一、柴油机的排放

柴油机以其热效率高、经济性好、适应性强、功率范围宽广等优点，被广泛应用于载重汽车、工程机械、拖拉机、农业及林业机械、机车、船舶等。在汽车上的应用领域不断扩大，先是用于中、重型载货汽车，继而用于客车、轻型载货汽车以至轿车。与此同时，柴油机排放物对环境的污染也日趋严重。如何控制柴油机有害物的排放，是迫切需要解决的问题。

柴油机排放的废气中的主要有害成分：一氧化碳（CO）；氮氧化合物（NOX）；碳氢化合物（HC）；硫的氧化物（SOX）；碳烟及颗粒物（PM）。

1．一氧化碳（CO） 在局部缺氧或低温条件下可燃混合气的不完全燃烧产生的。在燃烧室内的局部地方存在过浓区以及部分可燃混合气在排气过程中发生不完全燃烧。此外，气温低或者滞留时间短暂等使燃烧不完全，也会有 CO 排出。

2．氮氧化合物（NOX） 是可燃混合气高温燃烧的产物，氮气在高温（约 1800℃以上）和氧结合生成氮氧化合物。其生成量取决于三个因素：一是混合气中氧的浓度；二是燃烧温度；三是反应时间。发动机燃烧温度越高，生成的氮氧化合物就越多。

3．碳氢化合物（HC） 是可燃混合气的不完全燃烧和缸壁的淬冷作用使火焰消失而产生的。可燃混合气过浓、发动机温度低、供油正时不良等易使HC 排放增加。

4．硫的氧化物（SOX） 是燃油中的硫分燃烧时产生的，其生成量取决于燃油中硫的含量。

5．碳烟及颗粒物（PM）主要是可燃混合气不完全燃烧所产生的以碳粒为主的固体颗粒。

柴油机废气中CO及HC的含量较低。而随着现代石油工业的发展，炼油技术水平的提高使得燃油中硫的含量极少，柴油机排气中 SOX数量很少。

因而柴油机排气净化的主要目的是降低氮氧化物（NOX）、碳烟及颗粒物（PM）的含量。控制 NOX的生成主要应适当降低最高燃烧温度及氧的浓度。减少 PM 排放的措施是尽可能使燃料完全燃烧。

控制柴油机的排放，一方面是通过提高柴油机设计及制造技术，用低污染柴油机取代普通柴油机（即机内净化，减少有害排放量）；另一方面通过外净化措施，使柴油机排入大气中的有害排放物尽量减少。

二、机内净化措施

降低有害物排放量，主要围绕改进燃烧过程进行，主要着眼在柴油机本身结构上采取措施，需要进排气系统、燃烧室形状、燃油喷射装置等进行良好的组合和匹配，即改善燃烧条件，以降低有害物的生成量。

1．改进燃烧系统

柴油机燃烧室的型式、形状对有害物排放量，尤其对NOX的排放量影响很大。分开式燃烧室的有害物排放量比直接喷射式燃烧室低得多。原因是，采用分开式燃烧室时、副燃烧室壁温较高，滞燃期短，使速燃期的燃料量减少，从而使火焰峰值温度降低；在副燃烧室中的混合气浓度较大，使其处于缺氧的条件下，对NOX的形成不利。而当燃油随燃气喷到主燃烧室进行二次燃烧时，又由于大量空气的冷却作用，加之活塞已开始下行，最高燃烧温度降低，再度形成了不利于NOX生成的条件。

2．改进供油系统

（1）提高喷油压力

喷油压力是柴油机燃油系统最重要参数之一，高喷油压力可明显改善燃油和空气的混合质量，从而降低碳烟及颗粒物（PM）的排放，同时高喷油压力又可缩短可燃混合气的滞后燃烧，能显著降低 NOX的生成。为适应日益严格的排放法规，现代柴油机的喷油压力已经升高到超过120MPa，甚至180至200MPa。

（2）减小喷油提前角

喷油提前角大小对柴油机的排气污染有很大影响。减小喷油提前角，可减少速燃期气缸中的柴油量，使混合气的最高燃烧温度降低，从而可减少NOX的生成量。但是过分推迟喷油定时，会使燃料产生滞后燃烧，造成燃烧不完全而排气冒黑烟（即烟度增加）；且低负荷时HC 含量增加，高负荷时 CO 含量升高，发动机功率下降，经济性变差。

（3）提高喷油速率

提高喷油速率，不仅可提高柴油机的动力性和经济性，而且可减少排污。提高喷油速率，可降低 NOX在各种工况下的生成量，同时又可以抑止因单纯推迟喷油提前（角）而引起的CO 含量的增高。

[1] [2] [3]  下一页