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(shí)、噴油壓力、噴油速度和噴孔結(jié)構(gòu)等。通過參數(shù)的優(yōu)化來抑制預(yù)混合燃燒，即減少在滯燃期內(nèi)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(shí)。NOx排放對(duì)噴油定時(shí)極為敏感。延遲噴油可降低NOx排放，但必須合理調(diào)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(duì)經(jīng)濟(jì)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(shù)和根據(jù)運(yùn)行工況調(diào)節(jié)噴油始點(diǎn)，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(zhì)量得以改善，燃燒更加充分，燃燒溫度上升，NOx排放增加。因?yàn)樘岣邍娪蛪毫δ芨纳迫紵�過程，故可以補(bǔ)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(yīng)該降低噴油壓力，而噴油壓力降低后又會(huì)使微粒排放增加。

    優(yōu)化噴油速度。當(dāng)噴油提前角一定時(shí)，提高噴油速率，縮短噴油持續(xù)期，可以使柴油機(jī)產(chǎn)生的NOx較少。提高噴油速度與延遲噴油相結(jié)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(guān)，應(yīng)綜合權(quán)衡以謀求各參數(shù)的最佳值。

    優(yōu)化噴孔結(jié)構(gòu)。噴油器噴孔直徑和數(shù)目對(duì)柴油機(jī)排放也有明顯的影響。當(dāng)循環(huán)供油量與啟噴壓力一定時(shí)，減少孔徑會(huì)減少初期噴油量，抑制預(yù)混合燃燒和最高燃燒溫度，以減少NOx的生成。當(dāng)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(jié)構(gòu)和參數(shù)優(yōu)化

    優(yōu)化壓縮比。柴油機(jī)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(jī)難于著火。壓縮比對(duì)NOx的影響較為復(fù)雜，選取壓縮比時(shí)應(yīng)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(guān)系。直噴式柴油機(jī)NOx排放明顯高于非直噴式柴油機(jī)，這是因?yàn)榉侵眹娛讲裼蜋C(jī)前期的燃燒發(fā)生在混合氣過濃的預(yù)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(jìn)行的。對(duì)于同一類型但結(jié)構(gòu)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(jī)中，渦流最強(qiáng)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(shù)。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(jìn)一步降低。該技術(shù)在降低NOx排放的同時(shí)，還有利于改善燃油經(jīng)濟(jì)性和排氣煙度，并有降噪的作用。噴水冷卻有如下形式：進(jìn)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(gè)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(shí)機(jī)、數(shù)量和噴嘴的腐蝕等問題還有待于進(jìn)一步研究。

    6.燃油的改質(zhì)

    提高柴油機(jī)十六烷值。十六烷值在柴油機(jī)燃料參數(shù)中對(duì)NOx排放影響最大。十六烷值較高時(shí)，由于其穩(wěn)定性變差，極易裂解為碳煙。柴油機(jī)排氣煙度較高，但其發(fā)火性能好，柴油機(jī)點(diǎn)火延遲期縮短，缸內(nèi)溫度與壓力降低，NOx排放亦降低。當(dāng)十六烷值從40提高到50時(shí)，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(zhuǎn)化為SO2，其余的2%成為硫酸鹽顆粒，部分SO2被進(jìn)一步氧化與燃燒過程中生成的H2O結(jié)合，形成H2SO4和硫酸鹽(CaSO4等)，增加了微粒的排放量。當(dāng)燃料中的S從0.12%下降到0.05%時(shí)，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(dòng)機(jī)尾氣PM、CO和NOx排放。

    進(jìn)行柴油的乳化處理。在柴油中加入適當(dāng)?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(xì)的燃料油滴，促進(jìn)了與空氣的迅速混合，加速了燃燒，減少了汽缸內(nèi)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(jìn)碳煙粒子在膨脹過程中再燃燒，來促進(jìn)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(huì)導(dǎo)致二次污染。

    使用代用燃料。采用代用燃料將是控制柴油機(jī)和汽油機(jī)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(fù)合燃料等，其中甲醇、天然氣、液化石油氣被認(rèn)為是最有前途的清潔能源代用燃料。

