【正文】 1．提高排氣溫度 (1)采用進氣節(jié)流在部分負荷時，可通過進氣節(jié)流使柴油機的進氣量降低，排氣流量減少，排氣溫度升到較高水平，以滿足過濾器再生的需要。試驗表明，大約有85％的顆粒氧化成CO2氣體，其余部分因缺氧未完全燃燒，成為CO；而在部分負荷、小負荷時，溫度低，不能進行顆粒過濾器的再生。其中最關(guān)鍵的是顆粒物的溫度。 過濾器再生的原理是使顆粒發(fā)生氧化反應(yīng)變成C02氣體隨排氣一起排人大氣。 過濾器的作用是攔截顆粒并將它們儲存起來，然而過濾器的容積有限，使用一段時間后，排氣背壓會增加，如不清除掉顆粒，則柴油機性能會變壞，比油耗增加。 (5)壽命長過濾器在排氣管路中，要受到熱脹、振動以及由此產(chǎn)生的機械應(yīng)力和熱應(yīng)力作用，因此，它應(yīng)有足夠的可靠性。 (4)過濾器容積適當增加過濾器容積可以提高過濾效率，減少壓力降，但其外形尺寸增加。因此，濾芯材料應(yīng)能承受高溫及熱沖擊，應(yīng)具有足夠的強度、化學穩(wěn)定性、抗熱裂及融熔等性能。根據(jù)正在使用的濾芯的壓力降與未使用過的濾芯的壓力降進行對比，可以確定過濾器的顆粒積累程度，以判斷出是否要用輔助手段對過濾器進行再生。排氣背壓的增加將導致內(nèi)燃機功率下降，比油耗增加，排放進一步惡化。 (2)應(yīng)有低的初始流動阻力和在寬的負荷范圍內(nèi)有自行再生的能力排氣經(jīng)過過濾器時會受到一定的阻力，這造成排氣背壓增加。在設(shè)計過濾器時，還應(yīng)考慮車型及應(yīng)達到的顆粒法規(guī)標準。陶瓷載體孔徑的大小、壁厚、壁孔的密度及過濾器的外形尺寸是影響過濾效率的主要因素。過濾效率越高，過濾器的過濾效果越好。目的是為了補償金屬外殼和濾芯的不同的軸向、徑向伸縮；緩沖車輛行駛時對濾芯的沖擊及濾芯的振動；密封濾芯的外圓周，防止排氣從外圍流過；隔熱保溫，減少金屬管及濾芯的徑向溫度下降梯度與熱應(yīng)力；調(diào)節(jié)金屬管不同的軸向膨脹及剪切變形，減小傳給濾芯的應(yīng)力。排氣(箭頭所示方向)經(jīng)過細微多孔的壁時，顆粒被攔截住。 整體式過濾器的濾芯為整體蜂窩狀，常用堇青石(由MgO、Al2O3及SiO2組成)制成。不同的金屬絲上的γ—Al2O3表面積不同，一般為20～40cm178。排氣從彎彎曲曲的微小孔道中通過。根據(jù)過濾器的結(jié)構(gòu)不同，可將顆粒過濾器分為非整體式及整體式兩大類。顆粒過濾器通常為圓筒形，直接串聯(lián)在排氣管路中。這種技術(shù)的難點主要有三個。顆粒過濾器也叫顆粒收(捕)集器、顆粒捕捉器等。圖34（帶吸附功能的催化轉(zhuǎn)化器原理圖） 柴油機顆粒物的凈化技術(shù)主要有上述的催化轉(zhuǎn)化技術(shù)以及過濾凈化技術(shù)、顆粒收集或捕集(捉)技術(shù)以及催化轉(zhuǎn)化器和過濾器并用技術(shù)。這無疑將抵消掉SOF的減少所帶來的環(huán)境效益，甚至反而使微粒排放上升。 催化轉(zhuǎn)化器應(yīng)用的困難主要為柴油中含有較高的硫，燃燒后生成S02，經(jīng)催化器氧化后變?yōu)镾O3然后與排氣中的水結(jié)合后會生成硫酸鹽等。試驗結(jié)果表明，這種帶有吸附功能的催化轉(zhuǎn)化器可使排氣中的CO、HC、SOF減少50％——90％。在發(fā)動機剛起動后的催化劑活性很低的低溫階段，排氣中的未燃成分HC和PM(ParticulateMatter)中的可溶有機成分SOF被HC的吸附材料所吸附，當溫度升高后，催化劑的活性提高，吸附材料的吸附能力降低，于是未燃HC和SOF脫離吸附材料，在催化轉(zhuǎn)化劑的作用下變?yōu)闊o害的成分排出。