重型柴油车实际道路排放颗粒物的粒度分布
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ｖｅｈｉｃＩｅ ｉｎ ｆｂｕｒ ｔｅｓｔ
图３和图４分别为国Ⅱ车和国Ⅲ车在４次试 验中颗粒物平均分子浓度和平均质量分数在粒度 上的分布图。左边从高到低降低的曲线是分子浓 度曲线，从左向右升高的曲线是质量分数曲线。 从颗粒物分子浓度分布上看，相同排放水平的车 辆，前后两次试验测试的颗粒物粒度分布有着相 同的趋势；不同排放水平的车辆，粒度分布在局部 有所差异，见图３和图４中的圆圈标记，在国Ⅱ车
万方数据
颗粒物数量排放的粒度分布中，ｏ．１２”ｍ左右有 一个小的峰值；而国Ⅲ车在该点仅仅是个拐点，并 无峰值点，且分子浓度随颗粒物的直径增大而一 直下降。国Ⅲ车排放的超细颗粒数量也明显比国 Ⅱ车多。
从每次的试验数据比较中还可看出，分析仪 读出的最后一级超细颗粒（ｏ．００７～ｏ．０２８肛ｍ）的 分子浓度前后几次测试结果相差较大。超细颗粒 是未燃不饱和碳氢裂解产生的细小碳核在低温区 通过聚合及环化与氧化过程，生成凝结的芳香族 碳氢化合物，再生成大分子量的物质［８’９］。在这 个过程中，聚合反应的时间和温度是影响分子量 较大的颗粒产生的主要因素。随着温度、流速的 改变，聚变反应发生的几率和时间受到影响，随机 性增强，导致最终测得的细颗粒物分子浓度有较 大的差异。
第３８卷第１期 ２００８年１月
吉林大学学报（工学版） Ｊｏｕｍａｌ ｏｆ Ｊｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
Ｖ０１．３８ Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２００８
重型柴油车实际道路排放颗粒物的粒度分布
高继东１’２，张远军３，李孟良２，秦孔建２，陈杰峰３
Ａｂｓｔｍｃｔ：Ｔｈｅ ＰＭ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｈｅａｖｙ－ｄｕｔｙ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｗｈｉｃｈ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐｌｉａｎｔ ｔｏ ｔｈｅ Ｃｈｉｎａ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｓｔａｎｄａｒｄ ｓｔａｇｅⅡａｎｄ ｓｔａｇｅⅢｗｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｉｔｙ ｂｕｓ ｄｒｉｖｉｎｇ ｃｙｃｌｅ．Ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ＰＭ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ０．００７～１０肚ｍ ｗｅｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ａｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｍｐａｃｔｏｒ． Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｎｕｍｂｅｆ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＰＭ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｕｎｄｅｒ Ｏ．３ ｐｍ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｔａｇｅⅢｖｅｈｉｃｌｅｓ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｂｙ ２３．８％ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｔａｇｅⅡｖｅｈｉｃｌｅｓ． Ｆｏｒ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｉｚｅ ａｂｏｖｅ Ｏ．