四、柴油机排放污染物的成因及其影响因素
   （一）柴油机排放污染物的原因
    从总体看，由于柴油机的平均混合气浓度比汽油机稀得多，即使在高负荷区，平均过量空气系数也远大于1，所以柴油机总有足够的氧气对已形成的CO和HC进行氧化。柴油机的CO和HC排放量要比汽油机低得多。从细节上看，柴油机CO和HC的具体生成原因也与汽油机有所不同。
      1 ．CO
    柴油机CO主要源于缺氧造成喷注中过浓部分的不完全燃烧。
      2. H C
    柴油机HC的生成主要有下述两个原因：
   （1）滞燃期中，处于喷注前缘（图10）的极稀混合气，其浓度远低于燃烧极限而无法着火便产生HC。滞燃期越长，滞燃期中喷油量越多，过分稀释的混合气也越多，HC排放也就增多。

   （2）在柴油机中，喷雾质量、喷雾贯穿度、与空气的混合等因素对未燃HC的生成影响很大。喷油器结构不合理，特别是针阀后压力室容积过大是形成未燃HC的重要原因。此外，窜机油，起动时不着火以及不正常喷射（如二次喷射）也是产生未燃HC的原因。在冷起动、怠速、低负荷等条件下，喷注中的大颗粒油滴来不及蒸发，严重的后燃也会造成未燃HC的排放。
      3 ．NOX
    柴油机的NOX生成条件与汽油机相同，也是高温、富氧和较长的作用时间，但是达到上述条件的具体情况各不相同。
    柴油机在燃烧过程中产生NOx的区段有速燃期的稀燃火焰区和缓燃期的扩散燃烧区。因为这两个区段具有生成NOx的条件。

    4．微粒和碳烟
    柴油机中，微粒和碳烟的生成源于高温和局部混合气过浓。
    混合气越浓，其中碳成分就越多。在柴油喷注中，混合气浓度由芯部的极浓到前缘的极稀，所以喷注在燃烧过程，芯部总会有自由碳产生。
    混合气在高于一定温度条件下，某些燃料分子会产生热裂解而分解成许多分子量低而碳比例高的碳氢化合物，如乙炔、乙烯等，其中也有自由碳。以这些裂解产物为核心，会不断使表面增和凝聚，尺寸不断扩大，形成球形粒子。到一定尺寸后，多个粒子又会聚成键状的集合体。当燃烧进行到末期，缸内温度下降，一些未燃HC和有机、无机物凝结和赫附在这些集合体表面，这就成为柴油机排气中的微粒。
    碳烟生成量与温度和混合气浓度的关系见图11。 1327～1427℃的温度对碳烟形成的影响最大；混合气越浓，碳烟值越大。

   （二）柴油机排放污染物的主要影响因素
    1．混合气浓度
    混合气浓度与直喷式柴油机排气污染物的关系见图12。尽管柴油机混合气不均匀，会有局部过浓区，但由于过量空气系数较大，氧气较充分，能对生成的CO在缸内进行氧化，因而一般CO较少，只是在接近冒烟界限时急剧增加。HC也较少，当Pa增加时，HC将随之上升。在Pa稍大于1的区域，虽然总体是富氧燃烧，但由于混合气不均匀，当局部高温缺氧使2）Pa>1时，就会急剧产生大量碳烟，随着Pa增大，碳烟浓度将迅速下降。柴油机NOX排放量随混合气浓度变稀、温度下降而减少。

    2．运行工况
    柴油机在不同运行工况下排放污染物的比较参见表4。


    车用柴油机不仅在宽广的负荷和转速范围内工作，而且还经常进行加、减速工况转换。这些情况下的排放特性各有其自身特点，对总体排放量有不可忽视的影响。

     （1）稳定工况时负荷和转速变化的影响：
    ①柴油机负荷的变化就是混合气浓度的变化。Co排放在大负荷和小负荷两头偏高；HC排放则是随着负荷的减小而加大；NOX排放则随着负荷的减小、燃烧温度降低而降低；微粒碳烟排放量在中、低负荷时较低，而大负荷时急剧增长。
    ②柴油机转速改变时，一般来说，HC和NOX排放变化不大；CO则因高速时充气量下降和燃烧时间短而上升；低速时缸内温度和喷油压力较低也使CO上升；微粒碳烟则在高速时增加，这是由于充气量下降，混合气变浓的缘故。

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