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近年来,随着大城市机动车保有量的迅速增长,机动车排放的污染物激增,造成城市大气污染急剧恶化。一方面,本论文针对我国目前发动机运行状况对柴油车排放尾气颗粒物化学成分的影响分析较少,开展了发动机类型、发动机转速、发动机负荷以及发动机运行工况等因素对柴油车排放颗粒物化学成分的研究。台架测试包括发动机台架和底盘测功机两种方法;发动机运行工况包括:“点”循环、ECE R49循环、ETC瞬时工况和ECE15+EUDC循环。测定的颗粒物成分包括:元素、总碳(TC)及多环芳烃(PAHs),获得的数据是相对含量(%)。另一方面,采用车载测试方法,根据实验机动车排放数据进行了交通高峰期、低峰期和平峰期三个典型时间段内,不同速度、加速度下四种气态污染物(HC、CO、NOx和CO2)的排放率对比分析。
台架实验的主要研究结论如下:
(1)100%负荷下15种元素和TC的含量分别是60%负荷下含量的1.4倍和1.2倍。随着负荷的增加,菲、蒽和芴的含量明显增加,而芘、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽和苯并[a]芘含量减少。
(2)1600 rpm条件下15种元素的含量最少。在1000 rpm、1200 rpm和2000 rpm条件下,15种元素的含量分别是1600 rpm条件下的1.25倍、1.12倍和1.62倍;TC在不同转速下的含量变化不明显。
(3)ECE R49循环,ETC循环和ECE15+EUDC循环下,Na,Mg,Al,K,Fe,Zn,Si和Ca的含量均高于0.1%,其中Al,Si和Ca的含量高于1%。ECE R49循环和ETC循环下,TC的含量分别是89.27±5.75%和89.69±8.97%,此结果与EPA的研究结果相近。在不同研究中,对PAHs总量贡献最大的均是颗粒态的三、四环PAHs。
车载测试的主要研究结论如下:
(1)交通高峰期,HC和CO平均排放率明显高于低峰期和平峰期。高峰期HC的平均排放率大约是低峰期的5.4倍,是平峰期的3.9倍;CO的平均排放率大约是低峰期的4.3倍,是平峰期的9.2倍。低峰期NOx和CO2的平均排放率要稍高于高峰期和平峰期。
(2)低速情况下HC和CO的平均排放率很小,随着车速增大,二者的排放率随之增大,在40 kph时达到一个排放高峰,之后随着速度的增大,HC和CO的排放率降低。在60kph以上的高速区行驶时,CO的排放率变化受速度的影响较小。NOx的平均排放率整体上在低速情况下较小,随着车速的变大排放率随之增加。
(3)加速度是影响平均排放率的最重要因素之一。加速工况下四种气态污染物的平均排放率约是减速工况下的1.1~2.3倍。四种气态污染物随着加速度的增大其排放率也逐渐增大,高速加速(v>30kph,a>0.33m/s2)时四种气态污染物的平均排放率最高。