汽油机芳香烃排放规律的试验研究.pdf

中国工程热物理学会 燃烧学 学术会议论文 编号：084207 汽油机芳香烃排放规律的试验研究 张延峰，刘朝永，白洪林，王璇 （天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室，天津300072) (联系电话:022E-mail: zhyf@tju.edu.cn) 摘要：本文试验在 HL495IQ 型电喷发动机台架上，对催化器前后的芳香烃进行了采集和分析。发现本 文所设计芳香烃的采集方法可取，简单有效；汽油机排放中PAHs主要是在高温缺氧燃烧条件下生成的， 它的主要成分是萘。虽然催化器可以有效地减少汽油机尾气中的芳香烃的含量，但由于在λ1 的大负 荷工况下，催化器诱导了苯生成，因此增加了苯的毒性的作用。 关键词：三元催化器，芳香烃，排放 0前言 芳香烃(aromatic hydrocarbons)是指分子结构中具有苯环的碳氢化合物总称，这类化 合物在环境中分布广、种类多、数量大，且具有很强的致癌、致畸和致突变性 [1] 。汽 油机排出的芳香烃主要吸附在空气动力学直径均小于 0.1 μm 的微粒上，这些微粒处于 呼吸性粉尘范围，随着呼吸运动可带入人肺组织深处，其中一些还会被直接吸收到血液 中，诱发多种癌症，给人们的身体健康造成极大危害[2]。一些文献表明[3-4]，汽油机燃 用无铅汽油后尾气中芳香烃的排量增加。为探明汽油机不同运行工况条件下芳香烃的排 放规律。本文在装有三元催化器的 HL495IQ 电喷汽油机上进行了台架试验，采集并分析 了发动机工况、催化器等对排气中多环芳香烃各组份生成规律的影响。 1试验系统 本试验是在 HL495IQ 型电喷汽油机上进行是[5]，试验工况为怠速以及 2600rpm 的 55.14KW 、45.95KW 、30.63KW 、15.32KW 负荷，这是因为其中的 2600rpm 全负荷 （55.14KW 负荷）为最大扭矩工况，发动机为了获得大扭矩一般采用 0.9 左右的过量空 气系数，因此采用此负荷特性可以获得一个较大过量空气系数的变化范围，如表 1。 2芳香烃的采集和分析 2.1多环芳香烃的采集及检测 对多环芳香烃的采集装置如图 1 所示，其中玻璃瓶内装有约 120ml 低温二氯甲烷（色 谱纯级）和约 5g 的大孔吸附树脂（XAD-2 ），燃烧后的废气以一定的流量进入采集装置， ﹡国家自然科学基金资助项目（项目编号50776062） 将尾气中的多环芳香烃溶解于其中，用于以后的测量分析。然后利用索氏萃取的方法将 大孔吸附树脂（XAD-2 ）中的多环芳香烃提取到二氯甲烷中，后将二氯甲烷样品旋转蒸 发至大约 5ml 后转移至 K-D 浓缩管中，而后用氮气吹干定容至 1ml。 因GC-MS 有良好的定性、定量性能，因此我们选择了 GC-MS 方法进行 PAHs 的分 析研究。分析中气相分离用毛细管色谱柱（DB-5MS, 30 m×0.32 mm i.d., 涂层厚度 0.25 μm ），高纯氦气（99.999 ％）为载气，载气流速 1.0 ml/min。不分流进样量 1μl，进样口 温度 280 ºC 。程序升温：初始温度70 ºC，保持 1min，以 10 ºC/min 升温至 300 ºC，保持 10min。质谱为电子轰击模式，轰击电压70 eV，离子源温度200 ºC ，传输线温度250 ºC 。 表 1 试验工况表 工况 怠速 2600RPM 2600RPM 2600RPM 2600RPM 15.32KW 30.63 KW 45.95 KW 55.14 KW 空燃比 1.16 1.05 0.97 0.91 0.87 催化器前排气温度℃