柴油機油氣混合不均勻，燃料不能完全燃燒，導(dǎo)致分解為以碳為主的顆粒。同時，與汽油機相比，柴油機的過量空氣系數(shù)很高，且燃燒中產(chǎn)生局部高溫，導(dǎo)致氮氧化物（NOx）大量生成，但一氧化碳（CO）和碳?xì)浠衔铮℉C）的排放比汽油機低得多，燃油經(jīng)濟性也非常好。由此可以看出，優(yōu)化柴油機的排放性能，主要解決如何降低氮氧化物（NOx）和微粒。

   柴油機在緩燃期中燃燒溫度達到最大，直接影響到氮氧化物（NOx）的生成量。同時緩燃期中，若發(fā)動機還在噴油，且噴到高溫廢氣區(qū)，或者混合氣過濃，都會導(dǎo)致因缺氧而生成微粒。

   因此，從機內(nèi)凈化的角度，可以通過調(diào)節(jié)最高溫度與燃油濃度的關(guān)系，降低氮氧化物（NOx）的生成。可采用多氣門技術(shù)、增壓中冷技術(shù)、控制噴油速率和廢氣再循環(huán)。通過調(diào)節(jié)噴油或組織氣流，使燃料迅速而完全地燃燒，降低微粒的生成?？刹捎脧U氣渦輪增壓技術(shù)、提高噴射壓力、改進燃燒室結(jié)構(gòu)、減少機油消耗、使用低硫燃油、控制噴油過程和調(diào)節(jié)燃油量。

   1廢氣渦輪增壓技術(shù)

   根據(jù)增壓的方式不同，發(fā)動機的增壓可分為：機械增壓、氣波增壓、廢氣渦輪增壓、復(fù)合增壓。其中廢氣渦輪增壓是利用發(fā)動機排出的具有一定能量的廢氣進入渦輪并膨脹作功，廢氣渦輪的全部功率用于驅(qū)動與渦輪機同軸旋轉(zhuǎn)的壓氣機，在壓氣機中將新鮮空氣壓縮后再送人氣缸，如圖1所示。

   1.1發(fā)展現(xiàn)狀

   廢氣渦輪增壓器可提高發(fā)動機的進氣密度，提高發(fā)動機的充量。一般車用發(fā)動機多采用徑流式，以滿足高轉(zhuǎn)速及較高響應(yīng)性能的要求。增壓器的壓氣機部分一般都采用單極離心式結(jié)構(gòu)，而渦輪增壓系統(tǒng)，可分為定壓渦輪增壓系統(tǒng)和脈沖渦輪增壓系統(tǒng)。其中，定壓增壓系統(tǒng)對排氣利用率低，低速轉(zhuǎn)矩特性和加速性能較差，適合低增壓時使用。脈沖渦輪增壓系統(tǒng)低增壓時對廢氣利用率相對較高，掃氣作用明顯，排氣管容積小，對負(fù)荷變化敏感，動態(tài)響應(yīng)好，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。車用柴油機，對加速性能和轉(zhuǎn)矩特性要求較高，因此多采用脈沖渦輪增壓系統(tǒng)。

   與機械增壓相比，廢氣渦輪增壓不消耗由發(fā)動機曲軸輸出的功率，不影響發(fā)動機功率，不會增加燃油消耗。與氣波增壓相比，其增壓壓力高，可達0.4MPa，用于柴油機時單機功率大于35kW，且技術(shù)相對成熟，已實現(xiàn)產(chǎn)品化。與復(fù)合增壓相比，其結(jié)構(gòu)簡單，易控制，更適于車用柴油機使用。使用廢氣渦輪增壓器，柴油機經(jīng)過必要的改裝，可使功率提高30%～50%，燃油消耗率降低5%左右，有利于改善整機的動力性、經(jīng)濟性和排放性能。

   但廢氣渦輪增壓技術(shù)也存在一定的缺陷。首先，低轉(zhuǎn)速時性能不好。當(dāng)柴油機處于較低轉(zhuǎn)速時，帶動渦輪機所產(chǎn)生的功率也會降低，導(dǎo)致壓氣機的增壓壓力相應(yīng)降低，增壓效果不好。其次，加速響應(yīng)慢。由于使用廢氣帶動增壓器，發(fā)動機至少經(jīng)過一個循環(huán)排出廢氣量才會增加，才會反映到增壓器上，因此瞬態(tài)響應(yīng)性不好。再次，對進、排氣壓力的敏感度高。當(dāng)氣缸排氣量過小，增壓器會發(fā)生喘震。當(dāng)氣缸排氣量過大，增壓器會發(fā)生堵塞。這兩種非正常工況均會影響增壓器的增壓壓力及工作效率。

   1.2廢氣渦輪增壓對排放的影響

   1.2.1對CO排放的影響

   柴油機中CO是燃料不完全燃燒的產(chǎn)物，主要在局部缺氧或低溫下形成。柴油機通常工作在稀燃條件下，渦輪增壓技術(shù)使過量空氣系數(shù)變大，燃料霧化和混合得到改善，使燃料燃燒更充分，CO排放進一步降低。

   1.2.2對HC排放的影響

   柴油機中的HC主要是由原始燃料分子、分解的燃料分子以及燃燒反應(yīng)中的中間化合物所組成，小部分由竄人氣缸的潤滑油生成。增壓后進氣密度增加，過量空氣系數(shù)變大，可以提高燃油霧化質(zhì)量，減少沉積于燃燒室壁面上的燃油，HC排放減少。

   1.2.3對NOx排放的影響

   NOx的生成主要取決于燃燒過程中的濃度、溫度和反應(yīng)時間。柴油機單純增壓后，因過量空氣系數(shù)增大和燃燒溫度升高而導(dǎo)致NOx排放增加。因此常在增壓同時配合減少壓縮比、推遲噴油、廢氣再循環(huán)等方式，降低NOx的排放。采用進氣中冷技術(shù)可以大大降低增壓后進氣溫度，有效控制燃燒溫度，利于減少NOx。

   1.2.4對微粒排放的影響

   影響微粒生成的原因較復(fù)雜，主要受過量空氣系數(shù)、燃油霧化質(zhì)量、噴油速率、燃燒過程和燃油品質(zhì)影響。通常有利于降低NOx的措施都不利于微粒的排放。增壓后，進氣密度增加，充量增大，配合中冷技術(shù)、高壓燃油噴射、電控共軌噴射、多氣門技術(shù)等，可更有效地控制微粒的排放。

   1.2.5對CO2排放的影響

   CO2是重要的溫室氣體，可導(dǎo)致全球氣溫升高。同時，CO2的排放也是衡量發(fā)動機燃油經(jīng)濟性的指標(biāo)。增壓柴油機充分利用了廢氣的能量，經(jīng)濟性高，整機的平均有效壓力增加，CO2排放優(yōu)于汽油機。

   1.3渦輪增壓技術(shù)未來發(fā)展趨勢

   可變截面渦輪增壓是未來有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N增壓技術(shù)。由于傳統(tǒng)的渦輪增壓器不能隨轉(zhuǎn)速、負(fù)荷的變化調(diào)整噴嘴截面，可以滿足高轉(zhuǎn)速的良好工作，但不能滿足低轉(zhuǎn)速的良好工作，低轉(zhuǎn)速時的增壓效率較低?？勺兘孛鏈u輪可在低轉(zhuǎn)速時減小渦輪噴嘴面積，達到提高增壓壓力的效果，保證低轉(zhuǎn)速時的良好工作。