近日，桑迪亞國(guó)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(dòng)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(shí)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室認(rèn)為，低溫燃燒技術(shù)是柴油動(dòng)力領(lǐng)域的一大發(fā)展方向，不僅能讓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)變得更為環(huán)保，而且能在與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)中取得更多的優(yōu)勢(shì)。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(dòng)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(yáng)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(shí)間極短，燃燒室中混合氣濃度分布不均勻，燃燒過(guò)程中燃料濃度過(guò)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員表示上述兩種污染物問(wèn)題均能通過(guò)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(guò)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(huì)生成的氮氧化合物產(chǎn)量得到控制，同時(shí)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(guò)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(duì)傳統(tǒng)柴油機(jī)進(jìn)程的優(yōu)化改進(jìn)，并不會(huì)造成其生產(chǎn)成本的大幅增加，不過(guò)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(dòng)機(jī)上的燃油噴射系統(tǒng)并沒(méi)有什么不同，而燃油噴射裝置可以說(shuō)是發(fā)動(dòng)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(lái)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(dòng)機(jī)通常會(huì)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(dòng)機(jī)功率的下降，眾所周知，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的最大優(yōu)勢(shì)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(guó)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(lái)的一次性柴油噴射過(guò)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室的這項(xiàng)研究只限于對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)。與排氣管配置了高級(jí)催化轉(zhuǎn)化器的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相比，這種柴油發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)的污染物排放能降下來(lái)，柴油發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)的國(guó)家將能減少每公里的燃油消耗，這也大大降低了國(guó)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(dòng)機(jī)的汽車提供了一個(gè)有效的改進(jìn)方案，特別是用于長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)目ㄜ嚒?/p>

　　為了得到柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)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(lái)記錄發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒副產(chǎn)物(如甲醛)的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而清晰地反映出燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)里的燃燒方式、位置和時(shí)間就一目了然。