高原环境下汽油机微粒捕集器(GPF)过滤效率的研究进展

目前，汽车尾气排放量对于大气污染贡献巨大,根据国家权威部门的统计数据表明，中国机动车造成的城市大气污染高达30%以上

。为了治理污染，改善生态环境，在2016年中华人民共和国环境保护部与国家质量监督检验检疫总局联合颁布《轻型汽车污染物排放限值及其测量方法(第六阶段)》其中，国六b要求PM限值低于0.003g/km

。加之我国幅员辽阔，海拔在2000m以上的高原地域约占中国领土面积的1/3油机在高海拔地区使用时，由于气压低进气量减少，尾气排放恶化

。所以这对高原汽油机尾气排放处理提出了严峻挑战。此前，且国内外对高原环境下GPF的捕集特性、效率研究甚少，大部分学者仅对平原地区的GPF过滤效率进行研究，但因为不同海拔气候条件不同，并不能将低海拔地区GPF过滤效率的研究成果应用在高海拔地区上。因此下文将介绍高原环境下汽油机的尾气排放特性和低海拔地区影响GPF过滤效率的因素以及对高原环境GPF的工作特性和过滤效率后期研究进行展望。

这种模式适用于后方陆域宽敞且具有一定规模的港口或码头群。1997年宁波港利用世行增、贷款建成了环保专用码头、环保船、船舶固体废弃物处理厂和油污水处理厂等设备设施。此外宁波炼油厂码头配备了储罐，化学品洗舱废水由罐车转运至生产厂区处置，其年接收能力按罐车转运能力估算为7300t。

整体来说，北朝文学相对落后于南朝，但在民族融合过程中不断接受汉文化，使北方的文学艺术在战乱中有所发展和提高，形成了自己的特色。北朝的乐府诗正是这个时期北方民族融合的写照，北朝本土文人群体的出现及文学创作心理的变化，都直接源于各民族融合。北朝时期的民族融合，一方面促使北朝中后期本土文人个性品质的多元化，为乐府诗的创作技巧与风格变化埋下伏笔。另一方面，为隋统一南北后的文化融合准备先决条件，北朝乐府民歌的质朴无华、刚健豪放与南方诗歌含蓄委婉、艳丽典雅的相互碰撞、交流，对唐代诗歌的繁荣产生了深远影响。

1 高原环境汽油机排放特性

1.1 冷启动状态下不同驾驶状态的尾气排放浓度

上海汽车集团的程亮等人

在实验车辆为一台水冷、直列4缸4冲程、电控燃油进气道多点电喷、自然吸气式、性能较好的汽油发动机,试验样车后处理装置为三元催化器(three way catalyst，TWC)和下底板催化器(under floor catalyst，UFC)，研究高原地区不同驾驶状态与汽车尾气排放颗粒之间的关系。

实验分别进行不同驾驶状态下CO、CO

、PN、NOx、O

各污染物排放浓度的测量，得到在冷起动阶段( 前 300s)工况下，平缓驾驶状态时CO

的排放含量最高；一般驾驶状态和激烈驾驶状态时CO的排放含量最高；且三种状态下的CO、CO

、PN排放含量明显较高于其他尾气排放物。表1为不同驾驶状态下的尾气排放物具体排放浓度：

伴随着互联网技术的快速发展，大数据为财务管理提供了平台、技术和数据等丰富的资源。新型时代下财务管理转型已经成为一种趋势和必然发展之路，从企业角度而言，财务数据作为反映企业运作情况的主要数据，管理层利用数据为企业运作方向调整、战略制定等，越来越多的企业尝试着通过多种方法获取数据和资料，为财务管理提供客观数据。大数据下财务管理转型发展方向如下：

目前茶类胡萝卜素的研究仅停留在描述阶段，且多集中在含量测定、成分分析方面，对茶类胡萝卜素代谢途径的认识仅有大致的轮廓。另外，虽然利用基因组、转录组等手段，筛选了一些与茶类胡萝卜素代谢相关的基因片段，但目前仅有少部分基因得到克隆及功能验证。因此，完善茶胡萝卜素代谢途径及相关基因功能验证将是今后研究的重点。