３弘ｍ，ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｍａｓｓ ｃｏｎｅｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＰＭ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｔａｇｅⅢｖｅｈｉｃｌｅｓ ｗａｓ ｌｏｗｅｒ ｂｙ ６５．４％ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｔａｇｅ Ⅱ ｖｅｈｉｃｌｅｓ，ａｎｄ ａｖｅｒａｇｅ ｎｕｍｂｅｒ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｗａｓ ｌｏｗｅｒ ｂｙ ２７．４％． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｈｅａｖｙ－ｄｕｔｙ ｄｉｅｓｅｌ ｖｅｈｉｃｌｅ；ＰＭ ｅｍｉｓｓｉｏｎ；ｒｏａｄ ｔｅｓｔ；ｓｉｚｅ
ＴａｂＩｅ ｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｅｓｔ ｖｅｈｉｃｌｅ
参数
国Ⅱ车
国Ⅲ车
载客数／人
Ｌ。ｆ
Ｌ。ｆ
总质量／ｋｇ
额定功率（ｋｗ）／ 转速（ｒ·ｍｉｎ一１）
缸径（ｍｍ）×行程（ｍｍ）
４２８０ ８７／３６００ ９４．４×１００
４２００ ９２／３６００ ９４．４×ｌＯＯ
排量／Ｌ
Ｚ。７８９
２．７８９
压缩比
１试验方案及设备
１．１试验设备 选取达到国Ⅱ和国Ⅲ排放限值的依维柯客车
各两辆作为试验车辆，在北京通县试验场模拟城 市公交车综合工况［５］。试验所用设备为芬兰 Ｄｅｋａｔｉ公司生产的ＥＬＰＩ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐａｃｔｏｒ）颗粒物测试仪。试验车辆的 有关参数见表ｌ。
表１测试车辆有关参数
设备的安装控制如图１所示，采样管及采样 头直接从汽车排气管尾部取样。车载测试过程 中，需要空压机提供稀释空气。进行第一级稀释 的空气进入稀释器之前要加热（温度设置为１９０ ℃）；经过第一级稀释后，样气浓度已得到降低，用 于第二级稀释的空气不再需要加热。通过真空泵 定流量抽取排气，电脑控制设备压力、放电电压以 及监控测试过程中浓度变化情况。
关键词：动力机械工程；重型柴油车；颗粒物排放；道路试验；粒度分布
中图分类号：ＴＫ４２１．５
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７１—５４９７（２００８）０１一００３７一０５
Ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉＯｎｓ ｏｆ ＰＭ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｆｔｏｍ ｈｅａＶｙ－ｄｕｔｙ ｄｉｅｓｅｌ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｏｎ ｒｏａｄ
（１．天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室，天津３０００７２；２．中国汽车技术研究中心，天津３００１６２；３．武汉 理工大学汽车工程学院，武汉４３００７０）
摘 要：利用车载颗粒物测试系统对在实际道路上运行的重型柴油车的颗粒物排放用市内公
交车测试循环进行了试验研究。粒度范围为０．００７～１０弘ｍ的颗粒物排放的粒度分布用一台
求１５０
ｄｉｓｔｒｉｂＩ】ｔｉｏｎ
柴油机排放控制的重点是Ｎ０。和颗粒物。 颗粒物成分比较复杂，主要包括碳粒、燃油和润滑 油中的有机物、硫酸盐、硝酸盐和灰尘等，其中部 分细小颗粒悬浮在空气中，能被人体吸入，从而危
害健康。由于颗粒物中存在一些致癌物质ｍ ２｜， 近年来对柴油机颗粒物排放控制要求日益严格。
我国重型柴油车排放标准是参照欧洲法规修 改制定的，通过对柴油机在台架上运行（稳态工况
图２为两辆排放限值达到国Ⅱ的车辆，以下 简称“国Ⅱ车”和两辆国Ⅲ车分别在两次试验中颗
第１期
蒿继东，等：重型柴油车实际道路排放颗粒物的粒度分布
。３９‘
