汽油微粒过滤器对直喷汽油机纳米颗粒物排放的影响



汽油微粒过滤器对直喷汽油机纳米颗粒物排放的影响

由于直喷汽油机产生的粒子浓度比喷油嘴喷射发动机的高，因此直喷汽油机中纳米颗粒的排放是目前重点关注的问题。汽油微粒过滤器的使用能够有效地减少发动机颗粒物的排放。本文对具有金属泡沫型汽油微粒过滤器的2.0L涡轮增压直喷汽油机在新欧洲行驶循环和稳定运行状况下进行试验，验证金属泡沫型汽油微粒过滤器的使用能够改善缸内直喷汽油机的性能。采用压缩颗粒计数器和快速响应微分迁移光谱仪（DMS500）测定排放粒子浓度、粒子大小分布和过滤器过滤效率。具有三元催化转换剂的缸内直喷汽油机颗粒物排放主要是在新欧洲行驶循环的冷起动阶段和冷过渡阶段。这些阶段微粒物排放的增加是由于低温燃烧室内壁上有一层燃料膜。车辆在加速和换挡阶段，颗粒物的排放也会增加。对于配备汽油微粒过滤器的缸内直喷汽油机车辆，其颗粒物在整个行驶循环的排放都降低。由于未燃烧的燃料、挥发性有机物和固体颗粒在汽油微粒过滤器中存储和氧化，因此在加速和换挡过程中颗粒物排放的减少尤其明显。

试验结果表明，配备基本三元催化转化器的车辆排放的粒子数（每公里行驶距离车辆排放的粒子数）为1.95个/km，而配备汽油微粒过滤器的直喷车辆排放的粒子数为5.68个/km。对排放物中粒子的过滤效率达到71%，粒子质量占总排放量达67%。配备三元催化转换器的缸内直喷汽油机排放颗粒物的尺寸小于23nm，且在三元催化转换器下部气体流通体位置安装汽油微粒过滤器，能够进一步减少排放颗粒的尺寸。在新欧洲行驶循环下，安装汽油微粒过滤器车辆的平均压降小于0.46MPa；而当车辆以120km/h的速度行驶时，由于气流流速快，排气温度高，三元催化转换器和汽油微粒过滤器之间的压力迅速降低。稳定车速为60～120km/h时，排气温度未到达汽油微粒过滤器之前的温度（380～610℃）。

汽油颗粒过滤器的安装能够使轻型汽油直喷车辆的排放符合欧6颗粒物排放标准。

刊名：Journal of Automobile Engineering（英）

刊期：2016年第230期

作者：Sungha Baek et al

编译：朱会