燃燒技術(shù)
在改善燃燒效果最顯著的燃油噴射系統(tǒng)中，“高壓噴射”和“噴射自由度”已成為目前噴油系統(tǒng)的重要手段。共軌式噴油系統(tǒng)已進入第二代，在180℃A以上的噴油期可變范圍內(nèi)，可實現(xiàn)160-180MPa的噴油壓力和5次多級噴射。今后，通過共軌式噴射系統(tǒng)各部分強度的提高以及降低漏油量等措施，有望實現(xiàn)200MPa以上的高壓噴射。今后改善燃燒有預(yù)混合燃燒和低NOx燃燒等方法，為了實現(xiàn)預(yù)混合燃燒，采用可促進預(yù)混合的多段噴射與切換燃燒方式等措施，要求具有更高的噴射自由度。此外，因高EGR和低NOx燃燒，作為進氣中O2濃度大幅度降低狀態(tài)下的黑煙對策，必須考慮進一步提高噴射壓力。另一方面，噴油系統(tǒng)與后處理技術(shù)的結(jié)合也很重要，NOx吸附還原催化器需要與DPF不同的后噴射模式。在加強噴射自由度和高壓噴射的同時，預(yù)計會把“燃燒方式的更改”、“與后處理的結(jié)合”等概念增加到新的關(guān)鍵詞中。要控制均勻預(yù)混合氣的壓縮著火燃燒，必須對影響支配燃料氧化的化學(xué)反應(yīng)的著火前溫度歷程和缸內(nèi)氣體組成及熱容量等非常難處理的物理量進行控制，預(yù)計必須以前所未有的規(guī)模使傳感器和控制單元的運算能力實現(xiàn)實用化。而神本等人提出的“預(yù)混合燃燒”避開了在火焰溫度和當(dāng)量比(T—Φ)圖上的NOx和碳煙生區(qū)域進行燃燒，實現(xiàn)了超低排放。此外，熱效率的提高也是重要的因素。美國環(huán)保署(EPA)提出的“清潔柴油機燃燒”和英國Ricardo研究所提出的“ACTION”理念是把氣缸內(nèi)的O2濃度降低到11%-14%，在不降低燃燒效率的基礎(chǔ)上實現(xiàn)降低NOx排放90%。為實現(xiàn)這一理念，要在不增加油耗的同時兼顧增壓和高EGR，就要以低壓縮比、兩級增壓、電動壓氣機和低壓回路(LPL)EGR等技術(shù)為前提，最基本的是EGR+空氣量控制以及為抑制碳煙生成促進燃料和空氣的混合。另一方面，預(yù)混合柴油機燃燒是以燃料的噴油期和燃燒期不重疊、不引起擴散燃燒為目的(即非均質(zhì))的燃燒方式。在上止點前較早進行燃油噴射，或是在膨脹行程進行燃油噴射以充分確保著火延遲，降低排放的潛力會很大。
進氣門關(guān)閉正時的可變技術(shù)以及在排氣和進氣行程上止點氣門的負重疊可以控制殘留廢氣，作為抑制熱效率惡化、直接控制預(yù)混合燃燒的條件而引人注目?，F(xiàn)已開始嘗試使燃燒前的溫度或者混合氣濃度有目的的形成不均勻場，以抑制放熱峰值。
增壓技術(shù)
增壓技術(shù)除謀求拓寬壓氣機的流量范圍以提高效率外，為了滿足發(fā)動機的高扭矩、高功率，還采用了放氣閥。實際車輛還采用可變截面渦輪增壓器(VGT)。采用EGR閥和VGT實現(xiàn)同時控制進氣量和EGR率技術(shù)與高壓燃油噴射技術(shù)一起成為降低排放的主流技術(shù)。從2009年日本新長期排放法規(guī)和美國2010年排放法規(guī)對排放的限制來看，NOx排放必須降低，EGR將成為更加重要技術(shù)。要想增大EGR率，要確保壓氣機的驅(qū)動力，也要求渦輪在具有高效率的同時必須進一步提高壓比和制定喘振對策，在部分高功率發(fā)動機上還考慮開展兩級增壓。隨著冷卻EGR的放熱量和高增壓中冷器放熱量的增大，冷卻技術(shù)的提高也勢在必行。需降低球軸承等引起的摩擦，同時正在開展采用鈦合金葉輪實現(xiàn)高效高壓比、低慣性等研究。在過渡運轉(zhuǎn)工況作為補充空氣不足的手段，可采用電動壓氣機和電動渦輪增壓器等措施。
降NOx催化器的未來
因輕油含硫引起NOx吸附還原催化器硫中毒，定期去除硫酸鹽的脫硫處理工序是必要的?，F(xiàn)在日本國內(nèi)可以使用硫含量小于10×10-6的低硫燃料，DPNR系統(tǒng)已經(jīng)實用于商用車。作為分解并還原吸附的NOx還原劑，與輕油等碳化氫相比，CO和H2更有效。使用從輕油中生成H2和CO的燃料改質(zhì)器的NOx吸附還原系統(tǒng)，利用氧化反應(yīng)升溫，并在濃混合氣(無氧狀態(tài))環(huán)境中生成H2和CO。該裝置必須把溫度升高到催化器的燃燒溫度，因此其升溫響應(yīng)性也成為研究的課題。假如能在低溫狀態(tài)下使輕油著火，低溫區(qū)域的NOx降低率將會得到極大改善。使用毒性較低的尿素水作為還原劑的SCR系統(tǒng)的實用化得到不斷發(fā)展。SCR催化器除采用沸石基催化劑外，還在研究采用成型的釩基催化劑，但有毒的釩等貴金屬，高溫時的穩(wěn)定性會降低，在日本沸石基催化劑得到實際應(yīng)用，SCR系統(tǒng)噴射的尿素水在生成氨的過程中可能出現(xiàn)產(chǎn)生副生成物的問題，必須確認排氣中是否有因尿素產(chǎn)生的排放法規(guī)未規(guī)定的物質(zhì)。
DPF系統(tǒng)
為提高DPF的PM捕集性能，采取了細孔結(jié)構(gòu)更加致密、降低通過濾清器時的廢氣流速等對策。但其引發(fā)的負面影響是壓力損失上升。為此，研究蜂窩狀等表層過濾方式，且正在探討深層過濾方式的DPF系統(tǒng)。為提高DPF再生效率，考慮使用專用熱源。另外，通過采用不使廢氣全部通過的廢氣旁通(多個并列配置的DPF的切換方式)方式也引起了關(guān)注。正在研究的利用低溫等離子的DPF再生，有可能實現(xiàn)在全氣流條件下的高效率再生。有效地集成DPF和NOx后處理裝置、實現(xiàn)小型化至關(guān)重要。把NOx吸附還原催化器融合在DPF中的DPNR系統(tǒng)就是一個選擇。
