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《南京航空航天大学》 2017年
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汽油特性对汽车颗粒物排放影响及预测模型研究

朱仁成  
【摘要】:随着汽车保有量的快速增加,汽车排放已成为我国城市大气细颗粒物(PM_(2.5))主要来源之一,加强汽车排放控制是目前城市大气污染防治工作的主要组成部分。油品作为“车-油-路”污染防治体系的关键要素对汽车颗粒物排放具有重要影响,有必要基于我国车、油特点开展相关研究,为制定符合我国国情的车用汽油标准和汽油车排放标准提供科学依据。本文基于国内外车用汽油标准差异,共设计9种具有不同理化特性的试验汽油,并在9辆典型汽油车上开展尾气排放和蒸发排放试验,研究烯烃含量、芳烃含量、T50(蒸馏出50%体积汽油时所对应温度)、T90(蒸馏出90%体积汽油时所对应温度)和乙醇含量等特性指标对汽油车排放影响。主要研究工作和创新研究成果如下:(1)本文选择烯烃、芳烃、T50、T90和乙醇含量5种关键环保指标作为研究对象,利用单因素方法,共设计9种试验燃料。首先,在典型受试汽车上详细考察了颗粒物计数器、测试循环、起动形式、车辆负荷和车辆技术等相关因素对汽车尾气颗粒物排放影响;然后,基于GDI和PFI两种不同技术汽油车,系统研究了烯烃、芳烃、T50、T90和乙醇含量对颗粒物排放影响,并考虑了环境温度的影响;最后,基于理论推导和试验研究对“油品-颗粒物排放”预测模型进行了研究。(2)与烯烃相比,芳烃对汽油车尾气颗粒物排放影响更显著,建议进一步加严我国车用汽油标准中芳烃含量的限值。烯烃含量降低14%对汽油车颗粒物排放无明显影响规律,但在高速运行工况下却有降低颗粒物排放的趋势。芳烃含量降低15%,两辆受试汽油车尾气中颗粒物质量(PM)和数量(PN)排放因子分别降低67?70%和29?63%,其影响主要发生在冷起动、超高速及部分急加速工况下。此外,降低芳烃含量也可有效降低汽油车尾气中黑炭(BC)排放。整体来看,汽油烯/芳烃含量对常规气态污染物排放会有一定影响,但无一致性规律。(3)与T50相比,T90对汽油车尾气颗粒物排放影响更大,尤其是在冷起动阶段,建议下阶段标准中应严格限制汽油的T90温度。T50增加40?C对汽油车常规气态污染物排放影响呈非线性,对PM排放影响无一致规律,但有降低PN排放的趋势。T90增加20?C,两辆受试汽油车PM和PN排放分别增加了40.4?239.2%和41.4?233.8%,但对尾气中常规气态污染物排放无明显影响。(4)本研究发现降低环境温度将严重恶化汽油车尾气颗粒物排放,尤其是在冷起动阶段。与普通汽油相比,乙醇汽油(E10)可以有效降低汽油车尾气中颗粒物的排放,但是随着环境温度降低,乙醇汽油的颗粒物减排优势呈逐渐减小趋势。与进气道喷射汽油车(PFI)相比,直喷汽油车(GDI)可以有效抑制因环境温度降低造成的颗粒物排放恶化现象。常温下(30?C),GDI汽油车尾气PM、PN和BC排放明显高于PFI汽油车,但是低温(-7?C)时PFI汽油车尾气颗粒排放因子与GDI汽油车相当,甚至更高。(5)试验结果证明汽油烯/芳烃含量和乙醇含量与汽车蒸发排放均密切相关,但通过汽油理化特性指标调节可以有效控制其蒸发排放,进而减少其二次颗粒物的生成潜势。本试验结果显示高烯/芳烃含量汽油有促进汽油车蒸发排放及其臭氧生成潜势(OFP)趋势;另外,与普通汽油相比,E10并没有明显恶化汽油车的蒸发排放。(6)基于理论推导提出了一种新的汽油指标──颗粒物指数(PI)。研究表明试验汽油的PI与两辆受试汽油车尾气PN排放因子之间具有良好的正相关性,拟合优度系数(R~2)均能达到0.90以上;但是汽油PI与汽油车尾气PM排放因子之间的相关性较弱,尤其是对于PFI汽油车。试验证明该“油品─颗粒物排放”模型对市售汽油具有很好的适用性;由于未考虑乙醇汽油的“氧预混合效应”,该预测模型对E10的适用性略差。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U473.11;X734.2

【参考文献】
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