汽油机一次颗粒物排放特性及二次颗粒物生成潜势的研究

发布时间：2017-09-23 15:47

  本文关键词：汽油机一次颗粒物排放特性及二次颗粒物生成潜势的研究

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【摘要】：机动车排放是大气雾霾的主要污染源之一,本文通过发动机台架与烟雾箱试验对汽油机的一次颗粒物排放特性与二次颗粒物生成潜势进行了研究。发动机台架试验的结果表明,缸内直喷(GDI)发动机颗粒物数量排放因子比进气道喷射(PFI)发动机高两个数量级,质量排放因子高一个数量级。PFI发动机排放的颗粒物大部分由有机物(OM)构成,还有少量的元素碳(EC)和无机离子。GDI发动机排放的颗粒物以EC、OM为主,还有少量的无机离子,随着负荷上升,EC含量上升。经过三效催化器(TWC)后,颗粒物中的OM含量下降、EC含量上升,颗粒物总质量下降28%-35%。根据构成元素与形貌的不同,GDI汽油机排放颗粒物可以分为碳质颗粒物与非碳质颗粒物的两大类以及进一步细化的若干小类,随着负荷上升,颗粒物中Soot含量逐渐上升,含有机物的颗粒物总和则逐渐降低。在废气再循环EGR≤15%时,GDI发动机颗粒物排放随着EGR率的升高而逐渐降低,但是过高的EGR反而会使颗粒物排放上升。喷油时刻控制在进气中期270°BTDC时颗粒物数量排放最少,过早或过晚喷油都会导致颗粒物数量排放逐渐上升。燃油中的芳香烃、烯烃、硫含量越高,颗粒物排放也越高。燃油中的芳烃含量越高,多环芳烃(PAHs)排放也越高,毒性也更强;燃油中烯烃含量的上升对PAHs的排放影响不大,但是其排放PAHs的毒性变强。燃油中添加少量甲基环戊二烯三羰基锰(MMT)能够在减少芳香烃与烯烃含量同时保证不降低辛烷值,从而使颗粒物排放降低。燃油中添加10%左右乙醇对颗粒物排放影响不大。检测到汽油机排放的可挥发性有机物(VOCs)主要由70余个物种组成,包含烷烃、烯烃、芳香烃、含氧挥发性有机物和炔烃等。随着负荷上升,VOCs中烷烃比例逐渐下降,芳香烃比例逐渐上升。燃用高芳香烃含量燃油,VOCs中芳香烃比例有所上升。烟雾箱联合台架试验的结果表明,PFI发动机所排放尾气生成的二次颗粒物的质量排放因子是PFI发动机一次颗粒物的169倍,是GDI发动机一次颗粒物的17倍。二次颗粒物的化学成分基本都是有机物,其中只有不到10%能被现有理论所解释。
【关键词】：汽油机 一次颗粒物 二次颗粒物 可挥发性有机物 多环芳烃
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK411.5
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 主要符号对照表8-9
• 第1章 绪论9-35
• 1.1 研究背景及意义9-14
• 1.2 国内外汽油机颗粒物研究现状14-33
• 1.2.1 一次颗粒物研究14-25
• 1.2.2 二次颗粒物研究25-33
• 1.3 本文研究内容33-35
• 第2章 汽油机一次颗粒物排放特性研究35-75
• 2.1 试验系统搭建35-41
• 2.1.1 试验用发动机37
• 2.1.2 主要测试及分析设备37-41
• 2.2 一次颗粒物试验结果分析41-72
• 2.2.1 EGR对颗粒物排放的影响41-44
• 2.2.2 喷油时刻对颗粒物排放的影响44-45
• 2.2.3 负荷对颗粒物排放的影响45-48
• 2.2.4 燃油组分对颗粒物排放的影响48-56
• 2.2.5 GDI与PFI一次颗粒物排放特性对比56-58
• 2.2.6 颗粒物形貌分析58-66
• 2.2.7 燃油组分对颗粒物中多环芳烃（ PAHs）排放的影响66-69
• 2.2.8 燃油芳香烃含量对VOCs排放的影响69-72
• 2.3 本章小结72-75
• 第3章 汽油机二次颗粒物生成潜势研究75-85
• 3.1 试验系统搭建75-79
• 3.1.1 试验用烟雾箱77-78
• 3.1.2 测量设备78-79
• 3.2 试验方法及步骤79-80
• 3.3 试验结果分析80-84
• 3.3.1 二次颗粒物生成潜势80-81
• 3.3.2 二次颗粒物生成潜势与一次颗粒物排放对比81-82
• 3.3.3 二次颗粒物化学成分82-83
• 3.3.4 VOCs形成二次颗粒物估算83-84
• 3.4 本章小结84-85
• 第4章 总结与展望85-87
• 4.1 主要研究结论85-86
• 4.2 研究展望86-87
• 参考文献87-94
• 致谢94-96
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果96

【参考文献】

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本文编号：906132