1.2 不同挡位等的影响

李岩等人

基于GPF模型对GPF主动再生控制策略进行总结，其下表4所示。

1.3 不同海拔高度的排放影响

龙永生等人

对比了国5 NEDC和国6 WLTC的限值和排放循环差异，通过在1.4T规格的汽油机上对WLTC循环下的颗粒物粒径分布、GPF滑阻问题、GPF捕集效率的应用等设置五种试验方案，研究了GPF技术方案和GPF滑阻对PN排放的影响以及GPF对于不同排放物粒径的捕集效率的影响。研究表明GPF的技术方案优化和GPF滑阻均可以不同程度减少PN的排放，并且采取滑阻降低的方案和GPF内表面涂覆量的设计和优化均可以实现提高GPF的捕集效率。其首次通过研究对WLTC循环下的汽车尾气颗粒物中排放粒径分布情况，对GPF捕集效率的优化和设计具有一定的指导性意义，通过分析GPF对PN不同颗粒物粒径的捕集效率,可进一步准确设计优化GPF性能,具有指导性意义。Jian Gong 和 Sandeep Viswanathan等人

将非均质多尺度过滤模型扩展到基于概率密度函数描述的孔径分布和经典的渗流理论下，模拟GPF的动态过滤特性的动态HMF模型中,研究了汽油颗粒过滤器的高过滤效率(基于质量和数量)和低压降要求。利用排气过滤分析系统进行了基本的颗粒过滤实验。探究过滤过程中基质微观特征(孔隙大小分布、孔隙度、渗透率和孔隙基质内沉积颗粒)的演化过程。预测的颗粒数浓度和归一化压降等宏观过滤特性与实验数据吻合较好。所建立的动态HMF模型可用于研究具有不同微结构的颗粒过滤装置的动态过滤过程，为颗粒过滤装置的设计和优化提供了有力的工具。

通过摸底试验结果可得出，平原环境下常温冷启动排放合格的整车，在高海拔环境下排放无法达到标准要求。后续研究中，通过对比不同海拔下的秒采图进行分析，发现高海拔环境下CO的排放量较低海拔环境排放量少。不同海拔排放试验的NOx的排放量，在高海拔排放异常点出现在起动、起动后及暖机阶段。

2 影响GPF过滤效率的因素

2.1 材料对捕集效率的影响

决定GPF性能的关键技术是过滤材料。过滤材料的过滤能力、机械强度、热稳定性、散热能力等物理性能直接影响GPF的结构设计，从而影响GPF的过滤效率、排气背压、使用寿命等指标。合肥工业大学的温吉辉

等人介绍了目前广泛使用的堇青石和碳化硅两种材料。其中堇青石具有良好的催化剂涂覆性能和更低的热质量，可以使催化剂起燃时间缩短，并且使用堇青石材料制成的GPF低温时CO和HC的转换效率较高，可以有效减少冷启动的催化剂加热阶段颗粒物的生成。SiC具有较高的导热率及热质量，再生时PM燃烧释放的热量也可快速发散，能够承受更加恶劣的再生环境。SiC相比堇青石，具有更优异的耐热、耐蚀和导热性能，且机械强度也更高。

2.2 再生频率对捕集效率的影响

西南林业大学的马志磊等人

研究了昆明高原环境下的汽车尾气排放与最直接简易的汽车档位之间的关系，在一辆状态良好的轻型汽油轿车上对挡位影响进行研究，研究表明低档位时CO排放速率最低，且随着档位的增加CO排放速率也增加，且增加趋势较大，CO排放速率在接近高档位后增加趋势逐渐减缓。这是因为单位时间内的汽车档位变化直接影响到汽车的行驶里程，且两者为正比关系，但随着档位越高，发动机转速变化趋势逐渐减弱，因此CO排放速率随档位增高而呈现先急后缓的增加趋势。因为CO排放物在高原总排放物中占比最重，因此其研究具有十分重要的意义。

