低速瞬态工况下直喷汽油车颗粒数量排放研究

王 猛，陈琦龙，杨 健

Wang Meng，Chen Qilong，Yang Jian

（北京奔驰汽车有限公司 研发中心，北京 100176）

低速瞬态工况下直喷汽油车颗粒数量排放研究

王 猛，陈琦龙，杨 健

Wang Meng，Chen Qilong，Yang Jian

（北京奔驰汽车有限公司 研发中心，北京 100176）

采用直喷汽油车在底盘测功机上低速瞬态工况行驶，测量颗粒浓度随着车速变化的趋势，发现直喷汽油车颗粒数量浓度排放在起步阶段达到峰值，热车后颗粒浓度呈指数下降，且热车后颗粒排放随工况变化不是很敏感。

直喷汽油车；低速工况；颗粒数量浓度

1 研究背景和意义

随着大气污染越来越受关注，汽车排放颗粒物的研究已成为汽车排放行业研究的热点。

目前，国家针对细颗粒物的法规标准主要集中在粒径为10 µm和2.5 µm以下的颗粒，俗称PM10和PM2.5。颗粒越细，在肺部的沉积速率越大，从毒物学角度来看[1]，单位质量超细颗粒（粒径<100 nm）的健康危害要远大于粗颗粒的危害，而颗粒的数量浓度恰好是评价颗粒健康影响的重要指标。研究主要针对直喷汽油车在中低速瞬态工况行驶时细颗粒数量排放随车速变化的情况。

2 研究方法和试验设备

对选取的车辆进行标准的轻型汽车常温冷启动试验和热车启动试验，比较相同工况下，冷热车颗粒数目排放情况。试验燃油统一采用北京市售燃油，车辆进行相同工况的预处理，然后试验。底盘测功机的阻力设置采用该车的实际滑行值，并在转鼓上模拟滑行，尾气采集利用全流稀释系统采样。研究车辆为一款典型2.0 L废气涡轮增压直喷汽油车，车辆及发动机主要参数见表 1。试验车辆用油及环境条件见表 2。试验采用底盘测功机来模拟道路，全流稀释采样系统（CVS）采样。

表1 测试车辆主要参数

表2 测试用燃料主要参数

表3 测试工况特征值

测试工况采用日本轻型车排放测试 JC08工况，分别测试冷启动和热启动 2种车况。工况参数见表 3，平均速度为 24.43 km/h，最高车速为81.6 km/h，我国主要城市机动车行驶工况的大量研究表明，城市机动车众多且路况条件不理想，导致平均速度基本在25 km/h以下[2-3]，但是我国对轻型车排放测试并没有制定出标准的测试工况，所以采用比较接近且比较规范的日本工况来测试，其代表了低速工况下车辆高排放、高油耗的情况，如图1所示。

图1 JC08工况图

颗粒计数系统测试的颗粒粒径范围集中在23 nm～2.5 µm，颗粒计数采样系统如图2所示。稀释后的排气经过初级大颗粒筛除后，再进行两级不同温度下的稀释，最后进入计数单元进行计数。

图2 颗粒测试系统

3 试验结果

通过测试得到稀释后的颗粒数量浓度值以及总的稀释排气量，得到车辆在不同行驶段的颗粒数量排放统计结果，同时计算出车辆在不同温度下启动的排放因子，比较冷、热车的颗粒浓度排放，见表4。

表4 车辆颗粒数量排放结果

从表 4结果来看，得到的颗粒物数量排放冷启动比热启动结果大一个数量级，达到 1×1012级别，冷启动阶段集中在 1×1012数量级，热启动集中在1×1011数量级。

图3 冷启动颗粒数量浓度随车速变化情况

图4 热启动颗粒数量浓度随车速变化情况

图3—图4是颗粒模态瞬时浓度值。很明显，车辆冷启动后的200 s内，由于发动机工作温度低，缸壁温度不能及时加热油雾，燃烧不充分，加上此时后处理系统温度也未达到理想的温度，导致颗粒数量急剧攀升，瞬间能达到1014个/m3数量级；随着发动机热机及三元加热后，颗粒排放开始下降，冷启动200 s后以及热车工况下，颗粒浓度排放都比较低，基本集中在 1×1010以下；伴随着每一次工况急剧变化，颗粒数量浓度都有一个微小的峰值变化，但是浓度值维持较低的状况。

4 结论及建议

针对本次研究的对象，可以得出以下结论及建议。

1）直喷汽油车颗粒排放数量在1×1012数量级。

2）直喷汽油车颗粒数量排放主要集中在低速冷启动的前200 s，热车后颗粒数量排放成指数下降。

3）直喷汽油车颗粒数量排放在热车状态下，对工况急剧变化不是很敏感。

建议对于直喷汽油车颗粒数量排放控制，应加强发动机及后处理元器件的低温阶段排放控制，控制发动机尽早进入闭环控制；在测试及日常驾驶过程中，尽量减少冷启动次数，尽量避免急加速动作，减少颗粒物排放。

［1］Smallwood G， Snelling D， Gulder O， et al. Transient Particulate Matter Measurements from the Exhaust of a Direct Injection Spark Ignition Automobile［J］. SAE 2001-01-3581.

［2］王岐东，贺克斌，姚志良，等. 中国城市机动车行驶工况研究［J］. 环境污染与防治，2007，29（10）：745-748.

［3］刘希玲，丁焰. 我国城市汽车行驶工况调查研究［J］. 环境科学研究，2000，13（01）：23-27.

U467.4+99: X513

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2016.05.001

1002-4581（2016）05-0001-02

2016-03-22