低温燃烧技术有望大幅降低柴油机废气污染

　　近日，桑迪亚国家实验室发布了一篇论文，论文中详细描述了低温燃烧柴油发动机的可行性。虽然论文中提到的并不是真正的低温燃烧，只是适度降低了燃烧时的温度，但是仅仅如此，其排放的污染物就能够得到更有效地控制。桑迪亚国家实验室认为，低温燃烧技术是柴油动力领域的一大发展方向，不仅能让柴油发动机变得更为环保，而且能在与汽油发动机和电动机的竞争中取得更多的优势。柴油是很多行业的主要燃料，特别是在运输行业，因此低温燃烧技术的研究意义重大，是人们一直在寻求的解决方法。

　　柴油发动机废气中的两种主要污染物————氮氧化物和颗粒物，就是在高温的条件下形成的。当氮氧化合物被排放到空气中，它不仅很难被分解，而且还能与阳光和空气中的其他物质进行化学反应形成烟雾;而由于柴油的扩散混合时间极短，燃烧室中混合气浓度分布不均匀，燃烧过程中燃料浓度过高的区域燃烧不完全则产生了大量的颗粒物。

　　桑迪亚国家实验室的研究人员表示上述两种污染物问题均能通过调整柴油机的空燃比(混合气中的空气与燃料比例)得到改善，其中的一种有效的措施为废气再循环：将柴油机的废气引入进气系统，与新鲜空气一起再度与燃油混合，从而吸收燃烧过程中的一部分热量，降低燃烧温度。因为燃烧温度的降低，高温下才会生成的氮氧化合物产量得到控制，同时也因为在空气与燃料混合之前引入了废气，调整了混合气的构成，燃烧室中不存在过浓混合气，也大幅度降低了颗粒物的生成数量。

　　废气再循环技术仅仅是对传统柴油机进程的优化改进，并不会造成其生产成本的大幅增加，不过在维护方面，增加了一定的难度。因为新增的废气再循环系统与发动机上的燃油喷射系统并没有什么不同，而燃油喷射装置可以说是发动机上最吹毛求疵的组件了。

　　虽然氮氧化合物和颗粒物的排放得到了控制，但是低温燃烧技术也给柴油机带来了不足：由于空燃比降低，因此不完全燃烧产物增多。与传统柴油机相比，低温燃烧柴油发动机通常会排放出更多的一氧化碳，而一氧化碳和碳氢化合物是汽车尾气中主要的两种温室气体。这两种燃烧产物产量的提升意味着发动机功率的下降，众所周知，柴油发动机的最大优势就是输出功率高。由于一氧化碳是燃烧不完全的产物，桑迪亚国家实验室的研究人员决定从改善燃烧情况入手进行改进。研究人员将原来的一次性柴油喷射过程分成了一次主喷射和多次小型喷射，这样能够让燃油和空气得到更好的混合，也让混合气的燃烧更加充分。

　　桑迪亚国家实验室的这项研究只限于对柴油发动机的改进。与排气管配置了高级催化转化器的汽油发动机相比，这种柴油发动机的特点就是输出功率高一些，但污染物排放也多一些。只要柴油发动机的污染物排放能降下来，柴油发动机大规模运用的最大障碍将被消除————大规模使用低温燃烧柴油发动机的国家将能减少每公里的燃油消耗，这也大大降低了国家范围内的碳排放。更重要的是，该技术为已经使用大排量柴油发动机的汽车提供了一个有效的改进方案，特别是用于长途运输的卡车。

　　为了得到柴油发动机燃烧过程的明细图，研究人员需要明确地知道一些数据，比如燃料被喷射进气缸之后燃烧之前的情况。为此，研究人员开创性地使用了新的分析方法：他们使用了双光子激光诱导荧光成像设备来记录发动机燃烧副产物(如甲醛)的运动轨迹，从而清晰地反映出燃料在发动机里的燃烧方式、位置和时间就一目了然。