粒物排放的平均浓度对比图。从图２可知，国Ⅲ 车平均分子浓度比国Ⅱ车高出１６．５％，平均质量 分数却比国Ⅱ车平均少３８．４％。
图２各次试验数据平均浓度对比图
收稿日期：２００７—０２—２３． 基金项目：北京市科技计划重大项日（Ｄ０４０５００２０４０４１１）．
作者简介：高继东（１９７６一），男，高级工程师，博士研究生．研究方向：汽车排放控制．Ｅ－ｍａｉｌ：ｇａｏｊｄ＠ｃａｔａｒｃ．ａｃ－ｃｎ
万方数据
· ３８ ·
吉林大学学报（工学版）
第３８卷
（ＥＳＣ）和瞬态工况（ＥＴＣ））作为法规来评估柴油 车颗粒物排放状况未能真实反映实际道路的排放 情况。日本环境局公布的试验结果显示，日本１０ ·１５工况和东京实际运行模式差别很大，按照法 规可使汽车ＮＯ。排放下降１７％的技术措施应用 在东京实际道路运行时，Ｎ０：排放仅仅下降 ３．９％［３｜。ＧＢｌ７６９１—２００５《车用压燃式、气体燃料 点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量 方法（中国Ⅲ、Ⅳ、Ｖ阶段）》中对柴油机颗粒物 的定义为：在温度不超过３２５ Ｋ（５２℃）的稀释后 的排气中，由规定的过滤介质上收集到的除水以 外的所有物质［４］。由于ＧＢｌ７６９１—２００５中规定 对过滤颗粒物所用的滤纸满足的要求是，直径Ｄ 大于ｏ．３肚ｍ的颗粒物采集效率至少为９５％，因 此，很难反映直径小于Ｏ。３扛ｍ的细小颗粒物的 实际排放情况。作者通过应用ＥＬＰＩ车载颗粒物 测试设备，对满足国Ⅱ和国Ⅲ排放水平的重型柴 油车进行实际道路排放测试，研究其颗粒物排放 特性和粒度分布。
低压电冲击器进行测量。结果表明：对于粒度为ｏ．３肛ｍ以下的排放颗粒物数量，达到国Ⅲ排
放限值的车（国Ⅲ车）比达到国Ⅱ排放限值的车（国Ⅱ车）平均高出２３．８％；对于粒度为ｏ．３
弘ｍ以上的排放颗粒物数量，国Ⅲ车比国Ⅱ车平均降低２７．４％，而在此粒度区间，国Ⅲ车颗粒 物排放质量比国Ⅱ车的平均降低６５．４％。
图１试验设备安装及控制图 Ｆｉｇ．１ ＩｎｓｔａＨａｔｉ蚰ｏｆ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍａｐ
２试验结果
测试数据为样气在每一秒时不同粒度Ｄ上 的质量分数（ｍｇ／ｍ３）和分子浓度（１／ｃｍ３）值。取 单次循环各级颗粒物浓度的平均值，得出该次试 验中各级粒度平均质量分数和分子浓度。 ２．１试验结果及对比
从质量分数分布上看，国Ⅱ车的排放明显比 国Ⅲ车高。由图４可知，从粒度分布趋势上看在 ｏ．１～Ｏ．８“ｍ段，国Ⅲ车颗粒物排放浓度随粒度 分布的变化比较平缓，变化不大；而国Ⅱ车在这个 区间有一个明显的凸起（见图３中箭头标记）。两 者的质量分数随粒度分布的总体趋势相似，粒度 在０．８ Ｈｍ以下时，国Ⅱ车和国Ⅲ车质量分数随 粒度的增大变化都不太显著，当粒度大于ｏ．８扯ｍ 时，两者的质量分数变化都比较明显。在２肚ｍ 左右都有一个拐点，２肚ｍ以后质量分数上升趋势 更明显。 ２．２粒度分布对比分析
（Ｄ＜０．３ ｐｍ）
· ４０ ·
吉林大学学报（工学版）
第３８卷
图６是国Ⅱ、国Ⅲ车在各自４次试验中，Ｄ＞ ｏ。３弘ｍ的颗粒物来自百度文库子浓度对比图。试验结果表 明：国Ⅲ车的颗粒物排放数量在这一粒度区间要 比国Ⅱ车平均降低６５．４％。
骥薹ｍｍ 移≯。≯移梦ｊ移爹ｊ移≯ｊ≯梦梦
３５０ ｆ、３００
矗２５０
姜ｚｏｏ
Ｇａｏ Ｊｉ—ｄｏｎ９１¨，Ｚｈａｎｇ Ｙｕａｒｌ－ｊｕｎ３，Ｌｉ Ｍｅｎｇ—ｌｉａｎ９２，Ｑｉｎ Ｋｏｎｇ．ｊｉａｎ２，Ｃｈｅｎ Ｊｉｅ—ｆｅｎ９３ （１．Ｓ抛抬Ｋ鲫Ｌ８的豫幻删Ｄ，勘ｇｉ，ｌｇ ｅｏ优６嬲￡ｉ伽，Ｒ魍洳孤池戚移，Ｒ口巧ｉ挖３０００７２，砚ｉ７２口；２。砚ｉ撇Ａ群细掰ｏ￡ｉ犍 丁咨ｃ＾押ｏＺＤｇｙ口，ｌｄ ＲＰｓＰ口ｒｃ＾ＣＰ７ｌ￡ｅｒ，Ｔ缸巧ｉ咒３００１６２，（强ｉ九口；３．ＣＤＺＺＰｇｅ ｏ，Ａ“￡ＤｍＤ矗御Ｅ挖ｇｉ，１９８衍以ｇ，Ｗ‰＾盘靠ＵｈｉｗＨｉ￡ｙ Ｄ， ｎ咖加Ｚｏ删，耽历口挖４３００７０，吼ｉ抛）
１８．５：１
１８．５；１
相同参数
四缸、四冲程、直喷、水冷
进气方式
增压中冷
增压中冷
供油方式
机械泵
高压共轨
喷油正时
１．５。士３０’
ＥＣＵ电控
１．２ ＥＬＰｌ分析仪工作原理 ＥＬＰＩ将ｏ．００７～１０肚ｍ的颗粒物分成１２
万方数据
