康明斯柴油發電機的機內排放控制技術
1．噴射系統的控制
噴射系統的控制目的，除了良好的霧化特性和噴注與燃燒室良好匹配的基本要求以外，就是控制噴油規律，由此有效地控制燃燒放熱規律，達到既節能又降低排放的目的。為此，對發電用柴油發電機的噴射系統提出高壓噴射化，而且噴射壓力、噴射時期、噴射量及噴油規律可控制，同時高精度、高響應特性等要求。現階段滿足這些要求的有高壓共軌系統、泵噴嘴系統等。
以高壓共軌系統為例，如前所述，它通過柱塞式高壓泵的泵油速率保證噴射壓力的高壓化，同時在共軌中設置壓力傳感器，通過ecu反饋控制高壓泵的電磁閥來實現噴射壓力的任意控制。噴射時期是直接通過噴油器的電磁閥任意控制針閥的開啟時刻來實現自由控制的，并通過電磁閥的通電時間（脈寬）任意控制噴射量。噴油規律是將每個循環燃燒所必需的噴射量分多次噴射的方式進行控制，這就要求噴油器有足夠高的響應特性和控制精度，噴油器的響應特性和控制精度取決于電磁閥的高頻響應特性和針閥系統的慣性質量。相對單體泵和泵噴嘴系統，由于高壓共軌系統直接控制噴油器，所以在控制響應特性上占優勢，因此輕型高速柴油發電機上普遍采用高壓共軌系統。為了實現噴油規律的精確控制，對噴油器的設計提出了以下兩點要求：
（1）噴射壓力的進一步高壓化
現階段國外高壓共軌噴射壓力已達180～300mpa，泵噴嘴系統的最高噴射壓力也超過200mpa。高壓化后需要解決的就是高壓密封性、耐壓強度的提高以及相對運動副耐磨性的提高。
（2）實現多階段噴射方式
目前高壓共軌系統可實現每個循環六階段噴射方式，由此在整個循環內合理分配燃料噴射量，有效控制放熱規律，以完善循環熱效率，提高柴油發電機的整機性能。實現多階段噴射方式需要精確控制各階段之間的噴射間隔時間，所以要求提高噴油器的響應特性。為了進一步提高噴油器的響應特性，已研究開發壓電式噴油器。
電控共軌燃油系統-
2．新的燃燒方式
柴油發電機燃燒過程中主要問題就是微粒（碳煙）和nox排放。這兩種排放物的生成均與空燃比和燃燒溫度有關。一般控制排放的機內措施對這兩種排放物的控制相互矛盾，即降低nox排放的措施一般都使微粒排放量增加。所以，作為同時降低微粒和nox排放量的技術，必須同時控制混合氣的形成過程（或空燃比）和燃燒溫度。為此開發研究有關低溫燃燒技術和均質壓燃（hcci）技術。
（1）低溫燃燒技術
典型的低溫燃燒技術有mk（modulated kinetics）燃燒方式。這種燃燒方式的特點是低溫燃燒和預混合燃燒方式的組合，由此達到同時降低nox和微粒（pm）排放量的目的。實現mk燃燒方式的基本原理是，通過egr降低氧含量的同時降低燃燒溫度，由此降低nox排放量。為了同時降低微粒（pm）排放量，采用高壓噴射，以縮短噴射期間，同時結合實施冷egr及提前噴射，延長著火延遲期，實現預混合燃燒，達到同時降低微粒排放量的目的。為了控制預混合燃燒，以燃料噴射持續時間和著火延遲期之差作為預混合化的控制指標。當噴射持續時間小于著火延遲期時，就可以認為是預混合燃燒。因此，通過燃料的十六烷值和壓縮比的調節來滿足預混合燃燒的條件（圖1），實現mk燃燒方式。圖6-57所示為mk燃燒方式對排放的影響。當無egr時nox排放量比較高，為了降低nox排放量，實施egr率為30％的廢氣再循環時，雖然nox排放量是降低了，但是微粒排放量明顯增加，而且噴射持續時間與著火延遲期的差值較大（大于0），表明擴散燃燒階段較長。通過提高噴射壓力，降低微粒排放量，同時實施冷egr，實現預混合燃燒，可進一步降低no，和微粒的排放量。
mk燃油方式對排放的影響
（2）hcci技術
hcci燃燒方式，是為了同時解決節能（提高熱效率）和降低nox、碳煙等排放問題而提出的新的燃燒模式，其實質是開發可避免nox和微粒生成的溫度區和空燃比領域的高熱效率的稀薄低溫燃燒技術。實現hcci燃燒方式所必要的技術措施有配氣定時可變控制技術、egr控制技術及噴射定時控制技術等。其中具有代表性的配氣定時可變控制技術是全程可變配氣定時fvvt（full variable valve timing）技術，其特點是氣門升程和配氣定時均可連續可變控制，由此實現負氣門重疊角控制，為實現hcci燃燒方式創造條件。結合配氣機構的控制，在壓縮過程早期的恰當時刻噴油，使著火延遲期足夠長，由此在氣缸內形成稀薄的預混合氣，并通過壓縮過程和egr率的控制實現hcci的燃燒過程。實現hcci燃燒方式的關鍵技術在于缸內空燃比的分布特性和混合氣溫度的精確控制。空燃比及其均勻化，一般可通過高壓噴射及噴射時期來控制，而著火時刻及最高燃燒溫度是通過進氣溫度、egr以及噴射方式和噴油規律來控制的。hcci燃燒方式在小負荷范圍內比較容易實現，但負荷過小時易出現失火現象，反而使hc排放量增加；而在較大負荷時實現hcci燃燒，容易造成柴油發電機工作粗暴。這就是說，發電用柴油發電機可實現hcci燃燒方式的工況是很有限的。
