應(yīng)慢由于使用廢氣帶動(dòng)增壓器，發(fā)動(dòng)機(jī)至少經(jīng)過一個(gè)循環(huán)排出廢氣量才會(huì)增加，才會(huì)反映到增壓器上，因此瞬態(tài)響應(yīng)性不好再次，對(duì)進(jìn)、排氣壓力的敏感度高當(dāng)氣缸排氣量過小，增壓器會(huì)發(fā)生喘震當(dāng)氣缸排氣量過大，增壓器會(huì)發(fā)生堵塞這兩種非正常工況均會(huì)影響增壓器的增壓壓力及工作效率。
1.2廢氣渦輪增壓對(duì)排放的影響
1.2.1對(duì)CO排放的影響
柴油機(jī)中CO是燃料不完全燃燒的產(chǎn)物，主要在局部缺氧或低溫下形成柴油機(jī)通常工作在稀燃條件下，渦輪增壓技術(shù)使過量空氣系數(shù)變大，燃料霧化和混合得到改善，使燃料燃燒更充分，CO排放進(jìn)一步降低。
1.2.2對(duì)HC排放的影響
柴油機(jī)中的HC主要是由原始燃料分子、分解的燃料分子以及燃燒反應(yīng)中的中間化合物所組成，小部分由竄人氣缸的潤滑油生成增壓后進(jìn)氣密度增加，過量空氣系數(shù)變大，可以提高燃油霧化質(zhì)量，減少沉積于燃燒室壁面上的燃油，HC排放減少。
1.2.3對(duì)NOx排放的影響
NOx的生成主要取決于燃燒過程中的濃度、溫度和反應(yīng)時(shí)間柴油機(jī)單純?cè)鰤汉�，因過量空氣系數(shù)增大和燃燒溫度升高而導(dǎo)致NOx排放增加因此常在增壓同時(shí)配合減少壓縮比、推遲噴油、廢氣再循環(huán)等方式，降低NOx的排放采用進(jìn)氣中冷技術(shù)可以大大降低增壓后進(jìn)氣溫度，有效控制燃燒溫度，利于減少NOx。
1.2.4對(duì)微粒排放的影響
影響微粒生成的原因較復(fù)雜，主要受過量空氣系數(shù)、燃油霧化質(zhì)量、噴油速率、燃燒過程和燃油品質(zhì)影響通常有利于降低NOx的措施都不利于微粒的排放(泰州發(fā)電機(jī)銷售網(wǎng))增壓后，進(jìn)氣密度增加，充量增大，配合中冷技術(shù)、高壓燃油噴射、電控共軌噴射、多氣門技術(shù)等，可更有效地控制微粒的排放。
1.2.5對(duì)CO2排放的影響
CO2是重要的溫室氣體，可導(dǎo)致全球氣溫升高(泰州發(fā)電機(jī)銷售網(wǎng))同時(shí)，CO2的排放也是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)增壓柴油機(jī)充分利用了廢氣的能量，經(jīng)濟(jì)性高，整機(jī)的平均有效壓力增加，CO2排放優(yōu)于汽油機(jī)。
1.3渦輪增壓技術(shù)未來發(fā)展趨勢
可變截面渦輪增壓是未來有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N增壓技術(shù)由于傳統(tǒng)的渦輪增壓器不能隨轉(zhuǎn)速、負(fù)荷的變化調(diào)整噴嘴截面，可以滿足高轉(zhuǎn)速的良好工作，但不能滿足低轉(zhuǎn)速的良好工作，低轉(zhuǎn)速時(shí)的增壓效率較低可變截面渦輪可在低轉(zhuǎn)速時(shí)減小渦輪噴嘴面積，達(dá)到提高增壓壓力的效果，保證低轉(zhuǎn)速時(shí)的良好工作。
2 廢氣再循環(huán)（EGR）
為了解決NOx排放，產(chǎn)生了廢氣再循環(huán)系統(tǒng)（EGR），其原理是將一部分廢氣導(dǎo)入燃燒室，增加燃燒室內(nèi)氣體的熱容量，降低燃燒氣體的最高溫度，從而抑制NOx排放。
2.1EGR發(fā)展現(xiàn)狀
從20世紀(jì)70年代開始，國外就開始了廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的研究，現(xiàn)在一些柴油車上已經(jīng)安裝了EGR系統(tǒng)，為柴油車達(dá)到歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)。
對(duì)于增壓中冷柴油機(jī)，通常有以下兩種方式：從渦輪前取氣回流到壓氣機(jī)后的EGR系統(tǒng)；從渦輪后取氣回流到壓氣機(jī)前的EGR系統(tǒng)渦輪增壓柴油機(jī)的冷卻再循環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)適宜采用前一種方式，可避免出現(xiàn)再循環(huán)廢氣污染壓氣機(jī)和中冷器，減少淤塞和腐蝕問題，同時(shí)避免EGR隨工況變化響應(yīng)滯后。
由于柴油機(jī)過氧燃燒，直噴式柴油機(jī)的EGR率超過40%，非直噴式可達(dá)25%為防止微粒產(chǎn)生，中、低負(fù)荷常采用較大的EGR率，全負(fù)荷不采用EGR，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性當(dāng)轉(zhuǎn)速提高時(shí)降低EGR率，保證較多新鮮空氣的進(jìn)入，由實(shí)驗(yàn)標(biāo)定測得最佳的EGR脈譜。
