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柴油机节能减排技术

摘要：随着我国交通运输业的快速发展，柴油机尾气排放越来越受到人们的重

视。我国柴油动力机械普遍存在耗油量大、燃烧热效率低、排污严重等问题，

及早开展节能减排研究已刻不容缓和势在必行。基于此，本文首先对柴油机节能

减排技术进行了概述，详细探讨了柴油机节能减排措施，旨在提高柴油机的

节能减排技。

关键词：柴油机；节能减排技术；措施

柴油机具有可靠性、安全性高，寿命长，经济性好等优点，因而作为原动机

被广泛应用于运输、电力等领域。随着当今世界能源和环境问题的加剧，人

们对柴油机在能源节约和废气排放等方面要求更高。柴油机在未来的发展主要以

减少排放，降低能耗为宗旨。

1柴油机节能减排技术

1.1燃烧喷射技术

Diesel设计的原型机采用了燃油直接喷射技术，但是必须用压缩空气将燃油

吹入气缸，20世纪后逐步发展了液体燃料喷射技术，使燃油充分地雾化，提

高燃烧效率。

随着科技发展，在柴油机喷油燃烧优化方面，借助于先进的试验技术和计算

机模拟分析技术，模拟三维流动与燃烧模型的燃烧过程，进一步改进燃烧室

形状及结构参数。近年还发展了均质充量压缩点火燃烧，预混合稀薄燃烧，低温

预混合燃烧等相关缸内燃烧技术。提高气缸燃烧高效率和柴油机经济性的关

键在于喷射过程是否良好。20世纪末期出现的电控高压共轨喷射技术实现了缸内

气体运动、燃油喷射和燃烧室结构的最佳匹配，其具备超高的喷射压力，并

能实现喷射压力、喷油定时、喷油量和喷油规律灵活可控，代表着燃油喷射技术

的最前沿和发展趋势。

1.2涡轮增压技术

增压技术是利用叶轮式压气机将进气压力提高，增加进气量，从而提高柴油

机的功率密度。采用增压技术后，发动机功率一般可提高20%～50%，高增

压的发动机几乎增加100%以上。

传统的增压器很难配合柴油机高低负荷的变化，催生了各种新的增压系统设

计理念的发展，主要有：

（1）相继增压（STC）。采用多个小流量增压器，伴随着柴油机工况的变化

依次投入运行。从而改善柴油机的经济性及排放性能。它能避免在低工况时

废气能量不足而引起的增压器喘振、柴油机功率下降等问题。

（2）可变截面涡轮增压。可变截面涡轮增压是根据柴油机外界负荷的变化来

改变增压涡轮喷嘴环叶片的角度，使流入涡轮叶片的气流参数改变，进而调

节增压压力，使柴油机与增压器在各工况下匹配良好。

（3）废气旁通增压系统。废气旁通增压系统中，增压器的匹配点在柴油机低

负荷时，通过打开废气旁通阀释放多余废气。这就改善了低转速时柴油机的

热效率、瞬态响应以及排放性能。高负荷时，通过废气旁通阀调节柴油机的进气

压力，以降低高负荷区增压压力，从而解决了爆压、热负荷和机械负荷过高

等问题。

涡轮增压技术的发展方向是更低污染物的排放和更高的整机工况性能，因此，

需要进步提高增压压力，并使整机更为紧凑，质量轻、效率高、寿命长、可

靠性更高，从而达到在全工况范围内柴油机与增压系统的匹配。

1.3机外排放控制技术

机外排放控制技术主要有机前处理、机内净化和机外净化三种手段。机前处

理主要通过改进柴油品质。机内净化是通过改进燃烧室结构、喷油系统、废

气再循环、增压中冷和润滑系统等，但目前机内净化技术的发展几乎到了极限，

未来发展空间有限，机外净化技术成为减少柴油机废气排放的主要方向。机

外净化技术原理主要有4种：污染物捕集技术、氧化催化技术、选择性催化还原

技术以及等低温离子反应技术。

（1）污染物捕集技术。污染物捕集技术主要是通过捕集柴油机废气中的NOX

和颗粒，达到减少污染物排放的目的，主要有NOX捕集和颗粒捕集两种方式。

NOX捕集是将废气通道采用两层管壁，上层中掺有贵金属Rh，下层中掺有碱土金

属K、Sr、Ba和贵金属Pt，将废气中有害气NO、H2、CO催化成N2、CO2

和H2O；颗粒捕集主要是利用蜂窝式陶瓷交替封堵废气孔道，通过壁面捕集废气

中的微粒，这种捕集机制主要有重力沉降、惯性拦截、碰撞吸附、扩散拦截

等方式。

（2）氧化催化技术。氧化催化技术是利用掺有贵金属催化剂Pd、Rh和Pt的

不锈钢金属或陶瓷单体两种载体，很好地氧化废气颗粒中的可溶性有机物，

一般可将颗粒