噴油系統(tǒng)的優(yōu)化就是使燃油噴射參數(shù)最佳化。這些參數(shù)包括噴油定時、噴油壓力、噴油速度和噴孔結構等。通過參數(shù)的優(yōu)化來抑制預混合燃燒，即減少在滯燃期內形成的可燃混合氣量是降低NOx排放的有效途徑。

    優(yōu)化噴油定時。NOx排放對噴油定時極為敏感。延遲噴油可降低NOx排放，但必須合理調整燃燒系統(tǒng)及噴油系統(tǒng)的其他參數(shù)以減少油耗、煙度和微粒排放方面的損失。為減少延遲噴油對經(jīng)濟性的不利影響，可采用較高的壓縮比和較高的噴油壓力。采用電控技術和根據(jù)運行工況調節(jié)噴油始點，可降低NOx的排放。

    優(yōu)化噴油壓力。提高噴油壓力可有效地改善燃料的霧化性能，使混合氣的混合質量得以改善，燃燒更加充分，燃燒溫度上升，NOx排放增加。因為提高噴油壓力能改善燃燒過程，故可以補償由于延遲噴油造成的油耗上升，但這又使延遲噴油以降低NOx排放的目的落空。為減少NOx排放應該降低噴油壓力，而噴油壓力降低后又會使微粒排放增加。

    優(yōu)化噴油速度。當噴油提前角一定時，提高噴油速率，縮短噴油持續(xù)期，可以使柴油機產(chǎn)生的NOx較少。提高噴油速度與延遲噴油相結合亦可減少NOx的排放。另外，噴油速度還與HC、碳煙的排放及燃油消耗、噪聲有關，應綜合權衡以謀求各參數(shù)的最佳值。

    優(yōu)化噴孔結構。噴油器噴孔直徑和數(shù)目對柴油機排放也有明顯的影響。當循環(huán)供油量與啟噴壓力一定時，減少孔徑會減少初期噴油量，抑制預混合燃燒和最高燃燒溫度，以減少NOx的生成。當噴油壓力、噴油速度及噴孔總面積不變的情況下，增加噴孔直徑或增加孔數(shù)，可降低流阻，改善燃油的霧化和分布，因而能降低NOx的排放。

    5.燃燒室的結構和參數(shù)優(yōu)化

    優(yōu)化壓縮比。柴油機壓縮比控制著著火延遲期的長短。降低壓縮比，有利于著火延遲，能夠減少峰值壓力，可使燃燒最高溫度降低，NOx排放減少，碳煙增加。但壓縮比過低，柴油機難于著火。壓縮比對NOx的影響較為復雜，選取壓縮比時應綜合考慮。

    燃燒室型式的優(yōu)化。燃燒室型式與NOx(的排放有著密切關系。直噴式柴油機NOx排放明顯高于非直噴式柴油機，這是因為非直噴式柴油機前期的燃燒發(fā)生在混合氣過濃的預燃室或渦流室里，由于缺氧NOx的生成受到了抑制，又因在主燃燒室中的燃燒開始較晚，且是在較低溫度下進行的。對于同一類型但結構不完全相同的燃燒室，其NOx的排量也有差異。例如在直噴式柴油機中，渦流最強的球型燃燒室最高，淺盆型燃燒室最低。

    燃燒室噴水冷卻技術。水具有較高的比熱，在燃燒過程中吸熱可降低燃燒最高溫度；水與油混合噴入燃燒室還可以降低燃油密度，從而使燃燒溫度進一步降低。該技術在降低NOx排放的同時，還有利于改善燃油經(jīng)濟性和排氣煙度，并有降噪的作用。噴水冷卻有如下形式：進氣管噴水；用超聲波將燃油與水乳化后噴入燃燒室；通過附加噴嘴把水直接噴入燃燒室；在噴嘴的兩個燃燒層之間填充水，并分層噴入燃燒室。但如何控制噴水的時機、數(shù)量和噴嘴的腐蝕等問題還有待于進一步研究。

    6.燃油的改質

    提高柴油機十六烷值。十六烷值在柴油機燃料參數(shù)中對NOx排放影響最大。十六烷值較高時，由于其穩(wěn)定性變差，極易裂解為碳煙。柴油機排氣煙度較高，但其發(fā)火性能好，柴油機點火延遲期縮短，缸內溫度與壓力降低，NOx排放亦降低。當十六烷值從40提高到50時，NOx排放可降低10%左右。