级，对每级的颗粒数目和质量进行瞬态记录，采样 频率为ｌ Ｈｚ。测试过程中，尾气被抽入分析室之 前需要经过加热稀释（试验采用两级稀释），稀释 比对颗粒物的影响较大，加热一级稀释是为了尽 可能地模拟车辆的实际排放［６］。稀释后的气体在 经过放电室时，电晕放电产生的离子使样气中的 颗粒带电。随后，在一共１２级的级联撞击器中下 落，不同粒度大小的带电颗粒物由于惯性不同，下 落过程中会被不同的撞击级收集。分析仪依据各 级的电流信号大小，测出不同粒度的颗粒物数目， 最终计算出瞬态分子浓度［７］。由于实际颗粒物并 不是规则球体，ＥＬＰＩ给出的颗粒物直径是按照空 气动力学计算后等价成规则球体，并且将密度视 为均匀。根据计算得出瞬态质量分数。 １。３试验方案
Ｆｉｇ．２ Ａｖｅｒａｇｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｃＯｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ａｌｌ ｔｅｓｔ
图３国Ⅱ车４次实验浓度对比图 Ｆｉｇ．３ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉ蚰ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｓｔａｇｅⅡ
ｖｅｈｉｃｌｅ ｉｎ ｆｂｕｒ ｔｅｓｔｓ
图４ 国Ⅲ车４次实验浓度对比图 Ｆｉｇ．４ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉ蚰ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｍａｐ ｏｆ ｓｔａｇｅⅢ
图５是国Ⅱ车和国Ⅲ车在各自两次试验中， 粒度小于ｏ．３“ｍ的颗粒物平均分子浓度的对比 图。从图５可知，粒度小于ｏ．３但ｍ时，国Ⅲ车排 放物的平均分子浓度比国Ⅱ车高出２３．８％。
３
×
３
×
２
×
Ｘ
×
×
一飞。／ｌ一＼谜蛏忡惫
２；，Ｏ
×
Ｏ 如∞∞∞∞∞∞∞ ×
图５颗粒物分子浓度对比（Ｄ＜０．３ ｐｍ） Ｆｉｇ．５ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｃ∞ｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｃｏｍｐａｒｉｓ蚰ｏｆ ｐａｒｔｉｃｌ髑
图３和图４分别为国Ⅱ车和国Ⅲ车在４次试 验中颗粒物平均分子浓度和平均质量分数在粒度 上的分布图。左边从高到低降低的曲线是分子浓 度曲线，从左向右升高的曲线是质量分数曲线。 从颗粒物分子浓度分布上看，相同排放水平的车 辆，前后两次试验测试的颗粒物粒度分布有着相 同的趋势；不同排放水平的车辆，粒度分布在局部 有所差异，见图３和图４中的圆圈标记，在国Ⅱ车
万方数据
颗粒物数量排放的粒度分布中，ｏ．１２”ｍ左右有 一个小的峰值；而国Ⅲ车在该点仅仅是个拐点，并 无峰值点，且分子浓度随颗粒物的直径增大而一 直下降。国Ⅲ车排放的超细颗粒数量也明显比国 Ⅱ车多。
从每次的试验数据比较中还可看出，分析仪 读出的最后一级超细颗粒（ｏ．００７～ｏ．０２８肛ｍ）的 分子浓度前后几次测试结果相差较大。超细颗粒 是未燃不饱和碳氢裂解产生的细小碳核在低温区 通过聚合及环化与氧化过程，生成凝结的芳香族 碳氢化合物，再生成大分子量的物质［８’９］。在这 个过程中，聚合反应的时间和温度是影响分子量 较大的颗粒产生的主要因素。随着温度、流速的 改变，聚变反应发生的几率和时间受到影响，随机 性增强，导致最终测得的细颗粒物分子浓度有较 大的差异。
第３８卷第１期 ２００８年１月
吉林大学学报（工学版） Ｊｏｕｍａｌ ｏｆ Ｊｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
Ｖ０１．３８ Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２００８
重型柴油车实际道路排放颗粒物的粒度分布
高继东１’２，张远军３，李孟良２，秦孔建２，陈杰峰３
