近多(duō)年來(lái),柴油機技(jì)術(shù)得(de)到迅速的發展。很(hěn)多(duō)性能指标也明(míng)顯優于火(huǒ)花(huā)點火(huǒ)發動機。柴油機燃油消耗率持續降低(dī)(特别是在部分負荷工況),随着世界各國逐步履行(xíng)聯合國關于氣候框架協定降低(dī)CO2排放的承諾,這種優點也變得(de)越來(lái)越重要;另外,柴油機同時(shí)還(hái)具有(yǒu)較低(dī)的CO和(hé)HC排放(特别是在冷啓動情況下)。雖然直噴式汽油機與柴油機溫室效應的差距已經在逐漸縮小(xiǎo),但(dàn)總體(tǐ)而言,柴油機在可(kě)靠性、動力性等方面的優勢仍然是汽油機無法比拟的。
面向21世紀的柴油機的技(jì)術(shù)要素可(kě)歸納為(wèi)以 下三個(gè)方面 :
a1燃料:新配方柴油,柴油成分低(dī)硫化等;
b1燃燒和(hé)渦輪增壓,包括:渦輪增壓及中冷(增大(dà)空(kōng)氣量),電(diàn)子控制(zhì)高(gāo)壓噴射系統(高(gāo)壓噴射、預噴射和(hé)多(duō)次噴射),進排氣門(mén)4氣門(mén)化(增大(dà)空(kōng)氣量),EGR(降低(dī)NOx),新燃燒方式(如HCCI)等;
c1排氣後處理(lǐ)技(jì)術(shù):氧化催化、NOx吸收還(hái)原催化、帶氧化催化的過濾器(qì)和(hé)連續再生(shēng)柴油機微粒過濾器(qì)DPF(dieselparticulatefilter)等。
與燃燒相關的技(jì)術(shù)要素中,帶中冷增壓器(qì)、電(diàn)控高(gāo)壓噴射系統、EGR和(hé)進排氣門(mén)4氣門(mén)化已經實用化。帶中冷增壓器(qì)和(hé)進排氣門(mén)4氣門(mén)化可(kě)以增加空(kōng)氣量,既能降低(dī)排放又能降低(dī)燃油耗;采用電(diàn)控高(gāo)壓噴射系統使預噴射量,多(duō)次噴射間(jiān)隔時(shí)間(jiān)最佳化,實現了低(dī)的NOx,PM排放和(hé)高(gāo)燃油經濟性;EGR對降低(dī)NOx排放的效果是衆所周知的,而EGR氣體(tǐ)經冷卻後可(kě)增加發動機的空(kōng)氣量,燃油耗和(hé)排放的折衷關系得(de)到進一步的改善;此外,以HCCI為(wèi)代表的新燃燒方式,同樣能大(dà)幅度地降低(dī)NOx和(hé)PM排放,可(kě)以全面改善柴油機的燃燒性能,隻是目前仍處于基礎研究階段。
與汽油機相比,柴油機的有(yǒu)害氣體(tǐ)HC,CO排放量相當低(dī),一般隻有(yǒu)汽油機的幾十分之一,柴油機的NOx排放量和(hé)汽油機處于同一個(gè)數(shù)量級,而微粒排放是汽油機的30～50倍。因此,較高(gāo)的NOx和(hé)顆粒排放給許多(duō)國家(jiā)的柴油機行(xíng)業投下了一層陰影(yǐng),成為(wèi)制(zhì)約其發展的最主要的因素之一。
采用新配方柴油和(hé)先進的燃燒技(jì)術(shù)以及排氣後處理(lǐ)技(jì)術(shù)都是适應未來(lái)排放限值的關鍵技(jì)術(shù),考慮到目前開(kāi)發研究的現狀、技(jì)術(shù)上(shàng)的複雜性以及效益成本比等因素,可(kě)以認為(wèi)排氣後處理(lǐ)是解決當今柴油機排放問題的最直接、最有(yǒu)前途的策略。但(dàn)這并不意味着排斥柴油機其它技(jì)術(shù)的發展。現有(yǒu)的燃燒過程的進一步研究和(hé)新的燃燒技(jì)術(shù)的開(kāi)發仍會(huì)繼續進行(xíng)。由于柴油機排放物的主要成分是微粒(PM)和(hé)NOx,因此柴油機的排氣後處理(lǐ)技(jì)術(shù)研究主要着眼于降低(dī)這兩種排放成分上(shàng)。目前,針對柴油機的排氣後處理(lǐ)技(jì)術(shù)主要有(yǒu):用來(lái)降低(dī)NOx排放的還(hái)原催化轉化器(qì);用來(lái)降低(dī)微粒排放的微粒捕捉器(qì),以及用來(lái)降低(dī)微粒中有(yǒu)機可(kě)溶成分SOF(主要是高(gāo)分子的HC)以及氣态HC和(hé)CO排放的氧化催化轉化器(qì)等三類,其中NOx還(hái)原催化和(hé)微粒捕捉器(qì)是主流。