    降低燃油中的含硫量。在燃燒過程中，柴油中的硫約有98%轉化為SO2，其余的2%成為硫酸鹽顆粒，部分SO2被進一步氧化與燃燒過程中生成的H2O結合，形成H2SO4和硫酸鹽(CaSO4等)，增加了微粒的排放量。當燃料中的S從0.12%下降到0.05%時，微粒排放量將減少8%-10%；減少燃油中的芳香烴成分，可以減少NOx的排放；根據(jù)燃油餾程，合理提高燃油的十六烷值，能有效地降低發(fā)動機尾氣PM、CO和NOx排放。

    進行柴油的乳化處理。在柴油中加入適當?shù)娜榛瘎�，通過燃料中水的汽化，降低汽缸套的溫度和燃燒溫度，減少NOx的排放；另外，乳化燃料中的水分子迅速汽化膨脹，成為微細的燃料油滴，促進了與空氣的迅速混合，加速了燃燒，減少了汽缸內的激冷層，有利于HC的生成。

    使用柴油添加劑。在柴油中摻燒一定比例的消煙添加劑。將金屬鋇、鎂、鋅等可溶性堿化鹽或中性鹽作為消煙添加劑，通過促進碳煙粒子在膨脹過程中再燃燒，來促進和消除噴油器頭部的積炭，可以減少30%-50%的碳煙顆粒排放；但使用添加劑會導致二次污染。

    使用代用燃料。采用代用燃料將是控制柴油機和汽油機排放的重要方法之一。目前代用燃料主要有天然氣(壓縮天然氣CNG，液化天然氣LNG)、液化石油氣(LPG)、甲醇、乙醇、氫燃料及與柴油摻燒的復合燃料等，其中甲醇、天然氣、液化石油氣被認為是最有前途的清潔能源代用燃料。

    柴油機燃用醇類燃料時，基本可以實現(xiàn)無煙排放，在中、低負荷時NOx的排量也很低。近年來可以作為內燃機代用的醇類燃料很多，其中甲醇是目前應用最廣的內燃機代用燃料。但如果不采用適當措施，柴油機排放的HC、甲醛將成為重要的排氣污染物。以氫作為柴油機代用燃料時，NOx和其它污染物的排放都很低。將來太陽能利用及氫的存儲技術解決之后，氫將成為柴油機的主要燃料，但缺點是易于回火。如采用燃料電池，其電能轉化效率在40%-65%之間，遠遠高于柴油。燃料電池的工作溫度低于1000℃，此時基本不產(chǎn)生NOx，且其它污染物排放也很低。燃料電池的應用在技術上已不存在重大問題，唯一的障礙在于成本太高。燃用壓縮天然氣(CNG)或液化天然氣(LNG)，NOx和微粒排放可同時減少75%-80%。二甲基乙醚作為最新出現(xiàn)的液體燃料，其燃燒后無微粒產(chǎn)生且NOx的排放亦很低。

    代用燃料的熱值較低，增加發(fā)動機的體積，各種代用燃料的特點如下：一是天然氣成本低，儲量豐富，主要以CNG為代表。CNG燃料本身呈氣態(tài)，不需進行霧化，燃燒充分，尾氣中CO含量較低，無排煙，但動力降低10%，攜帶不便；二是甲醇具有高辛烷值、低發(fā)熱量、低公害和無排煙的特點。但甲醇的十六烷值低，著火性差，需要加裝點火裝置，冷啟動性差，有腐蝕性，并要解決潤滑油消耗量大和處理未燃甲醇來降低排放；三是液化石油氣NOx、PM排放較低，HC易氧化，可實現(xiàn)稀薄燃燒，以預燃電熱輔助點火和電控噴射液化石油氣排放為佳，通常采用雙燃料汽車。

    隨著科技的發(fā)展，通過計算機輔助設計對柴油機燃燒系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)和燃燒室結構的優(yōu)化設計，并采用新材料和新工藝，廣泛采用增壓中冷和電控高壓噴射控制技術并采用尾氣處理技術綜合控制，將是柴油機發(fā)展和進行尾氣控制的發(fā)展方向。

    7.排氣后處理技術——機外凈化措施

    由于機內控制排放并不能完全起到凈化效果，因此對已排出燃燒室但尚未排到大氣中的廢氣進行處理，采取機外控制技術顯得很有必要。NOx的機外凈化主要是采用催化轉化技術。由于柴油機的富氧燃燒使得廢氣中含氧量較高，這使得利用還原反應進行催化轉化比汽油機困難。例如在汽油機上使用三元催化轉化器，其有效凈化條件是過量空氣系數(shù)大約為1。若空氣過量時，作為NOx還原劑的CO、H2和HC便首先與氧反應；空氣不足時，CO、HC不能被氧化。顯然，用三元催化轉換器降低NOx的技術在柴油機上是不適用的。柴油機排氣后處理可以用氧化催化轉化器，以降低HC和CO的排放量和PM中的有機成分；用選擇性還原催化轉換器在寓氧條件下還原NOx；用微粒過濾裝置收集柴油機排氣中的顆粒狀物質等。