Ａｂｓｔｍｃｔ：Ｔｈｅ ＰＭ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｈｅａｖｙ－ｄｕｔｙ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｗｈｉｃｈ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐｌｉａｎｔ ｔｏ ｔｈｅ Ｃｈｉｎａ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｓｔａｎｄａｒｄ ｓｔａｇｅⅡａｎｄ ｓｔａｇｅⅢｗｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｉｔｙ ｂｕｓ ｄｒｉｖｉｎｇ ｃｙｃｌｅ．Ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ＰＭ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ０．００７～１０肚ｍ ｗｅｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ａｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｍｐａｃｔｏｒ． Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｎｕｍｂｅｆ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＰＭ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｕｎｄｅｒ Ｏ．３ ｐｍ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｔａｇｅⅢｖｅｈｉｃｌｅｓ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｂｙ ２３．８％ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｔａｇｅⅡｖｅｈｉｃｌｅｓ． Ｆｏｒ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｉｚｅ ａｂｏｖｅ Ｏ．３弘ｍ，ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｍａｓｓ ｃｏｎｅｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＰＭ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｔａｇｅⅢｖｅｈｉｃｌｅｓ ｗａｓ ｌｏｗｅｒ ｂｙ ６５．４％ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｔａｇｅ Ⅱ ｖｅｈｉｃｌｅｓ，ａｎｄ ａｖｅｒａｇｅ ｎｕｍｂｅｒ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｗａｓ ｌｏｗｅｒ ｂｙ ２７．４％． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｈｅａｖｙ－ｄｕｔｙ ｄｉｅｓｅｌ ｖｅｈｉｃｌｅ；ＰＭ ｅｍｉｓｓｉｏｎ；ｒｏａｄ ｔｅｓｔ；ｓｉｚｅ
ＴａｂＩｅ ｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｅｓｔ ｖｅｈｉｃｌｅ
参数
国Ⅱ车
国Ⅲ车
载客数／人
Ｌ。ｆ
Ｌ。ｆ
总质量／ｋｇ
额定功率（ｋｗ）／ 转速（ｒ·ｍｉｎ一１）
缸径（ｍｍ）×行程（ｍｍ）
４２８０ ８７／３６００ ９４．４×１００
４２００ ９２／３６００ ９４．４×ｌＯＯ
排量／Ｌ
Ｚ。７８９
２．７８９
压缩比
１试验方案及设备
１．１试验设备 选取达到国Ⅱ和国Ⅲ排放限值的依维柯客车
各两辆作为试验车辆，在北京通县试验场模拟城 市公交车综合工况［５］。试验所用设备为芬兰 Ｄｅｋａｔｉ公司生产的ＥＬＰＩ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐａｃｔｏｒ）颗粒物测试仪。试验车辆的 有关参数见表ｌ。
表１测试车辆有关参数