對(duì)EGR率的精準(zhǔn)控制多采用電子信號(hào)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)、油泵齒條信號(hào)（即供油量）和水溫信號(hào)等，按預(yù)先設(shè)定好的脈譜改變EGR率因柴油進(jìn)、排氣管間壓差較小，柴油機(jī)的E－GR回流管直徑較大，且柴油機(jī)所需的EGR率較高，可在進(jìn)氣管上加節(jié)氣門，低負(fù)荷時(shí)，通過進(jìn)氣節(jié)流達(dá)到增加進(jìn)、排氣管間壓差同時(shí)，采用冷EGR，可進(jìn)一步降低NOx的排放柴油機(jī)排氣中的SO2會(huì)生成硫酸，對(duì)EGR系統(tǒng)的管路和閥門以及氣缸壁面形成腐蝕，應(yīng)選用高品質(zhì)潤滑油和低硫柴油。
2.2廢氣再循環(huán)對(duì)排放的影響
2.2.1對(duì)NOx排放的影響
廢氣再循環(huán)技術(shù)降低了燃燒室內(nèi)可達(dá)到的最高燃燒溫度，減少了進(jìn)氣充量，從而抑制NOx的排放實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一定時(shí)，廢氣中NOx的比例，會(huì)隨廢氣再循環(huán)率的增加而降低當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于不同負(fù)荷時(shí)，NOx排放下降率與EGR率呈近似線性關(guān)系較大的廢氣再循環(huán)率會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)動(dòng)力下降，在中高負(fù)荷時(shí)，EGR率較低，在小負(fù)荷時(shí)，EGR率較高，根據(jù)不同的工況，選擇適當(dāng)?shù)腅GR率。
2.2.2對(duì)微粒排放的影響
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一定時(shí)，微粒排放量會(huì)隨EGR率的變化而變化一般來說，廢氣的引入會(huì)造成進(jìn)入氣缸的新鮮空氣降低，易造成局部缺氧和燃料燃燒不完全，引起微粒的增加，隨著EGR率的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)排出的微粒也隨之增加但實(shí)際上中、高負(fù)荷時(shí)，噴油較多，燃燒時(shí)間較短，E－GR率對(duì)過量空氣系數(shù)的影響較大，微粒增加幅度較在小負(fù)荷時(shí)，噴油較少，EGR率對(duì)過量空氣系數(shù)的影響相對(duì)減弱，微粒增加的趨勢也相對(duì)較小與NOx的線性關(guān)系不同，微粒排放量增加率與EGR率關(guān)系為二次響應(yīng)，因此微粒增加比例相對(duì)更大。
隨著廢氣的引入，NOx排放會(huì)降低，微粒值會(huì)升高，負(fù)荷較大的工況微粒增加的趨勢很明顯，應(yīng)限制高負(fù)荷工況下的EGR率同時(shí)，帶有EGR系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣微粒中的HC成分較少需綜合NOx和微粒兩方面選擇適當(dāng)?shù)腅GR率。
2.2.3對(duì)HC、CO排放的影響
隨著EGR率的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中HC與CO的排放變化關(guān)系較為一致，呈現(xiàn)上升趨勢在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定的情況下，隨著EGR率增加，HC和CO均為燃料燃燒不充分所產(chǎn)生的排放物當(dāng)充入氣缸內(nèi)的廢氣增加，必然導(dǎo)致參與燃燒的氧氣量相對(duì)減少，燃料燃燒條件惡HC排放在中高負(fù)荷時(shí)呈現(xiàn)增加趨勢，在小負(fù)荷時(shí)呈現(xiàn)下降趨勢HC排放主要來自滯燃期內(nèi)形成的極稀混合氣，因此HC排放與滯燃期時(shí)間長短有關(guān)負(fù)荷越低，滯燃期內(nèi)形成的極稀混合氣越多，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中HC的濃度越高在同樣低負(fù)荷時(shí)，廢氣回流率越大，加熱進(jìn)氣的作用越明顯，滯燃期將縮短，對(duì)改善HC排放有利。
2.2.4對(duì)CO2及燃油消耗率的影響
試驗(yàn)表明，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣再循環(huán)率增加，過量空氣系數(shù)有所降低，但CO2的排放量及燃油消耗率只有很小波動(dòng)，基本保持不變。
2.3EGR未來發(fā)展趨勢
