高原環(huán)境下汽油機(jī)微粒捕集器(GPF)過(guò)濾效率的研究進(jìn)展

目前，汽車尾氣排放量對(duì)于大氣污染貢獻(xiàn)巨大,根據(jù)國(guó)家權(quán)威部門的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，中國(guó)機(jī)動(dòng)車造成的城市大氣污染高達(dá)30%以上

。為了治理污染，改善生態(tài)環(huán)境，在2016年中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部與國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合頒布《輕型汽車污染物排放限值及其測(cè)量方法(第六階段)》其中，國(guó)六b要求PM限值低于0.003g/km

。加之我國(guó)幅員遼闊，海拔在2000m以上的高原地域約占中國(guó)領(lǐng)土面積的1/3油機(jī)在高海拔地區(qū)使用時(shí)，由于氣壓低進(jìn)氣量減少，尾氣排放惡化

。所以這對(duì)高原汽油機(jī)尾氣排放處理提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。此前，且國(guó)內(nèi)外對(duì)高原環(huán)境下GPF的捕集特性、效率研究甚少，大部分學(xué)者僅對(duì)平原地區(qū)的GPF過(guò)濾效率進(jìn)行研究，但因?yàn)椴煌０螝夂驐l件不同，并不能將低海拔地區(qū)GPF過(guò)濾效率的研究成果應(yīng)用在高海拔地區(qū)上。因此下文將介紹高原環(huán)境下汽油機(jī)的尾氣排放特性和低海拔地區(qū)影響GPF過(guò)濾效率的因素以及對(duì)高原環(huán)境GPF的工作特性和過(guò)濾效率后期研究進(jìn)行展望。

這種模式適用于后方陸域?qū)挸ㄇ揖哂幸欢ㄒ?guī)模的港口或碼頭群。1997年寧波港利用世行增、貸款建成了環(huán)保專用碼頭、環(huán)保船、船舶固體廢棄物處理廠和油污水處理廠等設(shè)備設(shè)施。此外寧波煉油廠碼頭配備了儲(chǔ)罐，化學(xué)品洗艙廢水由罐車轉(zhuǎn)運(yùn)至生產(chǎn)廠區(qū)處置，其年接收能力按罐車轉(zhuǎn)運(yùn)能力估算為7300t。

整體來(lái)說(shuō)，北朝文學(xué)相對(duì)落后于南朝，但在民族融合過(guò)程中不斷接受漢文化，使北方的文學(xué)藝術(shù)在戰(zhàn)亂中有所發(fā)展和提高，形成了自己的特色。北朝的樂(lè)府詩(shī)正是這個(gè)時(shí)期北方民族融合的寫(xiě)照，北朝本土文人群體的出現(xiàn)及文學(xué)創(chuàng)作心理的變化，都直接源于各民族融合。北朝時(shí)期的民族融合，一方面促使北朝中后期本土文人個(gè)性品質(zhì)的多元化，為樂(lè)府詩(shī)的創(chuàng)作技巧與風(fēng)格變化埋下伏筆。另一方面，為隋統(tǒng)一南北后的文化融合準(zhǔn)備先決條件，北朝樂(lè)府民歌的質(zhì)樸無(wú)華、剛健豪放與南方詩(shī)歌含蓄委婉、艷麗典雅的相互碰撞、交流，對(duì)唐代詩(shī)歌的繁榮產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

1 高原環(huán)境汽油機(jī)排放特性

1.1 冷啟動(dòng)狀態(tài)下不同駕駛狀態(tài)的尾氣排放濃度

上海汽車集團(tuán)的程亮等人

在實(shí)驗(yàn)車輛為一臺(tái)水冷、直列4缸4沖程、電控燃油進(jìn)氣道多點(diǎn)電噴、自然吸氣式、性能較好的汽油發(fā)動(dòng)機(jī),試驗(yàn)樣車后處理裝置為三元催化器(three way catalyst，TWC)和下底板催化器(under floor catalyst，UFC)，研究高原地區(qū)不同駕駛狀態(tài)與汽車尾氣排放顆粒之間的關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)分別進(jìn)行不同駕駛狀態(tài)下CO、CO