设备的安装控制如图１所示，采样管及采样 头直接从汽车排气管尾部取样。车载测试过程 中，需要空压机提供稀释空气。进行第一级稀释 的空气进入稀释器之前要加热（温度设置为１９０ ℃）；经过第一级稀释后，样气浓度已得到降低，用 于第二级稀释的空气不再需要加热。通过真空泵 定流量抽取排气，电脑控制设备压力、放电电压以 及监控测试过程中浓度变化情况。
关键词：动力机械工程；重型柴油车；颗粒物排放；道路试验；粒度分布
中图分类号：ＴＫ４２１．５
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７１—５４９７（２００８）０１一００３７一０５
Ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉＯｎｓ ｏｆ ＰＭ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｆｔｏｍ ｈｅａＶｙ－ｄｕｔｙ ｄｉｅｓｅｌ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｏｎ ｒｏａｄ
（１．天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室，天津３０００７２；２．中国汽车技术研究中心，天津３００１６２；３．武汉 理工大学汽车工程学院，武汉４３００７０）
摘 要：利用车载颗粒物测试系统对在实际道路上运行的重型柴油车的颗粒物排放用市内公
交车测试循环进行了试验研究。粒度范围为０．００７～１０弘ｍ的颗粒物排放的粒度分布用一台
求１５０
ｄｉｓｔｒｉｂＩ】ｔｉｏｎ
柴油机排放控制的重点是Ｎ０。和颗粒物。 颗粒物成分比较复杂，主要包括碳粒、燃油和润滑 油中的有机物、硫酸盐、硝酸盐和灰尘等，其中部 分细小颗粒悬浮在空气中，能被人体吸入，从而危
害健康。由于颗粒物中存在一些致癌物质ｍ ２｜， 近年来对柴油机颗粒物排放控制要求日益严格。
我国重型柴油车排放标准是参照欧洲法规修 改制定的，通过对柴油机在台架上运行（稳态工况
图２为两辆排放限值达到国Ⅱ的车辆，以下 简称“国Ⅱ车”和两辆国Ⅲ车分别在两次试验中颗
第１期
蒿继东，等：重型柴油车实际道路排放颗粒物的粒度分布
。３９‘
粒物排放的平均浓度对比图。从图２可知，国Ⅲ 车平均分子浓度比国Ⅱ车高出１６．５％，平均质量 分数却比国Ⅱ车平均少３８．４％。
图２各次试验数据平均浓度对比图
收稿日期：２００７—０２—２３． 基金项目：北京市科技计划重大项日（Ｄ０４０５００２０４０４１１）．
作者简介：高继东（１９７６一），男，高级工程师，博士研究生．研究方向：汽车排放控制．Ｅ－ｍａｉｌ：ｇａｏｊｄ＠ｃａｔａｒｃ．ａｃ－ｃｎ
万方数据
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第３８卷
（ＥＳＣ）和瞬态工况（ＥＴＣ））作为法规来评估柴油 车颗粒物排放状况未能真实反映实际道路的排放 情况。日本环境局公布的试验结果显示，日本１０ ·１５工况和东京实际运行模式差别很大，按照法 规可使汽车ＮＯ。排放下降１７％的技术措施应用 在东京实际道路运行时，Ｎ０：排放仅仅下降 ３．９％［３｜。ＧＢｌ７６９１—２００５《车用压燃式、气体燃料 点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量 方法（中国Ⅲ、Ⅳ、Ｖ阶段）》中对柴油机颗粒物 的定义为：在温度不超过３２５ Ｋ（５２℃）的稀释后 的排气中，由规定的过滤介质上收集到的除水以 外的所有物质［４］。由于ＧＢｌ７６９１—２００５中规定 对过滤颗粒物所用的滤纸满足的要求是，直径Ｄ 大于ｏ．３肚ｍ的颗粒物采集效率至少为９５％，因 此，很难反映直径小于Ｏ。３扛ｍ的细小颗粒物的 实际排放情况。作者通过应用ＥＬＰＩ车载颗粒物 测试设备，对满足国Ⅱ和国Ⅲ排放水平的重型柴 油车进行实际道路排放测试，研究其颗粒物排放 特性和粒度分布。
低压电冲击器进行测量。结果表明：对于粒度为ｏ．３肛ｍ以下的排放颗粒物数量，达到国Ⅲ排
放限值的车（国Ⅲ车）比达到国Ⅱ排放限值的车（国Ⅱ车）平均高出２３．８％；对于粒度为ｏ．３
弘ｍ以上的排放颗粒物数量，国Ⅲ车比国Ⅱ车平均降低２７．４％，而在此粒度区间，国Ⅲ车颗粒 物排放质量比国Ⅱ车的平均降低６５．４％。