在歐美發(fā)達(dá)國家，EGR在汽油機(jī)和輕型柴油機(jī)領(lǐng)域已是一種成熟的工業(yè)技術(shù)，發(fā)展方向是將其完善：如何將EGR技術(shù)與顆粒捕捉技術(shù)、電控高壓噴油技術(shù)、進(jìn)氣富氧技術(shù)等密切結(jié)合起來，使各種有害排放物全面降低；如何實(shí)現(xiàn)EGR率變工況時(shí)的精準(zhǔn)控制以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的提高都是以后的研究重點(diǎn)為達(dá)到歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)，EGR率還需進(jìn)一步提高，EGR應(yīng)用于增壓發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，腐蝕性問題和進(jìn)排壓逆差問題需要研究，以得到一個(gè)比較理想的解決方案在重型柴油機(jī)領(lǐng)域，應(yīng)用EGR的問題更多更復(fù)雜，在重型柴油機(jī)較高負(fù)荷情況下，隨著EGR率的增加微粒排放增加速度加快，發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性和可靠性受到影目前EGR在重型柴油機(jī)的應(yīng)用是國外的一個(gè)重點(diǎn)研究方向，可以預(yù)見在不遠(yuǎn)的將來，EGR將在重型柴油機(jī)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
3 柴油機(jī)摻燒
以上兩種方法是通過改變柴油機(jī)燃燒室內(nèi)的燃燒方式達(dá)到降低NOx或者微粒的目的但是，因NOx與微粒的排放規(guī)律常常相悖，通常是減少一種而另一種隨之增加，因此，可以考慮通過改進(jìn)燃料的方式來達(dá)到既降低NOx又降低微粒
3.1柴油機(jī)摻燒LPG（液化石油氣）
實(shí)驗(yàn)表明，柴油機(jī)摻燒LPG后，由于LPG在進(jìn)氣道與空氣混合，較為均勻，燃燒過程中的局部缺氧情況得到改善，微粒的排放得到抑制NOx、HC、CO會(huì)隨LPG加入量及工況的變化而變化NOx排放在中小負(fù)荷時(shí)隨LPG量增大而減小，全負(fù)荷工況時(shí)，LPG量較少，NOx隨LPG量增大而降低當(dāng)LPG量繼續(xù)增大，NOx排放略有升高HC、CO排放隨LPG量增大而升高，可通過減小供油提前角來降低排放。
3.2柴油機(jī)摻燒CNG（天然氣）
天然氣是一種比較常見的燃料，CNG/柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)產(chǎn)品化例如用少量柴油引燃天然氣的發(fā)動(dòng)機(jī)，其混合氣為預(yù)混燃燒，燃燒過程中產(chǎn)生很多著火點(diǎn)，燃燒中局部缺氧狀況得到改善，減少了微粒的排放同時(shí)燃燒速度更快，選擇適當(dāng)?shù)奶烊細(xì)狻⒉裼捅壤�，可以降低NOx的排放量。
3.3柴油機(jī)摻燒氫氣
氫氣是一種熱值很高的物質(zhì)，氫氣在燃燒過程中，火焰?zhèn)鞑ニ俣群芸�，不�?huì)產(chǎn)生HC、CO和CO2，是一種十分清潔的燃料，而且資源極其豐富當(dāng)柴油機(jī)摻氫燃燒時(shí)，可大大改善燃燒情況等離子體制氫技術(shù)在汽車上有應(yīng)用前景，可以為發(fā)動(dòng)機(jī)提供富氫氣體，提高熱效率，同時(shí)氫氣燃燒速度快，可以縮短滯燃期，可以抑制NOx的排放目前，等離子體制氫技術(shù)在汽油機(jī)上應(yīng)用有所進(jìn)步，在柴油機(jī)上也會(huì)有不錯(cuò)的效果。
3.4其他代用燃料
隨著能源的緊缺，會(huì)有更多的新型燃料參與到優(yōu)化柴油機(jī)燃燒的方法中通過改善燃料的品質(zhì)和組成，改善缸內(nèi)燃燒過程，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率和排放性能，一定會(huì)有十分廣闊的前景。
4 結(jié)論
�。�1）使用廢氣渦輪增壓技術(shù)，可以提高燃油的經(jīng)濟(jì)性，降低HC、CO和微粒的排放，但會(huì)惡化NOx的排放(泰州發(fā)電機(jī)銷售網(wǎng))因此需要通過加裝后處理設(shè)備，才可以全面降低各種排放物。
�。�2）廢氣再循環(huán)技術(shù)主要針對(duì)柴油機(jī)稀燃產(chǎn)生大量NOx排放，可顯著降低NOx的排放量，相比會(huì)增加其他排放物的生成量，尤其是微粒的排放隨EGR率升高，快速增加，配合微粒捕捉器排放效果會(huì)有改善.
�。�3）通過摻燒其他燃料，如：天然氣、液化石油氣、氫氣等都能一定程度上改善排氣中NOx和微粒的數(shù)量，需要根據(jù)工況調(diào)整其比例，需要進(jìn)一步的研究
責(zé)任編輯：尕刺
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