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   柴油機油氣混合不均勻，燃料不能完全燃燒，導致分解為以碳為主的顆粒。同時，與汽油機相比，柴油機的過量空氣系數很高，且燃燒中產生局部高溫，導致氮氧化物（NOx）大量生成，但一氧化碳（CO）和碳氫化合物（HC）的排放比汽油機低得多，燃油經濟性也非常好。由此可以看出，優化柴油機的排放性能，主要解決如何降低氮氧化物（NOx）和微粒。

   柴油機在緩燃期中燃燒溫度達到最大，直接影響到氮氧化物（NOx）的生成量。同時緩燃期中，若發動機還在噴油，且噴到高溫廢氣區，或者混合氣過濃，都會導致因缺氧而生成微粒。

   因此，從機內凈化的角度，可以通過調節最高溫度與燃油濃度的關系，降低氮氧化物（NOx）的生成。可采用多氣門技術、增壓中冷技術、控制噴油速率和廢氣再循環。通過調節噴油或組織氣流，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、提高噴射壓力、改進燃燒室結構、減少機油消耗、使用低硫燃油、控制噴油過程和調節燃油量。

   1廢氣渦輪增壓技術

   根據增壓的方式不同，發動機的增壓可分為：機械增壓、氣波增壓、廢氣渦輪增壓、復合增壓。其中廢氣渦輪增壓是利用發動機排出的具有一定能量的廢氣進入渦輪并膨脹作功，廢氣渦輪的全部功率用于驅動與渦輪機同軸旋轉的壓氣機，在壓氣機中將新鮮空氣壓縮后再送人氣缸，如圖1所示。

   1.1發展現狀

   廢氣渦輪增壓器可提高發動機的進氣密度，提高發動機的充量。一般車用發動機多采用徑流式，以滿足高轉速及較高響應性能的要求。增壓器的壓氣機部分一般都采用單極離心式結構，而渦輪增壓系統，可分為定壓渦輪增壓系統和脈沖渦輪增壓系統。其中，定壓增壓系統對排氣利用率低，低速轉矩特性和加速性能較差，適合低增壓時使用。脈沖渦輪增壓系統低增壓時對廢氣利用率相對較高，掃氣作用明顯，排氣管容積小，對負荷變化敏感，動態響應好，結構復雜。車用柴油機，對加速性能和轉矩特性要求較高，因此多采用脈沖渦輪增壓系統。

   與機械增壓相比，廢氣渦輪增壓不消耗由發動機曲軸輸出的功率，不影響發動機功率，不會增加燃油消耗。與氣波增壓相比，其增壓壓力高，可達0.4MPa，用于柴油機時單機功率大于35kW，且技術相對成熟，已實現產品化。與復合增壓相比，其結構簡單，易控制，更適于車用柴油機使用。使用廢氣渦輪增壓器，柴油機經過必要的改裝，可使功率提高30%～50%，燃油消耗率降低5%左右，有利于改善整機的動力性、經濟性和排放性能。

   但廢氣渦輪增壓技術也存在一定的缺陷。首先，低轉速時性能不好。當柴油機處于較低轉速時，帶動渦輪機所產生的功率也會降低，導致壓氣機的增壓壓力相應降低，增壓效果不好。其次，加速響應慢。由于使用廢氣帶動增壓器，發動機至少經過一個循環排出廢氣量才會增加，才會反映到增壓器上，因此瞬態響應性不好。再次，對進、排氣壓力的敏感度高。當氣缸排氣量過小，增壓器會發生喘震。當氣缸排氣量過大，增壓器會發生堵塞。這兩種非正常工況均會影響增壓器的增壓壓力及工作效率。

   1.2廢氣渦輪增壓對排放的影響

   1.2.1對CO排放的影響

   柴油機中CO是燃料不完全燃燒的產物，主要在局部缺氧或低溫下形成。柴油機通常工作在稀燃條件下，渦輪增壓技術使過量空氣系數變大，燃料霧化和混合得到改善，使燃料燃燒更充分，CO排放進一步降低。

   1.2.2對HC排放的影響

   柴油機中的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。增壓后進氣密度增加，過量空氣系數變大，可以提高燃油霧化質量，減少沉積于燃燒室壁面上的燃油，HC排放減少。

   1.2.3對NOx排放的影響

   NOx的生成主要取決于燃燒過程中的濃度、溫度和反應時間。柴油機單純增壓后，因過量空氣系數增大和燃燒溫度升高而導致NOx排放增加。因此常在增壓同時配合減少壓縮比、推遲噴油、廢氣再循環等方式，降低NOx的排放。采用進氣中冷技術可以大大降低增壓后進氣溫度，有效控制燃燒溫度，利于減少NOx。

   1.2.4對微粒排放的影響

   影響微粒生成的原因較復雜，主要受過量空氣系數、燃油霧化質量、噴油速率、燃燒過程和燃油品質影響。通常有利于降低NOx的措施都不利于微粒的排放。增壓后，進氣密度增加，充量增大，配合中冷技術、高壓燃油噴射、電控共軌噴射、多氣門技術等，可更有效地控制微粒的排放。

   1.2.5對CO2排放的影響

   CO2是重要的溫室氣體，可導致全球氣溫升高。同時，CO2的排放也是衡量發動機燃油經濟性的指標。增壓柴油機充分利用了廢氣的能量，經濟性高，整機的平均有效壓力增加，CO2排放優于汽油機。

   1.3渦輪增壓技術未來發展趨勢

   可變截面渦輪增壓是未來有發展潛力的一種增壓技術。由于傳統的渦輪增壓器不能隨轉速、負荷的變化調整噴嘴截面，可以滿足高轉速的良好工作，但不能滿足低轉速的良好工作，低轉速時的增壓效率較低。可變截面渦輪可在低轉速時減小渦輪噴嘴面積，達到提高增壓壓力的效果，保證低轉速時的良好工作。