（3）pcci技術
為了擴大hcci燃燒方式的負荷領域而研究的具有一定成效的技術措施之一就是預混合壓燃（pcci）方式。這種方式與hcci方式相比較，存在缸內混合氣形成及溫度分布不均勻的問題。pcci一般通過兩階段或多階段噴射方式，在氣缸內先形成稀的預混合氣后，使主噴射壓燃，燃燒稀混合氣，由此在較大負荷工況下實現pcci燃燒。圖2所示為采用兩階段噴射方式，結合降低壓縮比和實施egr來實現pcci的燃燒方式，由此預混合燃燒階段的放熱率峰值得到很好的控制。一般在壓縮比較高（如ε＝17）的狀態下，進行兩階段高壓噴射時，早期噴射的燃料在壓縮過程中燃燒，雖然這對主噴射燃燒時的壓力升高率和最高燃燒溫度的控制有利，但會造成壓縮負功增加，所以預噴射量不宜過多。實施egr率為30％左右的egr后，雖然降低了初期噴射燃燒的放熱率峰值，但變化不明顯。當把壓縮比降低到14而不實施egr時，由于缸內溫度降低，有效地抑制了初期燃燒的放熱率，但整個燃燒階段燃燒速率降低，燃燒放熱過程有所延長。在降低壓縮比的同時實施egr率為30％左右的egr時，由于著火延遲期延長，預噴射燃料中的大部分形成稀薄的均勻混合氣，使初期燃燒放熱率明顯減小，而在主噴射階段，促進了預混合燃燒過程，使得主噴射燃燒過程中的初期放熱速率明顯得到提高。
燃燒方式對放熱規律的控制效果
（4）反應性控制壓燃（rcci）技術
hcci或pcci燃燒模式雖能實現低溫預混合燃燒方式，由此實現同時降低no，和碳煙排放的問題，但是其缺點是這種燃燒方式的負荷適用范圍很窄，而且還要精確控制燃燒相位，如果控制不當會引起工作粗暴或燃燒效率下降等問題。反應性控制壓燃（reactivity controlled compression ignition，rcci）是為了解決這種低溫預混合燃燒模式不可控問題而提出的一種新的低溫預混合燃燒模式，其實質就是控制混合氣燃燒過程中的活性分子。實現rcci燃燒模式的途徑主要有燃料重整技術和雙燃料控制技術。燃料重整技術是通過前處理或催化劑，將進入氣缸前的燃料改制成輕質燃料的技術，由此通過增加混合氣中的活性分子，控制燃燒相位。而通過雙燃料控制技術來實現rcci燃燒模式，實際上就是通過進氣道噴射（pfi）的燃油系統和缸內直噴（di）燃料系統的兩套燃油系統來控制燃燒過程的技術。即將易揮發的低反應性燃油（如汽油等）在進氣道噴射，使其在著火前在缸內充分形成均勻混合氣；而缸內直噴（di）燃油系統，將高反應性燃料（如柴油等）在壓縮終了附近直接噴入氣缸實現壓燃，以此點燃缸內已形成的均勻混合氣。這種rcci模式在不同負荷下，通過調整pfi和di的燃料比例，可以實現控制燃燒相位的目的。rcci雖采用兩套燃油系統，但pfi燃油系統要求的噴射壓力很低，只需要0.4mpa左右，因此結構簡單、價格低；而di系統可采用現有的高壓共軌噴射系統，其噴射壓力不需要很高，一般在100mpa以下就可滿足要求，可最大限度地降低成本。
3．不同階段柴油發電機的控制技術
隨著發電用柴油發電機排放法規的不斷強化，所對應的技術措施也有所不同。自2000年開始實施的歐洲ii排放法規開始，對測試方法提出了新的要求，去掉了原柴油發電機起動后允許的40s暖機時間，新增了hc和co等排放量低溫檢測和車載診斷系統的檢測等項目，同時對hc和nox排放物分別單獨測量，這對冷起動排放控制提出了更嚴格的要求。對應這種排放法規，國外已開發出噴射壓力為160mpa以上的高壓噴射技術（包括單體泵、泵噴嘴、高壓共軌）、冷egr技術、可變增壓（vgs/vnt）技術、預噴射燃燒技術、進氣渦流可變系統等，并限制燃料含硫量為50×10-6（體積分數）以下；采用柴油發電機氧化催化轉化器（dieseloxidation catalyst，doc）、柴油發電機微粒濾清器（diesel particulate filter，dpf）等后處理技術。
針對2005年實施的歐洲iv排放法規的技術措施，主要包括高壓多階段噴射技術、閉環電控、高增壓和可變增壓（vnt）技術、高冷egr技術和pci燃燒方式，將燃料含硫量限制在50×10-6以下。針對2009年實施的歐洲v排放法規的技術措施，主要是200mpa的高壓多階段噴射、部分實現hcci燃燒、采用內部egr控制技術、限制

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