、PN、NOx、O

各污染物排放濃度的測(cè)量，得到在冷起動(dòng)階段( 前 300s)工況下，平緩駕駛狀態(tài)時(shí)CO

的排放含量最高；一般駕駛狀態(tài)和激烈駕駛狀態(tài)時(shí)CO的排放含量最高；且三種狀態(tài)下的CO、CO

、PN排放含量明顯較高于其他尾氣排放物。表1為不同駕駛狀態(tài)下的尾氣排放物具體排放濃度：

伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，大數(shù)據(jù)為財(cái)務(wù)管理提供了平臺(tái)、技術(shù)和數(shù)據(jù)等豐富的資源。新型時(shí)代下財(cái)務(wù)管理轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為一種趨勢(shì)和必然發(fā)展之路，從企業(yè)角度而言，財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)作為反映企業(yè)運(yùn)作情況的主要數(shù)據(jù)，管理層利用數(shù)據(jù)為企業(yè)運(yùn)作方向調(diào)整、戰(zhàn)略制定等，越來(lái)越多的企業(yè)嘗試著通過(guò)多種方法獲取數(shù)據(jù)和資料，為財(cái)務(wù)管理提供客觀數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)下財(cái)務(wù)管理轉(zhuǎn)型發(fā)展方向如下：

目前茶類胡蘿卜素的研究?jī)H停留在描述階段，且多集中在含量測(cè)定、成分分析方面，對(duì)茶類胡蘿卜素代謝途徑的認(rèn)識(shí)僅有大致的輪廓。另外，雖然利用基因組、轉(zhuǎn)錄組等手段，篩選了一些與茶類胡蘿卜素代謝相關(guān)的基因片段，但目前僅有少部分基因得到克隆及功能驗(yàn)證。因此，完善茶胡蘿卜素代謝途徑及相關(guān)基因功能驗(yàn)證將是今后研究的重點(diǎn)。

1.2 不同擋位等的影響

李巖等人

基于GPF模型對(duì)GPF主動(dòng)再生控制策略進(jìn)行總結(jié)，其下表4所示。

1.3 不同海拔高度的排放影響

龍永生等人

對(duì)比了國(guó)5 NEDC和國(guó)6 WLTC的限值和排放循環(huán)差異，通過(guò)在1.4T規(guī)格的汽油機(jī)上對(duì)WLTC循環(huán)下的顆粒物粒徑分布、GPF滑阻問(wèn)題、GPF捕集效率的應(yīng)用等設(shè)置五種試驗(yàn)方案，研究了GPF技術(shù)方案和GPF滑阻對(duì)PN排放的影響以及GPF對(duì)于不同排放物粒徑的捕集效率的影響。研究表明GPF的技術(shù)方案優(yōu)化和GPF滑阻均可以不同程度減少PN的排放，并且采取滑阻降低的方案和GPF內(nèi)表面涂覆量的設(shè)計(jì)和優(yōu)化均可以實(shí)現(xiàn)提高GPF的捕集效率。其首次通過(guò)研究對(duì)WLTC循環(huán)下的汽車尾氣顆粒物中排放粒徑分布情況，對(duì)GPF捕集效率的優(yōu)化和設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)性意義，通過(guò)分析GPF對(duì)PN不同顆粒物粒徑的捕集效率,可進(jìn)一步準(zhǔn)確設(shè)計(jì)優(yōu)化GPF性能,具有指導(dǎo)性意義。Jian Gong 和 Sandeep Viswanathan等人