2.3 不同颗粒物径粒对捕集效率的影响

基于公式(2)的GPF捕集效率构建微粒加载过程中的GPF捕集效率数学模型，并应用到CT-POWER软件建立GPF的一维捕集模型。随着捕集过程GPF排气背压较大程度的增加，因此为考虑经济型，取合理孔隙率0.4-0.5范围内，因此从0.38到0.58范围内，设置五个载体孔隙率，对其GPF捕集效率进行研究，研究表明GPF的捕集效率随着孔隙率的增大，且在GPF运行前期效率增加迅速。因为随着孔隙率的增大，微粒在在体内流动时GPF的捕集效率会因为多孔介质表面积的增加而相应提高。微孔平均直径是GPF中十分重要的一个结果参数，决定了GPF效率变化和压降的变化程度。研究表明在微孔平均直径通过对不同微孔平均直径的GPF捕集效率对比，GPF的捕集效率会随着微孔平均直径的增大而产生较大程度的降低，当平均直径增大至22μm时，GPF的捕集效率降低到74.8%。这是因为，当微孔平均直径增大时，入口处孔道壁面的灰分堆积困难，使靠后的孔道处的灰分堆积增加，堵塞了壁面内的许多孔道，减少了孔道总表面积。

一汽轿车股份有限公司的徐金辉

等人使用一辆搭载自然吸气多点喷射汽油机为试验对象，装备二次空气泵，无废气再循环系统。在具备认证资格的试验室进行排放试验，分别进行海拔0m及海拔为1500m的欧IV排放试验。表2为该试验的排放结果。

2.4 负荷对捕集效率的影响

式中；

0

——理想化载体结构平均直径；

——载体孔隙率；

——布朗扩散运动和拦截沉积运动的综合捕集效率；

——运输速度。

后来，一边工作，一边断断续续上夜高、夜大——对于念书，似乎有着宗教般的热情与执念，犹如追寻一份精神上的依靠，即便风骤雨狂，想不去，也不行。爸爸看在眼里，开始心痛起来，幡然有了懊悔，有一次向妈妈袒露心迹：当初大丫头要是不停地吵，坚决不去工厂，可能也会咬咬牙再去找找人，给她补习一年，你看吧，第二年户口也就办下来了……

2.5 结构参数对捕集效率的影响

董鹏等人

通过研究微粒捕集器的两个阶段的过滤情况，简化GPF的空间结构，将载体视为均匀布置的相同直径的“球体”，GPF中的孔隙部分用球体之间的孔隙模拟代替，构建在载体无微粒工况下的GPF捕集效率：

产生此现象的原因主要是由于在冷起动状态下时缸内温度较低，发动机内可燃混合气需要较浓，此时缸内燃烧不完全。同时，由于催化器后处理装置因为冷启动时温度较低，没有达到最佳工作温度，导致催化效率降低，所以发动机产生大量CO排放物。当车辆驾驶状态发生改变，使发动机缸内温度升高，此时温度升高促进缸内燃烧颗粒物的氧化作用，此时O

排放含量增加。

将“综合”时代的产物《贾岛》与“分析”时代的产物《杜甫》对参，贾岛的“圆形”形象一览无遗，而杜甫却略显“扁平”，他“谈着话，叹着气，主人只顾忙着筛酒，或许他有意见不肯说出来，或许压根儿没有意见”［6］84-85。而从《贾岛》中能见到的贾岛，除了“形貌上虽然是个儒生，骨子里恐怕还有个释子”［6］57的评价，还有元和长庆诗坛的动态较量。贾岛独辟蹊径，其风格不同于韩孟诗派的奇崛硬险和元白诗派的平易浅近，“不单是晚唐五代的贾岛，而是唐以后各个时代共同的贾岛”［6］61。永嘉四灵、竟陵派、同光派无不全盘或者部分地接受了贾岛。

(2)

