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《清华大学》 2015年
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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

郑荣  
【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。
【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

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