另外，用氧化硅代替氧化鋁作為涂層材料也可以減少硫酸的生成。 Pd的催化活性盡管不如Pt，但產(chǎn)生的硫酸鹽要少得多，同時價格也便宜，因此也有選擇Pd作為柴油機催化轉(zhuǎn)化劑的活性成分的。但因柴油機排氣溫度低，微粒中的碳煙難以氧化，氧化催化劑主要用于轉(zhuǎn)化可溶性有機組分SOF(Soluble Olganic Fraction)，達到微粒排放降低的效果。以一汽大眾柴油轎車為例，其柴油機EGR系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要分為兩類： ①廢氣再循環(huán)電磁閥與機械閥分開方式（見圖32）②廢氣再循環(huán)電磁閥與機械閥合二為一，直接由發(fā)動機控制單元控制（見圖33） 圖32 （EGR與機械閥分開方式 ） 圖33 （EGR閥與機械閥合并方式）1發(fā)動機控制單元 2廢氣再循環(huán)閥（電磁） 1發(fā)動機控制單元 2廢氣再循環(huán)閥（電磁）3廢氣再循環(huán)閥（機械）4空氣流量計 3廢氣再循環(huán)閥（機械） 4尾氣凈化裝置5尾氣凈化裝置 柴油機用催化轉(zhuǎn)化劑與汽油機的基本相同，可用Pt等貴金屬。 （2）控制時間 汽油發(fā)動機在發(fā)動機中小負荷時將一定量的廢氣引入燃燒室參與燃燒，怠速、全負荷時不起作用。閉環(huán)控制可以實時根據(jù)工況的變化自動調(diào)整EGR量，使EGR達到最佳。基于排氣氧氣傳感器的閉環(huán)控制，選取對發(fā)動機性能影響最大的兩個參數(shù)——進氣中的氧氣濃度和排氣中的氧氣濃度加以考慮。閉環(huán)控制。電控單元1通過對一個獨立真空源產(chǎn)生的真空度加以調(diào)制，來控制真空閥的開度。較典型的開環(huán)控制為對混合氣的成份加以考慮，根據(jù)不同轉(zhuǎn)速、負荷條件，由進氣和排氣中的氧氣濃度來確定最優(yōu)的EGR率，例如在圖3—1a中，電控單元1根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速、負荷，以及進氣和排氣中的氧氣濃度、溫度等傳感器的輸入信號，按標定的EGR脈譜對EGR閥節(jié)流閥旁通閥9等執(zhí)行機構(gòu)進行控制。這種方法控制簡單，目前應(yīng)用較為普遍。開環(huán)控制。（1）控制方式 柴油機的EGR控制比較復雜，尤其是增壓柴油機，一般都采用電子控制。EGR冷卻器10可以用柴油機的冷卻水冷卻，但冷卻溫降有限，最好用空氣直接冷卻。 圖31（增壓中冷柴油機的EGR系統(tǒng)） a用排氣脈沖閥的EGR系統(tǒng) b用進氣節(jié)流閥的EGR系統(tǒng) c用文丘里管的EGR系統(tǒng) d用EGR泵的EGR系統(tǒng) 1—電控單元 2—中冷器 3—柴油機 4—渦輪增壓器 5—EGR閥 6—排氣脈沖閥 7—進氣節(jié)流閥 8—文丘里管 9—文丘里管旁通閥 10—EGR冷卻器 11—EGR泵實驗證明，把再循環(huán)的排氣加以冷卻，即采用所謂冷EGR，可使進入缸內(nèi)的新鮮空氣的損失減少，從而避免了大負荷燃油經(jīng)濟性和排氣煙度的惡化。用普通渦輪增壓器，實現(xiàn)足夠的EGR往往有困難。如圖上所示渦輪增壓器驅(qū)動一個外加的EGR泵11是一個實用方案。④用專門的EGR泵11(見圖3ld)強制進行EGR，當然具有最大的靈活性。 ③在進氣系統(tǒng)中，裝一個文丘里管8(見圖3lc)，可以提高EGR的有效壓差，從而擴大EGR率的可調(diào)范圍。②用節(jié)流閥7對進氣進行節(jié)流(見圖3lb)，可降低柴油機前的進氣壓力，可使EGR率大為提高。