柴油机的排气黑烟是一种聚合体，85%以上是碳，还有少量的氧、氢、灰分和一系列多环芳香烃化合物。黑烟有臭味并形成烟雾。
由于柴油机的燃料喷射是在燃烧开始前的瞬间进行的，不利于燃料的汽化和混合气的形成，在燃烧开始后，燃烧室内还存在大量的油滴群(甚至部分燃料仍在喷入)，这些油滴群处于氧气不足状态中，在燃烧高温焙烤下炭化形成烟粒子。一般情况下，烟粒子都能在随后的燃烧中找到空气而完全燃烧，使排气无烟。但是如果气缸内空气不足，混合过程进行缓慢，那么由于膨胀行程开始而使温度下降，或者烟粒子碰到了冷的气缸壁而温度降低，烟粒子则不能燃烧完全并凝聚变大成为炭烟排出。
当车辆在大负荷(如加速、爬坡、超负荷)时，由于燃烧室温度高，喷入的燃料多，混合气形成不均匀，不可避免地出现局部地区高温缺氧，燃油裂解、聚合、炭化，形成黑烟。
要解决黑烟生成，可通过改善混合气形成、减少局部缺氧、降低燃烧室高温、改进燃烧室来解决。具体措施有：采用电控喷油技术、提高喷油速度、采用间接喷油方式、组织合适进气涡流、采用低十六烷值柴油、降低柴油中芳香烃含量、柴油中加入添加剂、降低功率使用、采用增压加中冷技术、提高喷油压力、加装催化转化器、加装颗粒捕集器等。
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