汽油T50、T90对汽车尾气排放影响及颗粒物预测模型研究

作     者：王璐璐 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱仁成

授予年度：2022年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：汽油车 尾气排放 油品质量 颗粒物 排放预测 

摘      要：尾气污染物是汽油在发动机内不完全燃烧的产物,提高汽油品质可以从源头上控制汽车排放。近年来,我国汽油品质逐步提升,车用汽油标准中烯烃、芳烃和硫含量等限值逐步加严并接近国际先进水平,但是与汽油燃烧特性密切相关的馏程限值一直未变,且明显高于欧美日等发达国家或地区。T50和T90(蒸馏出50%、90%体积汽油时所对应温度)分别反映了汽油中间组分和重质组分占比,直接影响着汽油雾化性能、燃烧状况。但目前关于T50和T90对汽车尾气排放影响的研究还比较缺乏,不能清楚阐明其与尾气污染物生成之间的相关性。针对该科学问题,本研究以汽油缸内直喷(GDI)和进气道喷射(PFI)两种典型技术汽车为研究对象,采用整车转毂尾气排放测试系统,按照全球统一的轻型车测试循环(WLTC)系统考察了受试汽车分别燃用不同T50(100℃、120℃)、T90(165℃、185℃)汽油时尾气中常规气态污染物(CO、NOx、THC和CO)、颗粒物质量(PM)和颗粒物数量(PN)排放情况;并基于理论推导和实测数据进一步构建“油品-颗粒物预测模型。主要研究结论如下:(1)汽油T50从120℃降低至100℃对汽车尾气常规气态污染物和PN排放影响较大,对PM排放无明显影响。随着T50降低,受试汽车尾气中THC、NMHC和CO分别下降了14.5%-54.7%、17.2%-27.3%和22.3%-23.9%,但NOx排放略有增加;PM排放无明显变化,而PN降低了14.5%-43.8%。瞬时数据表明急加速时PN排放速率有明显的峰值出现,尤其是在WLTC的低速和超高速阶段。另外,低速阶段GDI汽车PN排放速率明显高于PFI,但超高速阶段其PN排放反而低于PFI。(2)汽油T90从185℃降低至165℃,对汽车尾气常规气态污染物和PN排放影响较大,对PM排放无一致性影响规律。随着汽油T90降低,汽车尾气中THC和CO排放分别下降了0.8%-13.3%和13.9-27.4%,而NOx排放增却加了13.3%-30.2%;PM排放无明显变化,而PN降低了8.4%-10.3%。整体来看降低T50和T90对尾气PM排放无一致性影响规律,但能显著降低尾气PN排放。(3)本论文以汽油T50和T90作为参数构建的新颗粒物指数TPI和TPI,与汽车尾气颗粒物排放具有很好的相关性。线性拟合结果表明,汽油传统理化参数—T50、T90、烯烃和芳烃与尾气PM和PN的线性拟合系数R仅为0.00–0.47和0.01–0.24;反映汽油各组分特性的综合指标(PMI、PEI和PMI/PEI)与PM和PN的相关性范围达到0.05–0.58和0.01–0.69;本研究进一步优化构建的新颗粒物指数TPI和TPI与颗粒物的相关性大大提升,最高可达0.91。