    柴油機(jī)燃用醇類燃料時(shí)，基本可以實(shí)現(xiàn)無煙排放，在中、低負(fù)荷時(shí)NOx的排量也很低。近年來可以作為內(nèi)燃機(jī)代用的醇類燃料很多，其中甲醇是目前應(yīng)用最廣的內(nèi)燃機(jī)代用燃料。但如果不采用適當(dāng)措施，柴油機(jī)排放的HC、甲醛將成為重要的排氣污染物。以氫作為柴油機(jī)代用燃料時(shí)，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(chǔ)技術(shù)解決之后，氫將成為柴油機(jī)的主要燃料，但缺點(diǎn)是易于回火。如采用燃料電池，其電能轉(zhuǎn)化效率在40%-65%之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于柴油。燃料電池的工作溫度低于1000℃，此時(shí)基本不產(chǎn)生NOx，且其它污染物排放也很低。燃料電池的應(yīng)用在技術(shù)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(shí)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(dòng)機(jī)的體積，各種代用燃料的特點(diǎn)如下：一是天然氣成本低，儲(chǔ)量豐富，主要以CNG為代表。CNG燃料本身呈氣態(tài)，不需進(jìn)行霧化，燃燒充分，尾氣中CO含量較低，無排煙，但動(dòng)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(diǎn)。但甲醇的十六烷值低，著火性差，需要加裝點(diǎn)火裝置，冷啟動(dòng)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(shí)現(xiàn)稀薄燃燒，以預(yù)燃電熱輔助點(diǎn)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)對(duì)柴油機(jī)燃燒系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)和燃燒室結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(shù)并采用尾氣處理技術(shù)綜合控制，將是柴油機(jī)發(fā)展和進(jìn)行尾氣控制的發(fā)展方向。

    7.排氣后處理技術(shù)——機(jī)外凈化措施

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

    采用廢氣再循環(huán)技術(shù)。廢氣再循環(huán)(EGR)是將一部分排氣導(dǎo)入進(jìn)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(jié)合，根據(jù)柴油機(jī)負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度傳感器及啟動(dòng)開關(guān)信號(hào)對(duì)廢氣進(jìn)行隨機(jī)控制，保證在對(duì)柴油機(jī)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(xiàng)極為有效的措施，EGR在所有負(fù)荷條件下都可以有效減少NOx排放。將定量廢氣引入柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)中，再循環(huán)到燃燒室內(nèi)，有利于點(diǎn)火延遲，增加了參與反應(yīng)物質(zhì)的熱容量以及CO2、H2O、N2等惰性氣體的對(duì)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(fù)荷時(shí)產(chǎn)生的，此時(shí)采用合適的廢氣再循環(huán)率對(duì)于減少NOx是很有效的。廢氣再循環(huán)率為15%時(shí)，NOx排放可以減少50%以上，而廢氣再循環(huán)率為25%時(shí)，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(dòng)機(jī)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(shí)減少HC和PM的排放，并且不會(huì)增加油耗，在中、低負(fù)荷時(shí)凈化效果更佳。由于EGR氣門的升程信號(hào)會(huì)因氣門座積碳而不能正確反映EGR量，其響應(yīng)速度較慢，所以廢氣再循環(huán)量應(yīng)通過進(jìn)氣流量和EGR氣門的升程信號(hào)相結(jié)合來反映。

    加裝氧化型催化轉(zhuǎn)化器。柴油機(jī)加裝氧化型催化轉(zhuǎn)化器是一種有效的機(jī)外凈化排氣中的可燃?xì)怏w和SOF的常用措施。加裝氧化型催化轉(zhuǎn)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(duì)于HC轉(zhuǎn)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(diǎn)是會(huì)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(zhì)排放量。所以，柴油機(jī)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(dòng)機(jī)運(yùn)行工況、發(fā)動(dòng)機(jī)特性、廢氣的流速和催化轉(zhuǎn)換器的大小以及廢氣流入轉(zhuǎn)換器的進(jìn)口溫度等正常，使凈化效果達(dá)到最佳。

    采用顆粒過濾及再生技術(shù)。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(zhì)(濾芯)捕集柴油機(jī)排氣中的固定碳粒和吸附可溶性有機(jī)成分的碳煙。顆粒過濾器對(duì)碳的過濾效率較高，可達(dá)到60%-90%。在過濾過程中，顆粒過濾在過濾器內(nèi)會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)排氣背壓升高，當(dāng)排氣背壓達(dá)到16-20kPa時(shí)，柴油機(jī)性能開始惡化，因此必須定期除去顆粒，使過濾器恢復(fù)到原來的工作狀態(tài)，即過濾器再生。

    NOx催化轉(zhuǎn)化器。NOx催化轉(zhuǎn)化器對(duì)柴油機(jī)尾氣中的NOx在溫度為350-550℃的范圍內(nèi)進(jìn)行良好的催化轉(zhuǎn)化，可使NOx排放降低20%-30%。NOx催化轉(zhuǎn)化技術(shù)可分為催化熱分解和選擇性催化還原反應(yīng)兩種。催化熱分解是利用由金屬離子沸石、釩和鉬構(gòu)成催化劑來降低NOx熱分解反應(yīng)的活化，能使NOx分解成無毒的N2，該方法簡(jiǎn)單且反應(yīng)生成物無毒；選擇性的還原反應(yīng)是在排氣中噴入飽和的HC和NOx，反應(yīng)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(zhuǎn)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(shí)脫離催化劑載體，隨廢氣排出而達(dá)到凈化。通過氧化催化，SOF降低率達(dá)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(diǎn)。

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