將非均質(zhì)多尺度過(guò)濾模型擴(kuò)展到基于概率密度函數(shù)描述的孔徑分布和經(jīng)典的滲流理論下，模擬GPF的動(dòng)態(tài)過(guò)濾特性的動(dòng)態(tài)HMF模型中,研究了汽油顆粒過(guò)濾器的高過(guò)濾效率(基于質(zhì)量和數(shù)量)和低壓降要求。利用排氣過(guò)濾分析系統(tǒng)進(jìn)行了基本的顆粒過(guò)濾實(shí)驗(yàn)。探究過(guò)濾過(guò)程中基質(zhì)微觀特征(孔隙大小分布、孔隙度、滲透率和孔隙基質(zhì)內(nèi)沉積顆粒)的演化過(guò)程。預(yù)測(cè)的顆粒數(shù)濃度和歸一化壓降等宏觀過(guò)濾特性與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好。所建立的動(dòng)態(tài)HMF模型可用于研究具有不同微結(jié)構(gòu)的顆粒過(guò)濾裝置的動(dòng)態(tài)過(guò)濾過(guò)程，為顆粒過(guò)濾裝置的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了有力的工具。

通過(guò)摸底試驗(yàn)結(jié)果可得出，平原環(huán)境下常溫冷啟動(dòng)排放合格的整車，在高海拔環(huán)境下排放無(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。后續(xù)研究中，通過(guò)對(duì)比不同海拔下的秒采圖進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)高海拔環(huán)境下CO的排放量較低海拔環(huán)境排放量少。不同海拔排放試驗(yàn)的NOx的排放量，在高海拔排放異常點(diǎn)出現(xiàn)在起動(dòng)、起動(dòng)后及暖機(jī)階段。

2 影響GPF過(guò)濾效率的因素

2.1 材料對(duì)捕集效率的影響

決定GPF性能的關(guān)鍵技術(shù)是過(guò)濾材料。過(guò)濾材料的過(guò)濾能力、機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、散熱能力等物理性能直接影響GPF的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而影響GPF的過(guò)濾效率、排氣背壓、使用壽命等指標(biāo)。合肥工業(yè)大學(xué)的溫吉輝

等人介紹了目前廣泛使用的堇青石和碳化硅兩種材料。其中堇青石具有良好的催化劑涂覆性能和更低的熱質(zhì)量，可以使催化劑起燃時(shí)間縮短，并且使用堇青石材料制成的GPF低溫時(shí)CO和HC的轉(zhuǎn)換效率較高，可以有效減少冷啟動(dòng)的催化劑加熱階段顆粒物的生成。SiC具有較高的導(dǎo)熱率及熱質(zhì)量，再生時(shí)PM燃燒釋放的熱量也可快速發(fā)散，能夠承受更加惡劣的再生環(huán)境。SiC相比堇青石，具有更優(yōu)異的耐熱、耐蝕和導(dǎo)熱性能，且機(jī)械強(qiáng)度也更高。

2.2 再生頻率對(duì)捕集效率的影響

西南林業(yè)大學(xué)的馬志磊等人

研究了昆明高原環(huán)境下的汽車尾氣排放與最直接簡(jiǎn)易的汽車檔位之間的關(guān)系，在一輛狀態(tài)良好的輕型汽油轎車上對(duì)擋位影響進(jìn)行研究，研究表明低檔位時(shí)CO排放速率最低，且隨著檔位的增加CO排放速率也增加，且增加趨勢(shì)較大，CO排放速率在接近高檔位后增加趨勢(shì)逐漸減緩。這是因?yàn)閱挝粫r(shí)間內(nèi)的汽車檔位變化直接影響到汽車的行駛里程，且兩者為正比關(guān)系，但隨著檔位越高，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化趨勢(shì)逐漸減弱，因此CO排放速率隨檔位增高而呈現(xiàn)先急后緩的增加趨勢(shì)。因?yàn)镃O排放物在高原總排放物中占比最重，因此其研究具有十分重要的意義。