在現(xiàn)代增壓柴油機中，由于渦輪增壓器效率的提高，增壓器后的進氣壓力(增壓壓力)，在很多工況下會高于增壓器前的排氣壓力，造成EGR的困難，至少不會獲得足夠高的EGR率。 自然吸氣柴油機所用的EGR系統(tǒng)與汽油機類似。 外部：EGR利用專門的管道將廢氣引入進氣歧管，使廢氣與新鮮空氣在進入氣缸前充分混合。因此內(nèi)部EGR對NOX的抑制效果并不顯著。該系統(tǒng)不需要外加其他設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用方便，而且可以避免再循環(huán)廢氣對管道的腐蝕，有利于提高系統(tǒng)耐久性。 根據(jù)廢氣進入氣缸是否通過發(fā)動機的進氣系統(tǒng)，EGR系統(tǒng)可分為內(nèi)部EGR系統(tǒng)和外部EGR系統(tǒng)。 在汽油機上降低NOX最主要的方法是通過廢氣再循環(huán)(EGR)，而柴油機也可以通過廢氣再循環(huán)(EGR)來降低NOX排放。（EGR）系統(tǒng)(EGR)系統(tǒng)工作原理 柴油機與汽油機一樣也有大量的NO生成，廢氣再循環(huán)(EGR)就是通過回引部分廢氣與新鮮空氣共同參與燃燒反應(yīng)，利用廢氣中含有大量的惰性氣體(CONH2O等)具有較高的比熱容這一特性，來降低NOX的生成。在柴油機的燃燒過程中，碳粒的形成除過量空氣系數(shù)、混合氣的均勻性和燃燒溫度外，還與燃料的成分有較大的關(guān)系，如燃料的碳氫比，灰分等都影響碳粒的生成。（PM） 柴油機的排放顆粒物主要是碳粒（也稱碳煙），其形成的過程也很復雜。排氣中的碳氫化合物具有較大毒性，是一種很強的致癌物質(zhì)。柴油機雖然有較大的空燃比，由于霧化質(zhì)量（噴油器霧化不良、二次噴射、滴油等）很難達到使然由于空氣混合到理想的均勻程度，燃油在噴射時，難以避免地會噴到壁面上，而形成局部過濃混合氣，形成局部不完全燃燒。另外，還會與碳氫化合物一起引起光化學反應(yīng)，造成更嚴重的危害。氮氧化物中NO、NO2都有毒性，對人體和環(huán)境破壞較大。在直接噴射柴油機中，由于空燃比較大，氧氣較為豐富，燃燒溫度也高，使氮氧化物的生成量較大。一氧化碳濃度達到一定程度就能引起人體慢性中毒，導致人體組織缺氧，危害中樞神經(jīng)系統(tǒng)，引起頭痛、頭暈、四肢無力等中毒癥狀，嚴重時會導致生命危險。近年來國外、國內(nèi)有的轎車也采用柴油機，其最高轉(zhuǎn)速可達5000r/min（CO） 一氧化碳是柴油在空氣不足(貧氧)的情況下燃燒的中間產(chǎn)物，在柴油機排氣中一般含量較低，當柴油機燃燒局部缺氧時容易產(chǎn)生。柴油機的弱點是轉(zhuǎn)速較汽油機低（一般最高轉(zhuǎn)速在2500—3000r/min）、質(zhì)量大、制造和維修費用高（因為噴油泵和噴油器加工精度要求高）。柴油機因壓縮比高，燃油消耗率平均比汽油機低30%左右，且柴油價格低，所以燃油經(jīng)濟性較好。故在轎車和中、小型貨車上及軍用越野車上得到廣泛的應(yīng)用。汽油發(fā)動機與柴油發(fā)動機各沖程的比較見表21表21 汽油發(fā)動機與柴油發(fā)動機各沖程的比較沖程汽油發(fā)動機柴油發(fā)動機進氣沖程空氣—燃油混合氣被負壓吸入燃燒室只吸入空氣壓縮沖程活塞對空氣—燃油混合氣進行壓縮—，同時溫度高達110—150℃做功沖程火花塞點燃被壓縮的混合氣燃油噴入高溫高壓空氣中，由于壓縮空氣的高溫而自然排氣沖程活塞將廢氣壓出汽缸活塞將廢氣壓出汽缸 柴油機與汽油機比較，各有特點。主要包括充電發(fā)電機（電壓調(diào)節(jié)器