    采用廢氣再循環(huán)技術。廢氣再循環(huán)(EGR)是將一部分排氣導入進氣系統(tǒng)中，通過降低燃燒室燃燒的最高溫度來降低NOx的排放。利用EGR來降低NOx的排放，需要與電子控制(ECU)結合，根據(jù)柴油機負荷、轉速、冷卻水溫度傳感器及啟動開關信號對廢氣進行隨機控制，保證在對柴油機性能影響不大的條件下，降低尾氣中NOx的排放。采用廢氣再循環(huán)(EGR)是降低NOx排放的一項極為有效的措施，EGR在所有負荷條件下都可以有效減少NOx排放。將定量廢氣引入柴油機進氣系統(tǒng)中，再循環(huán)到燃燒室內，有利于點火延遲，增加了參與反應物質的熱容量以及CO2、H2O、N2等惰性氣體的對氧氣的稀釋作用，從而可降低燃燒最高溫度，減少NOx的生成。大約60%-70%的NOx是在高負荷時產(chǎn)生的，此時采用合適的廢氣再循環(huán)率對于減少NOx是很有效的。廢氣再循環(huán)率為15%時，NOx排放可以減少50%以上，而廢氣再循環(huán)率為25%時，NOx排放可減少80%以上，但隨著廢氣再循環(huán)率的增加，發(fā)動機燃燒速度變慢，燃燒穩(wěn)定性變差，HC和油耗增加，功率下降。若采用“熱EGR”還可以同時減少HC和PM的排放，并且不會增加油耗，在中、低負荷時凈化效果更佳。由于EGR氣門的升程信號會因氣門座積碳而不能正確反映EGR量，其響應速度較慢，所以廢氣再循環(huán)量應通過進氣流量和EGR氣門的升程信號相結合來反映。

    加裝氧化型催化轉化器。柴油機加裝氧化型催化轉化器是一種有效的機外凈化排氣中的可燃氣體和SOF的常用措施。加裝氧化型催化轉化器(以鉑、鈀貴重金屬作為催化劑)能使HC、CO減少50%，PM減少50-70%，其中的多環(huán)芳烴和硝基多環(huán)芳烴也有明顯減少。對于HC轉化效率較高的氧化催化器還可有效地減少排氣的臭味。但是，氧化催化器的缺點是會將排氣中的SOF氧化為SO2，生成硫酸霧或固態(tài)硫酸鹽顆粒，額外增加顆粒物質排放量。所以，柴油機氧化催化器一般適于含硫量較低的柴油燃料；并要保證催化劑及載體、發(fā)動機運行工況、發(fā)動機特性、廢氣的流速和催化轉換器的大小以及廢氣流入轉換器的進口溫度等正常，使凈化效果達到最佳。

    采用顆粒過濾及再生技術。顆粒過濾由顆粒過濾器和再生裝置組成。顆粒過濾器通過其中有極小孔隙的過濾介質(濾芯)捕集柴油機排氣中的固定碳粒和吸附可溶性有機成分的碳煙。顆粒過濾器對碳的過濾效率較高，可達到60%-90%。在過濾過程中，顆粒過濾在過濾器內會導致柴油機排氣背壓升高，當排氣背壓達到16-20kPa時，柴油機性能開始惡化，因此必須定期除去顆粒，使過濾器恢復到原來的工作狀態(tài)，即過濾器再生。

    NOx催化轉化器。NOx催化轉化器對柴油機尾氣中的NOx在溫度為350-550℃的范圍內進行良好的催化轉化，可使NOx排放降低20%-30%。NOx催化轉化技術可分為催化熱分解和選擇性催化還原反應兩種。催化熱分解是利用由金屬離子沸石、釩和鉬構成催化劑來降低NOx熱分解反應的活化，能使NOx分解成無毒的N2，該方法簡單且反應生成物無毒；選擇性的還原反應是在排氣中噴入飽和的HC和NOx，反應生成物為N、CO和H。

    氧化催化。利用鉑和鈀等貴重金屬作為催化劑的組成成分，以氧化鋁和二氧化硅制成蜂窩狀陶瓷作為載體，用于SOF的催化轉化。在正常的排氣溫度環(huán)境下，SOF在催化劑的作用下被氧化，并被催化劑吸附，SOF在高溫時脫離催化劑載體，隨廢氣排出而達到凈化。通過氧化催化，SOF降低率達到60%-80%，從而降低PM排放20%-30%。因此要求氧化催化載體具有低溫吸附SOF性好，高溫與SOF脫離性好的特點。

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