图１试验设备安装及控制图 Ｆｉｇ．１ ＩｎｓｔａＨａｔｉ蚰ｏｆ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍａｐ
２试验结果
测试数据为样气在每一秒时不同粒度Ｄ上 的质量分数（ｍｇ／ｍ３）和分子浓度（１／ｃｍ３）值。取 单次循环各级颗粒物浓度的平均值，得出该次试 验中各级粒度平均质量分数和分子浓度。 ２．１试验结果及对比
从质量分数分布上看，国Ⅱ车的排放明显比 国Ⅲ车高。由图４可知，从粒度分布趋势上看在 ｏ．１～Ｏ．８“ｍ段，国Ⅲ车颗粒物排放浓度随粒度 分布的变化比较平缓，变化不大；而国Ⅱ车在这个 区间有一个明显的凸起（见图３中箭头标记）。两 者的质量分数随粒度分布的总体趋势相似，粒度 在０．８ Ｈｍ以下时，国Ⅱ车和国Ⅲ车质量分数随 粒度的增大变化都不太显著，当粒度大于ｏ．８扯ｍ 时，两者的质量分数变化都比较明显。在２肚ｍ 左右都有一个拐点，２肚ｍ以后质量分数上升趋势 更明显。 ２．２粒度分布对比分析
（Ｄ＜０．３ ｐｍ）
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第３８卷
图６是国Ⅱ、国Ⅲ车在各自４次试验中，Ｄ＞ ｏ。３弘ｍ的颗粒物来自百度文库子浓度对比图。试验结果表 明：国Ⅲ车的颗粒物排放数量在这一粒度区间要 比国Ⅱ车平均降低６５．４％。
骥薹ｍｍ 移≯。≯移梦ｊ移爹ｊ移≯ｊ≯梦梦
３５０ ｆ、３００
矗２５０
姜ｚｏｏ
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１８．５：１
１８．５；１
相同参数
四缸、四冲程、直喷、水冷
进气方式
增压中冷
增压中冷
供油方式
机械泵
高压共轨
喷油正时
１．５。士３０’
ＥＣＵ电控
１．２ ＥＬＰｌ分析仪工作原理 ＥＬＰＩ将ｏ．００７～１０肚ｍ的颗粒物分成１２
万方数据
级，对每级的颗粒数目和质量进行瞬态记录，采样 频率为ｌ Ｈｚ。测试过程中，尾气被抽入分析室之 前需要经过加热稀释（试验采用两级稀释），稀释 比对颗粒物的影响较大，加热一级稀释是为了尽 可能地模拟车辆的实际排放［６］。稀释后的气体在 经过放电室时，电晕放电产生的离子使样气中的 颗粒带电。随后，在一共１２级的级联撞击器中下 落，不同粒度大小的带电颗粒物由于惯性不同，下 落过程中会被不同的撞击级收集。分析仪依据各 级的电流信号大小，测出不同粒度的颗粒物数目， 最终计算出瞬态分子浓度［７］。由于实际颗粒物并 不是规则球体，ＥＬＰＩ给出的颗粒物直径是按照空 气动力学计算后等价成规则球体，并且将密度视 为均匀。根据计算得出瞬态质量分数。 １。３试验方案
Ｆｉｇ．２ Ａｖｅｒａｇｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｃＯｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ａｌｌ ｔｅｓｔ
图３国Ⅱ车４次实验浓度对比图 Ｆｉｇ．３ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉ蚰ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｓｔａｇｅⅡ
ｖｅｈｉｃｌｅ ｉｎ ｆｂｕｒ ｔｅｓｔｓ
图４ 国Ⅲ车４次实验浓度对比图 Ｆｉｇ．４ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉ蚰ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｍａｐ ｏｆ ｓｔａｇｅⅢ
图５是国Ⅱ车和国Ⅲ车在各自两次试验中， 粒度小于ｏ．３“ｍ的颗粒物平均分子浓度的对比 图。从图５可知，粒度小于ｏ．３但ｍ时，国Ⅲ车排 放物的平均分子浓度比国Ⅱ车高出２３．８％。
３
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图５颗粒物分子浓度对比（Ｄ＜０．３ ｐｍ） Ｆｉｇ．５ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｃ∞ｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｃｏｍｐａｒｉｓ蚰ｏｆ ｐａｒｔｉｃｌ髑