2.3 不同顆粒物徑粒對(duì)捕集效率的影響

基于公式(2)的GPF捕集效率構(gòu)建微粒加載過(guò)程中的GPF捕集效率數(shù)學(xué)模型，并應(yīng)用到CT-POWER軟件建立GPF的一維捕集模型。隨著捕集過(guò)程GPF排氣背壓較大程度的增加，因此為考慮經(jīng)濟(jì)型，取合理孔隙率0.4-0.5范圍內(nèi)，因此從0.38到0.58范圍內(nèi)，設(shè)置五個(gè)載體孔隙率，對(duì)其GPF捕集效率進(jìn)行研究，研究表明GPF的捕集效率隨著孔隙率的增大，且在GPF運(yùn)行前期效率增加迅速。因?yàn)殡S著孔隙率的增大，微粒在在體內(nèi)流動(dòng)時(shí)GPF的捕集效率會(huì)因?yàn)槎嗫捉橘|(zhì)表面積的增加而相應(yīng)提高。微孔平均直徑是GPF中十分重要的一個(gè)結(jié)果參數(shù)，決定了GPF效率變化和壓降的變化程度。研究表明在微孔平均直徑通過(guò)對(duì)不同微孔平均直徑的GPF捕集效率對(duì)比，GPF的捕集效率會(huì)隨著微孔平均直徑的增大而產(chǎn)生較大程度的降低，當(dāng)平均直徑增大至22μm時(shí)，GPF的捕集效率降低到74.8%。這是因?yàn)?，?dāng)微孔平均直徑增大時(shí)，入口處孔道壁面的灰分堆積困難，使靠后的孔道處的灰分堆積增加，堵塞了壁面內(nèi)的許多孔道，減少了孔道總表面積。

一汽轎車股份有限公司的徐金輝

等人使用一輛搭載自然吸氣多點(diǎn)噴射汽油機(jī)為試驗(yàn)對(duì)象，裝備二次空氣泵，無(wú)廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。在具備認(rèn)證資格的試驗(yàn)室進(jìn)行排放試驗(yàn)，分別進(jìn)行海拔0m及海拔為1500m的歐IV排放試驗(yàn)。表2為該試驗(yàn)的排放結(jié)果。

2.4 負(fù)荷對(duì)捕集效率的影響

式中；

0

——理想化載體結(jié)構(gòu)平均直徑；

——載體孔隙率；

——布朗擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和攔截沉積運(yùn)動(dòng)的綜合捕集效率；

——運(yùn)輸速度。

后來(lái)，一邊工作，一邊斷斷續(xù)續(xù)上夜高、夜大——對(duì)于念書(shū)，似乎有著宗教般的熱情與執(zhí)念，猶如追尋一份精神上的依靠，即便風(fēng)驟雨狂，想不去，也不行。爸爸看在眼里，開(kāi)始心痛起來(lái)，幡然有了懊悔，有一次向媽媽袒露心跡：當(dāng)初大丫頭要是不停地吵，堅(jiān)決不去工廠，可能也會(huì)咬咬牙再去找找人，給她補(bǔ)習(xí)一年，你看吧，第二年戶口也就辦下來(lái)了……

2.5 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)捕集效率的影響

董鵬等人

通過(guò)研究微粒捕集器的兩個(gè)階段的過(guò)濾情況，簡(jiǎn)化GPF的空間結(jié)構(gòu)，將載體視為均勻布置的相同直徑的“球體”，GPF中的孔隙部分用球體之間的孔隙模擬代替，構(gòu)建在載體無(wú)微粒工況下的GPF捕集效率：