上汽大众的朱伟等人

使用实验车辆为2． 0 L 的缸内直喷增压汽油机开展了负荷变化对颗粒排放特性及 GPF 对 PN 过滤效率影响的研究。实验研究得到缸内直喷增压汽油机 TGDI 汽油机总颗粒物排放浓度在转速保持不变的过程中，随着负荷的增加呈现出明显的先下降后上升的“U”型趋势。但随着负荷的增加，GPF对PN 的过滤效率呈现逐渐降低的趋势。PN浓度在 75%负荷时，GPF前后浓度相当，且对应GPF的捕集效率仅为 2%，而在发动机全负荷工况下， GPF 前 PN 浓度小于GPF 后 PN浓度，GPF捕集效率小于零，出现负值现象。这是因为当发动机处于较小的负荷工况下，发动机工作温度低，燃油雾化程度差，燃烧室内可燃混合气处于较稀阶段，此时会产生较多的颗粒物；当发动机负荷逐渐增加，较稀混合气变浓，燃烧情况得到改善，使颗粒物浓度降低；当发动机处于全负荷工况时，可燃混合气变浓，此时燃烧恶化，燃油在高温、富燃条件下热裂解生成碳烟，此时发动机排放颗粒物明显增加。

在已研究表面，GPF孔隙率、孔道长度会随着GPF的工作特性而产生一定的变化，为了可以获得公式下的计算理论，为GPF捕集率提供较为直观的计算方式。同济大学的李笑杰等人

研究了GPF对颗粒物的不同径粒的捕集是否具有规律性，其在灰分载量为0g/L的工况下，得出在颗粒50nm以下GPF的捕用集效率均在90%及以上，在100-250nm的GPF捕集效率均低于85.6%，但在350nm以上的颗粒直径下，GPF的捕集效率重新达到了90%及以上.因此得出GPF对颗粒不同径粒的捕集效率之间并不存在一定的规律性关系，其主要与GPF的工作特性存在较为直接的关系。

2.6 润滑油灰分对捕集效率的影响

润滑油灰分主要是油品中含有的环烷酸盐类。通常油品中的灰分含量都很小，在润滑油中加入某些高灰分添加剂后,油品的灰分含量则会增大。当燃料中灰分增加或润滑油灰分过大，会增加汽缸体的磨损和容易在机件上发生坚硬的积炭，造成机械零件的磨损。因此，研究润滑油灰分对GPF的耐久使用和捕集效率的研究具有十分重要的意义。邵恒等人

研究了对比了不同级别的润滑油灰分等级对GPF内灰分产生量的影响,并针对润滑油灰分等级对GPF捕集效率及发动机性能进行实验分析，表明润滑油灰分等级越高则在长时间的使用过程中，相对润滑油灰分等级低的润滑油，GPF产生的灰分越多，GPF捕集的灰分比例也随之增大，对尾气颗粒的排放含量得到了优化降低，但灰分产生较多，当灰分积累增加后会使发动机的性能逐渐产生下降，对发动机产生永久性的磨损。

3 结论与展望

本文对国内外的高原汽油机尾气微粒排放影响因素，分析了冷启动状态下不同驾驶状态、汽车不同档位，不同海拔高度对尾气排放的影响，得出了在高原环境下，随着档位越高，发动机转速变化趋势逐渐减弱，因此CO排放速率随档位增高而呈现先急后缓的增加趋势。不同海拔排放试验的NO

的排放量，在高海拔排放异常点出现在起动、起动后及暖机阶段。；同时对低海拔GPF微粒过滤效率进行总结，分析了材料、再生频率、不同颗粒物粒径、负荷、结构参数、润滑油灰分等对GPF捕集效率的影响，对往后学者研究高原汽油机微粒捕集器提供一定的参考价值。

同时基于高原区域下GPF捕集效率的影响因素还有很多问题有待研究，提出目前GPF的可能发展的展望方向:

1.目前，广泛使用的GPF材料仍存在导热率低，强度低，轴向径向膨胀系数相差较大等问题，合成机械强度高，散热快、热稳定性能好及耐腐蚀材料对提高GPF过滤效率具有重要意义。

2.GPF基于不同海拔环境下的结构转换，例如孔隙率，灰分量再生控制等在不同工况下的微机结构控制。

3.我国高原区域广阔和高原环境下机动车排放与型式认证工况排放差别较大，且在燃烧同等质量下的燃油，高原尾气排放含量较低海拔区域更高，因此针对高原GPF技术的研究对其过滤效率的提高具有指导性。

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