低溫燃燒技術(shù)有望大幅降低柴油機(jī)廢氣污染

　　近日，桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室發(fā)布了一篇論文，論文中詳細(xì)描述了低溫燃燒柴油發(fā)動機(jī)的可行性。雖然論文中提到的并不是真正的低溫燃燒，只是適度降低了燃燒時的溫度，但是僅僅如此，其排放的污染物就能夠得到更有效地控制。桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室認(rèn)為，低溫燃燒技術(shù)是柴油動力領(lǐng)域的一大發(fā)展方向，不僅能讓柴油發(fā)動機(jī)變得更為環(huán)保，而且能在與汽油發(fā)動機(jī)和電動機(jī)的競爭中取得更多的優(yōu)勢。柴油是很多行業(yè)的主要燃料，特別是在運(yùn)輸行業(yè)，因此低溫燃燒技術(shù)的研究意義重大，是人們一直在尋求的解決方法。

　　柴油發(fā)動機(jī)廢氣中的兩種主要污染物————氮氧化物和顆粒物，就是在高溫的條件下形成的。當(dāng)?shù)趸衔锉慌欧诺娇諝庵?，它不僅很難被分解，而且還能與陽光和空氣中的其他物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)形成煙霧;而由于柴油的擴(kuò)散混合時間極短，燃燒室中混合氣濃度分布不均勻，燃燒過程中燃料濃度過高的區(qū)域燃燒不完全則產(chǎn)生了大量的顆粒物。

　　桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員表示上述兩種污染物問題均能通過調(diào)整柴油機(jī)的空燃比(混合氣中的空氣與燃料比例)得到改善，其中的一種有效的措施為廢氣再循環(huán)：將柴油機(jī)的廢氣引入進(jìn)氣系統(tǒng)，與新鮮空氣一起再度與燃油混合，從而吸收燃燒過程中的一部分熱量，降低燃燒溫度。因?yàn)槿紵?strong>溫度的降低，高溫下才會生成的氮氧化合物產(chǎn)量得到控制，同時也因?yàn)樵诳諝馀c燃料混合之前引入了廢氣，調(diào)整了混合氣的構(gòu)成，燃燒室中不存在過濃混合氣，也大幅度降低了顆粒物的生成數(shù)量。

　　廢氣再循環(huán)技術(shù)僅僅是對傳統(tǒng)柴油機(jī)進(jìn)程的優(yōu)化改進(jìn)，并不會造成其生產(chǎn)成本的大幅增加，不過在維護(hù)方面，增加了一定的難度。因?yàn)樾略龅膹U氣再循環(huán)系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)上的燃油噴射系統(tǒng)并沒有什么不同，而燃油噴射裝置可以說是發(fā)動機(jī)上最吹毛求疵的組件了。

　　雖然氮氧化合物和顆粒物的排放得到了控制，但是低溫燃燒技術(shù)也給柴油機(jī)帶來了不足：由于空燃比降低，因此不完全燃燒產(chǎn)物增多。與傳統(tǒng)柴油機(jī)相比，低溫燃燒柴油發(fā)動機(jī)通常會排放出更多的一氧化碳，而一氧化碳和碳?xì)浠衔锸瞧囄矚庵兄饕膬煞N溫室氣體。這兩種燃燒產(chǎn)物產(chǎn)量的提升意味著發(fā)動機(jī)功率的下降，眾所周知，柴油發(fā)動機(jī)的最大優(yōu)勢就是輸出功率高。由于一氧化碳是燃燒不完全的產(chǎn)物，桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員決定從改善燃燒情況入手進(jìn)行改進(jìn)。研究人員將原來的一次性柴油噴射過程分成了一次主噴射和多次小型噴射，這樣能夠讓燃油和空氣得到更好的混合，也讓混合氣的燃燒更加充分。

　　桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室的這項(xiàng)研究只限于對柴油發(fā)動機(jī)的改進(jìn)。與排氣管配置了高級催化轉(zhuǎn)化器的汽油發(fā)動機(jī)相比，這種柴油發(fā)動機(jī)的特點(diǎn)就是輸出功率高一些，但污染物排放也多一些。只要柴油發(fā)動機(jī)的污染物排放能降下來，柴油發(fā)動機(jī)大規(guī)模運(yùn)用的最大障礙將被消除————大規(guī)模使用低溫燃燒柴油發(fā)動機(jī)的國家將能減少每公里的燃油消耗，這也大大降低了國家范圍內(nèi)的碳排放。更重要的是，該技術(shù)為已經(jīng)使用大排量柴油發(fā)動機(jī)的汽車提供了一個有效的改進(jìn)方案，特別是用于長途運(yùn)輸?shù)目ㄜ嚒?/p>

　　為了得到柴油發(fā)動機(jī)燃燒過程的明細(xì)圖，研究人員需要明確地知道一些數(shù)據(jù)，比如燃料被噴射進(jìn)氣缸之后燃燒之前的情況。為此，研究人員開創(chuàng)性地使用了新的分析方法：他們使用了雙光子激光誘導(dǎo)熒光成像設(shè)備來記錄發(fā)動機(jī)燃燒副產(chǎn)物(如甲醛)的運(yùn)動軌跡，從而清晰地反映出燃料在發(fā)動機(jī)里的燃燒方式、位置和時間就一目了然。