產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因主要是由于在冷起動(dòng)狀態(tài)下時(shí)缸內(nèi)溫度較低，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)可燃混合氣需要較濃，此時(shí)缸內(nèi)燃燒不完全。同時(shí)，由于催化器后處理裝置因?yàn)槔鋯?dòng)時(shí)溫度較低，沒(méi)有達(dá)到最佳工作溫度，導(dǎo)致催化效率降低，所以發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生大量CO排放物。當(dāng)車輛駕駛狀態(tài)發(fā)生改變，使發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)溫度升高，此時(shí)溫度升高促進(jìn)缸內(nèi)燃燒顆粒物的氧化作用，此時(shí)O

排放含量增加。

將“綜合”時(shí)代的產(chǎn)物《賈島》與“分析”時(shí)代的產(chǎn)物《杜甫》對(duì)參，賈島的“圓形”形象一覽無(wú)遺，而杜甫卻略顯“扁平”，他“談著話，嘆著氣，主人只顧忙著篩酒，或許他有意見(jiàn)不肯說(shuō)出來(lái)，或許壓根兒沒(méi)有意見(jiàn)”［6］84-85。而從《賈島》中能見(jiàn)到的賈島，除了“形貌上雖然是個(gè)儒生，骨子里恐怕還有個(gè)釋子”［6］57的評(píng)價(jià)，還有元和長(zhǎng)慶詩(shī)壇的動(dòng)態(tài)較量。賈島獨(dú)辟蹊徑，其風(fēng)格不同于韓孟詩(shī)派的奇崛硬險(xiǎn)和元白詩(shī)派的平易淺近，“不單是晚唐五代的賈島，而是唐以后各個(gè)時(shí)代共同的賈島”［6］61。永嘉四靈、竟陵派、同光派無(wú)不全盤(pán)或者部分地接受了賈島。

(2)

上汽大眾的朱偉等人

使用實(shí)驗(yàn)車輛為2． 0 L 的缸內(nèi)直噴增壓汽油機(jī)開(kāi)展了負(fù)荷變化對(duì)顆粒排放特性及 GPF 對(duì) PN 過(guò)濾效率影響的研究。實(shí)驗(yàn)研究得到缸內(nèi)直噴增壓汽油機(jī) TGDI 汽油機(jī)總顆粒物排放濃度在轉(zhuǎn)速保持不變的過(guò)程中，隨著負(fù)荷的增加呈現(xiàn)出明顯的先下降后上升的“U”型趨勢(shì)。但隨著負(fù)荷的增加，GPF對(duì)PN 的過(guò)濾效率呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。PN濃度在 75%負(fù)荷時(shí)，GPF前后濃度相當(dāng)，且對(duì)應(yīng)GPF的捕集效率僅為 2%，而在發(fā)動(dòng)機(jī)全負(fù)荷工況下， GPF 前 PN 濃度小于GPF 后 PN濃度，GPF捕集效率小于零，出現(xiàn)負(fù)值現(xiàn)象。這是因?yàn)楫?dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于較小的負(fù)荷工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度低，燃油霧化程度差，燃燒室內(nèi)可燃混合氣處于較稀階段，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多的顆粒物；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷逐漸增加，較稀混合氣變濃，燃燒情況得到改善，使顆粒物濃度降低；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于全負(fù)荷工況時(shí)，可燃混合氣變濃，此時(shí)燃燒惡化，燃油在高溫、富燃條件下熱裂解生成碳煙，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)排放顆粒物明顯增加。

在已研究表面，GPF孔隙率、孔道長(zhǎng)度會(huì)隨著GPF的工作特性而產(chǎn)生一定的變化，為了可以獲得公式下的計(jì)算理論，為GPF捕集率提供較為直觀的計(jì)算方式。同濟(jì)大學(xué)的李笑杰等人

研究了GPF對(duì)顆粒物的不同徑粒的捕集是否具有規(guī)律性，其在灰分載量為0g/L的工況下，得出在顆粒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以上的顆粒直徑下，GPF的捕集效率重新達(dá)到了90%及以上.因此得出GPF對(duì)顆粒不同徑粒的捕集效率之間并不存在一定的規(guī)律性關(guān)系，其主要與GPF的工作特性存在較為直接的關(guān)系。

