柴油机油气混合不均匀，燃料不能完全燃烧，导致分解为以碳为主的颗粒。同时，与汽油机相比，柴油机的过量空气系数很高，且燃烧中产生局部高温，导致氮氧化物（NOx）大量生成，但一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC）的排放比汽油机低得多，燃油经济性也非常好。由此可以看出，优化柴油机的排放性能，主要解决如何降低氮氧化物（NOx）和微粒。

   柴油机在缓燃期中燃烧温度达到最大，直接影响到氮氧化物（NOx）的生成量。同时缓燃期中，若发动机还在喷油，且喷到高温废气区，或者混合气过浓，都会导致因缺氧而生成微粒。

   因此，从机内净化的角度，可以通过调节最高温度与燃油浓度的关系，降低氮氧化物（NOx）的生成。可采用多气门技术、增压中冷技术、控制喷油速率和废气再循环。通过调节喷油或组织气流，使燃料迅速而完全地燃烧，降低微粒的生成。可采用废气涡轮增压技术、提高喷射压力、改进燃烧室结构、减少机油消耗、使用低硫燃油、控制喷油过程和调节燃油量。

   1废气涡轮增压技术

   根据增压的方式不同，发动机的增压可分为：机械增压、气波增压、废气涡轮增压、复合增压。其中废气涡轮增压是利用发动机排出的具有一定能量的废气进入涡轮并膨胀作功，废气涡轮的全部功率用于驱动与涡轮机同轴旋转的压气机，在压气机中将新鲜空气压缩后再送人气缸，如图1所示。

   1.1发展现状

   废气涡轮增压器可提高发动机的进气密度，提高发动机的充量。一般车用发动机多采用径流式，以满足高转速及较高响应性能的要求。增压器的压气机部分一般都采用单极离心式结构，而涡轮增压系统，可分为定压涡轮增压系统和脉冲涡轮增压系统。其中，定压增压系统对排气利用率低，低速转矩特性和加速性能较差，适合低增压时使用。脉冲涡轮增压系统低增压时对废气利用率相对较高，扫气作用明显，排气管容积小，对负荷变化敏感，动态响应好，结构复杂。车用柴油机，对加速性能和转矩特性要求较高，因此多采用脉冲涡轮增压系统。

   与机械增压相比，废气涡轮增压不消耗由发动机曲轴输出的功率，不影响发动机功率，不会增加燃油消耗。与气波增压相比，其增压压力高，可达0.4MPa，用于柴油机时单机功率大于35kW，且技术相对成熟，已实现产品化。与复合增压相比，其结构简单，易控制，更适于车用柴油机使用。使用废气涡轮增压器，柴油机经过必要的改装，可使功率提高30%～50%，燃油消耗率降低5%左右，有利于改善整机的动力性、经济性和排放性能。

   但废气涡轮增压技术也存在一定的缺陷。首先，低转速时性能不好。当柴油机处于较低转速时，带动涡轮机所产生的功率也会降低，导致压气机的增压压力相应降低，增压效果不好。其次，加速响应慢。由于使用废气带动增压器，发动机至少经过一个循环排出废气量才会增加，才会反映到增压器上，因此瞬态响应性不好。再次，对进、排气压力的敏感度高。当气缸排气量过小，增压器会发生喘震。当气缸排气量过大，增压器会发生堵塞。这两种非正常工况均会影响增压器的增压压力及工作效率。

   1.2废气涡轮增压对排放的影响

   1.2.1对CO排放的影响

   柴油机中CO是燃料不完全燃烧的产物，主要在局部缺氧或低温下形成。柴油机通常工作在稀燃条件下，涡轮增压技术使过量空气系数变大，燃料雾化和混合得到改善，使燃料燃烧更充分，CO排放进一步降低。

   1.2.2对HC排放的影响

   柴油机中的HC主要是由原始燃料分子、分解的燃料分子以及燃烧反应中的中间化合物所组成，小部分由窜人气缸的润滑油生成。增压后进气密度增加，过量空气系数变大，可以提高燃油雾化质量，减少沉积于燃烧室壁面上的燃油，HC排放减少。

   1.2.3对NOx排放的影响

   NOx的生成主要取决于燃烧过程中的浓度、温度和反应时间。柴油机单纯增压后，因过量空气系数增大和燃烧温度升高而导致NOx排放增加。因此常在增压同时配合减少压缩比、推迟喷油、废气再循环等方式，降低NOx的排放。采用进气中冷技术可以大大降低增压后进气温度，有效控制燃烧温度，利于减少NOx。

   1.2.4对微粒排放的影响

   影响微粒生成的原因较复杂，主要受过量空气系数、燃油雾化质量、喷油速率、燃烧过程和燃油品质影响。通常有利于降低NOx的措施都不利于微粒的排放。增压后，进气密度增加，充量增大，配合中冷技术、高压燃油喷射、电控共轨喷射、多气门技术等，可更有效地控制微粒的排放。

   1.2.5对CO2排放的影响

   CO2是重要的温室气体，可导致全球气温升高。同时，CO2的排放也是衡量发动机燃油经济性的指标。增压柴油机充分利用了废气的能量，经济性高，整机的平均有效压力增加，CO2排放优于汽油机。

   1.3涡轮增压技术未来发展趋势

   可变截面涡轮增压是未来有发展潜力的一种增压技术。由于传统的涡轮增压器不能随转速、负荷的变化调整喷嘴截面，可以满足高转速的良好工作，但不能满足低转速的良好工作，低转速时的增压效率较低。可变截面涡轮可在低转速时减小涡轮喷嘴面积，达到提高增压压力的效果，保证低转速时的良好工作。