2.6 潤(rùn)滑油灰分對(duì)捕集效率的影響

潤(rùn)滑油灰分主要是油品中含有的環(huán)烷酸鹽類。通常油品中的灰分含量都很小，在潤(rùn)滑油中加入某些高灰分添加劑后,油品的灰分含量則會(huì)增大。當(dāng)燃料中灰分增加或潤(rùn)滑油灰分過(guò)大，會(huì)增加汽缸體的磨損和容易在機(jī)件上發(fā)生堅(jiān)硬的積炭，造成機(jī)械零件的磨損。因此，研究潤(rùn)滑油灰分對(duì)GPF的耐久使用和捕集效率的研究具有十分重要的意義。邵恒等人

研究了對(duì)比了不同級(jí)別的潤(rùn)滑油灰分等級(jí)對(duì)GPF內(nèi)灰分產(chǎn)生量的影響,并針對(duì)潤(rùn)滑油灰分等級(jí)對(duì)GPF捕集效率及發(fā)動(dòng)機(jī)性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，表明潤(rùn)滑油灰分等級(jí)越高則在長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中，相對(duì)潤(rùn)滑油灰分等級(jí)低的潤(rùn)滑油，GPF產(chǎn)生的灰分越多，GPF捕集的灰分比例也隨之增大，對(duì)尾氣顆粒的排放含量得到了優(yōu)化降低，但灰分產(chǎn)生較多，當(dāng)灰分積累增加后會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的性能逐漸產(chǎn)生下降，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生永久性的磨損。

3 結(jié)論與展望

本文對(duì)國(guó)內(nèi)外的高原汽油機(jī)尾氣微粒排放影響因素，分析了冷啟動(dòng)狀態(tài)下不同駕駛狀態(tài)、汽車不同檔位，不同海拔高度對(duì)尾氣排放的影響，得出了在高原環(huán)境下，隨著檔位越高，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化趨勢(shì)逐漸減弱，因此CO排放速率隨檔位增高而呈現(xiàn)先急后緩的增加趨勢(shì)。不同海拔排放試驗(yàn)的NO

的排放量，在高海拔排放異常點(diǎn)出現(xiàn)在起動(dòng)、起動(dòng)后及暖機(jī)階段。；同時(shí)對(duì)低海拔GPF微粒過(guò)濾效率進(jìn)行總結(jié)，分析了材料、再生頻率、不同顆粒物粒徑、負(fù)荷、結(jié)構(gòu)參數(shù)、潤(rùn)滑油灰分等對(duì)GPF捕集效率的影響，對(duì)往后學(xué)者研究高原汽油機(jī)微粒捕集器提供一定的參考價(jià)值。

同時(shí)基于高原區(qū)域下GPF捕集效率的影響因素還有很多問(wèn)題有待研究，提出目前GPF的可能發(fā)展的展望方向:

1.目前，廣泛使用的GPF材料仍存在導(dǎo)熱率低，強(qiáng)度低，軸向徑向膨脹系數(shù)相差較大等問(wèn)題，合成機(jī)械強(qiáng)度高，散熱快、熱穩(wěn)定性能好及耐腐蝕材料對(duì)提高GPF過(guò)濾效率具有重要意義。

2.GPF基于不同海拔環(huán)境下的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，例如孔隙率，灰分量再生控制等在不同工況下的微機(jī)結(jié)構(gòu)控制。

3.我國(guó)高原區(qū)域廣闊和高原環(huán)境下機(jī)動(dòng)車排放與型式認(rèn)證工況排放差別較大，且在燃燒同等質(zhì)量下的燃油，高原尾氣排放含量較低海拔區(qū)域更高，因此針對(duì)高原GPF技術(shù)的研究對(duì)其過(guò)濾效率的提高具有指導(dǎo)性。

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